CN114068116B - 海底高导热大功率电阻装置及其应用 - Google Patents

Abstract

海底高导热大功率电阻装置及其应用，包括：承压筒、被装入承压筒空腔内部的电阻组合、固定在承压筒敞口端上的端盖、固定在端盖上的穿舱件，穿舱件与电阻组合电连接，且穿舱件的外部设有用于外接的水密电接头。本发明提供的电阻装置，结构简单、密封性好，可应用在深海区域，且散热快，电阻值稳定，能保证恒流海底中继器在恒压观测网正常工作。

Description

海底高导热大功率电阻装置及其应用

技术领域

本发明属于海底观测网技术领域，具体涉及一种海底高导热大功率电阻装置及其应用。

背景技术

当前发达国家已建立了多个成熟的海底观测网，这些观测网主要应用于海洋环境、海底地震等方面的观测和研究。我国有着辽阔的海岸线和广阔的海岸，虽然目前也建立了部分小型示范网，但随着对海洋不断的研究，亟需建立长跨距、深海域、高可靠性的大型海底观测网。

海底观测网通常由岸基站、主干海底光电复合缆、海底通信设备、主基站和科学观测仪器组成，岸基站上的高压电源为整个系统供电，主基站将高压进行电能变换后提供给科学观测仪器，使其正常工作。

主流的海底观测网通常采用直流恒流或直流恒压两种供电方式，因为直流恒压供电方式供电效率高且更易于为大功率设备供电，国际上已建成的多个大型海底观测网中，大多数系统采用直流恒压供电方式，仅日本的DONET地震监测网因系统应用功能单一且无大功率设备接入而采用直流恒流供电方式。

但传统海底通信网采用直流恒流供电工作，即海底光中继器货架产品为直流恒流供电方式，若海底观测网采取直流恒压供电方式，海底光中继器货架产品则无法直接组网，必须对海底光中继器产品进行重新设计、验证，这一过程成本高、周期长且伴随极大的技术风险。

因此，设计一种能布放在海底且在直流恒压供电方式下仍能维持海底光中继器货架产品稳定工作的装置至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种海底高导热大功率电阻装置及其应用，用于维持直流恒压观测网干线电流，确保恒流海底中继器能稳定工作在直流恒压观测网中。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

本发明的第一个目的是提供海底高导热大功率电阻装置，其中包括：

承压筒，为一端敞口、一端封闭的筒状结构；

电阻组合，被装入所述承压筒空腔内部；

电阻压板，通过螺钉被固定在所述承压筒内部的台阶面上，压住所述电阻组合限制其位移；

端盖，通过螺钉被固定在所述承压筒的敞口端上；

穿舱件，通过螺钉被固定在所述端盖上；所述穿舱件与电阻组合电连接，且穿舱件的外部设有用于外接的水密电接头。

在上述技术方案的基础上，所述海底高导热大功率电阻装置还包括：

垫柱，被固定在所述电阻压板上；

电路板，通过螺钉被固定在所述垫柱上，并分别与电阻组合、穿舱件电连接形成导通。

在上述技术方案的基础上，所述承压筒外表面加工有环形凹槽，并且所述承压筒封闭端外侧加工有盲孔，其有益效果是能增大整个装置与海水的接触面积，提高其散热能力。

在上述技术方案的基础上，所述承压筒封闭端内侧加工有若干盲孔，其直径略大于电阻的外径，所述电阻压板上设有多个供电阻的电缆尾线穿过的通孔，该通孔的孔径小于对应电阻的外径，以限制电阻的位移。

在上述技术方案的基础上，所述穿舱件、所述端盖、固定端盖的螺钉、穿舱件的固定螺钉为同种材质的金属零件，其有益效果是防止在海水中零件之间发生电化学腐蚀。

在上述技术方案的基础上，所述电阻的电缆尾线与所述穿舱件的电缆尾线均连接到所述电路板形成导通。

在上述技术方案的基础上，所述海底高导热大功率电阻装置还包括：

密封圈；

被安装到所述端盖上，与所述抗压筒配合保证整个装置的密封。

在上述技术方案的基础上，所述电阻组合由若干电阻串联和/或并联构成，可根据需求设计电阻的连接方式。

本发明提供的电阻装置，结构简单、密封性好，可应用在深海区域，且散热快，电阻值稳定，能保证恒流海底中继器在恒压观测网正常工作。

本发明的第二个目的是提供海底高导热大功率电阻装置在直流恒压观测网的应用，在直流恒压观测网中，当岸基高压电源启动时，在主节点处接入该海底高导热大功率电阻装置，海底高导热大功率电阻装置与次级节点并联，并通过PWM调控电阻装置的工作功率来间接调节干路电流，从而保证海底光中继器的正常运行。

本发明的电阻装置是能够使恒流海底中继器在直流恒压海底观测网中稳定工作的装置，此发明能使海底观测网组网使直接使用恒流海底中继器货架产品，节省了海底中继器的改制时间及费用，大大降低系统组网难度、成本及周期。本发明为直流恒流观测网的恒流供给提供支持，确保观测网系统末端负载不断变化的情况下供电电流恒定。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的海底高导热大功率电阻装置能够为直流恒压或直流恒流海底观测网提供更经济、灵活、可靠的组网方案，有效降低系统组网难度及风险。

附图说明

为了更清楚地介绍本发明的技术方案，参照图1至图4进行说明：

图1为本发明实施例1中海底高导热大功率电阻装置的立体示意图；

图2为本发明实施例1中海底高导热大功率电阻装置的立体爆炸示意图；

图3为本发明实施例3中海底高导热大功率电阻装置的承压筒轴测图；

图4为本发明实施例3中海底高导热大功率电阻装置的承压筒正视图及局部放大视图；

图5为本发明实施例4中海底高导热大功率电阻装置所应用接入的恒压海底观测网的系统供电框图；

图中：1-穿舱件，2-端盖，3-电路板，4-垫柱，5-电阻压板，6-承压筒，7-电阻，8-密封圈，9-固定端盖的螺钉，10-固定穿舱件的螺钉，11-盲孔，12-环槽12，13-盲孔。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1

参见图1-2所示，本实施例提供了一种海底高导热大功率电阻装置，该装置包括：

一个穿舱件1、六个固定穿舱件的螺钉10、一个端盖2、十个固定端盖的螺钉9和一个承压筒6，以上五种零件材质相同，可以避免互相接触的零件发生电化学腐蚀。

如图2所示，穿舱件从左到右依次由电接头、圆锥体橡胶、法兰盘一体硫化而成，法兰盘通过螺钉10固定于端盖中心位置，端盖中心位置设有供穿舱件电缆尾线穿过的通孔。电阻压板，通过螺钉被固定在承压筒内部的台阶面上，压住位于承压筒内的电阻组合7，限制其位移。电阻压板的外侧面固定有若干均匀布置的垫柱4，电路板3通过螺钉被固定在垫柱上，电阻组合7的电缆尾线、穿舱件的电缆尾线分别与电路板电连接形成导通。在一些优选的实例中，密封圈8为O型密封圈，被装入端盖2的径向或者轴向密封槽中，最终密封圈8通过端盖2与承压筒6的配合被压缩实现可靠密封。

实施例2

参见图1所示，在实施例1基础上，穿舱件1、固定穿舱件的螺钉10、端盖2、固定端盖的螺钉9和承压筒6均为铍青铜材质，一方面该材料具备良好的热导率，可以证本发明在大功率工况下的散热要求，另一方面铍青铜具备极佳的力学性能及耐腐蚀性，可以满足本装置在深海布放的要求。

电阻7外壳材质为铝合金，这样可以降低电阻与承压筒6之间的热阻，提高导热能力。

实施例3

在实施例1或2的基础上，参见图3所示，在一些优选的实例中，承压筒6封闭端外侧设计有一个盲孔11。参见图4所示，在一些优选的实例中，在保证承压筒6可以耐足够外压的条件下，承压筒6外圆周设计有一定深度的矩形环槽12，该矩形环槽沿承压筒6的轴线均匀分布。

在本实例中，承压筒6尾端（外侧）设计有一个盲孔或承压筒6外圆周设计有一定深度的矩形环槽，其出好处是，当整个装置布放到水下时，承压筒与水接触的面积可以尽可能增大，这样可以提升整个装置的散热能力。

参见图2所示，承压筒6封闭端内侧设计有六个盲孔13。参见图3所示，六个电阻7被安装进承压筒6前端的六个盲孔中，该盲孔依据电阻7外径配钻加工而成，保证电阻7装入承压筒6后，与盲孔之间有足够小间隙。电阻压板7通过螺钉被安装在承压筒6内壁的台阶面上，压住六个电阻7的端面，限制电阻7的轴向位移。

电阻压板上设有6个供电阻的电缆尾线穿过的通孔，该通孔的孔径小于对应电阻的外径，以限制电阻的位移。电路板3通过垫柱4固定到电阻压板7上，电路板3上设计了14个焊盘，六个电阻7及穿舱件1的电线尾缆被焊接固定到电路3上，使电路导通，从而可以让外部电源通过穿舱件1为本装置供电。

实施例4

在实施例1或2或3的基础上，海底高导热大功率电阻装置在直流恒压观测网的应用，参见图5所示：一个典型的直流恒压海底观测网系统供电框图，由岸基高压电源、海底分支器、海底光中继器、主节点、次级节点及本发明海底高导热大功率电阻装置组成。

其中，岸基高压电源为整个系统提供电能，主节点将岸基高压电源供给的电能进行转换并为次级节点供电，次级节点包含了若干海底科学仪器，即用电负载。

此前，当岸基高压电源启动时，次级节点中的用电负载多处于关闭状态，从而使次级节点、主节点的功率处在比较低的水平。由于观测网系统为恒压供电，主节点及次级节点的功率越低，主干回路的电流I就会越小，若主干回路电流I低于海底光中继器的最小工作电流，则海底光中继器无法工作，导致系统传输中断。

采用本发明的电阻装置后，在系统启动时接入本发明的大功率负载（本发明的大概率电阻装置与次节点并联），即使次级节点中的用电负载多处于关闭状态，主干回路电流I也能增大至海底光中继器的最小工作电流，保证海底光中继器的正常运行。

具体的，当岸基高压电源启动时，在主节点处接入该海底高导热大功率电阻装置，海底高导热大功率电阻装置与次级节点并联，并通过PWM调控电阻装置的工作功率来间接调节干路电流，从而保证海底光中继器的正常运行。次节点正常运行后（即次节点功率提升后），通过PWM控制调节电阻装置的功率，确保海底光中继器的正常运行。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“前端”、“后端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“固定”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种海底高导热大功率电阻装置，其特征在于，包括：

承压筒（6），为一端敞口的筒状结构；所述承压筒（6）外侧壁加工有若干环形凹槽，所述承压筒（6）的外侧端部加工有盲孔；

电阻组合（7），置于所述承压筒（6）空腔内；所述承压筒（6）的内侧端部加工有若干与电阻组合相匹配的盲孔；

电阻压板（5），固定于所述承压筒（5）内部，并压住所述电阻组合（7）限制其位移；

垫柱（4），固定于所述电阻压板（5）上；

电路板（3），固定于所述垫柱（4）上，并分别与电阻组合（7）、穿舱件（1）电连接形成导通；

端盖（2），密封固定于所述承压筒（6）的敞口端；

穿舱件（1），固定于所述端盖（2）上；所述穿舱件（1）与电阻组合（7）电连接，且穿舱件（1）的外部设有用于外接的水密电接头；

所述承压筒（6）、端盖（2）、穿舱件（1）均为铍青铜材质，电阻组合的外壳材质为铝合金。

2.根据权利要求1所述的海底高导热大功率电阻装置，其特征在于，所述端盖（2）上安装有密封圈（8），与所述承压筒（6）配合保证整个装置的密封。

3.根据权利要求1所述的海底高导热大功率电阻装置，其特征在于，所述电阻组合（7）由若干电阻串联和/或并联构成。

4.根据权利要求1所述的海底高导热大功率电阻装置的应用，其特征在于，在直流恒压观测网中，岸基高压电源启动时，在主节点处接入该海底高导热大功率电阻装置，海底高导热大功率电阻装置与次级节点并联，维持直流恒压观测网干线电流，确保恒流海底中继器能稳定工作在直流恒压观测网中。