CN111422304A - 一种深海舱口盖辅助开启装置及其开启方法 - Google Patents

一种深海舱口盖辅助开启装置及其开启方法 Download PDF

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Abstract

一种深海舱口盖辅助开启装置及其开启方法，包括围壁和舱口盖，围壁的中部配合安装有可开启与关闭的舱口盖，围壁的内表面与舱口盖的外表面配合处为贴合面，贴合面上开有凹槽，围壁的一侧壁开有一个通槽，通槽与凹槽连通；围壁的上部还安装有开启辅助机构，其具体结构为：包括水压缸，水压缸的底部通过铰链座支撑在围壁的顶面，水压缸的活塞杆头部通过销轴连接有连杆，连杆的下部设置有围壁的内表面，并与围壁共型构成贴合面的一部分，连杆的内部开有通道，通道入口通过软管与水压缸连接，连杆的中部与围壁顶面铰接。工作可靠，能满足深海作业任务。

Description

一种深海舱口盖辅助开启装置及其开启方法
技术领域
本发明涉及深海环境下辅助设备技术领域，尤其是一种深海舱口盖辅助开启装置及其开启方法。
背景技术
随着人类社会技术的进步，人类对海洋的了解也逐步加深，探索海洋未知领域的步伐正向深海挺进。
深海生物价值、矿产价值及军事价值等越来越受到各国重视。
目前，各类有人无人潜水器相继投入到深海探测、开发及科研活动中。在部分深海活动中，尤其是深海生物科考领域，研究人员对样品进行原位研究的需求非常迫切，这就要求潜器必须具备将深海中的样品转移到研究人员所在潜器中的功能。
样品需经由潜器上的过渡舱进入载人舱内，过渡舱设有两个舱口盖，一个舱口盖连通外界海水与过渡舱海水，另一个舱口盖连通过渡舱海水与载人舱常压干式环境。样品转入到过渡舱过程中，连通外界海水与过渡舱海水的舱口盖要在深海压力环境下开启。由于深海压力环境的存在，即使在舱口盖两侧压力平衡之后，舱口盖与围壁贴合部分仍然承受深海压力，该压力与深度成正比，在深度超过1000米的深海环境中，贴合面承受的压力甚至可以达到上百吨的量级，导致舱口盖无法打开，无法顺利完成作业任务。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种深海舱口盖辅助开启装置及其开启方法，从而可以辅助深海环境下舱口盖的开启，确保深海舱口盖能够开启完成作业任务，其工作可靠性好。
本发明所采用的技术方案如下：
一种深海舱口盖辅助开启装置及其开启方法，包括围壁和舱口盖，所述围壁的中部配合安装有可开启与关闭的舱口盖，所述围壁的内表面与舱口盖的外表面配合处为贴合面，所述贴合面上开有凹槽，所述围壁的一侧壁开有一个通槽，所述通槽与凹槽连通；所述围壁的上部还安装有开启辅助机构，其具体结构为：包括水压缸，所述水压缸的底部通过铰链座支撑在围壁的顶面，所述水压缸的活塞杆头部通过销轴连接有连杆，所述连杆的下部设置有围壁的内表面，并与围壁共型构成贴合面的一部分，所述连杆的内部开有通道，所述通道入口通过软管与水压缸连接，所述连杆的中部与围壁顶面铰接；还包括高压水泵，所述高压水泵的出流端分成两路，一路通过高压管路与通槽连接，另一路通过水管与水压缸连接，所述水管上安装有背压阀。
其进一步技术方案在于：
所述通槽内部设置有内螺纹，即通槽为内螺纹孔。
所述水压缸的内部有杆腔为密闭腔，无杆腔为透水腔。
所述连杆一端与水压缸连接，在连杆中部与围壁铰接，形成一个杠杆机构。
所述高压管路与通槽的连接处安装有压力传感器。
高压水泵通过支架固定在围壁的外壁面。
一种深海舱口盖辅助开启装置的开启方法，包括如下操作步骤：
第一步：采用压力均衡系统对舷外及舱内压力进行均衡，使舷外及舱内无压差；
第二步：启动高压水泵；
第三步：舷外海水会通过高压管路进入围壁的通槽中，然后进入凹槽中，由于凹槽受压面积与贴合面的面积相同，凹槽内水压需达到舷外水压的两倍，此时可平衡由舱口盖与围壁贴合处面积差带来的压力差；
第四步：高压水泵继续泵水，此时高压管路内压力升高，背压阀开启，海水通过水管进入水压缸，推动活塞杆缩回，带动连杆绕围壁上的铰接点旋转，形成一个省力杠杆，进而撬动舱口盖使海水进入贴合面，消除面积差带来的压力；
第五步：舱口盖开启后，进行样品转移；
第六步：由于凹槽内海水瞬间泄压，压力传感器检测到水压降低后反馈控制系统，作为控制系统关闭高压水泵输入信号，同时由于连杆内部通道出口与围壁的脱离，水压缸密封腔的压力也会降低至与舷外海水相同，此时透水腔内压簧带动活塞杆伸出，使连杆复位，继续作为舱口盖关闭时的围壁的一部分；
第七步：舱口盖完成关闭动作，装置回到初始状态；
第八步：作业完成。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过在围壁上设置开启辅助机构，可以实现在深海环境下方便的将密闭的舱口盖打开的动作，避免了现有技术中由于面积差原因而无法打开舱口盖或者难以开启的缺陷，大大提高了水下样品转移任务的成功率和可靠性。
本发明结构简单，安装方便，工作可靠。
本发明在需要开启舱口盖时，可通过系统控制自动化完成。
附图说明
图1为本发明的结构示意图(剖视图)。
图2为本发明开启辅助机构的安装示意图。
图3为本发明的结构示意图(省略开启辅助机构)。
图4为本发明的立体图(省略开启辅助机构)。
图5为本发明的流程图。
其中：1、围壁；2、凹槽；3、贴合面；4、舱口盖；5、连杆；6、销轴；7、活塞杆；8、软管；9、水压缸；10、铰链座；11、水管；12、压力传感器；13、背压阀；14、高压管路；15、高压水泵；16、通槽。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2、图3、图4和图5所示，本实施例的深海舱口盖辅助开启装置及其开启方法，包括围壁1和舱口盖4，围壁1的中部配合安装有可开启与关闭的舱口盖4，围壁1的内表面与舱口盖4的外表面配合处为贴合面3，贴合面3上开有凹槽2，围壁1的一侧壁开有一个通槽16，通槽16与凹槽2连通；围壁1的上部还安装有开启辅助机构，其具体结构为：包括水压缸9，水压缸9的底部通过铰链座10支撑在围壁1的顶面，水压缸9的活塞杆7头部通过销轴6连接有连杆5，连杆5的下部设置有围壁1的内表面，并与围壁1共型构成贴合面3的一部分，连杆5的内部开有通道，通道入口通过软管8与水压缸9连接，连杆5的中部与围壁1顶面铰接；还包括高压水泵15，高压水泵15的出流端分成两路，一路通过高压管路14与通槽16连接，另一路通过水管11与水压缸9连接，水管11上安装有背压阀13。
通槽16内部设置有内螺纹，即通槽16为内螺纹孔。
水压缸9的内部有杆腔为密闭腔，无杆腔为透水腔。
连杆5一端与水压缸9连接，在连杆5中部与围壁1铰接，形成一个杠杆机构。
高压管路14与通槽16的连接处安装有压力传感器12。
高压水泵15通过支架固定在围壁1的外壁面。
本实施例深海舱口盖辅助开启装置的开启方法，包括如下操作步骤：
第一步：采用压力均衡系统对舷外及舱内压力进行均衡，使舷外及舱内无压差；
第二步：启动高压水泵15；
第三步：舷外海水会通过高压管路14进入围壁1的通槽16中，然后进入凹槽2中，由于凹槽2受压面积与贴合面3的面积相同，凹槽2内水压需达到舷外水压的两倍，此时可平衡由舱口盖4与围壁1贴合处面积差带来的压力差；
第四步：高压水泵15继续泵水，此时高压管路14内压力升高，背压阀13开启，海水通过水管11进入水压缸9，推动活塞杆7缩回，带动连杆5绕围壁1上的铰接点旋转，形成一个省力杠杆，进而撬动舱口盖4使海水进入贴合面3，消除面积差带来的压力；
第五步：舱口盖4开启后，进行样品转移；
第六步：由于凹槽2内海水瞬间泄压，压力传感器12检测到水压降低后反馈控制系统，作为控制系统关闭高压水泵15输入信号，同时由于连杆5内部通道出口与围壁1的脱离，水压缸9密封腔的压力也会降低至与舷外海水相同，此时透水腔内压簧带动活塞杆7伸出，使连杆5复位，继续作为舱口盖4关闭时的围壁1的一部分；
第七步：舱口盖4完成关闭动作，装置回到初始状态；
第八步：作业完成。
本发明的具体结构和功能如下：
本发明主要包括凹槽2、高压水泵15、背压阀13、水压缸9、连杆5及软管8等。
其中凹槽2开在舱口盖4与围壁1的贴合面3处，围壁1一侧打内螺纹孔(通槽16)直至与凹槽2连通。
其中水压缸9一端与围壁1的顶面铰接，另一端通过销轴6与连杆5铰接，水压缸9用于驱动连杆5动作。
其中连杆5一端与水压缸9连接，在连杆5中部与围壁1铰接，形成一个杠杆机构，连杆5另一端与围壁1共型构成舱口盖4密封贴合面3的一部分。
其中水压缸9有杆腔为密闭腔，进水口与出水口均设在该腔，无杆腔为透水腔，无杆腔设有压簧与活塞连接，用于提供活塞杆7伸出的动力源。
其中连杆5内设有通道，通道入口通过高压软管8与水压缸9的密闭腔连通，在舱口盖4处于关闭状态时，连杆5内通道出口可通过围壁1形成密封。
其中高压水泵15出流端分成两路，其中一路通过高压管路14与通槽16(螺纹孔)连接，另一路连接背压阀13一端；而背压阀13另一端通过水管11与水压缸9的密闭腔连通。
其中压力传感器12安装在高压管路14与通槽16的连接处，压力传感器12向控制系统反馈管路内压力。
实际工作过程中：
如图1所示，其为样品进入过渡舱通道，样品通过舱口盖4进入舱内。
初始状态下，舷外为高压海水环境，舱内为常压海水环境。当进行样品转移时，需要通过压力均衡系统将舷外与舱内海水连通，使舱内变为与舷外压力一致的环境。此时舱内与舷外无压差。但在舱口盖4与围壁1的贴合面3的部位，由于密封要求，围壁1端面与舱口盖4的端面均要进行研磨，粗糙度很小，而且配合精度非常高。在这种情况下，舱口盖4与围壁1端面完全贴合在一起的，高压海水无法进入，同时O型圈也与围壁1端面完全贴合，贴合部位也无法进入高压海水。由于海水无法进入贴合面3，导致贴合面3形成面积差，贴合部分的面积承受深海压力，该部分的压力为贴合面3积与深海压力的乘积，在大深度下，该部分的压力往往达到几十吨甚至上百吨，使舱口盖4无法打开。
而本发明采用的舱口盖辅助开启方法，具体步骤如下：
首先采用压力均衡系统对舷外及舱内压力进行均衡，使舷外及舱内无压差。
启动高压水泵15，舷外海水会通过围壁1的通槽16进入凹槽2，由于凹槽2受压面积与贴合面3的面积相同，所以凹槽2内水压需达到舷外水压的两倍，此时可平衡由舱口盖4与围壁1贴合处面积差带来的压力差。
高压水泵15继续泵水，此时高压管路14内压力升高，背压阀13开启，海水通过高水管11进入水压缸9，推动活塞杆7缩回，带动连杆5绕围壁1上的铰接点旋转，形成一个省力杠杆，进而撬动舱口盖4使海水进入贴合面3，消除面积差带来的压力。
舱口盖4开启后，凹槽2内海水瞬间泄压，压力传感器12检测到水压降低后反馈控制系统，作为控制系统关闭高压水泵15输入信号，同时由于连杆5内的通道出口与围壁1脱离，水压缸9的密封腔压力也会降低至与舷外海水相同，此时透水腔内压簧带动活塞杆7伸出，使连杆5复位，继续作为舱口盖4关闭时的围壁1的一部分。
由于管路及凹槽2内压力会瞬间降低，所以有助于消除舱口盖4开启时贴合面3消失带来的冲击。
样品转移完成后，关闭舱口盖4，装置回到初始状态。
在深海环境下，通过开启辅助机构的作用，可以方便的开启舱口盖4，完成作业任务。
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，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (7)

1.一种深海舱口盖辅助开启装置，包括围壁(1)和舱口盖(4)，其特征在于：所述围壁(1)的中部配合安装有可开启与关闭的舱口盖(4)，所述围壁(1)的内表面与舱口盖(4)的外表面配合处为贴合面(3)，所述贴合面(3)上开有凹槽(2)，所述围壁(1)的一侧壁开有一个通槽(16)，所述通槽(16)与凹槽(2)连通；所述围壁(1)的上部还安装有开启辅助机构，其具体结构为：包括水压缸(9)，所述水压缸(9)的底部通过铰链座(10)支撑在围壁(1)的顶面，所述水压缸(9)的活塞杆(7)头部通过销轴(6)连接有连杆(5)，所述连杆(5)的下部设置有围壁(1)的内表面，并与围壁(1)共型构成贴合面(3)的一部分，所述连杆(5)的内部开有通道，所述通道入口通过软管(8)与水压缸(9)连接，所述连杆(5)的中部与围壁(1)顶面铰接；还包括高压水泵(15)，所述高压水泵(15)的出流端分成两路，一路通过高压管路(14)与通槽(16)连接，另一路通过水管(11)与水压缸(9)连接，所述水管(11)上安装有背压阀(13)。
2.如权利要求1所述的一种深海舱口盖辅助开启装置，其特征在于：所述通槽(16)内部设置有内螺纹，即通槽(16)为内螺纹孔。
3.如权利要求1所述的一种深海舱口盖辅助开启装置，其特征在于：所述水压缸(9)的内部有杆腔为密闭腔，无杆腔为透水腔。
4.如权利要求1所述的一种深海舱口盖辅助开启装置，其特征在于：所述连杆(5)一端与水压缸(9)连接，在连杆(5)中部与围壁(1)铰接，形成一个杠杆机构。
5.如权利要求1所述的一种深海舱口盖辅助开启装置，其特征在于：所述高压管路(14)与通槽(16)的连接处安装有压力传感器(12)。
6.如权利要求1所述的一种深海舱口盖辅助开启装置，其特征在于：高压水泵(15)通过支架固定在围壁(1)的外壁面。
7.一种利用权利要求1所述的深海舱口盖辅助开启装置的开启方法，其特征在于：包括如下操作步骤：
第一步：采用压力均衡系统对舷外及舱内压力进行均衡，使舷外及舱内无压差；
第二步：启动高压水泵(15)；
第三步：舷外海水会通过高压管路(14)进入围壁(1)的通槽(16)中，然后进入凹槽(2)中，由于凹槽(2)受压面积与贴合面(3)的面积相同，凹槽(2)内水压需达到舷外水压的两倍，此时可平衡由舱口盖(4)与围壁(1)贴合处面积差带来的压力差；
第四步：高压水泵(15)继续泵水，此时高压管路(14)内压力升高，背压阀(13)开启，海水通过水管(11)进入水压缸(9)，推动活塞杆(7)缩回，带动连杆(5)绕围壁(1)上的铰接点旋转，形成一个省力杠杆，进而撬动舱口盖(4)使海水进入贴合面(3)，消除面积差带来的压力；
第五步：舱口盖(4)开启后，进行样品转移；
第六步：由于凹槽(2)内海水瞬间泄压，压力传感器(12)检测到水压降低后反馈控制系统，作为控制系统关闭高压水泵(15)输入信号，同时由于连杆(5)内部通道出口与围壁(1)的脱离，水压缸(9)密封腔的压力也会降低至与舷外海水相同，此时透水腔内压簧带动活塞杆(7)伸出，使连杆(5)复位，继续作为舱口盖(4)关闭时的围壁(1)的一部分；
第七步：舱口盖(4)完成关闭动作，装置回到初始状态；
第八步：作业完成。
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