[發(fā)明專利]一種巡航式水下激光切割裝置和方法

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• 申請日: 2022-03-07
• 公開（公告）號: CN114769897A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬平川;任旭東;顧嘉陽;羅春暉;羅忠森
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/70
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種巡航式水下激光切割裝置，包括殼體(8)，其特征在于，所述殼體(8)內(nèi)設(shè)置有切割系統(tǒng)設(shè)備艙（29）、升潛艙(1)、供氣設(shè)備艙（24）和導(dǎo)流艙（35），所述導(dǎo)流艙（35）圍繞在所述切割系統(tǒng)設(shè)備艙（29）的四周，所述導(dǎo)流艙（35）內(nèi)部安裝有主螺旋槳（20），所述導(dǎo)流艙（35）的后端安裝有活動百葉（15），所述切割系統(tǒng)設(shè)備艙（29）內(nèi)設(shè)置有激光器（28）和超聲波發(fā)生裝置（30），所述切割系統(tǒng)設(shè)備艙（29）的端部安裝有紅外傳感器（31）和夜視攝像儀(7)，所述升潛艙(1)中開有壓載水艙(33)，所述壓載水艙（33）上設(shè)置有壓載水艙底部閥門（22）和壓載水艙頂部閥門（17），所述供氣設(shè)備艙（24）內(nèi)設(shè)置有高壓氣罐組(25)，所述高壓氣罐組(25)通過管路與壓縮機(jī)(26)連接，所述壓載水艙底部閥門（22）和壓載水艙頂部閥門（17）與所述壓縮機(jī)(26)氣路連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巡航式水下激光切割裝置，其特征在于，所述激光器（28）和超聲波發(fā)生裝置（30）在切割系統(tǒng)設(shè)備艙（29）內(nèi)部，并通過防水端蓋（2）隔絕外部水域，所述防水端蓋（2）上開有紅外傳感器孔位（3）并內(nèi)置紅外傳感器（31），用于確定切割區(qū)域是否完成切割作業(yè)目標(biāo)，在激光器（28）與超聲波發(fā)生裝置（30）投影位置分別開有激光透射孔（4）和超聲端子安裝孔（5），并在其上分別加裝保護(hù)鏡（37）和密封圈（36），所述激光器（28）透過保護(hù)鏡（37）對待加工表面進(jìn)行切割作業(yè)，所述超聲波發(fā)生裝置（30）透過密封圈（36）伸出防水端蓋（2）之外，通過發(fā)出超聲波清除激光切割過程中產(chǎn)生的熔渣。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巡航式水下激光切割裝置，其特征在于，所述升潛艙(1)中還設(shè)置有前平衡水艙（32）和后平衡水艙（34），所述前平衡水艙（32）上開有前平衡水艙底部閥門（23）、前平衡水艙頂部閥門（18），所述后平衡水艙（34）上開有后平衡水艙底部閥門（21）和后平衡水艙頂部閥門（14），所述前平衡水艙底部閥門（23）、所述前平衡水艙頂部閥門（18）、所述后平衡水艙底部閥門（21）和所述后平衡水艙頂部閥門（14）均與所述壓縮機(jī)(26)氣路連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種巡航式水下激光切割裝置，其特征在于，所述殼體（8）的兩側(cè)對稱布置有可軸向旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)平衡螺旋槳（13），通過實(shí)時(shí)改變姿態(tài)平衡螺旋槳（13）的角度及轉(zhuǎn)速以應(yīng)對海洋環(huán)境不同洋流狀況對設(shè)備姿態(tài)的干擾，配合前平衡水艙（32）和后平衡水艙（34）保證設(shè)備具有平穩(wěn)的工作路線，必要時(shí)也可配合壓載水艙（33）進(jìn)行升潛位置的調(diào)整。

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種巡航式水下激光切割裝置，其特征在于，所述殼體（8）的兩側(cè)對稱布置有橫向螺旋槳（16），所述橫向螺旋槳（16）連通導(dǎo)流艙（35）和外界水域，用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的橫向移動，以滿足設(shè)備橫向路徑激光切割的需求，同時(shí)在切割過程中可通過導(dǎo)流艙（35）實(shí)現(xiàn)一定的切割氣泡導(dǎo)流任務(wù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種巡航式水下激光切割裝置，其特征在于，所述供氣設(shè)備艙（24）和所述切割系統(tǒng)設(shè)備艙（29）之間設(shè)置有電控單元（27）。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巡航式水下激光切割裝置，其特征在于，所述導(dǎo)流艙（35）在前端面安裝有過濾網(wǎng)（6）以過濾大型顆粒雜質(zhì)，所述主螺旋槳（20）外安裝有防護(hù)端蓋（19），以保護(hù)設(shè)備。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巡航式水下激光切割裝置，其特征在于，所述供氣設(shè)備艙（24）由供氣設(shè)備艙蓋（12）密封保護(hù)，在設(shè)備維護(hù)時(shí)可打開供氣設(shè)備艙蓋（12）進(jìn)行壓縮機(jī)（26）和高壓氣罐組（25）的檢修。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種巡航式水下激光切割裝置，其特征在于，所述電控單元（27）加裝有電控艙蓋（9），線束（11）和電控艙蓋（9）上的快插（10）將電能供給至整個(gè)設(shè)備，同時(shí)線束（11）內(nèi)的信號線路將電控單元（27）采集到的設(shè)備狀態(tài)、夜視攝像儀（7）和紅外傳感器（31）的圖像傳輸至地面操作人員。

10.一種如權(quán)利要求9所述的巡航式水下激光切割裝置進(jìn)行激光切割的方法，其特征在于，包括：

S1：通過電控單元（27）檢查高壓氣罐組（25）氣體是否充足，不足則打開供氣設(shè)備艙蓋（12）進(jìn)行充氣，直至電控單元（27）顯示達(dá)到一次作業(yè)所需氣量；

S2：將設(shè)備投放至作業(yè)區(qū)域附近海面，控制電控單元（27）打開壓載水艙底部閥門（22）和壓載水艙頂部閥門（17）海水灌入壓載水艙（33）設(shè)備總體密度升高，姿態(tài)平衡螺旋槳（13）開始工作使設(shè)備平穩(wěn)下潛至作業(yè)區(qū)域深度；

S3：活動百葉（15）開啟，主螺旋槳（20）和橫向螺旋槳（16）開始工作，通過電控單元（27）參考夜視攝像儀（7）采集的水下圖像，調(diào)節(jié)主螺旋槳（20）和橫向螺旋槳（16）轉(zhuǎn)速與方向，使設(shè)備航行到達(dá)作業(yè)區(qū)附近；

S4：電控單元（27）調(diào)節(jié)前平衡水艙底部閥門（23）、前平衡水艙頂部閥門（18）、后平衡水艙底部閥門（21）和后平衡水艙頂部閥門（14）開閉，并配合壓縮機(jī)（26）對前平衡水艙（32）和后平衡水艙（34）進(jìn)行供氣調(diào)節(jié)，使設(shè)備處于平衡狀態(tài)并保持合適的工作傾角；

S5：激光器（28）和超聲波發(fā)生裝置（30）打開，試切割開始，通過電控單元（27）調(diào)控激光工作參數(shù)，夜視攝像儀（7）觀測到大量氣泡產(chǎn)生即說明激光工作參數(shù)為有效切割參數(shù)；

S6：活動百葉（15）關(guān)閉，主螺旋槳（20）保持開啟，切割氣泡被導(dǎo)流至導(dǎo)流艙（35），視野阻礙減少，并可通過夜視攝像儀（7）和紅外傳感器（31）觀測作業(yè)區(qū)切割狀態(tài)；

S7：調(diào)節(jié)兩側(cè)橫向螺旋槳（16）的轉(zhuǎn)速，使設(shè)備橫向移動從而完成路徑切割；

S8：切割任務(wù)完成，活動百葉（15）打開，主螺旋槳（20）反轉(zhuǎn)，設(shè)備退回可上浮海域，使壓載水艙底部閥門（22）處于開啟狀態(tài)，壓載水艙頂部閥門（17）處于關(guān)閉狀態(tài)，壓縮機(jī)（26）將高壓氣罐組（25）中的氣體注入壓載水艙（33）將海水排出，設(shè)備總體密度降低，上浮至海面，進(jìn)行設(shè)備回收。