CN108079669A - 一种海洋机器人用水气分离装置 - Google Patents

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    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/02—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising gravity

Abstract

本发明属于海洋机器人领域，具体地说是一种海洋机器人用水气分离装置，进气桅杆通过桅杆座密封连接于水箱箱体的前端盖上，前挡水板、后挡水板分别安装在水箱箱体内，中间隔板连接于前、后挡水板之间，并与前、后挡水板形成气体流场，中间隔板下部与水箱箱体之间形成水流场；内部进气管安装在前端盖上，一端与进气桅杆相连通，另一端穿过前挡水板后朝向后挡水板，在后挡水板上与内部进气管另一端相对的位置开有通孔A，内部出气管安装在后端盖上，一端位于水箱箱体外部，另一端穿过后挡水板后朝向前挡水板。本发明充分利用水与空气的质量相差大，惯性相差大的原理，实现进气与液态水分离，结构简单，加工工艺性好。

Description

一种海洋机器人用水气分离装置
技术领域
本发明属于海洋机器人领域，具体地说是一种海洋机器人用水气分离装置，适用于高速气流的海洋机器人，特别适用于与外界直接进行气体交换的燃油动力海洋机器人。
背景技术
对于燃油动力的水下无人机器人，在较差海况、雨天时，海水或雨水易通过桅杆进入进气管，并在高速气流带动下喷溅在舱内设备上，严重时导致电路短路，对设备造成严重损害。现有的水气分离技术有阻挡式(折流式)、重力沉降式、离心式和滤网式，但海洋机器人要求体积小、重量轻，进气管径往往受限，产生高速进气流(45m/s以上)，阻挡式(折流式)、离心式和重力沉降式分离效果急剧下降，而高密度滤网进气阻力较大，不适于燃机系统。
发明内容
为了满足海洋机器人水气分离的要求，本发明的目的在于提供一种海洋机器人用水气分离装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括进气桅杆、桅杆座、水箱箱体、前挡水板、内部进气管、内部出气管、后挡水板、中间隔板及浮阀排水器，其中进气桅杆通过桅杆座密封连接于水箱箱体的前端盖上，所述前挡水板、后挡水板分别安装在水箱箱体内，所述中间隔板连接于该前、后挡水板之间，并与所述前、后挡水板形成气体流场，所述中间隔板下部与水箱箱体之间形成水流场；所述内部进气管安装在前端盖上，一端与所述进气桅杆相连通，另一端穿过前挡水板后朝向所述后挡水板，在该后挡水板上与内部进气管另一端相对的位置开有通孔A，所述内部出气管安装在后端盖上，一端位于所述水箱箱体外部，另一端穿过后挡水板后朝向所述前挡水板；水气由进气桅杆经内部进气管进入到水箱箱体内，气体在气体流场内改变方向由所述内部出气管排出，水经所述通孔A流至水流场，并通过安装于所述水箱箱体底部的浮阀排水器排出。
其中：所述内部进气管与内部出气管上下交错设置，该内部进气管位于内部出气管的斜下方；所述内部出气管的另一端由水箱箱体穿出后向下弯折，该内部出气管的一端轴向中心线与所述内部进气管的轴向中心线相平行；
所述浮阀排水器包括浮球及壳体，该壳体安装在所述水箱箱体上，所述壳体上部开有与水箱箱体底部相连通的排水口，下部为空心结构、容置有所述浮球，所述壳体的下部沿周向开有多个通孔B；所述水箱箱体内水流场中分离出的水经排水口排出、并由各所述通孔B流入大海，所述浮球在海水淹没浮阀排水器时自动关闭所述排水口，防止海水反向倒灌；所述浮球为不锈钢空心球；
所述通孔A的孔径大于所述内部进气管另一端的管径；
所述进气桅杆底部朝向水箱箱体的一侧开有通孔C，与所述内部进气管相连通；所述进气桅杆与桅杆座为活塞式连接，即桅杆座的一端通过法兰与所述水箱箱体的前端盖密封连接，另一端与所述进气桅杆密封插接；所述水箱箱体上安装有动力源，该动力源的输出端与所述进气桅杆相连，驱动进气桅杆相对桅杆座升降。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明充分利用水与空气的质量相差大，惯性相差大的原理，将内部进气管与内部出气管上下、前后错位设置，结构简单，加工工艺性好。
2.本发明的水箱箱体不仅可以临时储存分离的液态水，还能起到储备浮力的作用，排水采用浮阀排水器11的结构，无需动力，节省资源。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为图1中浮阀排水器的结构剖视图；
图3为图1中进气桅杆及桅杆座的结构剖视图；
图4为本发明的工作原理图；
其中：1为进气桅杆，2为前端盖，3为前挡水板，4为内部进气管，5为内部出气管，6为后挡水板，7为通孔A，8为中间隔板，9为后端盖，10为水箱箱体，11为浮阀排水器，1101为浮球，1102为通孔B，1103为排水口，1104为壳体，12为桅杆座，13为通孔C。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1、图3所示，本发明包括进气桅杆1、桅杆座12、水箱箱体10、前挡水板3、内部进气管4、内部出气管5、后挡水板6、中间隔板8及浮阀排水器11，其中桅杆座12的一端通过法兰与水箱箱体10的前端盖2密封连接，另一端与进气桅杆1之间采用活塞式连接，即桅杆座12的另一端与进气桅杆1密封插接。进气桅杆1与桅杆座12之间可固接，也可增加驱动实现升降，即水箱箱体10上安装有动力源，该动力源的输出端与进气桅杆1相连，驱动进气桅杆1相对桅杆座12升降。
水箱箱体10为圆柱型，前后两侧分别与前端盖2、后端盖9利用法兰连接。前挡水板3、后挡水板6分别安装在水箱箱体10内，相互平行设置、均为圆形，中间隔板8连接于该前、后挡水板3、6之间、且与两侧的水箱箱体10的内壁连接，这样中间隔板8与前、后挡水板3、6之间围成了气体流场，中间隔板8下部与水箱箱体10之间形成了水流场。进气桅杆1底部朝向水箱箱体10的一侧开有通孔C13，内部进气管4焊接在前端盖2上，一端与进气桅杆1上的通孔C13相连通，另一端穿过前挡水板3后朝向后挡水板6，在该后挡水板6上与内部进气管4另一端相对的位置开有通孔A7，该通孔A7的孔径大于内部进气管4另一端的管径。内部出气管5焊接在后端盖9上，一端位于水箱箱体10外部、由水箱箱体10穿出后向下弯折，另一端穿过后挡水板6后朝向前挡水板3。内部进气管4与内部出气管5上下交错设置、形成错位，该内部进气管4位于内部出气管5的斜下方。内部出气管5的一端轴向中心线与内部进气管4的轴向中心线相平行。本发明后挡水板6与内部进气管5另一端之间的距离以及内部进气管4与内部进气管5之间上下、前后错位的距离可根据进入水气的速度来设定。在水箱箱体10底部的中心位置安装有与水箱箱体10内的底部相连通的浮阀排水器11。
如图2所示，浮阀排水器11包括浮球1101及壳体1104，该壳体1104固接在水箱箱体10上，壳体1104上部开有与水箱箱体10底部相连通的排水口1103，下部为空心结构、容置有浮球1101，该浮球1101为不锈钢空心球，壳体1104的下部沿周向开有多个通孔B1102。
本发明的工作原理为：
如图4所示，具有一定速度的水气进入到进气桅杆1后，经桅杆座12后由内部进气管4喷出，利用水与气质量相差大，空气较容易改变运动方向，而水会继续沿固有轨迹前行一段距离，在水改变运动方向前将水分离至水流场内，而不影响空气改变方向进入内部出气管5，分离得到的液态水由水箱箱体10底部的浮阀排水器11上的排水口1103排出，并由各通孔B1102及时排走、流入大海，分离得到的空气经内部出气管5排出。
当海水淹没浮阀排水器11时，浮球1101会自动关闭排水口1103，防止海水反向倒灌。浮阀排水器11无需动力、节省资源，对于混合动力型海洋机器人，水面运行工况，水箱箱体还可以起到储备大浮力的作用。

Claims (9)

1.一种海洋机器人用水气分离装置，其特征在于：包括进气桅杆(1)、桅杆座(12)、水箱箱体(10)、前挡水板(3)、内部进气管(4)、内部出气管(5)、后挡水板(6)、中间隔板(8)及浮阀排水器(11)，其中进气桅杆(1)通过桅杆座(12)密封连接于水箱箱体(10)的前端盖(2)上，所述前挡水板(3)、后挡水板(6)分别安装在水箱箱体(10)内，所述中间隔板(8)连接于该前、后挡水板(3、6)之间，并与所述前、后挡水板(3、6)形成气体流场，所述中间隔板(8)下部与水箱箱体(10)之间形成水流场；所述内部进气管(4)安装在前端盖(2)上，一端与所述进气桅杆(1)相连通，另一端穿过前挡水板(3)后朝向所述后挡水板(6)，在该后挡水板(6)上与内部进气管(4)另一端相对的位置开有通孔A(7)，所述内部出气管(5)安装在后端盖(9)上，一端位于所述水箱箱体(10)外部，另一端穿过后挡水板(6)后朝向所述前挡水板(3)；水气由进气桅杆(1)经内部进气管(5)进入到水箱箱体(10)内，气体在气体流场内改变方向由所述内部出气管(5)排出，水经所述通孔A(7)流至水流场，并通过安装于所述水箱箱体(10)底部的浮阀排水器(11)排出。
2.按权利要求1所述的海洋机器人用水气分离装置，其特征在于：所述内部进气管(4)与内部出气管(5)上下交错设置，该内部进气管(4)位于内部出气管(5)的斜下方。
3.按权利要求1或2所述的海洋机器人用水气分离装置，其特征在于：所述内部出气管(5)的另一端由水箱箱体(10)穿出后向下弯折，该内部出气管(5)的一端轴向中心线与所述内部进气管(4)的轴向中心线相平行。
4.按权利要求1所述的海洋机器人用水气分离装置，其特征在于：所述浮阀排水器(11)包括浮球(1101)及壳体(1104)，该壳体(1104)安装在所述水箱箱体(10)上，所述壳体(1104)上部开有与水箱箱体(10)底部相连通的排水口(1103)，下部为空心结构、容置有所述浮球(1101)，所述壳体(1104)的下部沿周向开有多个通孔B(1102)；所述水箱箱体(10)内水流场中分离出的水经排水口(1103)排出、并由各所述通孔B(1102)流入大海，所述浮球(1101)在海水淹没浮阀排水器(11)时自动关闭所述排水口(1103)，防止海水反向倒灌。
5.按权利要求4所述的海洋机器人用水气分离装置，其特征在于：所述浮球(1101)为不锈钢空心球。
6.按权利要求1所述的海洋机器人用水气分离装置，其特征在于：所述通孔A(7)的孔径大于所述内部进气管(4)另一端的管径。
7.按权利要求1所述的海洋机器人用水气分离装置，其特征在于：所述进气桅杆(1)底部朝向水箱箱体(10)的一侧开有通孔C(13)，与所述内部进气管(4)相连通。
8.按权利要求1或7所述的海洋机器人用水气分离装置，其特征在于：所述进气桅杆(1)与桅杆座(12)为活塞式连接，即桅杆座(12)的一端通过法兰与所述水箱箱体(10)的前端盖(2)密封连接，另一端与所述进气桅杆(1)密封插接。
9.按权利要求8所述的海洋机器人用水气分离装置，其特征在于：所述水箱箱体(10)上安装有动力源，该动力源的输出端与所述进气桅杆(1)相连，驱动进气桅杆(1)相对桅杆座(12)升降。
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