一种大深度自然循环常压式海水交换系统的制作方法

本发明涉及大潜深载人装备领域，尤其是一种大深度自然循环常压式海水交换系统。

背景技术：

目前，潜艇或者载人潜水器正在往大深度方向发展，潜艇及载人潜水器在运行过程中需要从外界向耐压结构内导入大量海水用于淡化、洗涤及设备冷却等，并将使用过的海水导入到耐压结构外。目前，潜艇或载人潜水器使用的海水资源主要通过海水背压，将高压海水经过一系列管路和阀组导入到耐压结构内；完成作业任务后的海水通过高压海水泵或高压气体产生更大的背压导出到舷外。上述方式存在如下问题：

(1)进入耐压结构的海水属于高压海水，需要在耐压结构内设置耐压水舱，高压海水进舱增加了使用的危险性，尤其是在大深度环境中。

(2)大深度环境下，通过高压海水泵或高压空气将使用后的海水排出舷外，能量消耗较高，排出效率比较低，且无法大容量使用。

(3)海水的导入和排出，影响耐压结构内气体压力环境的变化，需要通过空压机或其他手段对耐压结构内的压力进行平衡，额外消耗能量。

技术实现要素：

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种大深度自然循环常压式海水交换系统，将原来布置在耐压结构内部的耐压液舱放置到耐压结构外，通过耐压液舱与耐压结构形成的闭式循环系统可以安全高效、低能耗的实现耐压结构内大容量海水的供应和排出。

本发明的技术方案如下：

一种大深度自然循环常压式海水交换系统，用于深海载人装备，该系统包括：进水管路、耐压液舱、排水管路、海水进舱管路、废水排出管路、空气平衡管路、净水液舱和废水液舱，进水管路、耐压液舱和排水管路均设置在深海载人装备的耐压结构外部，净水液舱和废水液舱均设置在耐压结构内部，净水液舱用于为耐压结构内部的海水用户供给净水，废水液舱用于回收耐压结构内部的海水用户产生的废水；

进水管路包括进水总管和进水总管阀，进水总管设置在耐压液舱的上部并与耐压液舱形成高度差，进水总管的艏端联通耐压结构外部海水、艉端联通耐压液舱的顶部，进水总管阀设置在进水总管上并控制进水总管的启闭；

排水管路包括排水总管和排水总管阀，排水总管设置在耐压液舱的下部并与耐压液舱形成高度差，排水总管的艏端联通耐压液舱的底部、艉端联通耐压结构外部海水，排水总管阀设置在排水总管上并控制排水总管的启闭；

海水进舱管路包括进水支管、进水支管阀和瞬态减压器，瞬态减压器设置在净水液舱的内部，进水支管贯穿耐压结构，进水支管的艏端联通排水总管、艉端联通瞬态减压器，进水支管阀设置在进水支管上并控制进水支管的启闭；

废水排出管路包括排水支管、排水支管阀和常压排水泵，排水支管贯穿耐压结构，排水支管的艏端联通废水液舱、艉端联通进水总管，常压排水泵设置在耐压结构内部的排水支管上并用于排出废水液舱中的废水，排水支管阀设置在排水支管上并控制排水支管的启闭；

空气平衡管路包括气体管路、气管阀和气体干燥装置，气体管路贯穿耐压结构，气体管路的一端连接在耐压液舱的顶部并联通耐压液舱内部的气体、另一端连接在耐压结构上并联通耐压结构内部的气体，气体干燥装置设置在耐压结构内部的气体管路上并用于干燥气体，气管阀设置在气体管路上并控制气体管路的启闭。

其进一步的技术方案为，进水管路还包括进水喇叭口，进水喇叭口连接在进水总管的艏端，进水喇叭口的开口处朝向深海载人装备的艏向；排水总管的艉端朝向深海载人装备的艉向。

其进一步的技术方案为，海水进舱管路中还包括进水管舷侧阀，进水支管阀设置在耐压结构外部的进水支管上，进水管舷侧阀设置在耐压结构内部的进水支管上，进水支管阀和进水管舷侧阀协同控制进水支管的启闭；

废水排出管路还包括排水管舷侧阀，排水支管阀设置在耐压结构外部的排水支管上，排水管舷侧阀设置在耐压结构内部的排水支管上，排水支管阀和排水管舷侧阀协同控制排水支管的启闭；

空气平衡管路中的气管阀包括外部气管阀和内部气管阀，外部气管阀设置在耐压结构外部的气体管路上，内部气管阀设置在耐压结构内部的气体管路上，外部气管阀和内部气管阀协同控制气体管路的启闭。

本发明的有益技术效果是：

本申请公开了一种大深度自然循环常压式海水交换系统，将原来布置在耐压结构内部的耐压液舱放置到耐压结构外，将传统的引入耐压结构内的高压海水转变为常压海水或瞬态高压海水引入耐压结构内，增加了耐压结构内系统应用安全性和使用高压海水的安全性。由于系统结构的优越性，因此可以用常压海水泵将废水排出耐压结构外而不需要采用高压海水泵或高压气，可以增强废水排出效率，极大程度的降低海水排出耐压结构外时的功耗，利用管路高度差及载人潜水器或潜艇的航行运动，形成用新鲜海水替换废弃海水的自然循环，降低海水代换功耗，同时耐压液舱和耐压结构内部的空气形成闭式循环，自然平衡海水导入和排出时耐压结构内的压力环境，消除压力平衡的额外功耗，该系统可以安全高效、低能耗的实现耐压结构内大容量海水的供应和排出。

附图说明

图1是本申请公开的海水交换系统的结构图。

图2是本申请公开的海水交换系统的剖视图。

图3是本申请公开的海水交换系统的侧视图。

图4是本申请公开的海水交换系统的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种大深度自然循环常压式海水交换系统，该系统用于载人潜水器或潜艇等深海载人装备，该系统包括进水管路、耐压液舱1、排水管路、海水进舱管路、废水排出管路、空气平衡管路、净水液舱2和废水液舱3，请参考图1-4。

进水管路、耐压液舱1和排水管路均设置在深海载人装备的耐压结构4的外部。进水管路包括进水总管5和进水总管阀6，进水总管5设置在耐压液舱1的上部并与耐压液舱1之间形成高度差，进水总管5的艏端联通耐压结构4外部海水、艉端联通耐压液舱1的顶部，进水总管5与耐压液舱1之间的高度差可以驱动外界海水流经进水总管5并自然循环进入耐压液舱1中对其冲刷清洗。可选的，为了扩大进水面积，进水管路中还包括进水喇叭口7，进水喇叭口7连接在进水总管5的艏端。进水总管阀6设置在进水总管5上并控制进水总管5的启闭。排水管路包括排水总管8和排水总管阀9，排水总管8设置在耐压液舱1的下部并与耐压液舱1之间形成高度差，排水总管8的艏端联通耐压液舱1的底部、艉端联通耐压结构4外部海水，排水总管8与耐压液舱1中之间的高度差可以驱动耐压液舱1内的海水自然循环流经排水总管8并排出到外界海水中。排水总管阀9设置在排水总管8上并控制排水总管8的启闭。在实际使用时，为了使自然循环效果较好，进水喇叭口7的开口处朝向深海载人装备的艏向，排水总管8的艉端朝向深海载人装备的艉向。

海水进舱管路包括进水支管10、进水支管阀11和瞬态减压器12，瞬态减压器12设置在净水液舱2的内部，净水液舱2设置在耐压结构4内部。进水支管10贯穿耐压结构4，进水支管10的艏端联通排水总管8、艉端联通瞬态减压器12,使耐压液舱1和净水液舱2联通，如图1所示，进水支管10的艏端连接在耐压液舱1和排水总管阀9之间。瞬态减压器12用于对进水支管10导入到耐压结构4内部的瞬态压力海水减压后储存在净水液舱2内，净水液舱2通过用户管路13将储存的纯净海水输送给耐压结构4内部的海水用户,为海水用户供给净水。进水支管阀11设置在进水支管10上并控制进水支管10的启闭，通常情况下，进水支管阀11设置在耐压结构4外部的进水支管10上。可选的，海水进舱管路中除了包括设置在耐压结构4外部的进水支管10上的进水支管阀11之外，还包括设置在耐压结构4内部的进水支管10上的进水管舷侧阀14，进水支管阀11和进水管舷侧阀14协同控制进水支管10的启闭，在正常情况下，进水支管阀11和进水管舷侧阀14的启闭状态相同，在其中一个阀门失效时，另一个阀门仍然可以正常控制进水支管10的启闭，保证高压海水不直接进入舱内,增加使用安全性。

废水排出管路包括排水支管15、排水支管阀16和常压排水泵17，排水支管15贯穿耐压结构4，排水支管15的艏端联通废水液舱3、艉端联通进水总管5，并使联通废水液舱3和耐压液舱1联通，如图1所示，排水支管15的艉端连接在耐压液舱1和进水总管阀6之间。废水液舱3设置在耐压结构4内部，废水液舱3通过废水回收管路18回收耐压结构4内部的海水用户使用后的废水并进行储存。常压排水泵17设置在耐压结构4内部的排水支管15上并用于将废水液舱3中的废水排出至耐压液舱1中。排水支管阀16设置在排水支管15上并控制排水支管15的启闭，通常情况下，排水支管阀16设置在耐压结构4外部的排水支管15上。可选的，废水排出管路中除了包括设置在耐压结构4外部的排水支管15上的排水支管阀16之外，还包括设置在耐压结构4内部的排水支管15上的排水管舷侧阀19，排水支管阀16和排水管舷侧阀19协同控制排水支管15的启闭，在正常情况下，排水支管阀16和排水管舷侧阀19的启闭状态相同，在其中一个阀门失效时，另一个阀门仍然可以正常控制排水支管15的启闭。

空气平衡管路包括气体管路20、气管阀和气体干燥装置21，气体管路20贯穿耐压结构4，气体管路20的一端连接在耐压液舱1的顶部并联通耐压液舱1内部的气体、另一端连接在耐压结构4上并联通耐压结构4内部的气体从而使得耐压液舱1与耐压结构4内部的气体联通。气体干燥装置21设置在耐压结构4内部的气体管路20上，用于干燥耐压液舱1导入到耐压结构4内部的气体。气管阀设置在气体管路20上并控制气体管路20的启闭，在本申请中，气管阀包括外部气管阀22和内部气管阀23，外部气管阀22设置在耐压结构4外部的气体管路20上，内部气管阀23设置在耐压结构4内部的气体管路20上，外部气管阀22和内部气管阀23协同控制气体管路20的启闭。

该海水交换系统的工作原理为：

(1)舷外高压海水导入耐压结构内。

在深海载人装备运行过程中，如果需要将外界高压海水导入耐压结构4内部，则首先关闭排水支管阀16、排水管舷侧阀19、进水支管阀11、进水管舷侧阀14、外部气管阀22和内部气管阀23，打开进水总管阀6和排水总管阀9，随着深海载人装备的向前运动及进水总管5和排水总管8形成的高度差，外界高压海水自然流入并灌满耐压液舱1。之后，关闭进水总管阀6和排水总管阀9，并打开进水支管阀11、进水管舷侧阀14、外部气管阀22和内部气管阀23，在高度差形成的水压作用下，耐压液舱1内的海水经进水支管10和瞬态减压器12流入净水液舱2，同时，耐压结构4内的气体经气体管路20导入到耐压液舱1内，使得耐压结构4内部和耐压液舱1内压力差保持稳定状态。待耐压液舱1内的海水全部流入到净水液舱2后，关闭进水支管阀11、进水管舷侧阀14、外部气管阀22和内部气管阀23，净水液舱2内的海水可以通过用户管路13供给海水用户。

(2)耐压结构内的废水排出舷外。

在净水液舱2内的海水完成循环应用后，由废水回收管路18统一导入到废水液舱3。同时，开启排水支管阀16、排水管舷侧阀19、外部气管阀22和内部气管阀23，启动常压排水泵17，此时进水总管阀6和排水总管阀9处于关闭状态，因此废水液舱3内的废水经由排水支管15导入到耐压液舱1中，在废水进入耐压液舱1的同时，会挤压耐压液舱1内的空气，并通过气体管路20进入耐压结构4内，保持内外压力平衡。在耐压液舱1注满废水后，关闭排水支管阀16、排水管舷侧阀19、外部气管阀22和内部气管阀23，并打开进水总管阀6和排水总管阀9，通过深海载人装备的向前运动及进水总管5和排水总管8形成的高度差，使外界纯净海水通过进水喇叭口7和进水总管5流入耐压液舱1，并挤压冲刷耐压液舱1内的废水通过排水总管8流出到外界海水中，待耐压液舱1内的废水全部流出，纯净海水灌满耐压液舱1之后，关闭进水总管阀6和排水总管阀9，开始下一个海水应用循环。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。