一种气囊式水下装备回收装置的设计及研究

 贾宏春

 （宜昌测试技术研究所，湖北  宜昌  443003）

摘要：简要介绍了一种气囊式的水下装备回收装置的系统组成，重点阐述了气源的结构及工作原理，同时对气囊组件的设计进行了详细描述，最后对气囊式回收装置在水下的工作流程进行了说明。

关键词：回收装置；气囊；设计  中图分类号：U676.6  

1概述

 目前国内用于打捞回收水下装备的回收装置有打捞圈、载人深潜器及无人水下潜航器等。打捞圈一般仅适用于水面设备回收；载人深潜器由于需要潜水员在大深度水下长时间作业，对潜水员人身安全存在较大的威胁而且费用较高，因此使用较少。目前国内已有科研单位在对无人水下潜航器的水下搜索及打捞进行研究，但无人潜航器结构复杂，还要配备相应的保障设施，且对打捞回收水下装备有较多的要求和限制，费用昂贵。国外对水下物体的回收进行了大量的研究，资料显示，北约各国已研制出一些新型的水下装备打捞系统，其技术已非常先进，效果也较理想，打捞深度超过1 000 m，打捞时间不超过3h，且操作人员只需在水面进行控制，安全性较好，但系统庞大、费用十分昂贵。另一种较常用的水下装备回收的方法是采用气囊式回收装置进行水下作业，但未见相关报道。本文主要对一种气囊式水下装备回收装置进行设计与研究。

2  气囊式水下回收装置的系统组成

 气囊式水下装备回收装置结构示意图如图1所示。主要由头盖、气源、控制单元、耐压壳体、电池组、深度传感器、尾盖、气囊组件及容器盖等组成，其中头盖、耐压壳体和尾盖组成耐压密封舱体，为气源、控制单元、电池组、深度传感器等提供密封安装空间。深度传感器实时检测回收装置的工作水深，当深度传感器检测到回收装置已经超出设定水深时，会发出指令通知控制单元，由控制单元控制开启电磁阀，使高压气瓶中的高压气体经减压后给气囊充气，以回收水下装备。控制单元主要完成对整个回收装置的控制，电池为整个回收装置提供能源。容器盖的主要功能是保证气囊和阀件等平时存放、操作过程和勤务处理时完好无损，不致划伤等；工作时，随着气囊体积的增大，气囊产生的压力会对容器盖产生推力，当推力达到一定值时，将连接容器盖与尾盖的破断销剪断，容器盖打开，气囊浮到水中。

2.1  气源

 气源是本回收装置的重要组成部分之一，其主要功能是把高压气瓶中的高压气源转化为低压气源后供给气囊组件。它主要由气瓶、电磁阀、充排气阀、压力表、安全阀和卡箍等组成，如图2所示。气源组件的配件选用标准器件，通过模块化集成技术将各功能件组装到专门设计的阀块上构成一整体。其目的是减少气源组件内部管系的数量，降低装配工艺要求，使其结构简单，提高装置工作的可靠性。

 供气系统气路如图3所示。气瓶内可充空气、氮气、二氧化碳等气体，所存贮的气体纯净且无高温热源影响，气源中用气瓶作为贮气源在结构设计时简单方便、安全可靠；充排气阀是当气瓶中的气源用完后再次充气的接口，也可用来排尽气瓶中的剩余气体；安全阀控制充气压力小于气瓶的安全压力值，以保证人身安全；压力表显示气瓶中的压力值可供调试中用；卡箍用来把气瓶与电磁阀固定在一起。

2.2  气囊组件 

气囊组件主要由气囊、低压安全阀、橡胶棒固定接头和进气接头等组成，如图4所示。气囊的作用是在回收装置工作过程中贮存一定容积的气体，从而产生一定的浮力，携带水下装备上浮至水面。为方便气囊折叠和能迅速打开，气囊采用手提袋式的结构形式；为保证气囊的抗拉强度及密封性，采用夹布层氯丁胶结构，以保证其具有良好的密封性。夹布层采用抗拉强度较高的尼龙帘子布，以确保气囊展开时具有良好的抗拉强度。气囊上硫化了2个低压安全阀以保证回收装置在上浮过程中气囊不会因为内外压差的变化而被涨破；另外气囊上硫化了2个橡胶棒固定接头，在橡胶棒的端头硫化有金属螺纹，金属螺纹通过与耐压壳体的连接以保护气囊上的进气接头在回收装置上浮过程中不会因水流的影响而被损坏。考虑到回收装置的密封性能，应用二次硫化技术将气囊上的进气接头与气囊融为一体，以保证密封，该进气接头与气源的输出口连接。

 低压安全阀主要包括预紧力调节盖、外弹簧、内弹簧、导向轴盖、阀体、外密封圈和阀座等，其结构示意图如图5所示。

 当水下装备超过设定深度需要回收时，电磁阀打开，给气囊充气。随着气囊内的压力增大，气囊的体积会变得越来越大，产生正浮力携带浮标向水面上浮，此时气囊内外压差会变得越来越大。如果回收装置没有放气回路或放气不及时，气囊就有可能被胀破。低压安全阀的功能就是在回收装置上浮过程中调节气囊中的压力，使其与外界一直保持一定的压差，使水下装备最终上浮到水面而便于回收。

 低压安全阀的工作原理如下：在回收装置向水面运动的过程中，低压安全阀会自动开启与关闭；当气囊内外压差为0.1 M Pa～0.2 M Pa时，安全阀上的导向轴盖压缩弹簧使其上移，这时低压安全阀开启向水中放气；当气囊内外压差低于0.1 M Pa时，安全阀上的导向轴盖被弹簧反推到原位，此时低压安全阀密闭。

3气囊式水下装备回收装置工作原理

 气囊式水下装备回收装置工作时一般与需要回收的水下装备固定在一起，随同其入水到规定的深度工作，当深度传感器检测到水下装备超出设定深度时，控制单元将开启电磁阀打开高压气瓶，气瓶内存储的高压气体经转接块、电磁阀、毛细管后流入气囊，对气囊进行充气，随着气囊体积的增大，气囊产生的压力对容器盖会产生推力，当推力达到一定值时，将连接容器盖与尾盖的破断销剪断，容器盖打开，气囊浮到水中，产生一定的正浮力携带水下装备上浮到水面，以便进行打捞、回收，其工作流程如图6所示，气囊浮出水中的示意图如图7所示。

4装置的主要特点

 (1)结构紧凑、动态响应快：气囊组件安放在容器盖内，结构紧凑，体积小，当气瓶给气囊充气后，气囊组件迅速胀大，推动容器盖快速剪切破断销。

 (2)重复使用性好：当回收装置完成回收任务后，只要再次给高压气瓶充气，更换被剪断破断销，整个回收装置又可以重复使用了。

5结论

 本文主要介绍了一种气囊式水下装备回收装置，并对其系统组成、相关组部件设计及工作原理进行了详细描述，设计的回收装置具有结构紧凑、动态响应快、工作可靠等特点，在一定程度上解决了目前水下装备回收装置可靠性不高、难回收等问题，为同类产品的设计及研究提供了参考。