CN114212224B - 一种自破冰的极地水域深潜救生艇 - Google Patents

一种自破冰的极地水域深潜救生艇 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自破冰的极地水域深潜救生艇,包括救生舱和提供动力的底舱,还包括贯穿救生舱且与底舱连通的密封传动轴方形套筒,密封传动轴方形套筒内设置传动轴,救生舱上端设置破冰装置,破冰装置包括绕救生舱中心轴旋转的刀盘、设置于刀盘上表面的若干滚刀组件,底舱内设置传动装置,传动轴两端分别连接刀盘和传动装置,传动装置驱动刀盘转动,从而带动滚刀组件切割冰面。在救生舱上端设置破冰装置,使救生艇具备自主破冰能力,能够及时破开冰层浮出水面,节省外部调动破冰设备的时间,及时把握救援时机,保障失事艇员的生命安全。且提供动力的底舱设置于救生舱下端,整体结构重心小于浮心,救生艇保持在水中竖直,上升速度快、救援效率高。

Description

一种自破冰的极地水域深潜救生艇
技术领域
本发明涉及救生艇,具体是涉及一种自破冰的极地水域深潜救生艇。
背景技术
极地环境复杂多变,冰区水域潜艇探测器事故频频发生。潜艇发生安全事故时,在没有专门的救援设备的情况下,难以及时抢救,容易造成人员伤亡。
潜艇在水下活动的环境通常可分为三个区域,即浅水区、亚深水区以及深水区。浅水区的水深不超过200m,若潜艇在此区失事沉没的话,艇内艇员尚可在没有外援的情况下自主逃生。亚深水区是从200m水深至潜艇的极限下潜深度之间,目前世界上绝大多数的潜艇极限下潜深度都小于800m,在这一深度范围内对失事沉没的潜艇实施外援救生是可行的。若潜艇在超过800m的深水区失事沉没的话,潜艇耐压体可能在很短的时间即被海水压力破坏,艇上人员将生还无望。
因此,加强援潜救生手段与技术的研究是十分必要的。对于潜艇水下救援问题,如潜艇沉没在浅水海区或亚深水海区,可采取艇员自主逃生方式或利用救生潜艇和救生钟进行救援。但是,如果潜艇沉没在超过600m深度的海底,则很难开展外部救援。尤其是在极地地区,由于冰区的阻碍,更是增加了外部救援的难度。
发明内容
发明目的:针对以上缺点,本发明提供一种潜艇自带的、具备自破冰能力的极地水域深潜救生艇。
技术方案:为解决上述问题,本发明采用一种自破冰的极地水域深潜救生艇,包括救生舱和提供动力的底舱,底舱设置于救生舱底端,还包括贯穿救生舱的密封传动轴方形套筒,密封传动轴方形套筒与底舱连通,密封传动轴方形套筒内设置传动轴,所述救生舱上端设置破冰装置,所述破冰装置包括绕救生舱中心轴旋转的刀盘、设置于刀盘上表面的若干滚刀组件,所述底舱内设置传动装置,所述传动轴一端与刀盘固定连接,传动轴另一端与传动装置固定连接,传动装置通过传动轴驱动刀盘转动,所述刀盘转动带动滚刀组件切割冰面。
进一步的,所述刀盘上表面设置若干梳齿型刮板,所述刮板由救生舱中心轴向外延伸,且刮板所在平面高于刀盘上表面。
进一步的,所述刀盘上表面设置若干高压水射流喷嘴,高压水射流喷嘴用于喷射高压水。
进一步的,滚刀组件包括固定连接于刀盘上的滚刀底座、设置于滚刀底座内的滚刀轴、与滚刀轴固定连接的滚刀,所述滚刀轴相对滚刀底座转动,且滚刀轴的转轴与救生舱中心轴成锐角。
进一步的,还包括回转轴承舱,回转轴承舱设置于破冰装置与救生舱之间,所述回转轴承舱内设置回转轴承,回转轴承连接破冰装置与回转轴承舱的舱壁,破冰装置相对回转轴承舱转动,回转轴承舱与外部连通,且与救生舱隔绝。
进一步的,所述底舱内设置传动装置,所述传动装置通过传动轴与刀盘连接,传动装置包括二级行星减速器、电机,电机输出端与二级行星减速器输入端连接,二级行星减速器输出端与传动轴一端连接,传动轴穿过救生舱和回转轴承舱另一端与刀盘固定连接,电机驱动刀盘转动。
进一步的,所述底舱内还设置压载装置,压载装置包括储水的压载罐、与压载罐连接的压载柱塞泵,所述传动轴内部中空,传动轴靠近两端分别设置若干进水孔和若干出水孔,进水孔与压载柱塞泵的输出端连接,出水孔与高压水射流喷嘴连接。
进一步的,所述底舱内还设置推进装置,推进装置包括推进柱塞泵、与推进柱塞泵输出端连接的推进增压器、与推进增压器输出端连接的推进器、抽水管,所述抽水管穿过救生舱一端与回转轴承舱连通,另一端与推进柱塞泵输入端连接,所述抽水管位于回转轴承舱内的端部设置网罩,所述推进器设置于底舱外侧。
进一步的,所述底舱内还设置反扭矩装置,反扭矩装置包括反扭矩柱塞泵、反扭矩增压器、反扭矩推进器,所述反扭矩增压器输入端与反扭矩柱塞泵输出端连接,反扭矩增压器输出端与反扭矩推进器连接,所述反扭矩推进器设置于底舱外侧,且反扭矩推进器中心线与水平面夹角为45°,与救生舱中心轴夹角为30°。
进一步的,包括两层救生舱,两层救生舱的中心轴重合,所述救生舱包括舱室、座椅、操作台、舱门,舱门设置于舱室侧面。
有益效果:本发明相对于现有技术,其显著优点是在救生舱上端设置破冰装置,使救生艇具备自主破冰能力,能够及时破开冰层浮出水面,节省外部调动专门投放设备和破冰设备的工作和时间,及时把握救援时机,保障失事艇员的生命安全。同时,提供动力的底舱设置于救生舱下端,整体结构重心小于浮心,救生艇保持在水中竖直,上升速度快救援效率高。该救生艇设置于潜艇内部,在潜艇发生事故时,失事艇员及时乘坐救生艇逃生,保障失事艇员的生命安全。
附图说明
图1为本发明救生艇的整体结构示意图;
图2为图1中B-B剖面示意图;
图3为本发明救生艇的艇身框架结构图;
图4为本发明中破冰装置的俯视图;
图5为本发明中破冰装置的分解示意图;
图6为本发明中滚刀组件的分解示意图;
图7为本发明中回转轴承的结构示意图;
图8为本发明中回转轴承的分解示意图;
图9为本发明中旋转密封轴组件结构示意图;
图10为本发明中旋转密封轴组件的分解示意图;
图11为本发明中救生舱结构示意图;
图12为本发明中救生舱分解示意图;
图13为本发明中底舱剖视图;
图14为本发明中底舱分解示意图。
具体实施方式
如图1至图2所示,本实施例中的一种自破冰的极地水域深潜救生艇,包括艇身框架1、破冰装置2、回转轴承舱1-1、救生舱5、底舱6、底座7。破冰装置2安装在艇身框架1顶部用于切削冰层,破冰装置2下端安装有回转轴承舱1-1,回转轴承舱1-1内设置回转轴承3,回转轴承3承载破冰装置2的重量以及工作时产生的轴向力。海水经过破冰装置2流入回转轴承舱1-1,回转轴承舱1-1下端依次安装有两个救生舱5,用于载人和操作控制所述发明内的装置。救生舱5下端安装底舱6,底舱6的底部焊接有底座7,用于竖直停放在潜艇内部。救生舱5中间设置密封传动轴方形套筒1-7,密封传动轴方形套筒1-7贯穿两个救生舱5连通回转轴承舱1-1和底舱6,密封传动轴方形套筒1-7内设置旋转密封轴组件4。底舱6内设置传动装置8、压载装置9、推进装置10和反扭矩装置11,传动装置8为破冰装置2提供动力;压载装置9通过排水和抽水控制救生艇在海水中上升和下潜速度。推进装置10产生向上推力使救生艇上升;反扭矩装置11抵消破冰装置2工作时产生的转矩。
如图3所示,艇身框架1包括舱壁支撑圈1-4、舱室甲板1-5、底舱甲板1-6、密封传动轴方形套筒1-7、套筒筋板1-8、底舱支架1-9。回转轴承舱1-1、救生舱5、底舱6之间设置舱壁支撑圈1-4,舱室甲板1-5分别嵌入舱壁支撑圈1-4内,通过焊接固定,用于隔离各个舱室。密封传动轴方形套筒1-7通过螺栓和套筒筋板1-8固定安装在舱室甲板1-5中心位置,且贯穿所有舱室甲板1-5,用于支撑各个舱室。底舱甲板1-6通过螺栓安装在底舱支架1-9上,用于安装底舱6内的其他装置。
如图4和图5所示,破冰装置2包括刀盘2-1、刀盘中心2-2、滚刀组件2-3、高压水射流喷嘴2-4、喷嘴接口2-5、刀盘底板2-6、刮板2-7、吊环2-8。刀盘2-1包括若干刀盘单元,刀盘单元通过凸台定位安装于刀盘中心2-2槽内,用螺栓固定连接,在本实施例中,设置六个刀盘单元,六个刀盘单元为扇形,均匀分布与刀盘中2-2的外周,使得六个刀盘单元和刀盘中心2-2组成一个完整的曲面刀盘体。刀盘2-1上设置若干滚刀组件2-3及若干高压水射流喷嘴2-4,在本实施例中,每个刀盘单元上分别安装有四个滚刀组件2-3和四个高压水射流喷嘴2-4,高压水射流喷嘴2-4底部设置喷嘴接口2-5,高压水射流喷嘴2-4提供高压水射流,提升碎冰效果。刀盘2-1上表面设置若干梳齿型刮板2-7,刮板2-7焊接在刀盘单元一个侧面,并与另一个刀盘单元的侧面相接触,且刮板2-7所在平面高于另一个刀盘单元的侧面,刮板2-7与另一个相接触的刀盘单元侧面之间存在间隙,刮板2-7上的梳齿型刮齿可随着刀盘2-1旋转收集碎冰,碎冰通过刮板2-7与另一个相接触的刀盘单元侧面之间的间隙进入刀盘内部,将滚刀组件切割的碎冰清除,有助于提高滚刀组件的碎冰效率,刀盘2-1底部中空与回转轴承舱1-1连通,碎冰和海水进入回转轴承舱1-1,刀盘2-1底部与回转轴承舱1-1侧壁之间存在间隙,使回转轴承舱1-1与外部连通,碎冰和一部分海水从侧隙排除。刀盘底板2-6通过螺栓连接刀盘中心2-2和回转轴承3,吊环2-8通过螺纹安装于刀盘中心2-2上,便于救生艇的吊装。
如图6所示,滚刀组件2-3包括滚刀2-3-1、滚刀轴2-3-2、滚刀底座2-3-3、轴套2-3-4、端盖2-3-5、轴承2-3-6、滚刀挡板2-3-7、平键2-3-8、轴端螺钉。滚刀底座2-3-3焊接在刀盘2-1,滚刀底座2-3-3为圆环形,滚刀轴2-3-2安装于滚刀底座2-3-3内部,端盖2-3-5通过螺栓固定滚刀底座2-3-3底部和顶部,端盖2-3-5之间依次安装轴承2-3-6、滚刀轴2-3-2、轴套2-3-4、轴承2-3-6,滚刀轴2-3-2相对滚刀底座2-3-3旋转。滚刀轴2-3-2的端面有两个螺孔,滚刀轴2-3-2端部侧面设置键槽,滚刀2-3-1通过平键2-3-8连接在滚刀轴2-3-2的键槽,滚刀2-3-1相对滚刀轴2-3-2周向固定。挡板2-3-7嵌在滚刀2-3-1中,通过轴端螺钉固定在滚刀轴2-3-2上端,滚刀2-3-1相对滚刀轴2-3-2轴向固定,防止滚刀2-3-1相对滚刀轴在轴向上窜动。滚刀轴2-3-2的轴心线与经过滚刀2-3-1所在点的水平面的内法线夹角为15°,即滚刀轴2-3-2的转轴与救生舱中心轴夹角为15°。倾斜的滚刀随着刀盘的旋转做切削冰层的运动,滚刀自身可以绕滚刀轴旋转,减少工作载荷延长使用寿命。
如图7和图8所示,回转轴承3包括刀盘支架3-1、轴承顶圈3-2、轴承内圈3-3、轴承外圈3-4、轴承底板3-5、滚子3-6、螺栓。轴承内圈3-3和轴承外圈3-4有滚子槽,槽内滚子3-6均匀分布,轴承底板3-5有滚子槽,内部均匀分布滚子3-6,轴承顶圈3-2嵌在轴承内圈3-3和轴承外圈3-4中,可绕轴心线转动。刀盘支架3-1上方与刀盘底板2-6固定连接,用于支撑破冰装置2,刀盘支架3-1下端支脚用螺栓固定在轴承顶圈3-2上。轴承外圈3-4侧两对称的槽用于定位安装在回转轴承舱舱壁上。
如图9和图10所示,旋转密封轴组件4包括传动轴4-1、轴承套4-2、轴承4-3、输出配流盘4-4、输入配流盘4-5、水射流接口4-6、平键4-7、渐开线花键4-8、旋转密封槽4-9、抽水管4-10、水管固定支座4-11、网罩4-12。传动轴4-1顶端设置平键槽,底端设置渐开线花键4-8,传动轴4-1通过密封传动轴方形套筒1-7贯穿救生舱5和回转轴承舱1-1,传动轴4-1内部中空,传动轴4-1距离两端面一定距离均设置旋转密封槽4-9,旋转密封槽4-9内均有孔与内部空间相通,用于输送高压水流,靠近传动轴4-1顶端的旋转密封槽4-9的开孔为出水孔,靠近底端的旋转密封槽4-9的开孔为进水孔;顶端的旋转密封槽4-9上安装输出配流盘4-4,底端的旋转密封槽4-9上安装输入配流盘4-5,输出配流盘4-4和输入配流盘4-5均安装有水射流接口4-6,用于水管连接。输出配流盘4-4通过螺栓固定在刀盘底板2-6上,且通过水管连接高压水射流喷嘴2-4,为高压水射流喷嘴2-4提供高压水流,提升碎冰效果。输入配流盘4-5与二级行星减速器8-1固定连接,且通过水管连接压载柱塞泵9-2出水口。
传动轴4-1顶端通过在平键槽内嵌上平键4-7,装在刀盘中心2-2上;传动轴4-1底端的输入配流盘4-5通过螺栓与轴承套4-2固定连接,轴承套4-2通过螺栓固定在底部的舱室甲板1-5上,轴承4-3装入轴承套4-2内,用于固定传动轴4-1。
密封传动轴方形套筒1-7内的四个角落通过水管固定支座4-11固定安装抽水管4-10,抽水管4-10通过密封传动轴方形套筒1-7贯穿救生舱5和回转轴承舱1-1,抽水管4-10一端与回转轴承舱1-1连通,另一端与推进柱塞泵10-1输入端连接,抽水管4-10顶端安装网罩4-12,防止碎冰吸入损害内部装置。
如图11和图12所示,救生舱5包括舱室5-1、座椅5-2、操作台5-3、舱门5-4。在本实施例中,六把座椅5-2呈圆形排列周向分布于密封传动轴方形套筒1-7外侧,且通过螺栓固定在舱室5-1内。舱门5-4通过螺栓安装在舱室侧壁,操作台5-3正对舱门5-4安装在舱室5-1内。
如图13和图14所示,底舱6内设置传动装置8、压载装置9、推进装置10、反扭矩装置11、底舱甲板1-6、底舱支架1-9。底舱甲板1-6通过螺栓固定在底舱支架1-9上。传动装置8包括二级行星减速器8-1、矩形花键8-2、套筒8-3、电机8-4、电池8-5。二级行星减速器8-1端盖与输入配流盘4-5固定连接,二级行星减速器8-1输入端用矩形花键8-2与电机8-4输出轴啮合传动。电机8-4外壳通过螺栓、套筒8-3与二级行星减速器8-1外壳连接。二级行星减速器8-1输出轴与传动轴4-1底端的渐开线花键4-8连接,为传动轴4-1传递动力,电机8-4工作驱动二级行星减速器8-1工作,从而带动传动轴4-1转动。电机8-4安放在底舱6底部。电池8-5安装在底舱甲板1-6上,为底舱内部装置提供能量。
压载装置9包括压载罐9-1、压载柱塞泵9-2、压载柱塞泵法兰盘9-3,压载罐9-1固定在底舱壁1-3上,压载柱塞泵9-2安装在底舱甲板1-6上,压载罐9-1出水口通过水管与压载柱塞泵9-2的输入端连接,压载柱塞泵9-2输出端通过水管与输入配流盘4-5连接,且压载柱塞泵法兰盘9-3用于压载柱塞泵9-2输出端与高压水管的对接,压载柱塞泵法兰盘9-3安装在压载柱塞泵9-2输出端对应底舱甲板1-6下方位置。
推进装置10包括推进柱塞泵10-1、推进增压器10-2、推进器10-3、推进柱塞泵法兰盘10-5。推进柱塞泵10-1通过螺栓安装在底舱甲板1-6上,推进柱塞泵10-1输入端通过水管连接抽水管10-4尾部,通过抽水管10-4抽取回转轴承舱1-1内的海水,推进柱塞泵10-1输出端连接推进增压器10-2,并通过推进柱塞泵法兰盘10-5对接。推进增压器10-2安装在底舱6舱壁上,推进增压器10-2提高推进柱塞泵10-1提供的海水的水压并输送到推进器10-3产生强大的推力。推进器10-3中心轴线与底舱中心线夹角为30°,推进器10-3安装在底舱壁1-3外侧。
反扭矩装置11包括反扭矩柱塞泵11-1、反扭矩推进器11-2、反扭矩增压器11-3、反扭矩柱塞泵法兰盘11-4。反扭矩柱塞泵11-1通过螺栓安装在底舱甲板1-6上。反扭矩柱塞泵法兰盘11-4通过螺栓安装在反扭矩柱塞泵11-1对应底舱甲板1-6下方位置。反扭矩柱塞泵11-1输入端通过水管连接抽水管10-4尾部,反扭矩柱塞泵11-1抽水输送至反扭矩增压器11-3。反扭矩增压器11-3通过螺栓安装在底舱壁1-3内。反扭矩增压器11-3将高压水流输送至反扭矩推进器11-2,反扭矩推进器11-2提供推力抵消破冰装置2工作时产生的转矩。反扭矩推进器11-2中心线与水平面夹角为45°,同时与底舱中心线夹角为30°,并安装在在底舱壁1-3外侧。

Claims (7)

1.一种自破冰的极地水域深潜救生艇,包括救生舱(5)和提供动力的底舱(6),底舱(6)设置于救生舱(5)底端,其特征在于,还包括贯穿救生舱(5)的密封传动轴方形套筒(1-7),密封传动轴方形套筒(1-7)与底舱(6)连通,密封传动轴方形套筒(1-7)内设置传动轴(4-1),所述救生舱(5)上端设置破冰装置(2),所述破冰装置(2)包括绕救生舱中心轴旋转的刀盘(2-1)、设置于刀盘(2-1)上表面的若干滚刀组件(2-3),所述底舱(6)内设置传动装置(8),所述传动轴(4-1)一端与刀盘(2-1)固定连接,传动轴(4-1)另一端与传动装置(8)固定连接,传动装置(8)通过传动轴(4-1)驱动刀盘(2-1)转动,所述刀盘(2-1)转动带动滚刀组件(2-3)切割冰面;
还包括回转轴承舱(1-1),回转轴承舱(1-1)设置于破冰装置(2)与救生舱(5)之间,所述回转轴承舱(1-1)内设置回转轴承(3),回转轴承(3)连接破冰装置(2)与回转轴承舱(1-1)的舱壁,破冰装置(2)相对回转轴承舱(1-1)转动,回转轴承舱(1-1)与外部连通,且与救生舱(5)隔绝;
所述传动装置(8)包括二级行星减速器(8-1)、电机(8-4),电机(8-4)输出端与二级行星减速器(8-1)输入端连接,二级行星减速器(8-1)输出端与传动轴(4-1)一端连接,传动轴(4-1)穿过救生舱(5)和回转轴承舱(1-1)另一端与刀盘(2-1)固定连接,电机(8-4)驱动刀盘(2-1)转动;
所述刀盘(2-1)上表面设置若干高压水射流喷嘴(2-4),高压水射流喷嘴(2-4)用于喷射高压水。
2.根据权利要求1所述的自破冰的极地水域深潜救生艇,其特征在于,所述刀盘(2-1)上表面设置若干梳齿型刮板(2-7),所述刮板(2-7)由救生舱中心轴向外延伸,且刮板(2-7)所在平面高于刀盘(2-1)上表面。
3.根据权利要求1所述的自破冰的极地水域深潜救生艇,其特征在于,滚刀组件(2-3)包括固定连接于刀盘(2-1)上的滚刀底座(2-3-3)、设置于滚刀底座(2-3-3)内的滚刀轴(2-3-2)、与滚刀轴(2-3-2)固定连接的滚刀(2-3-1),所述滚刀轴(2-3-2)相对滚刀底座(2-3-3)转动,且滚刀轴(2-3-2)的转轴与救生舱中心轴成锐角。
4.根据权利要求2所述的自破冰的极地水域深潜救生艇,其特征在于,所述底舱(6)内还设置压载装置(9),压载装置(9)包括储水的压载罐(9-1)、与压载罐(9-1)连接的压载柱塞泵(9-2),所述传动轴(4-1)内部中空,传动轴(4-1)靠近两端分别设置若干进水孔和若干出水孔,进水孔与压载柱塞泵(9-2)的输出端连接,出水孔与高压水射流喷嘴(2-4)连接。
5.根据权利要求2所述的自破冰的极地水域深潜救生艇,其特征在于,所述底舱(6)内还设置推进装置(10),推进装置(10)包括推进柱塞泵(10-1)、与推进柱塞泵(10-1)输出端连接的推进增压器(10-2)、与推进增压器(10-2)输出端连接的推进器(10-3)、抽水管(4-10),所述抽水管(4-10)穿过救生舱(5)一端与回转轴承舱(1-1)连通,另一端与推进柱塞泵(10-1)输入端连接,所述抽水管(4-10)位于回转轴承舱(1-1)内的端部设置网罩,所述推进器(10-3)设置于底舱(6)外侧。
6.根据权利要求2所述的自破冰的极地水域深潜救生艇,其特征在于,所述底舱(6)内还设置反扭矩装置(11),反扭矩装置(11)包括反扭矩柱塞泵(11-1)、反扭矩增压器(11-3)、反扭矩推进器(11-2),所述反扭矩增压器(11-3)输入端与反扭矩柱塞泵(11-1)输出端连接,反扭矩增压器(11-3)输出端与反扭矩推进器(11-2)连接,所述反扭矩推进器(11-2)设置于底舱(6)外侧,且反扭矩推进器(11-2)中心线与水平面夹角为45°,与救生舱中心轴夹角为30°。
7.根据权利要求1~6任意一项所述的自破冰的极地水域深潜救生艇,其特征在于,包括两层救生舱(5),两层救生舱(5)的中心轴重合,所述救生舱(5)包括舱室(5-1)、座椅(5-2)、操作台(5-3)、舱门(5-4),舱门(5-4)设置于舱室(5-1)侧面。
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