CN104802972A - 一种亲水型深海空间站主压载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种亲水型深海空间站主压载装置，包括由管道连接的第一高压气罐组、第二高压气罐组、应急高压气罐组、供气总管以及第一至第十主压载水舱，形成了供配气子系统、下潜子系统、正常吹除子系统和应急吹除子系统四个分系统。本发明采用多只高压气罐以及多套供气管路，提高了系统运行可靠性；避免了在耐压结构中预埋穿舱件，减少结构加工缺陷，易于实现大潜深；同时避免了高压气进入载人舱，保障了人员安全。

Description

一种亲水型深海空间站主压载装置

技术领域

本发明涉及深海空间站，尤其涉及一种深海空间站主压载装置。

背景技术

深海空间站是执行各类战略战术任务和运载科学家和工程技术人员进入深海执行各类水下作业等任务的水下运载工具。为了完成一系列水下作战、科学考察及作业任务，要求深海空间站具有很强的水下吹除能力，在各类水下潜器上大都设置高压气吹除系统，以满足其上浮要求。

目前水下载人潜器上安装的主压载装置如图1所示。高压气罐1-1和主压载水舱1-10位于载人舱外部，平时处于湿式亲水状态；吹除控制阀组(由充气阀1-2、止回阀1-3、手动截止阀1-4、排水阀1-5、减压阀1-6、止回阀1-7、盘通阀1-8、安全阀1-9组成)位于载人舱内部，平时处于干式疏水状态。下潜过程为：在水面状态时，主压载水舱1-10是空的，载人潜器具有一定的干舷。通气口位于主压载水舱1-10的顶部，通海口设在底部。载人潜器需要下潜时，打开主压载水舱1-10顶部注水阀1-11，海水经主压载水舱1-10底部通海口进入主压载水舱1-10内部，主压载水舱1-10内的空气从其顶部注水阀1-11排出。主压载水舱1-10注满水后，关闭顶部注水阀1-11，此时载人潜器处于负浮力状态开始下潜，直至处于全潜状态。上浮过程为：当载人潜器从深水区上浮至近水面时，开始吹除排水。排水时，主压载水舱1-10顶部注水阀1-11处于常闭状态，打开排水阀1-5，压缩空气经减压阀1-6减压后，吹除主压载水舱1-10内的海水，海水从主压载水舱1-10底部通海口流出。当在水下遇到应急情况时，打开旁通阀1-8实现高压吹除，载人潜器紧急上浮。其中，安全阀1-9可以避免吹除压力过高，保护压载水舱。

上述主压载装置虽然能够将航行体上浮到水面，但存在如下不足：(1)只有一个高压气罐1-1，一旦高压气罐1-1在水下破损或故障，难以保证实现载人潜器上浮至水面；(2)供气管路单一，气路冗余不足，一旦出现供气管路破损、电磁阀或减压阀漏气等故障，难以保证实现载人潜器上浮至水面；(3)所有主压载水舱1-10均通过注水阀1-11注水，在水下注水阀1-11一旦出现内泄漏，载人潜器无法实现上浮，存在航行体沉底的巨大风险；(4)吹除控制阀组位于载人舱内，一旦阀件、阀件破损或泄漏，载人舱内大气压力急剧升高，威胁舱内人员生命安全；(5)主压载装置需要预埋多个穿舱件1-12，如果穿舱件1-12焊接存在缺陷，有发生载人舱破损或进水风险。

发明内容

本发明的目的在于解决现有载人潜器主压载装置的不足，提供一种运行可靠、原理简单、物理实现容易的亲水型深海空间站主压载装置。

本发明的技术方案如下：

一种亲水型深海空间站主压载装置，包括由管道连接的第一高压气罐组、第二高压气罐组、应急高压气罐组、供气总管以及第一至第十主压载水舱；

所述第一高压气罐组、第二高压气罐组、应急高压气罐组均包括多只并联的气罐；其中，所述第一高压气罐组的总出气口通过第一过滤器、第一供气电磁阀、第一止回阀连接供气总管；所述第二高压气罐组的总出气口通过第二过滤器、第二供气电磁阀、第二止回阀连接供气总管；所述应急高压气罐组的总出气口通过第三过滤器、第三供气电磁阀、第三止回阀连接供气总管；

所述第一高压气罐组的总出气口上连接有第一安全阀和第一充气阀；所述第一高压气罐组的总出气口上连接有第二安全阀和第二充气阀；所述应急高压气罐组的总出气口上连接有第三安全阀和第三充气阀；

所述第一高压气罐组和第二高压气罐组的总出气口之间连接有串联的第四止回阀和第一旁通电磁阀，以及串联的第五止回阀和第二旁通电磁阀；所述第二高压气罐组和应急高压气罐组的总出气口之间连接有串联的第六止回阀和第三旁通电磁阀，以及串联的第七止回阀和第四旁通电磁阀；第一旁通电磁阀和第二旁通电磁阀并联，第三旁通电磁阀和第四旁通电磁阀并联；

所述供气总管上连接有第一手动截止阀和第四安全阀；

所述第一至第十主压载水舱分别具有供气口、排气口和通海口；其中，第一主压载水舱和第二主压载水舱的排气口并联后通过第二手动截止阀、第一低压电磁阀连接空气；第三主压载水舱和第四主压载水舱的排气口并联后通过第三手动截止阀、第二低压电磁阀连接空气；第五主压载水舱和第六主压载水舱的排气口并联后通过第四手动截止阀、第三低压电磁阀连接空气；第七主压载水舱和第八主压载水舱的排气口并联后通过第五手动截止阀、第四低压电磁阀连接空气；第九主压载水舱和第十主压载水舱的排气口并联后通过第六手动截止阀、第五低压电磁阀连接空气；各主压载水舱的通海口连接海水；

所述第一主压载水舱、第二主压载水舱、第九主压载水舱和第十主压载水舱的供气口并联后通过第八止回阀、并联的第一吹除电磁阀和第二吹除电磁阀、第一减压阀连接供气总管；上述供气口与供气总管之间的管道上设置有第五安全阀；

所述第三主压载水舱、第四主压载水舱、第五主压载水舱、第六主压载水舱、第七主压载水舱和第八主压载水舱的供气口并联后通过第九止回阀、并联的第三吹除电磁阀和第四吹除电磁阀、第二减压阀连接供气总管；上述供气口与供气总管之间的管道上设置有第六安全阀；

所述第五主压载水舱和第六主压载水舱还分别具有第二供气口，两者的第二供气口并联后通过第十止回阀、并联的第五吹除电磁阀和第六吹除电磁阀、第三减压阀连接供气总管；上述第二供气口与供气总管之间的管道上设置有第七安全阀；两者的第二供气口并联后又通过第十一止回阀、第七吹除电磁阀、第三过滤器连接应急高压气罐组；上述第二供气口和应急高压气罐组之间的管道上设置有第八安全阀。

本发明的有益技术效果是：

本发明为亲水型深海空间站主压载装置，本发明采用多只高压气罐以及多套供气管路，提高了系统运行可靠性；本发明采用亲水型控制阀组，全部设置于载人舱外部，避免了在耐压结构中预埋穿舱件，减少结构加工缺陷，易于实现大潜深；同时本发明避免了高压气进入载人舱，保障了人员安全。

本发明的优点将在下面具体实施方式部分的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是现有载人潜器主压载装置原理图。

图2是本发明深海空间站主压载装置原理图。

附图标记说明：

图1中：1-1高压气罐、1-2充气阀(手动截止阀)、1-3止回阀、1-4手动截止阀、1-5排水阀(高压电磁阀)、1-6减压阀、1-7止回阀、1-8盘通阀(高压电磁阀)、1-9安全阀、1-10主压载水舱、1-11注水阀(低压电磁阀)、1-12穿舱件。

图2中：1、46、57-高压气罐；2、32、41、47、56、65、66、67-安全阀；3、44、52-过滤器；4、43、53-供气电磁阀(高压电磁阀)；58、60、50、49-旁通电磁阀(高压电磁阀)；40、8、9、21、22、29、30-吹除电磁阀(高压电磁阀)；7、20、28-减压阀；5、42、54、10、23、31、39、48、51、59、61-止回阀；6-供气总管；12、15、24、33、64-低压电磁阀；13、16、25、34、63、19-手动截止阀；11、14、17、18、26、27、35、36、37、38-主压载水舱；45、55、62-充气阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

如图2所示，本发明主要由供配气子系统、下潜子系统、正常吹除子系统和应急吹除子系统四个分系统组成。

(1)供配气子系统

a)供配气过程

供配气子系统通过多只气罐携带高压空气，气罐共分为第一高压气罐组1(多只气罐，图2中实施例为5只)、第二高压气罐组57(多只气罐，图2中实施例为5只)和应急高压气罐组46(多只气罐，图2中实施例为2只)。上述三组高压气罐，分别配有安全阀2、56、47，以及充气阀62、55、45。上述三组高压气罐分别通过过滤器3、52和44，以及供气电磁阀4、53和43把高压空气引入到供气总管6内，然后供气总管6分别经减压阀7、20和28，把高压空气减压至0.3Mpa和略大于最大潜深压力，实现高压气的供配气过程。

b)供配气子系统的冗余设计

为了防止高压气罐组供气电磁阀及管路出现故障影响气罐向供气总管的供气，在第一高压气罐组1、第二高压气罐组57和应急高压气罐组46三套供气管路之间分别设置了旁通电磁阀58、60和50、49，实现每一高压气罐组有3套管路(1套常用管路，2套备用管路)向供气总管6供气。旁通电磁阀58和60、50和49互为冗余设计，提高系统可靠性。

下面以某一高压气罐组供气阀出现故障为例说明。假设第一高压气罐组1的供气电磁阀4出现打不开故障，当需要使用第一高压气罐组1内的高压空气时，可以打开旁通电磁阀60和第二高压气罐组57的供气电磁阀53向供气总管6供气。或者打开旁通电磁阀60与49，同时打开应急高压气罐46的供气电磁阀43向供气总管6供气。

此外，供气时为了保护供气电磁阀4、53、43以及旁通电磁阀58、60、50、49，在管路间设置了单向的止回阀5、54、42、59、61、51、48，以避免高压空气对供气电磁阀4、53、43以及旁通电磁阀58、60、50、49的冲击。

(2)下潜子系统

本子系统的工作过程如下：

a)系统初始状态

本系统初始状态为：除手动截止阀19处于关闭状态外，其余手动截止阀13、16、25、34、63均处于开启状态，所有的低压电磁阀均处于关闭状态，且全部主压载水舱处于排空状态。

b)下潜过程

①全部主压载水舱排空，深海空间站处于水面高干舷状态，打开低压电磁阀12和64，主压载水舱14、11、37和38内的空气分别从排气管路排出，从而海水由各通海口进入主压载水舱14、11、37和38；上述4个主压载水舱注满水后，关闭低压电磁阀12和64，此时载人航行体处于水面低干舷状态。

②打开低压电磁阀15、24和33，海水由通海口进入主压载水舱17、18、26、27、35和36，对应主压载水舱内的空气从排气管路排出。待上述6只主压载水舱注满水后，关闭低压电磁阀15、24和33，此时深海空间站由水面低干舷状态转为水下状态。

(3)正常吹除子系统

a)正常上浮

①当深海空间站处于水下约6m时，且确认水面无异常情况后，具备正常上浮条件。此时，低压电磁阀12、15、24、33和64均处于关闭状态，打开主压载水舱17、18、26、27、35和36对应的吹除电磁阀21或22，高压空气从供气总管6经减压阀20减压到0.3Mpa，吹除上述6只主压载水舱内的海水，待上述6只压载水舱内的海水吹除完毕后，关闭吹除电磁阀21或22，深海空间站由水下状态上浮至水面低干舷状态。为了确保吹除的安全性，在吹除管路上设置安全阀66。

②打开主压载水舱14、11、37和38对应的吹除电磁阀8或9，供气总管6内的空气压力经减压阀7至0.3Mpa后，吹除上述4只主压载水舱内海水，待全部吹除结束后，关闭吹除电磁阀8或9，深海空间站由水面低干舷状态上浮至高干舷状态。为了确保吹除的安全性，在吹除管路上设置安全阀65。

b)正常吹除子系统冗余设计

为了防止主压载水舱对应的吹除电磁阀出现故障影响吹除，每组主压载水舱吹除均并联2只吹除电磁阀，如上述吹除电磁阀8和9互为冗余、吹除电磁阀21和22互为冗余，提高系统运行可靠性。

(4)应急吹除子系统

a)应急吹除过程

当载人航行体在水下最大潜深以浅，供气总管6未发生破损条件下，深海空间站需紧急上浮时，供气总管6内的高压空气经减压阀28，减压至某一压力，通过吹除电磁阀29或30，吹除主压载水舱26和27内的海水，实现紧急上浮。为了确保应急吹除的安全性，在应急吹除管路上设置安全阀67。

b)应急吹除子系统冗余设计

若供气总管6破损，应急高压气罐组46内高压空气通过吹除电磁阀40直接吹主除压载水舱26和27内的海水，实现深海空间站紧急上浮。为了确保紧急吹除的安全性，在紧急吹除管路上设置安全阀32。

此外，直接应急吹除时，为了保护应急吹除阀组中的吹除电磁阀29和30，在两种应急吹除管路之间设置了单向的止回阀31，以避免高压空气对吹除电磁阀29和30的冲击。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种亲水型深海空间站主压载装置，其特征在于：包括由管道连接的第一高压气罐组(1)、第二高压气罐组(57)、应急高压气罐组(46)、供气总管(6)以及第一至第十主压载水舱(14、11、17、18、26、27、35、36、37、38)；

所述第一高压气罐组(1)、第二高压气罐组(57)、应急高压气罐组(46)均包括多只并联的气罐；其中，所述第一高压气罐组(1)的总出气口通过第一过滤器(3)、第一供气电磁阀(4)、第一止回阀(5)连接供气总管(6)；所述第二高压气罐组(57)的总出气口通过第二过滤器(52)、第二供气电磁阀(53)、第二止回阀(54)连接供气总管(6)；所述应急高压气罐组(46)的总出气口通过第三过滤器(44)、第三供气电磁阀(43)、第三止回阀(42)连接供气总管(6)；

所述第一高压气罐组(1)的总出气口上连接有第一安全阀(2)和第一充气阀(62)；所述第一高压气罐组(1)的总出气口上连接有第二安全阀(56)和第二充气阀(55)；所述应急高压气罐组(46)的总出气口上连接有第三安全阀(47)和第三充气阀(45)；

所述第一高压气罐组(1)和第二高压气罐组(57)的总出气口之间连接有串联的第四止回阀(59)和第一旁通电磁阀(58)，以及串联的第五止回阀(61)和第二旁通电磁阀(60)；所述第二高压气罐组(57)和应急高压气罐组(46)的总出气口之间连接有串联的第六止回阀(51)和第三旁通电磁阀(50)，以及串联的第七止回阀(48)和第四旁通电磁阀(49)；第一旁通电磁阀(58)和第二旁通电磁阀(60)并联，第三旁通电磁阀(50)和第四旁通电磁阀(49)并联；

所述供气总管(6)上连接有第一手动截止阀(19)和第四安全阀(41)；

所述第一至第十主压载水舱(14、11、17、18、26、27、35、36、37、38)分别具有供气口、排气口和通海口；其中，第一主压载水舱(14)和第二主压载水舱(11)的排气口并联后通过第二手动截止阀(19)、第一低压电磁阀(12)连接空气；第三主压载水舱(17)和第四主压载水舱(18)的排气口并联后通过第三手动截止阀(16)、第二低压电磁阀(15)连接空气；第五主压载水舱(26)和第六主压载水舱(27)的排气口并联后通过第四手动截止阀(25)、第三低压电磁阀(24)连接空气；第七主压载水舱(35)和第八主压载水舱(36)的排气口并联后通过第五手动截止阀(34)、第四低压电磁阀(33)连接空气；第九主压载水舱(37)和第十主压载水舱(38)的排气口并联后通过第六手动截止阀(63)、第五低压电磁阀(64)连接空气；各主压载水舱的通海口连接海水；

所述第一主压载水舱(14)、第二主压载水舱(11)、第九主压载水舱(37)和第十主压载水舱(38)的供气口并联后通过第八止回阀(10)、并联的第一吹除电磁阀(8)和第二吹除电磁阀(9)、第一减压阀(7)连接供气总管(6)；上述供气口与供气总管(6)之间的管道上设置有第五安全阀(65)；

所述第三主压载水舱(17)、第四主压载水舱(18)、第五主压载水舱(26)、第六主压载水舱(27)、第七主压载水舱(35)和第八主压载水舱(36)的供气口并联后通过第九止回阀(23)、并联的第三吹除电磁阀(21)和第四吹除电磁阀(22)、第二减压阀(20)连接供气总管(6)；上述供气口与供气总管(6)之间的管道上设置有第六安全阀(66)；

所述第五主压载水舱(26)和第六主压载水舱(27)还分别具有第二供气口，两者的第二供气口并联后通过第十止回阀(31)、并联的第五吹除电磁阀(29)和第六吹除电磁阀(30)、第三减压阀(28)连接供气总管(6)；上述第二供气口与供气总管(6)之间的管道上设置有第七安全阀(67)；两者的第二供气口并联后又通过第十一止回阀(39)、第七吹除电磁阀(40)、第三过滤器(44)连接应急高压气罐组(46)；上述第二供气口和应急高压气罐组(46)之间的管道上设置有第八安全阀(32)。