[发明专利]集成换能排水装置及基于换能增压的高背压环境舱内排水系统

说明书

本发明公开一种集成换能排水装置及基于换能增压的高背压环境舱内排水系统，其中，集成换能排水装置利用深海高压海水具有的能量，通过集成换能排水装置将舱内的低压海水升压到高于舱外水压并排出舱体，同时吸入舱内的高压海水经能量交换后压力降低排入低压蓄水舱中，通过流量调节实现排出水量大于吸入水量，从而达到舱内水量减少，实现深潜器上浮。本发明能够显著降低对舱内低压海水升压所需功耗，且有利于升压装置小型化，能够一定程度推进深潜器轻量化、节能化及高效化。

技术领域

本发明属于深潜器领域，尤其涉及一种集成换能排水装置及基于换能增压的高背压环境舱内排水系统。

背景技术

海洋占据了71％的地球表面积，海底丰富的石油蕴藏、无数的锰团以及其他资源吸引着一些工业发达国家竞相进行海洋开发事业。随着海洋地位的日益提高，深潜技术作为海洋资源开发的必要手段，其发展也越来越受重视，深潜器是其中的关键部分。目前军用深潜器已实现了超千米的最大下潜深度，且正在不断向更前沿推进。

深潜器通过控制舱内水量来改变状态，下潜时打开蓄水舱的吸入口，注水以增大深潜器重力，上浮时则将蓄水舱中的水排出，从而减小重力。目前采用的排注水方式主要有三种，分别是气排注、泵排自注和泵排注。其中气排注是利用中压空气控制系统使舱内外形成一定的压差；泵排自注是利用供、排气系统,使舱内压力低于舱外海水压力，以此实现自动注水，排水时则通过水泵加压实现；泵排注则是利用压缩空气使舱内外压力保持基本一致，利用水泵启停实现排注水。相较而言，泵排自注和泵排注两种方式在高压空气消耗量、舱内气压增量两个方面具有一定优势，但是相对能耗较大。当深潜器下潜深度非常大时，舱内外压差悬殊，此时泵需要消耗较大的能量才能使舱内水压高于艇外，这不仅对深潜器的能源储备带来压力，同时也对泵设计提出高要求。

发明内容

针对深潜器在海底高背压环境下通过泵增压排水能耗大，且对泵设计要求高的问题，本发明提出一种集成换能排水装置及基于该装置的背压环境舱内排水系统，该系统能够高效实现海底排水需求，同时降低排水过程所需能耗，推进深潜器轻量化、节能化及高效化发展。

本发明的目的通过如下的技术方案来实现：

一种集成换能排水装置，包括换能器、高压增压泵和屏蔽电机；

所述屏蔽电机、所述高压增压泵和所述换能器依次竖直放置，且三者共轴线；

所述换能器包括固定部件、旋转部件和顶部压盖；

所述固定部件为带有套筒的底座，所述旋转部件位于所述固定部件的套筒内，所述顶部压盖固定在所述固定部件上，且所述顶部压盖的底部压紧在所述旋转部件上；

所述顶部压盖上设置有两个顶部流道，所述旋转部件上开设有不少于两个的中部流道，所述底座内开设有两个底部流道；

其中一个顶部流道用于连接进口管道和所述旋转部件，用于实现高压水的流入；另一个顶部流道用于连接所述旋转部件的中部流道和出口管路，用于低压水的流出；

每个中部流道由截面不同的流道组合而成，且靠近所述顶部压盖的流道截面积小于靠近所述旋转部件的流道的截面积，从而起到流量放大的作用；所述中部流道中放置单向阀，实现能量从高压水向低压水的转换，同时实现顶部流道到底部流道的单向导通，以及底部流道到顶部流道的单向导通；

其中一个底部流道用于连接中部流道和高压增压泵的进口，另一个底部流道用于连接中部流道和外部管道。

进一步地，所述高压增压泵和屏蔽电机共轴设置，所述换能器的旋转部件的转动轴和所述高压增压泵的转动轴共轴线设置。

进一步地，所述单向阀包括推杆、螺旋弹簧和阶梯式外壳组成，所述螺旋弹簧缠绕在所述推杆上，并放置在所述阶梯式外壳内部，整个单向阀放置在中部流道内，通过截面不同的流道形成的台阶，实现能量转换、流量放大及单向导通。