[發明專利]集成換能排水裝置及基于換能增壓的高背壓環境艙內排水系統

在審

• 申請號: 202210802632.4
• 申請日: 2022-07-07
• 公開（公告）號: CN115180103A
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 吳大轉;張黎雯;李娟紅;武鵬
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B63G8/22
• 分類號: B63G8/22
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 賈玉霞

本發明公開一種集成換能排水裝置及基于換能增壓的高背壓環境艙內排水系統，其中，集成換能排水裝置利用深海高壓海水具有的能量，通過集成換能排水裝置將艙內的低壓海水升壓到高于艙外水壓并排出艙體，同時吸入艙內的高壓海水經能量交換后壓力降低排入低壓蓄水艙中，通過流量調節實現排出水量大于吸入水量，從而達到艙內水量減少，實現深潛器上浮。本發明能夠顯著降低對艙內低壓海水升壓所需功耗，且有利于升壓裝置小型化，能夠一定程度推進深潛器輕量化、節能化及高效化。

技術領域

本發明屬于深潛器領域，尤其涉及一種集成換能排水裝置及基于換能增壓的高背壓環境艙內排水系統。

背景技術

海洋占據了71％的地球表面積，海底豐富的石油蘊藏、無數的錳團以及其他資源吸引著一些工業發達國家競相進行海洋開發事業。隨著海洋地位的日益提高，深潛技術作為海洋資源開發的必要手段，其發展也越來越受重視，深潛器是其中的關鍵部分。目前軍用深潛器已實現了超千米的最大下潛深度，且正在不斷向更前沿推進。

深潛器通過控制艙內水量來改變狀態，下潛時打開蓄水艙的吸入口，注水以增大深潛器重力，上浮時則將蓄水艙中的水排出，從而減小重力。目前采用的排注水方式主要有三種，分別是氣排注、泵排自注和泵排注。其中氣排注是利用中壓空氣控制系統使艙內外形成一定的壓差；泵排自注是利用供、排氣系統,使艙內壓力低于艙外海水壓力，以此實現自動注水，排水時則通過水泵加壓實現；泵排注則是利用壓縮空氣使艙內外壓力保持基本一致，利用水泵啟停實現排注水。相較而言，泵排自注和泵排注兩種方式在高壓空氣消耗量、艙內氣壓增量兩個方面具有一定優勢，但是相對能耗較大。當深潛器下潛深度非常大時，艙內外壓差懸殊，此時泵需要消耗較大的能量才能使艙內水壓高于艇外，這不僅對深潛器的能源儲備帶來壓力，同時也對泵設計提出高要求。

發明內容

針對深潛器在海底高背壓環境下通過泵增壓排水能耗大，且對泵設計要求高的問題，本發明提出一種集成換能排水裝置及基于該裝置的背壓環境艙內排水系統，該系統能夠高效實現海底排水需求，同時降低排水過程所需能耗，推進深潛器輕量化、節能化及高效化發展。

本發明的目的通過如下的技術方案來實現：

一種集成換能排水裝置，包括換能器、高壓增壓泵和屏蔽電機；

所述屏蔽電機、所述高壓增壓泵和所述換能器依次豎直放置，且三者共軸線；

所述換能器包括固定部件、旋轉部件和頂部壓蓋；

所述固定部件為帶有套筒的底座，所述旋轉部件位于所述固定部件的套筒內，所述頂部壓蓋固定在所述固定部件上，且所述頂部壓蓋的底部壓緊在所述旋轉部件上；

所述頂部壓蓋上設置有兩個頂部流道，所述旋轉部件上開設有不少于兩個的中部流道，所述底座內開設有兩個底部流道；

其中一個頂部流道用于連接進口管道和所述旋轉部件，用于實現高壓水的流入；另一個頂部流道用于連接所述旋轉部件的中部流道和出口管路，用于低壓水的流出；

每個中部流道由截面不同的流道組合而成，且靠近所述頂部壓蓋的流道截面積小于靠近所述旋轉部件的流道的截面積，從而起到流量放大的作用；所述中部流道中放置單向閥，實現能量從高壓水向低壓水的轉換，同時實現頂部流道到底部流道的單向導通，以及底部流道到頂部流道的單向導通；

其中一個底部流道用于連接中部流道和高壓增壓泵的進口，另一個底部流道用于連接中部流道和外部管道。

進一步地，所述高壓增壓泵和屏蔽電機共軸設置，所述換能器的旋轉部件的轉動軸和所述高壓增壓泵的轉動軸共軸線設置。

進一步地，所述單向閥包括推桿、螺旋彈簧和階梯式外殼組成，所述螺旋彈簧纏繞在所述推桿上，并放置在所述階梯式外殼內部，整個單向閥放置在中部流道內，通過截面不同的流道形成的臺階，實現能量轉換、流量放大及單向導通。