一种深海光缆海底剪切打捞装置

摘要

本发明公开一种深海光缆海底剪切打捞装置，属于机械、液压、自动控制等领域，包括安装在装置框架上的剪切机构、握持机构、电子舱、液压系统以及两个辅接钢缆缆盘。通过尖叉锚齿将故障海缆导入剪切机构与握持机构中，通过剪切机构切断海缆，握持机构握紧海缆的两个断头；握持机构连接辅接钢缆缆盘中的钢缆，从而通过释放握持机构可将海缆的两个断头打捞出水面进行维修。电子舱与液压系统相连，用来向液压系统发送控制指令，从而由液压系统控制握持机构和剪切机构进行相应动作。本发明的优点在于：适应大水深作业，可在2000米深海底自动进行海缆剪切、双断头抓握、提升缆接续，且造价低、操作简单，解决了深海光缆打捞中，需进行多次断头打捞的难题。

说明书

技术领域

本发明涉及机械、液压、自动控制等领域，具体来说是一种深海光缆海底剪切打捞装置。

背景技术

深海光缆维修作业中，为了解决海缆不能被直接提升到水面的问题，需要用剪切打捞装 置在海底将海缆先切断再进行打捞。“深海光缆海底剪切打捞装置”就是用于深海光缆剪切打 捞的专用设备，适用于直径19～45mm的所有海电缆、光缆和钢缆。

在整个深海光缆维修工程中，难度最大的一项作业应属对海缆的打捞。即使现代化的海 缆船及配套设备，有时候一次故障修复仍需耗时一两个月，这其中大部分时间就花在海缆定 位和打捞作业上，对于吨位小、无动力定位系统的海缆船，作业时间还要更长。由于作业耗 时长，其船艇台班、设备、人员、耗材所产生的费用就占了整个维修费用的绝大多数，所以， 如果打捞设备能使作业环节减少、作业时间缩短、操作可靠性增加，那么无论对减小线路阻 断带来的损失还是对直接节省维修费用都具有非常重要的意义。

现有深海光缆打捞剪切设备多数只是单一的水下剪切，或剪切后抓握一个断头，存在再 次寻找断头重新打捞问题，而后续作业难度和工作量仍然很大。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种既能在水下剪切海缆，又能在剪切的同时夹握住缆 的两个断头然后进行打捞的装置，即一种双握切割、两端同持方式的剪切打捞装置。

一种深海光缆海底剪切打捞装置，包括装置框架、剪切机构、电子舱、液压系统、握持 机构以及两个辅接钢缆缆盘；

所述装置框架包括安装框架与操作平台，安装框架上安装有电子舱、液压系统以及两个 辅接钢缆缆盘，安装框架前部通过连接件与操作平台相连，且安装框架与操作平台间留空隙； 操作平台上安装有剪切机构与两个握持机构；

所述剪切机构包括底座、刀头与切割油缸；其中，底座上横向开有海缆进出口，以及海 缆切割腔，海缆进出口与海缆切割腔连通，且两端均贯通底座左右两侧；在底座上表面固定 有切割油缸，切割油缸的伸缩端与位于海缆切割腔中的刀头固连；所述剪切机构安装在操作 平台上表面中心位置，且底座上的海缆进出口朝向控制框架；

所述两个握持机构结构相同，均包括握缆器、释放机构以及握紧装置，以其中一个握持 机构为例进行说明：其中，握缆器包括夹座、上楔形压块、下楔形压块；所述夹座上方开有 定位孔，夹座内具有一端扩张的空腔，且空腔贯通夹座中的三个侧面，使夹座竖直纵截面呈 “C”形；上楔形压块的斜面与空腔上表面间相对滑动连接；下楔形压块的斜面与空腔下表 面间相对滑动；上述两个握揽器分别设置在剪切机构两侧，两个“C”型握揽器的开口方向 朝向安装框架，且均朝向安装框架所在一侧；所述握揽器中空腔的扩张口正对剪切机构中的 海缆进出口；

所述两个释放机构分别设置在两个握揽器上方，释放机构包括定位油缸、定位销、油缸 座；其中，定位油缸的油缸端与油缸座轴接，定位油缸的伸缩端与定位销固连；油缸座与安 装框架固连，定位销由握缆器上方插入到夹座上的定位孔中，由此将握缆器与操作平台相对 固定；

所述握紧装置包括握紧油缸以及两个由压轮与推杆组成的握紧杆件；推杆头部通过轴销 轴接有压轮，压轮与水平面平行；推杆轴接在支撑架上，且通过支撑架固定在操作平台上表 面；两个推杆杆件中的推杆杆部为油缸连接端，分别与握紧油缸的伸缩端、油缸端轴接；两 个握紧杆件中的压轮分别位于剪切机构与握缆器之间，且当握紧油缸的伸缩端伸长后，压轮 的中心点位于两个握缆器中两个上楔形压块的中心连线上；

在操作平台底部安装有尖叉锚齿，尖端朝向安装框架，通过尖叉锚齿可将海床中埋设的 海缆抬起，海缆沿锚齿平面进入到两个握揽器的空腔中，同时通过剪切机构的海缆进出口进 入到海缆切割腔中；

所述辅接钢缆缆盘分左右两个，相互对称安装在安装框架上的左侧与右侧，包括缆盘本 体、辅接钢缆及钢缆卡套，在缆盘本体内侧面靠近缆盘轴处通过销钉固定钢缆卡套，在缆盘 轴上缠绕有辅接钢缆，辅接钢缆的一端与钢缆卡套固定连接，辅接钢缆的另一端与握缆器相 连；

所述电子舱通过水密电缆与液压系统相连，用来向液压系统发送控制信号，从而由液压 系统的执行元件带动握持机构和剪切机构进行相应动作。

本发明的优点在于：

1、本发明装置适应大水深作业，可在2000米深的海底进行敷设海缆的打捞；

2、本发明装置可实现智能型水下海缆剪切和打捞提缆，可在2000米深海底自动进行海 缆剪切、断头抓握、提升缆接续等一系列程序动作；

3、本发明装置不需要脐带电缆，能够保证设备在2000米海底没有外部动力情况下自行 产生数十吨剪切力和完成一系列程序动作，解决了使用深海大长度脐带电缆造价昂贵、操作 繁琐的问题；

4、本发明装置实现海缆双断头同时抓握和打捞提升，解决了深海光缆打捞中，需进行多 次困难的断头打捞问题。

附图说明

图1为本发明装置整体结构俯视图；

图2为本发明装置中剪切机构结构侧视图；

图3为本发明装置中剪切机构结构主视图；

图4为本发明装置中握揽器结构侧视图；

图5为本发明装置中握揽器结构主视图；

图6为本发明装置中握揽器结构俯视图；

图7为本发明装置中握揽器夹紧电缆过程示意图；

图8为本发明装置中释放机构结构侧视图；

图9为本发明装置中释放机构定位握揽器过程示意图；

图10为本发明装置中握紧机构结构俯视图；

图11为握紧机构中握紧杆件结构侧视图；

图12为本发明装置中握紧机构运动过程示意图；

图13为本发明装置中辅接钢缆缆盘结构侧视图；

图中：

1-装置框架       2-剪切机构         3-电子舱          4-液压舱

5-握持机构       6-辅接钢缆缆盘     7-尖叉锚齿        8-海缆

101-安装框架     102-操作平台       103-连接件        201-底座

202-刀头         203-切割油缸       201a-海缆进出口   201b-海缆切割腔

501-握缆器       502-释放装置       503-握紧装置      501a-夹座

501b-上楔形压块  501c-下楔形压块    501d-接缆杆       501e-钢球

501f-定位孔      501g-空腔          501h-滑槽A        501i-滑槽B

501j-滑轨A       501k-滑轨B         501l-弹簧         501m-压块

502a-定位油缸    502b-定位销        502c-油缸座       503a-握紧油缸

503b-握紧杆件    503c-压轮          503d-推杆         503e-支撑架

601-缆盘本体     602-辅接钢缆       603-钢缆卡套      604-缆盘轴

605-销钉

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明深海光缆海底剪切打捞装置，如图1所示，包括装置框架1、剪切机构2、电子 舱3、液压舱4、握持机构5以及两个辅接钢缆缆盘6。

所述装置框架1包括安装框架101与操作平台102，安装框架101上安装有电子舱3、 液压舱4以及两个辅接钢缆缆盘6，安装框架101前部通过连接件103与操作平台102相 连，且安装框架101与操作平台102间留空隙，供海缆进出。操作平台102上安装有剪切 机构2与两个握持机构5。装置框架1作为本发明剪切打捞装置中各个部分的安装和平衡支 撑平台，还避免了各个部分遭外界碰撞造成损坏。本发明装置中各部件自身水密。

所述剪切机构2用来剪切海缆8，包括底座201、刀头202与切割油缸203，如图2、 图3所示。其中，底座201上横向开有海缆进出口201a，以及海缆切割腔201b，海缆进 出口201a与海缆切割腔201b连通，且两端均贯通底座201左右两侧。在底座201上表面 上通过螺栓固定有切割油缸203，切割油缸203的伸缩端与位于海缆切割腔201b中的刀头 202固连。所述剪切机构2安装在操作平台102上表面中心位置，且底座201上的海缆进 出口201a朝向安装框架101。由此海缆可由海缆进出口201a进入到海缆切割腔201b内 部，切割油缸203的伸缩端带动刀头202进行向下运动，实现对海缆8的切割。

所述两个握持机构5用来定位待剪切的海缆8，两握持机构5结构相同，均包括握缆器 501、释放机构502以及握紧装置503，如图1所示。以其中一个握持机构5为例进行说明： 其中，握缆器501包括夹座501a、上楔形压块501b、下楔形压块501c、接缆杆501d和 定位弹簧钢球501e，如图4所示。所述夹座上方开有定位孔501f，夹座501a内具有一端 扩张的空腔501g，且空腔501g贯通夹座501a中的三个侧面，使夹座501a竖直纵截面呈 “C”形，如图5所示。空腔501a的上表面与下表面为平面，且分别开有滑槽A501h、滑 槽B501i。所述上楔形压块501b与下楔形压块501c的斜面上分别设计有滑轨A501j、滑 轨B501k。滑槽A501h与滑轨A501j相互配合，使上楔形压块501b的斜面与空腔501g 上表面间相对滑动；滑槽B501i与滑轨B501k相互配合，使下楔形压块501c的斜面与空 腔501g下表面间相对滑动。夹座501a上铰接有接缆杆501d，接缆杆501d用来与辅接钢 缆缆盘6中的辅接钢缆602相连，如图6所示。通过上楔形压块501b与下楔形压块501c 向空腔501g收缩口方向滑动，使上楔形压块501b与下楔形压块501c平面间距离缩小， 从而将位于空腔内的海缆8夹紧固定，如图7所示。为了使上楔形压块501b与下楔形压块 501c在不夹握海缆期间能可靠固定在初始位置，在上楔形压块501b、下楔形压块501c与 夹座501a间设置定位钢球501e，钢球501e依次与弹簧501l、压块501m相连，通过钢 球501e实现楔形压块与夹座501a的初始定位，如图4所示，并且上楔形压块501b的下 表面与下楔形压块501c的下表面均设计有突起，通过突起可使上楔形压块501b与下楔形 压块501c更好的夹紧海缆8。采用上述结构，使被切断的海缆8张力越大，握缆器501所 提供的握持力也越大，并且不会随时间延长而松弛，从而保证了被切断海缆8的两个断头被 牢牢抓住。

上述两个握揽器501分别设置在剪切机构2两侧，两个“C”型握揽器501的开口方向 朝向操作平台102，且均朝向安装框架101所在一侧。所述握揽器501中空腔501g的扩 张口正对剪切机构2中的海缆进出口201a，且空腔501g的下表面与剪切机构2中海缆切 割腔201b下表面共面。所述两个握揽器501与操作平台102间不存在硬连接，而是通过 释放机构502实现握揽器501与操作平台间的相对定位。

所述两个释放机构502分别设置在两个握揽器501上方，释放机构包括定位油缸502a、 定位销502b、油缸座502c，如图8所示。其中，定位油缸502a的油缸端与油缸座502c 轴接，定位油缸502a的伸缩端与定位销502b固连。油缸座502与安装框架101固连，定 位销502b由伸入握缆器501上方插入到的夹座上的定位孔501f中，由此将握缆器501与 操作平台相对固定，如图9所示，由此，当定位油缸502a的伸缩端收缩时，可将定位销502b 脱离定位孔501f，实现握缆器501与操作平台102间的分离。

所述握紧装置503包括握紧油缸503a以及两个由压轮503c与推杆503d组成的握紧 杆件503b，如图10所示。如图11所示，其中，推杆503d分为由两根横杆503d1与一 根连接杆503d2组成的推杆头部与推杆杆部；连接杆503d2的两端分别与两根横杆503d1 的一端垂直连接，由此形成“U”形推杆杆头。连接杆503d2与推杆杆部一端垂直连接。推 杆头部两内侧面上均通过轴销轴接有压轮503c，两压轮503c均与水平面平行。推杆503d 轴接在支撑架503e上，且通过支撑架503e固定在操作平台102上表面，推杆503d可以 支撑架503e为轴水平自由转动。推杆杆部的自由端为油缸连接端。两个握紧杆件503b中 推杆杆部的油缸连接端分别与握紧油缸503a的伸缩端、油缸端轴接。两个握紧杆件503b 中的压轮503c分别位于剪切机构2与握缆器501之间，且当握紧油缸503a的伸缩端伸长 后，压轮503c的中心点位于两个握缆器501中两个楔形压块的中心连线上。由此当握紧油 缸503a的伸缩端收缩时，带动两个握紧杆件503b以支撑架503e为轴相对反向转动，使 两个握紧杆件503b中的压轮503c分别推动两握缆器501中的两个上楔形压块501b以及 两个下楔形压块501c分别向两个空腔501g收缩口端滑动，如图12所示，从而通过同一握 缆器501中得上楔形压块501b、下楔形压块501c共同挤压位于握缆器501中的海缆8， 将海缆8夹紧。

在操作平台102底部安装有尖叉锚齿7，如图1与图9所示，尖叉锚齿7由两个叉杆 801组成，两个叉杆801的一端相连，形成具有尖端的“V”形结构，尖端朝向安装框架101， 且尖叉锚齿8所在的平面与操作平台102间的夹角为45°，两叉杆801的另一端均与操作 平台102底部固连。且使尖叉锚齿8所在的平面与两握揽器501中空腔501g下表面以及 剪切机构2中海缆进出口201a下底面所在平面相接，通过尖叉锚齿8可将海床中埋设的海 缆8缆抬起，并沿尖叉锚齿8所在平面进入到两个握揽器501的空腔501g中，同时通过剪 切机构2的海缆进出口201a进入到海缆切割腔201b中，从而对海缆8进行握持以及剪切。

所述辅接钢缆缆盘6分左右两个，相互对称安装在安装框架上的左侧与右侧，包括缆盘 本体601、辅接钢缆602及钢缆卡套603，如图13所示，在缆盘本体601内侧面靠近缆 盘轴604处通过销钉605将钢缆卡套603固定在缆盘本体601上，在缆盘轴604上缠绕 有辅接钢缆602，辅接钢缆602的一端与钢缆卡套603固定连接，辅接钢缆602的另一端 与握缆器501中的接缆杆501d固连。辅接钢缆602预先盘好在缆盘本体501内，当握缆 器501释放时，辅接钢缆602随握缆器501放出。被切断的海缆8的两个断头在不具备提 出水面的余量的情况下，经各自辅接一段钢缆后，即可被提出水面。

所述电子舱3通过水密电缆与液压舱4相连，用来向液压系统发送工作指令，从而带动 液压系统的执行元件握紧油缸503a、切割油缸203以及两定位油缸502a动作，分别实现：

(1)、握紧油缸503a的伸缩端收缩，使两个握紧杆件503b推动两握缆器501中的上 楔形压块501b与下楔形压块501c将海缆8夹紧；

(2)、切割油缸203的伸缩端伸长，带动刀头202对海缆进行切割；

(3)、切割海缆前两定位油缸502a的伸缩端伸长，带动定位销502b插入握缆器501 中的定位孔501f，使握缆器501与操作平台102相对固定。切割海缆后，定位油缸502a 的伸缩端收缩，定位销502b由定位孔501f中拨出，握缆器501被释放，脱离操作平台102， 在海缆张力的作用下，握缆器501带动辅接钢缆602从辅接钢缆缆盘6内放出。

所述电子舱3是由不锈钢制成的耐水压的圆桶形壳体，一端设端盖。端盖上设有进出舱 的水密电缆进线口，端盖内侧设安装卡架，实现设备动作程序控制的电子器件、电池组、电 路组合均装于卡架上。电子舱须通过不小于25MPa的耐水压试验，无泄漏。

所述液压系统由蓄压器、液压舱4、执行元件、回流耐压空舱及相应管路组成。在深海 光缆海底剪切打捞装置下水前蓄压器在船上为本发明深海光缆海底剪切打捞装置充压，以为 深海光缆海底剪切打捞装置在水下工作提供能源。各阀件集中安装于一个耐压空腔液压舱4 中，通过水密电缆与电子舱连接，液压舱4中各电磁换向阀接收电子舱3的控制指令，按规 定程序(即握紧、剪切、释放)操纵各执行元件(切割油缸203、握紧油缸503a、定位油 缸502a)动作。

所述装置框架1上的各个部分与装置框架1间采用可拆卸的安装方式。