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

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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