CN109334927A - 一种利用高压氧气排水的浮力调节系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用高压氧气排水的浮力调节系统，包括置于水下载人平台耐压壳体内部的海水注排系统、高压氧气系统与氧气补给系统。本发明利用高压氧气实现向舷外排水，一方面系统无需采用技术复杂、可靠性要求较高的高压或超高压海水泵，且排水过程的功耗和振动噪声较小，有利于提高水下平台的隐蔽性；另一方面泄放到舱内的氧气可被人员呼吸消耗掉，避免了舱内气压的持续升高。本发明利用氧烛化学反应产生气态高压氧气后向氧气瓶内补给，可避免水下平台直接携带大量高压氧气瓶，保证了系统的安全性，氧烛储氧密度高，可在舱内任意位置储存，提高了适装性。

Description

一种利用高压氧气排水的浮力调节系统

技术领域

本发明涉及浮力调节系统领域，尤其涉及一种利用高压氧气排水的浮力调节系统。

背景技术

浮力调节系统是潜艇、HOV等水下载人平台的重要子系统，其功能是通过浮力调节水舱的注水或排水，来消除海水密度变化、载荷变化等原因带来的剩余浮力。常规的浮力调节系统利用高压或超高压的海水泵实现在大深度下向舷外的排水，存在系统运行时振动噪声大、功率大、满足可靠性要求的高压或超高压海水泵制造困难等问题，对水下载人平台的隐蔽性和自持力有较大影响。

发明内容

本申请人针对上述现有问题，进行了研究改进，提供一种利用高压氧气排水的浮力调节系统，其利用氧烛化学反应形成高压氧气、并利用高压氧气向舷外排水，具有低噪声低能耗的优点。

本发明所采用的技术方案如下：

一种利用高压氧气排水的浮力调节系统，包括置于水下载人平台耐压壳体内部的海水注排系统、高压氧气系统与氧气补给系统；

所述海水注排系统的具体结构如下：

包括舷侧阀，所述舷侧阀通过海水管路、第一海水截止阀、第一电动流量调节阀与第一浮力调节水舱的进口端连接，所述第一浮力调节水舱上布置通气管，于所述第一浮力调节水舱的出口端通过第三海水截止阀、海水驳运泵、第四海水截止阀及海水管路连接第二浮力调节水舱的进口端，所述第二浮力调节水舱的出口端通过第二电动流量调节阀、第二海水截止阀及海水管路与带有第一海水截止阀的海水管路连通形成回路；

所述高压氧气系统的具体结构如下：

包括高压氧气瓶组，所述高压氧气瓶组通过瓶头阀、第二氧气减压阀、氧气单向阀、第二氧气截止阀、第二干燥器及第一氧气管路与第二浮力调节舱连通；还包括与第二浮力调节舱连通的第二氧气管路，在所述第二氧气管路上分别设置第一干燥器、第一氧气截止阀及第一氧气减压阀；

所述氧气补给系统的具体结构如下：

包括多个氧烛，各氧烛均安装于耐压罐内，所述耐压罐与连通第一氧气管路的第三氧气管路连通，在第三氧气管路上分别设置第四氧气截止阀、冷却器、第五氧气截止阀及第三氧气减压阀。

其进一步技术方案在于：

于所述舷侧阀连接第一浮力调节水舱的海水管路上还设置海水滤器及第一海水流量计，于所述第二浮力调节水舱的出口端连接的海水管路上还设置第二海水流量计。

如权利要求1所述的一种利用高压氧气排水的浮力调节系统，在所述第一浮力调节水舱上分别设置第一液位计及通气管；在第二浮力调节水舱上设置第二液位计；

在第二氧气减压阀及氧气单向阀之间的第一氧气管路上还分别连接第一氧气安全阀及第一氧气压力表，在第二氧气减压阀与第三氧气截止阀之间的第一氧气管路上还连接第二氧气压力表；

于所述冷却器与第五氧气截止阀之间的第三氧气管路上还分别连接第二氧气安全阀及第三氧气压力表。

本发明的有益效果如下：

(一)利用高压氧气实现向舷外排水，一方面系统无需采用技术复杂、可靠性要求较高的高压或超高压海水泵，且排水过程的功耗和振动噪声较小，有利于提高水下平台的隐蔽性；另一方面泄放到舱内的氧气可被人员呼吸消耗掉，避免了舱内气压的持续升高。

(二)利用氧烛化学反应产生气态高压氧气后向氧气瓶内补给，可避免水下平台直接携带大量高压氧气瓶，保证了系统的安全性，氧烛储氧密度高，可在舱内任意位置储存，提高了适装性。

(三)通过设置第一浮力调节水舱和第二浮力调节水舱，避免了注水前的泄压过程和排水前的蓄压过程，保证了注水或排水操作的连贯性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中：1、舷侧阀；2、第一海水截止阀；3、海水滤器；4、第二海水截止阀；5、第一电动流量调节阀；6、第一海水流量计；7、第一浮力调节水舱；8、通气管；9、第一液位计；10、第三海水截止阀；11、海水驳运泵；12、第四海水截止阀；13、第二液位计；14、第一氧气减压阀；15、第一氧气截止阀；16、第一干燥器；17、第二浮力调节水舱；18、第二干燥器；19、第二氧气截止阀；20、氧气单向阀；21、第二海水流量计；22、第二电动流量调节阀；23、第一氧气安全阀；24、第一氧气压力表；25、第二氧气减压阀；26、第二氧气压力表；27、第三氧气截止阀；28、第一氧气瓶头阀；29、第二氧气瓶头阀；30、第一氧气瓶；31、第二氧气瓶；32、第四氧气截止阀；33、冷却器；34、第二氧气安全阀；35、第三氧气压力表；36、耐压罐；37、第一氧烛；38、第二氧烛；39、第五氧气截止阀；40、第三氧气减压阀；41、水下载人平台耐压壳体；42、第一氧气管路；43、第二氧气管路；44、第三氧气管路。

具体实施方式

下面说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，一种利用高压氧气排水的浮力调节系统包括置于水下载人平台耐压壳体41内部的海水注排系统、高压氧气系统与氧气补给系统；

海水注排系统的具体结构如下：

包括舷侧阀1，舷侧阀1通过海水管路、第一海水截止阀2、第一电动流量调节阀5与第一浮力调节水舱7的进口端连接，第一浮力调节水舱7上布置通气管8，于第一浮力调节水舱7的出口端通过第三海水截止阀10、海水驳运泵11、第四海水截止阀12及海水管路连接第二浮力调节水舱17的进口端，第二浮力调节水舱17的出口端通过第二电动流量调节阀22、第二海水截止阀4及海水管路与带有第一海水截止阀2的海水管路连通形成回路；于舷侧阀1连接第一浮力调节水舱7的海水管路上还设置海水滤器3及第一海水流量计6，于第二浮力调节水舱17的出口端连接的海水管路上还设置第二海水流量计21。在第一浮力调节水舱7上分别设置第一液位计9及通气管8，在第二浮力调节水舱17上设置第二液位计13。

在本发明中第一浮力调节水舱7的设计工作压力较低，第二浮力调节水舱17的设计压力与舷外海水的最高压力对应，上述海水驳运泵11用于实现在系统恢复工况下由第一浮力调节水舱7和第二浮力调节水舱17调水，该海水驳运泵11可采用小功率低扬程的离心泵，第一电动流量调节阀5用于减压和调节注水速度，第二电动流量调节阀22用于调节排水速度。

如图1所示，高压氧气系统的具体结构如下：

包括高压氧气瓶组，本实施例中高压瓶组包括第一氧气瓶30及第二氧气瓶31，其作为排水时的压力源，数量和公称压力根据实际情况改变。在第一氧气瓶30连通第一氧气管路42的氧气管上安装第一氧气瓶头阀28，在第二氧气瓶31连通第一氧气管路42的氧气管上安装第二氧气瓶头阀29，高压氧气瓶组通过第二氧气减压阀25、氧气单向阀20、第二氧气截止阀19、第二干燥器18及第一氧气管路42与第二浮力调节水舱17连通；还包括与第二浮力调节水舱17连通的第二氧气管路43，在第二氧气管路43上分别设置第一干燥器16、第一氧气截止阀15及第一氧气减压阀14。上述第二氧气减压阀25用于将第一氧气瓶30和第二氧气瓶31中的氧气减压至与第二浮力调节水舱17设计压力相适应的压力值。第一氧气减压阀14用于降低第二浮力调节水舱17泄压时排放到舱室内部的氧气压力。第一干燥器16和第二干燥器18用于吸收第二浮力调节水舱17中进入第一氧气管路42或第二氧气管路43中的水蒸气，避免对各元器件产生腐蚀。氧气单向阀20用于防止第二浮力调节水舱17内部压力大于供氧管路时发生氧气倒流。在第二氧气减压阀25及氧气单向阀20之间的第一氧气管路42上还分别连接第一氧气安全阀23及第一氧气压力表24，在第二氧气减压阀25与第三氧气截止阀27之间的第一氧气管路42上还连接第二氧气压力表26。

氧气补给系统的具体结构如下：

包括多个氧烛，本实施例中氧烛分为第一氧烛37和第二氧烛38，氧烛采用用于密闭空间供氧的氯酸盐氧烛，各氧烛均安装于耐压罐36内，耐压罐36用于构成密闭环境，使氧烛反应生成氧气压力可以逐渐升高，耐压罐36与连通第一氧气管路42的第三氧气管路44连通，其公称压力与氧气瓶组的公称压力匹配，在第三氧气管路44上分别设置第四氧气截止阀32、冷却器33、第五氧气截止阀39及第三氧气减压阀40。于冷却器33与第五氧气截止阀39之间的第三氧气管路44上还分别连接第二氧气安全阀34及第三氧气压力表35。上述耐压罐36用于氧烛的更换，冷却器33用于降低氧烛产生的氧气温度，第三氧气减压阀40用于降低氧气补给管路泄放到舱室内部的氧气压力。

本发明的具体工作过程如下：

(一)注、排水工况；

系统初始状态：第一浮力调节水舱7中没有注水，第二浮力调节水舱17中处于最高水位，第一海水截止阀2、第二海水截止阀4、第三海水截止阀10和第四海水截止阀12处于关闭状态，舷侧阀1处于关闭状态，第一氧气截止阀15和第四氧气截止阀32处于关闭状态，第三氧气截止阀27处于开启状态，第一氧气瓶头阀28和第二氧气瓶头阀29处于开启状态，第一氧气瓶30和第二氧气31向第二浮力调节水舱17提供经第二氧气减压阀25减压后的氧气，在其达到某个高于舷外最大海水压力的设定压力后，第二氧气截止阀19关闭。

注水过程：当接收到需要注水的指令时，舷侧阀1和第一海水截止阀2开启，外界海水经第一电动流量调节阀5减压和调速后进入第一浮力调节水舱7，当第一海水流量计6测得的累计注水量达到要求值时，舷侧阀1和第一海水截止阀2关闭，注水过程结束，系统恢复初始状态。

排水过程：当接收到需要排水的指令时，舷侧阀1和第二海水截止阀4开启，由于第二浮力调节水舱17舱内压力大于舷外海水压力，在压差驱动下第二浮力调节水舱17中的海水经第二电动流量调节阀22调速后排到舷外，当第二海水流量计21测得的累计排水量达到要求值时，舷侧阀1和第二海水截止阀4关闭，第二氧气截止阀19开启，第一氧气瓶30和第二氧气瓶31向第二浮力调节水舱17中提供减压后的氧气，直到第二浮力调节水舱17中压力重新恢复到初始设定压力，第二氧气截止阀19关闭，排水过程结束，系统恢复初始状态。

(二)系统复位工况

当上述注水、排水过程进行过多次后，第一浮力调节水舱7中的水位逐渐升高至设定的最高值，并且第二浮力调节水舱17中的水位逐渐下降至设定的最低值时，系统已不具备注水和排水能力，系统进入复位工况。

此时，在初始状态的基础上，第一氧气截止阀15打开，第二浮力调节水舱17中的高压氧气经减压后向舱室空间排放，直到其压力降低到与舱内大气压一致，第三海水截止阀10和第四海水截止阀12开启，海水驳运泵11启动，将第一浮力调节水舱7中的海水输送至第二浮力调节水舱17，直到第一浮力调节水舱7中的水位降至最低值，第二浮力调节水舱17的水位升高至最高值，第三海水截止阀10和第四海水截止阀12关闭，第一氧气截止阀15关闭，第二氧气截止阀19开启，第一氧气瓶30和第二氧气瓶31向第二浮力调节水舱17中提供减压后的氧气，直到第二浮力调节水舱17中压力重新恢复到初始设定压力，第二氧气截止阀19关闭，系统恢复初始状态，重新具备注水和排水能力。

(三)补氧工况

在上述复位工况进行多次后，第一氧气瓶30和第二氧气瓶31的压力逐渐下降到某个设定值，系统进入补氧工况。

此时，在初始状态的基础上，关闭第三氧气截止阀27和第五氧气截止阀39，点燃第一氧烛37和第二氧烛38开始生成氧气，当耐压罐36及其连接管路内的氧气压力高于此时第一氧气瓶30和第二氧气瓶31的压力，第四氧气截止阀32开启，开始向第一氧气瓶30和第二氧气瓶31内充氧，当第一氧气瓶30和第二氧气瓶31的压力恢复到初始状态时，第三氧气截止阀27和第五氧气截止阀39开启，第四氧气截止阀32关闭，残余氧烛生成的氧气经第三氧气减压阀40减压后向舱内空间排放，当耐压罐36的压力下降到与舱室空间相等，第一氧烛37和第二氧烛38完全燃烧并冷却后，打开耐压罐36，更换全新的氧烛后重新封闭耐压罐36，关闭第五氧气截止阀39，系统恢复初始状态。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (5)

1.一种利用高压氧气排水的浮力调节系统，其特征在于：包括置于水下载人平台耐压壳体(41)内部的海水注排系统、高压氧气系统与氧气补给系统；

所述海水注排系统的具体结构如下：

包括舷侧阀(1)，所述舷侧阀(1)通过海水管路、第一海水截止阀(2)、第一电动流量调节阀(5)与第一浮力调节水舱(7)的进口端连接，所述第一浮力调节水舱(7)上布置通气管(8)，于所述第一浮力调节水舱(7)的出口端通过第三海水截止阀(10)、海水驳运泵(11)、第四海水截止阀(12)及海水管路连接第二浮力调节水舱(17)的进口端，所述第二浮力调节水舱(17)的出口端通过第二电动流量调节阀(22)、第二海水截止阀(4)及海水管路与带有第一海水截止阀(2)的海水管路连通形成回路；

所述高压氧气系统的具体结构如下：

包括高压氧气瓶组，所述高压氧气瓶组通过瓶头阀、第二氧气减压阀(25)、氧气单向阀(20)、第二氧气截止阀(19)、第二干燥器(18)及第一氧气管路(42)与第二浮力调节舱(17)连通；还包括与第二浮力调节舱(17)连通的第二氧气管路(43)，在所述第二氧气管路(43)上分别设置第一干燥器(16)、第一氧气截止阀(15)及第一氧气减压阀(14)；

所述氧气补给系统的具体结构如下：

包括多个氧烛，各氧烛均安装于耐压罐(36)内，所述耐压罐(36)与连通第一氧气管路(42)的第三氧气管路(44)连通，在第三氧气管路(44)上分别设置第四氧气截止阀(32)、冷却器(33)、第五氧气截止阀(39)及第三氧气减压阀(40)。

2.如权利要求1所述的一种利用高压氧气排水的浮力调节系统，其特征在于：于所述舷侧阀(1)连接第一浮力调节水舱(7)的海水管路上还设置海水滤器(3)及第一海水流量计(6)，于所述第二浮力调节水舱(17)的出口端连接的海水管路上还设置第二海水流量计(21)。

3.如权利要求1所述的一种利用高压氧气排水的浮力调节系统，其特征在于：在所述第一浮力调节水舱(7)上分别设置第一液位计(9)及通气管(8)；在第二浮力调节水舱(17)上设置第二液位计(13)。

4.如权利要求1所述的一种利用高压氧气排水的浮力调节系统，其特征在于：在第二氧气减压阀(25)及氧气单向阀(20)之间的第一氧气管路(42)上还分别连接第一氧气安全阀(23)及第一氧气压力表(24)，在第二氧气减压阀(25)与第三氧气截止阀(27)之间的第一氧气管路(42)上还连接第二氧气压力表(26)。

5.如权利要求1所述的一种利用高压氧气排水的浮力调节系统，其特征在于：于所述冷却器(33)与第五氧气截止阀(39)之间的第三氧气管路(44)上还分别连接第二氧气安全阀(34)及第三氧气压力表(35)。