大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置及氮气惰化方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置及氮气惰化方法，充分利用肋骨空间将水下平台舱室空间划分为多个密闭区域，通过设置活动板前后移动实现不同密闭区域空间容积扩张和压缩变化，从而改变区域内部的气压，再结合阀准确控制气体流向，从而实现舱室内部气体均衡和交换。本发明专利技术充分考虑了装置一体化、集约化设计，减少对舱内有限宝贵空间的占用，利用同一套装置可同时实现舱内调压和补充惰化两项功能，有效的解决了大中型水下平台无人动力舱室排放含氢、氧废气导致舱室气压升高、舱内氧浓度上升引发的设备故障以及火灾安全性问题。性问题。性问题。

【技术实现步骤摘要】
大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置及氮气惰化方法


[0001]本专利技术涉及深海载人装备
，尤其是一种大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置及氮气惰化方法。

技术介绍

[0002]随着海洋强国战略的提出和实施，人类对海洋开展的活动日益频繁，对水下尤其是深海领域的海洋科考探测、资源勘探采集需求也日益迫切，大潜深水下平台应运而生，随着任务需求逐渐复杂。
[0003]大潜深水下平台呈现由小型化向中大型化过度趋势，中大型大潜深水下平台通常包含有人舱室和无人舱室，其中无人舱室主要作为动力舱室，紧密堆积布置有大量设备，火灾载荷量大，消防安全问题突出。特别地，部分大潜深平台无人舱室采用燃料电池作为动力源方案，而燃料电池运行过程中不可避免会向舱内排放未完全反应的易燃助燃尾气，舱内燃烧爆炸风险极大增加。

技术实现思路

[0004]本申请人针对上述大中型水下平台无人动力舱室排放含氢、氧废气导致舱室气压升高、舱内氧浓度上升引发的设备故障以及火灾安全性问题，提供一种大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置及氮气惰化方法，从而完成了整个装置的设计，充分利用肋骨空间将水下平台舱室空间划分为多个密闭区域，通过设置活动板前后移动实现不同密闭区域空间容积扩张和压缩变化，从而改变区域内部的气压，再结合阀准确控制气体流向，从而实现舱室内部气体均衡和交换。
[0005]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置，包括呈空心薄壁圆柱体结构的外耐压壳体，所述外耐压壳体的内部设置有与外耐压壳体结构相同的内壳体，所述内壳体的外壁面与外耐压壳体的内壁面之间在径向方向从一端至另一端依次安装有一号环形肋骨、二号环形肋骨和三号环形肋骨，二号环形肋骨位于中间位置，外耐压壳体、内壳体、二号环形肋骨与一号环形肋骨之间的空间为氮气区域，外耐压壳体、内壳体、二号环形肋骨、三号环形肋骨之间的空间为空气区域，抽气活动挡板位于空气区域内，抽气活动挡板通过密封圈后与外耐压壳体、内壳体接触，将空气区域又划分为前、后两个区域，前、后两区域之间的气体不连通；注气活动挡板位于氮气区域内，注气活动挡板通过密封圈后与外耐压壳体、内壳体接触，将氮气区域也划分为前、后两个区域，前、后两区域之间的气体不连通；二号环形肋骨的两端分别焊接有注气轴承和抽气轴承，注气轴承的外圈固定安装有注气主动齿轮，抽气轴承的外圈固定安装有抽气主动齿轮；
[0007]还包括双棘轮机构，内棘轮盘为与中心位置，内棘轮盘上设置有一对内棘轮爪，内棘轮盘的外部配合安装有外棘轮盘，外棘轮盘设置有与内棘轮爪匹配的内齿，外棘轮盘的外部设置有外棘轮爪，外棘轮盘的外圈配合安装有抽气从动齿轮，抽气从动齿轮的内圈设
置有与外棘轮爪的齿形结构；
[0008]注气主动齿轮一端与注气从动齿轮啮合，另一端与注气驱动齿轮啮合，注气丝杠一端通过焊接方式与内棘轮盘固联，另一端通过轴承固定于一号环形肋骨的轴承座内，同时注气丝杠与注气从动齿轮通过平键传动连接，注气丝杠与注气活动挡板通过滚珠丝杠螺母方式相连，当注气丝杠转动时，注气活动挡板做轴向运动；
[0009]抽气主动齿轮一端与抽气从动齿轮啮合，另一端与抽气驱动齿轮啮合，抽气丝杠一端通过焊接方式与外棘轮盘固联，另一端通过轴承固定于三号环形肋骨的轴承座内，抽气丝杠通过滚珠丝杠螺母形式与抽气活动挡板相连，当抽气丝杠转动时抽气活动挡板做轴向运动。
[0010]作为上述技术方案的进一步改进：
[0011]所述一号环形肋骨、二号环形肋骨和三号环形肋骨的结构相同，均呈环形结构。
[0012]所述一号环形肋骨、二号环形肋骨和三号环形肋骨均采用焊接方式与外耐压壳体和内壳体连接。
[0013]一号环形肋骨、二号环形肋骨和三号环形肋骨的截面形状均为“T”型。
[0014]所述二号环形肋骨上对称布置有抽气驱动电机和注气驱动电机，所述抽气驱动电机的输出端连接抽气驱动齿轮，注气驱动电机的输出端连接注气驱动齿轮。
[0015]氮气区域和空气区域均通过气管与舱内连通，所述气管安装在内壳体上。
[0016]气管上安装低压单向阀。
[0017]一种大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置的氮气惰化方法，包括如下操作过程：
[0018]随着废气排放，通过舱内不同位置处气压传感器实时监测得到舱内气压，当该值达到设定安全值上限，动作抽气驱动电机，抽气驱动电机通过抽气驱动齿轮带动抽气主动齿轮转动，最终驱动沿肋骨径向等角度分布的三个抽气从动齿轮转动，抽气从动齿轮顺时针转动由于外棘轮爪的作用顶推外棘轮盘顺时针转动，由于外棘轮盘与抽气丝杠焊接固联，因而使得抽气丝杠转动，从而驱动抽气活动挡板向前运行，同时外棘轮盘顺时针转动过程由于与内棘轮爪顶推方向相反的原因并不会驱动内棘轮盘转动，注气丝杠并不会运动；抽气丝杠转动带动抽气活动挡板沿着轴向向前运动，后空气区域的空间扩大使得内部压力减小，此时舱内的带压气体通过低压单向阀进入后空气区域，从而实现减少舱内气压效果；当舱压正常时关停抽气驱动电机即可；
[0019]当上述工作完成后，动作注气驱动电机，注气驱动电机通过注气驱动齿轮带动注气主动齿轮转动，最终驱动沿肋骨径向等角度分布的三个注气从动齿轮顺时针转动，注气从动齿轮通过平键方式带动注气丝杠顺时针转动，同时注气丝杠的一端与内棘轮盘焊接固联，使得内棘轮盘顺时针转动并带动内棘轮爪顶推外棘轮盘转动，由于外棘轮盘与抽气丝杠焊接固联，因此带动抽气丝杠转动，而外棘轮盘顺时针转动由于与外棘轮爪顶推方向相反原因并不会带动抽气从动齿轮转动，从而实现了抽气丝杠、注气丝杠、注气从动齿轮同转速转动同时抽气从动齿轮不转动的动作解耦，且抽气丝杠、注气丝杠保持相同的转动速率，驱动抽气活动挡板、注气活动挡板以相同的速率向前直线运动，实现了后空气区域扩大同时前氮气区域被压缩，后空气区域扩大导致内部气压降低使得舱内的气体再次通过低压单向阀进入后空气区域内，而前氮气区域被压缩导致内部压力增加使得内部氮气通过低压单
向阀注入舱内，由于抽气活动挡板、注气活动挡板直线运动速率相同，抽气的速率和注氮的速率也一致，因此舱内压力并不改变，最终实现舱内气体压力不变情况下完成补氮惰化。
[0020]本专利技术的有益效果如下：
[0021]本专利技术结构紧凑、合理，操作方便，聚焦于大潜深水下平台的无人动力舱室的火灾安全防护问题，重点解决两方面问题，一是由于类似燃料电池系统在运行过程中不定期频繁向密闭空间舱室排放氢、氧废气引起舱室气压升高问题，若不消除过高舱压将影响精密设备正常运行；二是由于废气中氧气的排放引起舱内氧浓度上升问题，通常密闭动力舱室由于长期无人值守且火灾隐患大的特点在平台下水前完成舱内注氮吹扫，营造整个舱室惰化环境从源头上抑制火灾或爆炸发生，而废气中氧气排放破坏惰化环境甚至将密闭舱室变成富氧环境，极大增加了火灾燃烧爆炸风险。若仅因燃料电池废气排放的问题使得水下平台频繁上浮水面重新进行舱内泄压与惰化，在时间、经济成本代价过高，影响任务执行，同时对于某些特殊的长期水下驻留本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置，其特征在于：包括呈空心薄壁圆柱体结构的外耐压壳体(1)，所述外耐压壳体(1)的内部设置有与外耐压壳体(1)结构相同的内壳体(2)，所述内壳体(2)的外壁面与外耐压壳体(1)的内壁面之间在径向方向从一端至另一端依次安装有一号环形肋骨(3)、二号环形肋骨(4)和三号环形肋骨(5)，二号环形肋骨(4)位于中间位置，外耐压壳体(1)、内壳体(2)、二号环形肋骨(4)与一号环形肋骨(3)之间的空间为氮气区域，外耐压壳体(1)、内壳体(2)、二号环形肋骨(4)、三号环形肋骨(5)之间的空间为空气区域，抽气活动挡板(6)位于空气区域内，抽气活动挡板(6)通过密封圈后与外耐压壳体(1)、内壳体(2)接触，将空气区域又划分为前、后两个区域，前、后两区域之间的气体不连通；注气活动挡板(7)位于氮气区域内，注气活动挡板(7)通过密封圈后与外耐压壳体(1)、内壳体(2)接触，将氮气区域也划分为前、后两个区域，前、后两区域之间的气体不连通；二号环形肋骨(4)的两端分别焊接有注气轴承(12)和抽气轴承(11)，注气轴承(12)的外圈固定安装有注气主动齿轮(14)，抽气轴承(11)的外圈固定安装有抽气主动齿轮(13)；还包括双棘轮机构(16)，内棘轮盘(1601)为与中心位置，内棘轮盘(1601)上设置有一对内棘轮爪(1602)，内棘轮盘(1601)的外部配合安装有外棘轮盘(1603)，外棘轮盘(1603)设置有与内棘轮爪(1602)匹配的内齿，外棘轮盘(1603)的外部设置有外棘轮爪(1604)，外棘轮盘(1603)的外圈配合安装有抽气从动齿轮(1605)，抽气从动齿轮(1605)的内圈设置有与外棘轮爪(1604)的齿形结构；注气主动齿轮(14)一端与注气从动齿轮(15)啮合，另一端与注气驱动齿轮(20)啮合，注气丝杠(9)一端通过焊接方式与内棘轮盘(1601)固联，另一端通过轴承固定于一号环形肋骨(3)的轴承座内，同时注气丝杠(9)与注气从动齿轮(15)通过平键传动连接，注气丝杠(9)与注气活动挡板(7)通过滚珠丝杠螺母方式相连，当注气丝杠(9)转动时，注气活动挡板(7)做轴向运动；抽气主动齿轮(13)一端与抽气从动齿轮(1605)啮合，另一端与抽气驱动齿轮(19)啮合，抽气丝杠(8)一端通过焊接方式与外棘轮盘(1603)固联，另一端通过轴承固定于三号环形肋骨(5)的轴承座内，抽气丝杠(8)通过滚珠丝杠螺母形式与抽气活动挡板(6)相连，当抽气丝杠(8)转动时抽气活动挡板(6)做轴向运动。2.如权利要求1所述的大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置，其特征在于：所述一号环形肋骨(3)、二号环形肋骨(4)和三号环形肋骨(5)的结构相同，均呈环形结构。3.如权利要求1所述的大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置，其特征在于：所述一号环形肋骨(3)、二号环形肋骨(4)和三号环形肋骨(5)均采用焊接方式与外耐压壳体(1)和内壳体(2)连接。4.如权利要求1所述的大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置，其特征在于：一号环形肋骨(3)、二号环形肋骨(4)和三号环形肋骨(5)的截面形状均为“T”型。5.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵远辉，徐蒙，周鑫涛，吴宪，郭杨阳，
申请(专利权)人：深海技术科学太湖实验室，
类型：发明
国别省市：