專利名稱：水下釋放器的制作方法
水下釋放器
(一) 技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及的是聲學(xué)釋放器的機械部分。
(二)
背景技術(shù)：
聲學(xué)釋放器一般由兩部分組成，即電子部分和機械部分。電子部分包括用于 聲電轉(zhuǎn)換的水聲換能器部分和用于電信號整形、檢測的電路部分。機械部分在電 路部分的控制下執(zhí)行釋放動作。本發(fā)明屬于聲學(xué)釋放器的機械部分。
人們對水下聲學(xué)釋放器的研究已有很長的歷史，在一些國外知名的水下設(shè)備 研制公司也有型號產(chǎn)品出售?，F(xiàn)有的聲學(xué)釋放器按工作原理不同大體可以劃分為 四種類型爆炸式、熔斷式、機械傳動式和磁動式。
爆破式釋放器工作原理簡單，容易實現(xiàn)。但爆破式釋放器存在致命缺點在 釋放器使用過程中，操作人員和待回收設(shè)備都存在嚴(yán)重的安全問題；此外，爆破 式釋放器每次都要更換爆損部件，有耗材成本且操作不便。基于以上原因自20 世紀(jì)80年代后，國外幾乎沒有爆破式釋放器的相關(guān)發(fā)明出現(xiàn)。
熔斷式有兩種， 一種是電加熱熔斷， 一種是依靠海水的電化學(xué)腐蝕熔斷。其 中以后者較多見，且有產(chǎn)品。但由于用于提供電能的陰、陽電極必須相互絕緣地 穿出耐壓艙，而在耐壓艙使用金屬材料時，高壓水密且保證電極間絕緣很難同時 實現(xiàn)。此類釋放器經(jīng)常使用非金屬耐壓殼，因此也就決定了它們只能適用于淺海， 且承載力受限。此外，每次釋放都要更換熔斷部件，增加操作復(fù)雜度，且由于熔 斷絲的個體差異以及更換過程中的操作差異，都會降低釋放器的整體可靠性。加 之，熔斷過程要花費幾分鐘，或更長的時間，因此不能實現(xiàn)實時釋放，且電化學(xué) 腐蝕熔斷不能適于淡水情況。正是基于以上多種原因熔斷式釋放器一直未能成為 釋放器的主流。
機械傳動式釋放器在設(shè)計上的共同特點是以安裝在耐壓艙內(nèi)的電動馬達(dá)作 為動力源，再采用某種形式減速后，將動力傳送到耐壓艙外，然后通過某種形式 的觸發(fā)機構(gòu)，使傳送出來的機械運動能夠?qū)崿F(xiàn)釋放動作。在整個設(shè)計中，如何實 現(xiàn)在高壓環(huán)境下傳動軸或桿的徑向動密封是最大的技術(shù)難點。國外，尤其是美國的一些生產(chǎn)水下聲學(xué)釋放器的知名公司應(yīng)該在某種程度上解決了這一問題，但其 實現(xiàn)必然依賴于非常高的加工工藝和特殊材料。高可靠動密封的技術(shù)難度大，實 現(xiàn)成本高，且后期維護(hù)保養(yǎng)復(fù)雜，在使用前密封性能測試也非常困難，甚至不可 實現(xiàn)。因此，若能找到一條途徑來避開對動密封的苛刻要求，實現(xiàn)高可靠水下釋 放將是非常有意義的。為了防止海水的腐蝕，幾乎所有的海洋工程用水下設(shè)備都必須作防腐蝕處 理，或者其本身就由耐腐蝕材料制成。深水耐壓艙常使用結(jié)構(gòu)堅固且耐腐蝕的不 銹鋼或鈦合金材料。這些材料都是對磁場非完全屏蔽的。因此，采用磁力傳動是 避開機械傳動必須要面對動密封難題的有效途徑。歷史上也有人想到了這種方 式，但由于當(dāng)時永磁材料性能的限制，加之設(shè)計上的不夠合理，造成這一途徑一 直沒有走通，采用這種技術(shù)的設(shè)備從來沒有形成過產(chǎn)品。專利號為4118060的美國專利文件中公開了一種釋放器機械結(jié)構(gòu)，圖1給出了它的基本結(jié)構(gòu)。其摘要中記載本發(fā)明給出的水下釋放裝置包括一個水密耐壓 艙； 一個與耐壓艙外面相關(guān)聯(lián)的可釋放控制機構(gòu)，它可以承載重物，也可以將重 物釋放； 一個可以在耐壓艙內(nèi)運動的永磁體，它的兩極與耐壓艙的指定艙壁相連， 其磁力可以穿透該艙壁；一個在耐壓艙內(nèi)可以將磁體從第一個位置移動到第二個 位置的裝置；當(dāng)磁體運動到第二個位置時，用來把持可釋放機構(gòu)的磁力穿越非導(dǎo) 磁耐壓艙壁；而當(dāng)磁體處在第一個位置時，永磁體的磁力可以經(jīng)由穿越耐壓艙的 導(dǎo)磁鋼栓傳遞給鎖定機構(gòu)。既然來自耐壓艙內(nèi)的力只有磁力，因此沒有對高額電插銷和導(dǎo)體的要求，在 耐壓艙外面沒有再對耐壓提出要求，像可釋放把持機構(gòu)等都是機械的，通常由不 銹鋼材料構(gòu)成。水下釋放裝置通常只是在水下短時間內(nèi)使用，一般從釋放裝置下水到完成釋 放任務(wù)都不超過24個小時。盡管存在生銹和電化學(xué)腐蝕，導(dǎo)磁鋼栓仍最好選用鋼栓。桿表面可以鍍鎳或 鍍鉻。既然釋放機構(gòu)僅在水下短時間使用，因此腐蝕作用帶來的影響是輕微的。 導(dǎo)磁鋼栓穿過的耐壓艙一般由非磁性材料構(gòu)成，例如鋁合金。盡管導(dǎo)磁鋼栓會生 銹，它們?nèi)钥梢杂行У貙⒋帕鬟f給把持機構(gòu)。導(dǎo)磁鋼栓必須被定期更換。然而，更換帶來的花費比起使用簡單爆炸裝置來說要小得多。本發(fā)明提供的水下釋放裝置可以重復(fù)利用，而爆炸裝置不能。 從其說明書及其附圖中不難看出，該技術(shù)方案仍存在如下問題 1、實際上，在大多數(shù)水下釋放放器的應(yīng)用中，都需要釋放器能長期工作于水下，而不是像其摘要中說的多是短時間工作。因此，采用非耐腐蝕導(dǎo)磁鋼栓的 做法通常是不能被接受的。此外，在有關(guān)該發(fā)明的詳細(xì)論述中，導(dǎo)磁鋼栓與它所 穿越的耐壓艙間的密封采用的是"0"形密封圈，在深水高壓環(huán)境下，采用如此 的密封方法，很難保證長期高可靠性的水密，這與機械傳動式釋放器所存在的問 題相類似。
2、 耐壓艙外的機械機構(gòu)都是完全暴露于海水的，這樣的設(shè)計會帶來嚴(yán)重的
問題。首先是海流的沖擊。因為用于把持可釋放機構(gòu)的磁力很小(發(fā)明說明中說
0.5Kg力)，在海流的沖擊下很容易發(fā)生誤釋放。發(fā)明人也意識到了這一點，但 他只考慮在水上掉放過程中加速度的影響，加裝了誤釋放保護(hù)裝置。在水上，該 裝置能保證釋放器不會誤釋放，因為只有該保護(hù)裝置上的水溶物質(zhì)在釋放器入水 溶解后，釋放動作才能進(jìn)行。而在水下，海流的沖擊仍然會使釋放器誤動作的概 率顯著提高。此外，海洋生物附著也注定了該系統(tǒng)不可能在水下較長時間的工作。
3、 根據(jù)他對力放大機構(gòu)的描述，其釋放器的承載能力與耐壓艙內(nèi)永磁體通
過導(dǎo)磁鋼栓傳遞出來的磁引力的大小直接關(guān)聯(lián)，且近乎成正比，其后果是其吸和 磁引力的大小必須要與海流沖擊過程中帶給釋放器的最大承載力相對應(yīng)。這也是 其力放大機構(gòu)的致命弱點。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能提供較大的釋放動力，避免海水沖擊和海洋生 物附著的不利影響，避免誤釋放，可多次重復(fù)使用的水下釋放器。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的由電動部分、觸發(fā)機構(gòu)、儲能機構(gòu)、減速機構(gòu)、 雙向溢流機構(gòu)、動密封傳動機構(gòu)和釋放臂構(gòu)成；電動部分位于耐壓艙內(nèi)，由控制 線與電纜線l、直流電機2、與直流電機2相連的減速機3、連接在減速機3的 輸出軸4上的第一 "U"型磁鋼5組成；耐壓艙的下底板32上連接隔離艙7共 同圍成海水隔離艙段；海水隔離艙段安裝有雙向溢流機構(gòu)24;觸發(fā)機構(gòu)、儲能 機構(gòu)和減速機構(gòu)都設(shè)置在海水隔離艙段內(nèi)；觸發(fā)機構(gòu)由第二 "U"型磁鋼8、與 第二 "U"型磁鋼8相連的"L"形連桿12、套在"L"形連桿12上的彈簧13、 安裝在"L"形連桿12上的棘齒機構(gòu)組成；儲能機構(gòu)25由安裝在彈簧盒內(nèi)的平 面渦巻彈簧以及中心軸桿16組成；減速機構(gòu)由安裝在中心軸桿16、第一支撐桿 15和第二支撐桿17上的齒輪組成，中心軸桿16上套有齒輪且與第一支撐桿15 上的大齒輪相嚙合，第一支撐桿上的小齒輪與第二支撐桿上的大齒輪相嚙合，第 一支架9、第二支架10、第三支架11通過第一支撐桿15、第三支撐桿28連接共同支撐減速機構(gòu)；動密封傳動機構(gòu)的主體是傳動桿42，傳動桿42上套有與第 二支撐桿17上的小齒輪嚙合的齒輪，傳動桿42的端部呈楔形，傳動桿42與隔 離艙7的下底板連接處安裝有"0"形密封圈20，傳動桿42上安裝有定位銷19; 釋放臂的組成包括固定臂23、旋轉(zhuǎn)臂21和固定臂23與旋轉(zhuǎn)臂21之間的連接軸 22。.本發(fā)明還可以包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征-1、 減速機3的輸出軸4的軸線垂直耐壓艙的下底板32。2、 所述的雙向溢流機構(gòu)24的組成包括攻有螺紋的不銹鋼螺栓33、套在銹 鋼螺栓33上的彈簧36、銹鋼螺栓33上的調(diào)節(jié)螺母35以及水密墊圈34。3、 所述的棘齒機構(gòu)的組成包括通過軸37連接到"L"形連桿12上的活動棘 齒14、位于活動棘齒14的長尾端且由螺栓38固定在"L"形連桿12上的彈簧 片39，在與活動棘齒14齒端接觸的第一支撐桿15上的大齒輪的輪盤上均勻分 布有楔形凹槽40。本發(fā)明的主要創(chuàng)新點體現(xiàn)在(1)采用兩塊"U"形磁鋼相配合的設(shè)計，觸 發(fā)的最大動力接近它們之間引力與斥力之標(biāo)量和。(2)利用平面渦巻彈簧儲能， 齒輪組減速，保證在較小外部觸發(fā)力的作用下，能提供更大的釋放動力。且以上 裝置位于耐壓艙外。(3)采用雙向溢流設(shè)計構(gòu)建海水隔離艙，避免海水沖擊和海 洋生物附著對機械儲能和減速裝置正常工作的不利影響。(4)旋轉(zhuǎn)脫鉤機構(gòu)的設(shè) 計，使釋放器能有更大的承載力。且承載力僅與釋放臂和動密封傳動桿的強度有 關(guān)，而與磁觸發(fā)動力無關(guān)。磁觸發(fā)動力與海流沖擊帶給釋放器的最小承載力相對 應(yīng)。這些對避免誤釋放和正常適時釋放都是有利的。與專利號為4118060的美國專利文件中公開的技術(shù)方案相比，本發(fā)明都采用 磁力穿越耐壓艙作為釋放觸發(fā)動力，這一點兩者之間有一定相似性，但兩者也存 在明顯差異。首先本發(fā)明在耐壓艙外有另一塊"U"型磁鋼與耐壓艙內(nèi)的磁鋼相 配合，增強了觸發(fā)動力。在相同距離上，磁鋼與磁鋼間的引力要比磁鋼與相同形 狀鐵磁材料(比如純鐵)間的引力大得多。而且釋放觸發(fā)動力不但用到磁鋼間的 引力，也用到了磁鋼間的斥力。此外，本發(fā)明沒有使用穿透耐壓艙壁的非耐腐蝕 性材料制成的導(dǎo)磁鋼栓。導(dǎo)磁鋼栓的存在一方面使得釋放器不能在海水中較長期 地工作，另一方面殘留在導(dǎo)磁鋼栓上的磁力對釋放動作的實施也是不利的。本發(fā)明在不借助導(dǎo)磁鋼栓的情況下，通過雙磁鋼配合，在獲得更高水密可靠 性的同時，仍能夠保證觸發(fā)系統(tǒng)具備足夠強的觸發(fā)動力。
(四)


圖1是與本發(fā)明最接近的背景技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖(釋放前)；
圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖(釋放后)；
圖4是雙向溢流機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖5是雙向溢流機構(gòu)的不銹鋼螺栓的結(jié)構(gòu)示意圖6是雙向溢流機構(gòu)的水密墊圈的結(jié)構(gòu)示意圖7是棘齒機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖8是圖7的左視圖9是第一支撐桿上的大齒輪的輪盤的結(jié)構(gòu)示意圖。
(五)
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述
本發(fā)明的水下釋放器由8個部分組成電動部分、觸發(fā)機構(gòu)、儲能機構(gòu)、減 速機構(gòu)、雙向溢流機構(gòu)、動密封傳動機構(gòu)和釋放臂。
結(jié)合圖2。電動部分位于耐壓艙內(nèi)，由控制線與電纜線1、直流電機2、減 速機3、連接軸4和第一 "U"型磁鋼5組成。其中連接軸4的軸線垂直耐壓艙 的下底板32。隔離艙7與下底板32共同圍成了海水隔離艙段。海水隔離艙段安 裝有雙向溢流機構(gòu)24，結(jié)合圖4， 33為攻有螺紋的不銹鋼螺栓，34為水密墊圈， 通過調(diào)節(jié)螺母35，可以改變施加在彈簧36上的擠壓力。彈簧36通過不銹鋼螺 栓33擠壓水密墊圈34實現(xiàn)水密。當(dāng)內(nèi)外壓差大于一定值時，水密失效，海水流 通，在達(dá)到某種平衡后，水密又重新恢復(fù)。雙向溢流機構(gòu)實現(xiàn)了內(nèi)外海水的隔離 (設(shè)計時海水流出比流入的壓力閾值要大)。通過采用這一措施， 一方面可以消 除海浪對艙內(nèi)設(shè)備的沖擊，另一方面能夠避免海洋生物附著帶來的麻煩。觸發(fā)機 構(gòu)、儲能機構(gòu)和減速機構(gòu)都在海水隔離艙段內(nèi)。觸發(fā)機構(gòu)由第二 "U"型磁鋼8、 彈簧13、 "L"形連桿12和棘齒機構(gòu)組成。結(jié)合圖5，活動棘齒14通過軸37連 接到連桿"L"形連桿12，活動棘齒14的長尾端被彈簧片39壓住，彈簧片39 由螺栓38固定在"L"形連桿12上。在與活動棘齒14齒端接觸的第一支撐桿15的大齒輪的輪盤上均勻分布有楔形凹槽40。在非釋放狀態(tài)下，當(dāng)?shù)谝?"U" 型磁鋼5與第二 "U"型磁鋼8異極相對，第二 "U"型磁鋼8吸和在耐壓艙的 下底板32上時，雖然彈簧被壓縮但其伸張力小于磁鋼吸和力，因此仍能保證活 動棘齒14的齒端嵌于楔形槽凹中，此時第一支撐桿15的大齒輪15只能繞軸線 逆時針旋轉(zhuǎn)(俯視情況)。儲能機構(gòu)25由平面渦巻彈簧、彈簧盒以及中心軸桿 16組成。當(dāng)取下塞子26，露出中心軸桿16成六角形的一端時，可以通過自制扳 手?jǐn)Q動它，從而給平面渦巻彈簧上勁。中心軸桿16的另一端套有齒輪，它與第 一支撐桿15的大齒輪相嚙合。減速機構(gòu)由安裝在中心軸桿16、第一支撐桿15 和第二支撐桿17上的齒輪組成。第一支架9、第二支架10、第三支架11通過第 一支撐桿15、第三支撐桿28連接共同支撐減速機構(gòu)。桿29、桿30等用于支撐 固定儲能機構(gòu)25。動密封傳動機構(gòu)的主體是傳動桿42。 42的一端套有齒輪，與 第二支撐桿17上的小齒輪嚙合，另一端呈楔形。在傳動桿42與隔離艙7的下底 板連接處安裝有"0"形密封圈20，它也是為了保證艙內(nèi)外海水的隔離。固定在 傳動桿42上的定位銷19 一方面防止傳動桿42沿軸線方向移動，另一方面保證 傳動桿42只能繞軸線旋轉(zhuǎn)半周。釋放臂主要由三部分構(gòu)成固定臂23、旋轉(zhuǎn)臂 21和連接軸22。釋放前旋轉(zhuǎn)臂21搭接在傳動桿42的楔形端的與斜面相反的一 側(cè)。掛環(huán)31從固定臂23與旋轉(zhuǎn)臂21扣合后留下的圓形空隙中穿過。掛環(huán)連接 承載重物的鋼索。
結(jié)合圖3。當(dāng)耐壓艙內(nèi)的控制電路要求實施釋放動作時，會由控制線與電纜 線1控制直流電機2，直流電機2經(jīng)減速機3減速后通過連接軸4帶動第一 "U" 型磁鋼5旋轉(zhuǎn)180° ，即第一 "U"型磁鋼5的N和S極調(diào)換位置。由于此時兩 磁鋼同極相對，在斥力和彈簧伸張力的共同作用下，"L"形連桿12連同活動棘 齒14向下運動，活動棘齒14的齒端從第一支撐桿15的大齒輪的輪盤的楔形槽 凹中脫落。此時，平面渦巻彈簧內(nèi)蓄積的彈性勢能得以釋放，帶動減速機構(gòu)運動， 傳動桿42在減速機構(gòu)的帶動下轉(zhuǎn)動，從而使楔形面轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)臂21，失去對旋轉(zhuǎn) 臂21的控制。由于重物掛環(huán)31對旋轉(zhuǎn)臂21存在牽引力，因此旋轉(zhuǎn)臂21將繞連 接軸22轉(zhuǎn)動，最終重物掛環(huán)31將連同重物一起脫離旋轉(zhuǎn)臂21和固定臂23的控 制，實現(xiàn)釋放目的。
在實施下一次釋放任務(wù)時，可以通過耐壓艙內(nèi)的控制電路控制直流電機2，使第一 "U"型磁鋼5回轉(zhuǎn)180 。。當(dāng)?shù)谝?"U"型磁鋼5和第二 "U"型磁鋼8 重新吸和，并掛接好下一個要釋放的重物后，利用自制扳手?jǐn)Q動中心軸桿16， 給平面渦巻彈簧上勁，同時也使傳動桿42回轉(zhuǎn)180 °，從而為進(jìn)行下一次釋放 任務(wù)做好準(zhǔn)備。
權(quán)利要求
1、一種水下釋放器，由電動部分、觸發(fā)機構(gòu)、儲能機構(gòu)、減速機構(gòu)、雙向溢流機構(gòu)、動密封傳動機構(gòu)和釋放臂構(gòu)成；其特征是電動部分位于耐壓艙內(nèi)，由控制線與電纜線[1]、直流電機[2]、與直流電機[2]相連的減速機[3]、連接在減速機[3]的輸出軸[4]上的第一“U”型磁鋼[5]組成；耐壓艙的下底板[32]上連接隔離艙[7]共同圍成海水隔離艙段；海水隔離艙段安裝有雙向溢流機構(gòu)[24]；觸發(fā)機構(gòu)、儲能機構(gòu)和減速機構(gòu)都設(shè)置在海水隔離艙段內(nèi)；觸發(fā)機構(gòu)由第二“U”型磁鋼[8]、與第二“U”型磁鋼[8]相連的“L”形連桿[12]、套在“L”形連桿[12]上的彈簧[13]、安裝在“L”形連桿[12]上的棘齒機構(gòu)組成；儲能機構(gòu)[25]由安裝在彈簧盒內(nèi)的平面渦卷彈簧以及中心軸桿[16]組成；減速機構(gòu)由安裝在中心軸桿[16]、第一支撐桿[15]和第二支撐桿[17]上的齒輪組成，中心軸桿[16]上套有齒輪且與第一支撐桿[15]上的大齒輪相嚙合，第一支撐桿上的小齒輪與第二支撐桿上的大齒輪相嚙合，第一支架[9]、第二支架[10]、第三支架[11]通過第一支撐桿[15]、第三支撐桿[28]連接共同支撐減速機構(gòu)；動密封傳動機構(gòu)的主體是傳動桿[42]，傳動桿[42]上套有與第二支撐桿[17]上的小齒輪嚙合的齒輪，傳動桿[42]的端部呈楔形，傳動桿[42]與隔離艙[7]的下底板連接處安裝有“O”形密封圈[20]，傳動桿[42]上安裝有定位銷[19]；釋放臂的組成包括固定臂[23]、旋轉(zhuǎn)臂[21]和固定臂[23]與旋轉(zhuǎn)臂[21]之間的連接軸[22]。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下釋放器，其特征是:所述的雙向溢流機構(gòu)[24] 的組成包括攻有螺紋的不銹鋼螺栓[33]、套在不銹鋼螺栓[33]上的彈簧[36]、 不銹鋼螺栓[33]上的調(diào)節(jié)螺母[35]以及水密墊圈[34]。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下釋放器，其特征是所述的棘齒機構(gòu)的組成 包括通過軸[37]連接到"L"形連桿[12]上的活動棘齒[14]、位于活動棘齒[14] 的長尾端且由螺栓[38]固定在"L"形連桿[12]上的彈簧片[39]，在與活動棘齒 [14]齒端接觸的第一支撐桿[15]上的大齒輪的輪盤上均勻分布有楔形凹槽 [40]。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種水下釋放器。由電動部分、觸發(fā)機構(gòu)、儲能機構(gòu)、減速機構(gòu)、雙向溢流機構(gòu)、動密封傳動機構(gòu)和釋放臂構(gòu)成；電動部分位于耐壓艙內(nèi)，耐壓艙的下底板上連接隔離艙共同圍成海水隔離艙段；海水隔離艙段安裝有雙向溢流機構(gòu)；觸發(fā)機構(gòu)、儲能機構(gòu)和減速機構(gòu)都設(shè)置在海水隔離艙段內(nèi)。本發(fā)明采用兩塊“U”形磁鋼相配合的設(shè)計，最大觸發(fā)動力接近它們之間引力與斥力之標(biāo)量和；利用平面渦卷彈簧儲能，齒輪組減速，能提供較大的釋放動力；通過雙向溢流設(shè)計構(gòu)建海水隔離艙，避免海水沖擊和海洋生物的不利影響；利用旋轉(zhuǎn)脫鉤機構(gòu)，使釋放器能有更大的承載力。本發(fā)明不但水密可靠性更好，而且可以在水下長期工作，也不必更換部件。
文檔編號B63C11/52GK101327838SQ200810136818
公開日2008年12月24日 申請日期2008年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月30日
發(fā)明者冬 夏, 武 曾, 曄 李, 王大成 申請人:哈爾濱工程大學(xué)