CN110092292B - 水下设备安装投放基站 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水下设备安装投放基站，包括主体框架与设于主体框架的自适应导向装置，主体框架内设有容纳水下设备的舱室，舱室具有供水下设备进出的开口，自适应导向装置包括第一导向轮、弹性件及可相对主体框架滑动的滑动件，第一导向轮设置于滑动件并位于主体框架的侧面，弹性件提供使滑动件向主体框架外滑动的弹力。本发明的水下设备安装投放基站藉由第一导向轮沿盾构井内壁面的滑动能够保持与内壁面的贴靠，内壁面为基站提供支撑，使基站在水流作用下能保持稳定的姿态，不发生倾翻、摆偏。另外，第一导向轮与内壁面的抵顶驱使滑动件滑动，使基站具有自适应盾构井实际宽度的特点。

Description

水下设备安装投放基站

技术领域

本发明涉及机械工程技术领域，尤其涉及一种水下设备安装投放基站。

背景技术

核电站取水隧洞在运行使用过程中内部会有海生物、沉沙、淤泥等聚集，海生物的附着和泥沙的沉积会影响取水隧洞的过水能力，因此需要定期派监测机器人对隧洞内的环境进行监测。

隧洞两端有盾构井，其中适合监测机器人进出的盾构井如图1所示，该盾构井具有盾构井前壁201、盾构井侧壁202以及盾构井底部203，取水隧洞300的洞口位于前壁201底部，监测机器人投放至盾构井底部203后再从洞口进入取水隧洞300中。现有的用于设备投放的吊篮、吊具等一般都是在静水条件或无水条件下应用，但由于盾构井的水位深，取水隧洞300、盾构井内的水流速度高，且盾构井内流场复杂，如果使用现有的吊具直接将监测机器人吊装到盾构井底部很容易产生倾翻、偏转、打转等现象，监测机器人很难进入取水隧洞300进行监测作业。

因此，亟需一种在水流作用下不发生倾翻、摆偏的水下设备安装投放基站。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在水流作用下不发生倾翻、摆偏的水下设备安装投放基站。

为实现上述目的，本发明提供了一种水下设备安装投放基站，包括主体框架与设于所述主体框架的自适应导向装置，所述主体框架内设有容纳水下设备的舱室，所述舱室具有供所述水下设备进出的开口，所述自适应导向装置包括第一导向轮、弹性件及可相对所述主体框架滑动的滑动件，所述第一导向轮设置于所述滑动件并位于所述主体框架的侧面，所述弹性件提供使所述滑动件向所述主体框架外滑动的弹力。

较佳地，所述自适应导向装置还包括安装座，所述安装座固定于所述主体框架，所述滑动件滑动设置于所述安装座上，所述弹性件弹性抵顶于所述安装座与所述滑动件之间。

较佳地，所述安装座具有一套筒，所述滑动件的一端呈滑动地穿置于所述套筒内，所述滑动件的另一端设有第一安装部，所述第一导向轮枢接于所述第一安装部上，所述弹性件套设于所述滑动件上且所述弹性件的两端分别抵顶所述安装座和所述第一安装部。

较佳地，所述第一安装部位于所述滑动件的一端，所述滑动件的另一端设有抵顶所述套筒时限位所述滑动件的限位部。

较佳地，所述自适应导向装置的数量至少有两个。

较佳地，所述主体框架上相对的两侧分别设有自适应导向结构，所述自适应导向结构包括至少一所述自适应导向装置。

较佳地，所述主体框架的侧面呈四边形，所述自适应导向结构包括设于所述四边形四个角落的四个所述自适应导向装置。

较佳地，还包括正面导向装置，所述正面导向装置包括设于所述主体框架开设所述开口的一侧的第二导向轮。

较佳地，所述主体框架具有一正面，所述开口与所述第二导向轮设于所述正面上，与所述正面相接的两侧面上设有所述第一导向轮。

较佳地，所述开口的两侧分别设有所述正面导向装置。

较佳地，所述正面导向装置包括呈直线排列的至少两所述第二导向轮。

较佳地，所述正面导向装置还包括导向支撑杆，所述导向支撑杆立于所述主体框架的顶部，所述第二导向轮枢接于所述导向支撑杆上。

较佳地，所述导向支撑杆可收合或可拆卸地设于所述主体框架上。

较佳地，所述导向支撑杆的一端枢接于所述主体框架，所述正面导向装置还包括当所述导向支撑杆立起时支撑于所述主体框架与所述导向支撑杆之间的辅助支撑杆。

较佳地，所述导向支撑杆的下端设有三角形支撑结构。

较佳地，所述三角形支撑结构垂直于所述导向支撑杆与所述辅助支撑杆所在的平面。

较佳地，还包括支脚，所述支脚呈高度可调地设置于所述主体框架的底部。

较佳地，还包括螺杆和螺套，所述螺杆与所述螺套螺纹连接，所述支脚连接于所述螺杆的一端，所述螺套固定于所述主体框架。

较佳地，所述螺杆的一端与所述支脚通过球铰连接。

较佳地，所述支脚的底部设置有包括多个凸起的防滑结构。

较佳地，还包括电缆导向装置，所述电缆导向装置设置于所述主体框架的顶部。

较佳地，所述电缆导向装置包括枢接在主体框架上的第三导向轮，所述第三导向轮的轮面设有限位电缆的凹槽。

较佳地，所述电缆导向装置还包括压紧轮及防脱外壳，所述压紧轮枢接于所述主体框架，所述第三导向轮和所述压紧轮设置于所述防脱外壳的内部，所述压紧轮的轮面贴合所述第三导向轮的轮面，所述防脱外壳设有供所述电缆通过的槽孔。

较佳地，所述防脱外壳与所述第三导向轮、压紧轮之间的间隙均小于所述凹槽的宽度。

较佳地，还包括设于所述主体框架上的监测模块。

较佳地，所述监测模块包括多个摄像机及多个水下灯，且所述摄像机和所述水下灯分别对准所述主体框架的下部的角落。

较佳地，所述监测模块包括全景摄像机，所述全景摄像机设置于所述主体框架的中间位置。

较佳地，所述监测模块包括姿态传感器。

较佳地，所述主体框架呈多个杆件搭建而成的镂空结构，所述舱室底部设有一承载水下设备的底板。

较佳地，所述底板为格栅板。

较佳地，所述底板上设置有两可将水下设备限位于中间的防滑条。

与现有技术相比，本发明的水下设备安装投放基站在主体框架上设有自适应导向装置，由于自适应导向装置包括第一导向轮，藉由第一导向轮沿盾构井的内壁滑动，使得水下设备安装投放基站能够贴靠盾构井的内壁移动，内壁为基站起到支撑作用，从而使水下设备安装投放基站在水流作用下能保持稳定的姿态，不发生倾翻、摆偏。另外，自适应导向装置还包括弹性件及可相对所述主体框架滑动的滑动件，第一导向轮设置于滑动件并位于主体框架的侧面，即使盾构井的宽度存在土建偏差而与主体框架的宽度不对应，第一导向轮也能够藉由与盾构井内壁的抵顶挤压弹性件，使第一导向轮和滑动件向主体框架内滑动一定距离，进而使水下设备安装投放基站的宽度自动适应盾构井的宽度。同时，弹性件提供使第一导向轮和滑动件向主体框架外滑动的弹力，从而使水下设备安装投放基站紧密贴合盾构井的内壁并沿盾构井的内壁滑动，更有利于保持基站的平稳。

附图说明

图1是隧洞和盾构井的结构示意图。

图2是本发明的水下设备安装投放基站的结构示意图。

图3是本发明的水下设备安装投放基站的另一方向的结构示意图。

图4是本发明的水下设备安装投放基站的主体框架的结构示意图。

图5是本发明的水下设备安装投放基站的自适应导向装置的结构示意图。

图6是本发明的水下设备安装投放基站的支脚的结构示意图。

图7是本发明的水下设备安装投放基站的电缆导向装置的结构示意图。

图8是本发明的水下设备安装投放基站的电缆导向装置的剖视图。

图9是本发明的水下设备安装投放基站沿着盾构井投放的结构示意图。

图10是本发明的水下设备安装投放基站到达盾构井底部的正视图。

图11是本发明的水下设备安装投放基站到达盾构井底部的左视图。

具体实施方式

为了详细说明本发明的技术内容、构造特征，以下结合实施方式并配合附图作进一步说明。

请参阅图2至图5，本发明提供一种水下设备安装投放基站(以下简称基站)100，用于在盾构井等竖井中投放、回收水下设备。基站100包括主体框架1与设于主体框架1的自适应导向装置2，其中主体框架1作为基站100的骨架，是自适应导向装置2与其他模块的安装基础，是整个基站100的承载主体，提供了其他各种模块的安装接口。主体框架1内设有容纳水下设备的舱室11，舱室11具有供水下设备进出的开口111。自适应导向装置2包括第一导向轮21、弹性件22及可相对主体框架1滑动的滑动件23。第一导向轮21设置于滑动件23并位于主体框架1的侧面，弹性件22提供使滑动件23向主体框架1外滑动的弹力。通过在主体框架1上设置自适应导向装置2，藉由第一导向轮21沿盾构井的内壁滑动，使得基站100在投放、回收水下设备时能够贴靠于盾构井内壁，内壁为基站100提供支撑，从而使基站100在水流作用下能保持稳定的姿态，不发生倾翻、摆偏。更具体的如下：

参照图4，主体框架1呈多个杆件12搭建而成的镂空结构，框架的这种结构形式使得吊装时基站100受到水流的冲击力小，有助于保持平稳。进一步地，杆件12采用圆管型钢，与同等规格的其他型材相比扰流系数更小，受到的水流冲击力小，对周围流场的影响更小。在本实施例中主体框架1大致呈长方体，舱室11位于主体框架1的中间，开设有开口111的一面为主体框架1的正面，主体框架1的两个与正面相连的侧面呈四边形。本技术方案的改进点与主体框架1的具体形状并无直接关系，因此主体框架1的形状并不限定于长方体，其还可以是圆柱体等结构。为了提高主体框架1抗弯、抗扭的能力，在主体框架1的底部的四角设置四个三角支撑架14。

回看图2与图3，由于主体框架1呈镂空结构，因此，在舱室11底部设有一承载水下设备的底板13，底板13采用格栅板。与平板或孔板相比，格栅板受到的水流作用更小。底板13上设置有两可将水下设备限位于中间的防滑条131，两防滑条131的间距稍大于水下设备的附着长度，以使水下设备在舱室11内具有一定的移动空间，在高流速、复杂流场条件下，如果基站100发生倾斜，可通过调整水下设备的位置，从而调节基站100的重心，进而使基站100维持平衡和稳定。

主体框架1上相对的两个侧面分别设有自适应导向结构，自适应导向结构包括至少一自适应导向装置2，在本实施例中，自适应导向结构包括设于四边形侧面四个角落的四个自适应导向装置2，当然，自适应导向装置2的数量可根据实际需要而定，可以有两个、三个或更多，不以此为限。主体框架1的宽度略小于其所适用的盾构井的宽度，在两侧装上自适应导向装置2后基站100的整体宽度能够与盾构井宽度匹配。通过在主体框架1的两侧分别设置自适应导向装置2，能够使基站100的两端分别与盾构井内相对的两内壁接触，基站100呈现被盾构井“夹住”的状态，移动时更加稳定。

如图5所示，具体地，自适应导向装置2还包括安装座24，安装座24固定于主体框架1，安装座24具有一套筒241，滑动件23的一端呈滑动地穿置于套筒241内，为了避免滑动件23滑脱套筒241，滑动件23的这一端设有抵顶套筒241时限位滑动件23的限位部232。滑动件23的另一端设有第一安装部231，第一导向轮21枢接于第一安装部231上。弹性件22套设于滑动件23上且弹性件22的两端分别弹性抵顶安装座24和第一安装部231，当然，弹性件22也可不套设于滑动件23上，仅通过弹性抵顶于安装座24与滑动件23之间，不以此为限。在其他实施例中，弹性件22也可通过滑槽或滑轨等方式呈滑动地设置于主体框架1上。

继续参照图2、图3，基站100还包括正面导向装置3、支脚4、电缆导向装置5以及检测模块。正面导向装置3在主体框架1的正面起到导向作用；支脚4用于支撑主体框架1；电缆导向装置5设在主体框架1顶部并在吊装的过程中为水下设备所带的电缆提供导向；检测模块的作用是监测水下设备和水底环境的信息。这几个模块(装置)在主体框架1上的设置是彼此独立互不影响的，因此在其他实施方式中主体框架1上可以只设置这些模块中的一个或若干个，而并非一定要全部设置。以下将对这些模块的详细结构进行介绍。

开口111的两侧分别设有正面导向装置3，正面导向装置3包括枢接于主体框架1正面的第二导向轮31，第二导向轮31的数量有多个并沿主体框架1的高度方向呈直线排列。在吊装时第二导向轮31起到与第一导向轮21相同的增加平稳性的作用。在本实施例中，正面导向装置3还包括导向支撑杆32与辅助支撑杆33，导向支撑杆32可收合地立于主体框架1的顶部，在导向支撑杆32上还另外枢接有若干第二导向轮31，这些第二导向轮31与位于主体框架1正面的第二导向轮31也位于同一直线上。当然，导向支撑杆32的设置方式也可以为可拆卸地设于主体框架1上，不以此为限。具体地，导向支撑杆32的一端枢接于主体框架1，辅助支撑杆33在导向支撑杆32立起时支撑于主体框架1与导向支撑杆32之间。导向支撑杆32的下端设有三角形支撑结构34，三角形支撑结构34垂直于导向支撑杆32与辅助支撑杆33所在的平面。通过设置辅助支撑杆33和三角形支撑结构34，提高了导向支撑杆32立起时的稳固性以及正面导向装置3抗弯、抗扭的能力。在基站100储存或运输时，可将导向支撑杆32、辅助支撑杆33和三角形支撑结构34拆卸下来，也可仅拆卸辅助支撑杆33，并将导向支撑杆32向主体框架1的方向转动收起。导向支撑杆32所起到的作用将在下文介绍吊装过程的内容中进行说明。

主体框架1底部的四个角落均设有支脚4以平衡地支撑起主体框架1。较佳地，支脚4呈高度可调地设置于主体框架1的底部以调节主体框架1上对应位置高度的作用，使基站100能够适应盾构井底部的高低不平。请参照图6，基站100还包括螺杆41和螺套42，螺杆41与螺套42螺纹连接，支脚4连接于螺杆41的一端，螺套42通过连接件43固定于主体框架1。当螺杆41于螺套42中转动时可调节支脚4的高度。为了使支脚4能够自动适应倾斜的地面，螺杆41的一端与支脚4通过球铰连接。为了防止基站100在地面上打滑，支脚4的底部设置有包括多个凸起的防滑结构(图中未示)。

结合图7与图8，电缆导向装置5包括枢接在主体框架1上的第三导向轮51、压紧轮52及防脱外壳53，第三导向轮51的轮面设有限位电缆的凹槽511，压紧轮52枢接于主体框架1，第三导向轮51和压紧轮52设置于防脱外壳53的内部，压紧轮52的轮面贴合第三导向轮51的轮面，防脱外壳53设有供电缆通过的槽孔531。防脱外壳53与第三导向轮51、压紧轮52之间的间隙均小于凹槽511的宽度，有利于防止电缆在间隙中脱落或卡涩。电缆导向装置5也可以只包括一个第三导向轮51，通过加深其上的凹槽511的深度也可在一定程度上防止电缆脱出。

如图2及图3所示，监测模块包括多个摄像机61、多个水下灯62、全景摄像机63和姿态传感器(未图示)，多个摄像机61和水下灯62分别对准主体框架1的下部的角落，全景摄像机63设置在主体框架1的中间位置，姿态传感器设置在全景摄像机63安装位置的背面。姿态传感器63用于感应基站100的姿态，其也可设置在主体框架1的其他位置。

以下结合图9至图11介绍本基站100在图1所示的盾构井中吊装水下设备时的工作过程，本基站100采用先探路后搭载的“两步走”方案，具体如下：

首先，将支脚4调节至合理的支撑高度，然后将空载的基站100吊装进入盾构井至盾构井底部203，进行探路。由于取水隧洞300的地面与盾构井底部203之间具有斜面204，因此到达底部203的基站100会呈倾斜状态，此时，通过监测模块获取盾构井底部203的环境信息并感知基站100在盾构井底部203的姿态，为调整支脚4的支撑高度提供依据。将基站100吊装上岸，根据检测模块获取的信息，对支脚4的支撑高度进行调节。然后水下设备(比如监测机器人)开入基站100内，再次将基站100吊入盾构井中进行吊装投放。吊装过程中，基站100正面的正面导向装置3与盾构井前壁201接触，基站100两侧的自适应导向装置2分别与盾构井侧壁202接触，确保基站100能够平稳地往下移动。当基站100再次到达盾构井底部203后，由于各支脚4的支撑高度已经经过调节，因此基站100能够处于水平状态，并且底板13的平面与取水隧洞300的地面平齐，然后水下设备行驶进入取水隧洞300进行监测。在水下设备行驶过程中，设于岸上的收放装置协调电缆收放。水下设备监测完成后，重新回到基站100内，并将基站100吊装上岸。

如图10中所示，当基站100位于盾构井底部203时，正面导向装置3的导向支撑杆32的最上端高于取水隧洞300顶面与盾构井的交界线，因此能够避免基站100与取水隧洞300发生卡涩，确保基站100能够被顺利吊起。

与现有技术相比，本发明的基站100利用主体框架1本身的镂空结构来减轻水流冲击影响，并通过设于主体框架1上的正面导向装置3与自适应导向装置2使基站100在吊装过程中能够贴靠于盾构井内壁，保证了吊装过程中基站100的平稳性，不会发生倾翻、摆偏。同时，基站100只通过导向轮与盾构井接触，不会将盾构井壁面刮伤。另外，自适应导向装置2中的滑动件能够在第一导向轮21与盾构井内壁抵触时滑动，从而使整个基站100的宽度能够自动适应、匹配盾构井的实际宽度，不受土建偏差影响，现场适应性与实用性强。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，均属于本发明所涵盖的范围。

Claims (25)

1.一种水下设备安装投放基站，其特征在于，包括主体框架与设于所述主体框架的自适应导向装置，所述主体框架内设有容纳水下设备的舱室，所述舱室具有供所述水下设备进出的开口，所述自适应导向装置包括第一导向轮、弹性件及可相对所述主体框架滑动的滑动件，所述第一导向轮设置于所述滑动件并位于所述主体框架的侧面，所述弹性件提供使所述滑动件向所述主体框架外滑动的弹力；所述主体框架底部的四个角落还安装有支脚，所述支脚呈高度可调地设置于所述主体框架的底部；所述水下设备安装投放基站还包括螺杆和螺套，所述螺杆与所述螺套螺纹连接，所述支脚连接于所述螺杆的一端，所述螺套固定于所述主体框架，所述螺杆的一端与所述支脚通过球铰连接；所述主体框架上还设置有监测模块，所述监测模块用于获取盾构井底部的环境信息并感知所述水下设备安装投放基站在所述盾构井底部的姿态；所述水下设备安装投放基站还包括正面导向装置，所述正面导向装置包括设于所述主体框架开设所述开口的一侧的第二导向轮及导向支撑杆；所述导向支撑杆立于所述主体框架的顶部，所述第二导向轮枢接于所述导向支撑杆上；当基站位于盾构井底部时，所述正面导向装置的导向支撑杆的最上端高于取水隧洞顶面与盾构井的交界线。

2.根据权利要求1所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，所述自适应导向装置还包括安装座，所述安装座固定于所述主体框架，所述滑动件滑动设置于所述安装座上，所述弹性件弹性抵顶于所述安装座与所述滑动件之间。

3.根据权利要求2所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，所述安装座具有一套筒，所述滑动件的一端呈滑动地穿置于所述套筒内，所述滑动件的另一端设有第一安装部，所述第一导向轮枢接于所述第一安装部上，所述弹性件套设于所述滑动件上且所述弹性件的两端分别抵顶所述安装座和所述第一安装部。

4.根据权利要求3所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，所述第一安装部位于所述滑动件的一端，所述滑动件的另一端设有抵顶所述套筒时限位所述滑动件的限位部。

5.根据权利要求1所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，所述自适应导向装置的数量至少有两个。

6.根据权利要求5所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，所述主体框架上相对的两侧分别设有自适应导向结构，所述自适应导向结构包括至少一所述自适应导向装置。

7.根据权利要求6所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，所述主体框架的侧面呈四边形，所述自适应导向结构包括设于所述四边形四个角落的四个所述自适应导向装置。

8.根据权利要求1所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，所述主体框架具有一正面，所述开口与所述第二导向轮设于所述正面上，与所述正面相接的两侧面上设有所述第一导向轮。

9.根据权利要求1所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，所述开口的两侧分别设有所述正面导向装置。

10.根据权利要求1所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，所述正面导向装置包括呈直线排列的至少两所述第二导向轮。

11.根据权利要求1所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，所述导向支撑杆可收合或可拆卸地设于所述主体框架上。

12.根据权利要求11所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，所述导向支撑杆的一端枢接于所述主体框架，所述正面导向装置还包括当所述导向支撑杆立起时支撑于所述主体框架与所述导向支撑杆之间的辅助支撑杆。

13.根据权利要求12所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，所述导向支撑杆的下端设有三角形支撑结构。

14.根据权利要求13所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，所述三角形支撑结构垂直于所述导向支撑杆与所述辅助支撑杆所在的平面。

15.根据权利要求1所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，所述支脚的底部设置有包括多个凸起的防滑结构。

16.根据权利要求1所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，还包括电缆导向装置，所述电缆导向装置设置于所述主体框架的顶部。

17.根据权利要求16所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，所述电缆导向装置包括枢接在主体框架上的第三导向轮，所述第三导向轮的轮面设有限位电缆的凹槽。

18.根据权利要求17所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，所述电缆导向装置还包括压紧轮及防脱外壳，所述压紧轮枢接于所述主体框架，所述第三导向轮和所述压紧轮设置于所述防脱外壳的内部，所述压紧轮的轮面贴合所述第三导向轮的轮面，所述防脱外壳设有供所述电缆通过的槽孔。

19.根据权利要求18所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，所述防脱外壳与所述第三导向轮、压紧轮之间的间隙均小于所述凹槽的宽度。

20.根据权利要求1所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，所述监测模块包括多个摄像机及多个水下灯，且所述摄像机和所述水下灯分别对准所述主体框架的下部的角落。

21.根据权利要求1所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，所述监测模块包括全景摄像机，所述全景摄像机设置于所述主体框架的中间位置。

22.根据权利要求1所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，所述监测模块包括姿态传感器。

23.根据权利要求1所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，所述主体框架呈多个杆件搭建而成的镂空结构，所述舱室底部设有一承载水下设备的底板。

24.根据权利要求23所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，所述底板为格栅板。

25.根据权利要求23所述的水下设备安装投放基站，其特征在于，所述底板上设置有两可将水下设备限位于中间的防滑条。