一种用于水下的乏汽排放控制系统

本发明涉及水下动力系统排汽及控制，特别是针对水下复杂流动和高压的外界条件下的快速，有效的乏汽排放方式和性能控制系统。

背景技术：

1、在水下潜航器系统的运行过程中，对于水下不同环境的乏汽排放系统，其运行的灵活性和控制优化不仅很大的影响了水下潜航器的航深和航速，同时也决定了其航行的安全性和数据采集的精准性等方面的性能。其中汽液混合引射器在水下乏汽排放系统中的应用相当广泛，但是对于用一般汽液混合引射器，水下潜航器的乏汽排放性能在不同外界压力下可能会造成汽液混合过程流量的变化，从而导致换热过程的恶化、出口压力的降低以及乏汽利用率降低等问题。为了优化潜航器在下沉或上浮过程中的乏汽排放性能，本发明应用汽液混合原理提供了一种依据外界压力变化的乏汽排放控制系统的优化及方法。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于水下的乏汽排放控制系统，通过结合水深和航速实际运行工况，控制乏汽排放出口的截面积大小得到符合要求的入口乏汽流量，通过所述偏执曲柄滑块机构调整乏汽进入管道出口流速大小从而控制乏汽进入管道出口压力，从而提高水下复杂流动以及压力变化工况下工质排放的稳定性。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种用于水下的乏汽排放控制系统，包括外部流体引入管道200、压电式压力传感器300、偏执曲柄滑块机构400、乏汽进入管路100、可移动式导流管500、汽液混合引射器700、外部流体管道800和引射器出口600；所述外部流体管道800的进口处连通外部流体引入管道200，外部流体管道800上设置有测量外部流体管道外部压力的压电式压力传感器300，偏执曲柄滑块机构400一部分位于外部流体管道800内部，一部分位于外部流体管道800外部，偏执曲柄滑块机构400下游连接可移动式导流管500，可移动式导流管500下游连接汽液混合引射器700；乏汽进入管路100一端进入水下乏汽，另一端与汽液混合引射器700的入口处相连；从乏汽进入管路100排出的乏汽与从外部流体管道800引入的海水在汽液混合引射器700中混合，所述偏执曲柄滑块机构400通过外部环境压力的变化，控制可移动式导流管500的前后移动，从而控制乏汽进入管路100出口与汽液混合引射器700入口的截面积比例，以控制不同外界环境压力下汽液混合引射器内部的流量和引射器出口处的压力；能够依据外部环境压力变化快速的优化乏汽排放。

4、所述外部流体引入管道200末端设置导流罩，与外部流体直接相连，通过导流罩引入外部流体。

5、所述压电式压力传感器300通过外界压力的变化导致压电式压力传感器外部隔膜的形变导致内部压电材料的形变改变其内部电荷分布，产生电流通过信号转换器和放大器得到外部水压大小。

6、所述偏执曲柄滑块机构400包括外部圆盘401、活塞402、固定铰链403、活塞固定铰链404、内部圆盘405、可移动铰链406、曲柄407、连杆408、第二连杆409和第三连杆410；其中，外部圆盘401、活塞402和活塞固定铰链404位于外部流体管道800内部，固定铰链403、内部圆盘405、可移动铰链406、曲柄407和连杆408位于外部流体管道800外部；连杆408一端与活塞固定铰链404相连，另一端与可移动铰链406相连，与可移动铰链406通过第二连杆409连接的内部圆盘405与可移动式导流管500的法兰相连，固定铰链403底端固定在外部流体管道800内部，曲柄407一端与可移动铰链406相连，另一端与固定铰链403相连，活塞固定铰链404和外部圆盘401分别连接在活塞402的两端，当外部圆盘401通过第三连杆410带动活塞402发生移动时，内部圆盘405会产生与活塞402相反方向的位移，因此当安装用于水下的乏汽排放控制系统的潜航器上升时外部流体压力降低，此时活塞402承受外部压力变小，在曲柄的回复力作用下向临近汽液混合引射器700入口方向移动，带动内部圆盘405向远离汽液混合引射器700入口方向移动，导致可移动式导流管500向远离汽液混合引射器700入口方向移动，乏汽排放出口截面积增大，所述汽液混合引射器700入口乏汽压力增大，从而使得所述引射器出口600处压力升高，有助于潜航器的上升，同理当潜航器下潜时，所述乏汽排放管道出口截面积减小，所述引射器出口600处出口压力降低，有助于降低乏汽能耗。

7、所述可移动式导流管500从进口到出口为渐缩喇叭状，其进口侧外端口与所述偏执曲柄滑块机构400的内部圆盘405通过法兰503相连，其外部流体进口501为圆形。所述外部流体进口501上部距离可移动式导流管500管缘为其管径的1/10，外部流体进口501下部距离可移动式导流管500管缘为其管径的2/5。保证外部流体进口流量的同时，保证法兰503与可移动式导流管500有足够的接触面积，保证运行的稳定性

8、所述偏执曲柄滑块机构400的所有部件连接处通过防水垫圈密封，所述内部圆盘405外部涂有防腐涂层，以延长其在外部流体冲蚀下的使用寿命。

9、还包括连杆固定装置900，所述连杆固定装置900包括在外部流体管道上壁面801上开设的多个卡口901，固定在外部流体管道上壁面801上的空心盘902，卡设在任一卡口901上的竖杆903，第二连杆409通过空心盘902，竖杆903固定在第二连杆409上，通过空心盘902和竖杆903将第二连杆409周向固定，第二连杆409轴向可移动；所述竖杆903与卡口901通过卡口相接以方便第二连杆409在运动过程中周向的固定，从而保证潜航器在外部流体压力稳定情况下的稳定运行。

10、所述汽液混合引射器700外形呈现渐缩渐扩式，其中渐缩段收缩角为10～20°，渐扩段扩散角为7.5°，喉部长度设置为30mm，所述汽液混合引射器总长度设为420mm。所述引射器出口600与外部流体直接相连。此时汽液两相流在渐缩段内达到超音速，在喉部产生凝结激波，之后在渐扩段混合流体压力升高并强化了乏汽与外部流体之间的换热充分接触，达到强化接触换热的目的，此处渐缩角和渐扩角设置较小，一方面减小混合流体出引射器的流动损失，另一方面保证混合流体在渐扩段内的充分膨胀。

11、所述压电式压力传感器300外壳外部涂有防腐涂层，以减缓腐蚀。

12、与现有技术相比较，本发明具备如下优点：

13、(1)本发明在没有外部动力的情况下，针对于不同外界环境控制所述乏汽进入管道的出口流速从而很好地用可移动式导流管改变乏汽的初始压力从而改变汽液混合引射器的换热和升压性能，实现了潜潜航器在上升或下潜过程中根据外部压力变化，通过偏执曲柄滑块机构自动前后移动从而控制汽液混合引射器初始压力，在上升过程中外部水压降低，偏执曲柄滑块机构外部圆盘外推，乏汽出口截面积增大，汽液混合引射器初始乏汽压力增大，潜航器潜航器上升推进作用加强；同理在下降过程中，汽液混合引射器初始乏汽压力降低，减少了乏汽能量的多余耗散，同过运用外部环境压力的变化快速的优化乏汽排放。

14、(2)本发明的偏执曲柄滑块机构不需要外部动力装置，通过外部压力的变化控制其移动。

15、(3)本发明的连杆固定装置通过竖杆与卡口连接，该过程可以保证潜航器潜航器在外部流体压力稳定的情况下保持可移动式导流管位置的固定从而保证运行的稳定性，并便于调节固定位置。

16、(4)本发明内部结构连接紧密，部件更换方便，更加适用于水下排汽系统扰动大，空间有限，外部工况多变的情况。