CN108826802B - 用于深海载人平台的冷却水系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于深海载人平台的冷却水系统，属于深海装备领域。该冷却水系统包括舷外冷却回路和舱内冷却回路；舷外冷却回路包括中间换热器、舷外海水管路和舷外淡水管路，舷外海水管路和舷外淡水管路经过中间换热器的内部，舷外淡水管路接有电动截止阀和压力平衡装置；舱内冷却回路包括换热水舱、出水管路和进水管路，水冷设备的出水端与出水管路连接，水冷设备的进水端与进水管路连接，换热水舱的艏侧和艉侧分别与三通转换阀连接，三通转换阀的驱动电机由控制器控制，舷外淡水管路与舱内冷却回路连接；降低了中间换热器的换热管及舷外淡水管路的耐外压设计压力，避免了在深海工作时淡水进出耐压壳体带来的安全隐患，提高了系统的安全性。

Description

用于深海载人平台的冷却水系统

技术领域

本发明实施例涉及深海装备领域，特别涉及一种用于深海载人平台的冷却水系统。

背景技术

深海载人平台是一类搭载科学家或工程技术人员，利用自身携带的探测与作业装置在大深度水下或海底进行工程作业、资源探测与开发、海洋科学研究的水下装备，是由一系列执行相应功能的部件、设备、分系统组成的复杂大系统。重载的深海载人平台通常需配置冷却水系统，用于冷却舱内动力、推进及其他全站性系统的散热设备，使各设备的工作温度保持在适宜范围，保证其正常稳定地工作。为了避免舷外高压海水进入舱内，降低水冷设备和舱内冷却管路的设计压力，并减轻海水的腐蚀，提高系统可靠性与使用寿命，对于舷间空间充足的水下载人平台，常采用多级冷却的方式，在舷外设置中间换热器，将舷外海水与舱内的高温淡水分别引入中间换热器的冷/热侧，海水与淡水热交换后，再分别返回舷外与舱内。

这种冷却方案虽然能降低水冷设备和舱内淡水管路的设计压力，但却随之带来了中间换热器内部大量的换热管以及舷外淡水管路需要耐海水外压的问题，随着深海载人平台设计深度不断提升，中间换热器的加工难度显著上升，并且在深海状态时换热管和舷外淡水管路发生破损和泄漏的风险非常高，一旦舷外高压海水通过破损的换热管或舷外淡水冷却管路进入舱内，造成的后果对于水下平台来说将是灾难性的。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种具备舷外淡水管路压力平衡功能的、并可通过舱内换热水舱与舷外海水实现热交换的、高安全性的冷却水系统。该技术方案如下：

第一方面，提供了一种用于深海载人平台的冷却水系统，该冷却水系统包括舷外冷却回路和舱内冷却回路；

舷外冷却回路设置在深海载人平台的舷外，舱内冷却回路设置在深海载人平台的舱内；

舷外冷却回路包括中间换热器、舷外海水管路、舷外淡水管路、电动截止阀和压力平衡装置，舷外海水管路上设置有海水泵，舷外海水管路和舷外淡水管路分别经过中间换热器的内部；

压力平衡装置包括淡水腔和海水腔，舷外淡水管路通过电动截止阀与压力平衡装置的淡水腔连接；

舱内冷却回路包括控制器、水冷设备、换热水舱、出水管路和进水管路，出水管路上依次设置有温度传感器、淡水泵、第一三通转换阀和第一舷侧阀，进水管路上依次设置有第二舷侧阀、第二三通转换阀；

水冷设备的出水端与出水管路连接，水冷设备的进水端与进水管路连接；

换热水舱的艏侧与第二三通转换阀连接，换热水舱的艉侧与第一三通转换阀连接，换热水舱的底部为深海载人平台的耐压壳；

控制器与温度传感器、第一三通转换阀的伺服电机和第二三通转换阀的伺服电机连接；

舷外冷却回路的舷外淡水管路的进水端与舱内冷却回路的出水管路连接，舷外淡水管路的出水端与舱内冷却回路的进水管路连接。

可选的，压力平衡装置的内部由密封活塞分隔为淡水腔和海水腔。

可选的，第一三通转换阀的第一端与水冷设备的出水端连接，第一三通转换阀的第二端与第一舷侧阀连接，第一三通转换阀的第三端与换热水舱的艉侧连接；

第二三通转换阀的第一端与水冷设备的进水端连接，第二三通转换阀的第二端与第二舷侧阀连接，第二三通转换阀的第三端与换热水舱的艏侧连接。

可选的，当温度传感器采集到的温度大于第一温度时，

舷外冷却回路中的电动截止阀关闭，海水泵和淡水泵开启，第一舷侧阀和第二舷侧阀开启，第一三通转换阀和第二三通转换阀的第一端和第二端之间的开度最大，第一三通转换阀和第二三通转换阀的第一端和第三端之间的开度为零。

可选的，当温度传感器采集到的出水温度等于第一温度，且等于第一温度的出水温度是第一次出现时，

控制器控制第一三通转换阀和第二三通转换阀的驱动电机转动，在驱动电机的作用下，第一三通转换阀和第二三通转换阀的第一端和第二端之间的开度减小，第一端和第三端之间的开度增加；

当第一三通转换阀和第二三通转换阀的第一端和第三端之间的开度最大，第一端和第二端之间的开度为零时，第一舷侧阀和第二舷侧阀关闭，电动截止阀开启。

可选的，若温度传感器采集到的出水温度升高至第二温度，则第一三通转换阀和第二三通转换阀的驱动电机停止转动；

第一温度低于第二温度。

可选的，中间换热器为管壳式。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

(1)通过压力平衡装置和电动截止阀的设置，实现了深海状态时中间换热器换热管和舷外淡水管路不承受内外压差效果，降低了中间换热器换热管和舷外淡水管路的设计压力要求，降低了加工难度，提高了系统安全性。

(2)通过换热水舱、三通转换阀的设置，实现了利用换热水舱底面与舷外海水传热的功能，在深海状态时彻底避免了淡水进出耐压壳带来的安全隐患，进一步提高了系统安全性，也使上述舷外淡水管路的压力平衡设计成为可能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据一示例性实施例示出的一种用于深海载人平台的冷却水系统的原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

请参考图1，其示出了本发明一个实施例提供的用于深海载人平台的冷却水系统的原理示意图。如图1所示，该用于深海载人平台的冷却水系统包括舷外冷却回路和舱内冷却回路。

舷外冷却回路设置在深海载人平台的舷外，舱内冷却回路设置在深海载人平台的舱内101。

舷外冷却回路包括中间换热器2、舷外淡水管路、舷外海水管路、电动截止阀3和压力平衡装置4。

舷外海水管路上设置有海水泵1，海水泵用于抽取深海载人平台舷外的海水。

压力平衡装置4包括淡水腔和海水腔，舷外淡水管路通过电动截止阀3和压力平衡装置4的淡水腔连接。

可选的，压力平衡装置的内部由密封活塞分隔为淡水腔和海水腔。

舷外海水管路和舷外淡水管路分别经过中间换热器2的内部。舷外海水管路中的海水和舷外淡水管路中的淡水在中间换热器2内实现热交换，热交换完成后，舷外海水管路中的海水返回舷外，舷外淡水管路中的淡水返回舱内的水冷设备13。

可选的，中间换热器2为管壳式。

中间换热器2和舷外淡水管路的设计压力的取值可以远小于深海载人平台最大工作深度的压力值。

深海载人平台的壳体100上设置有穿舱焊接件15和穿舱焊接件14，舷外冷却回路通过穿舱焊接件15和穿舱焊接件14与舱内冷却回路连通。

具体地，舷外淡水管路的进水端通过穿舱焊接件15与舱内冷却回路的出水管路连接，舷外淡水管路的出水端通过穿舱焊接件14与舱内冷却回路的进水管路连通。

电动截止阀3的工作状态由电动截止阀3的驱动电机控制。

可选的，电动截止阀3的驱动端电机和海水泵1采用耐压或充油等适用于海水压力环境的方式。

舱内冷却回路包括控制器12、水冷设备13、换热水舱5、出水管路和进水管路。

出水管路上依次设置有温度传感器11、淡水泵10、第一三通转换阀8和第一舷侧阀6。

可选的，淡水泵用于为舱内冷却回路中的进水管路和舷外淡水管路中的淡水提供回水动力。

换热水舱5的底部为深海载人平台的耐压壳。

进水管路上依次设置有第二舷侧阀7、第二三通转换阀9。

控制器12与温度传感器11、第一三通转换阀8的伺服电机、第二三通转换阀9的伺服电机分别连接。

温度采集器11采集水冷设备13的出水端的温度即出水温度，并将采集到的出水温度发送至控制器12。

控制器12根据温度传感器11采集的出水温度控制第一三通转换阀8的伺服电机和第二三通转换阀9的伺服电机的工作状态。

水冷设备13的出水端与出水管路连接，水冷设备13的进水端与进水管路连接。

换热水舱5的艏侧与第二三通转换阀9连接，换热水舱5的艉侧与第一三通转换阀8连接。换热水舱5的艏侧出水，换热水舱5的艉侧进水。

具体地，换热水舱5的艏侧与第二三通转换阀9的第三端c连接，换热水舱5的艉侧与第一三通转换阀8的第三端c连接。

第一三通转换阀8的第一端a与水冷设备13的出水端连接，第一三通转换阀8的第二端b与第一舷侧阀6连接；

第二三通转换阀9的第一端a与水冷设备13的进水端连接，第二三通转换阀9的第二端b与第二舷侧阀7连接。

根据换热水舱14的大小确定被使用的耐压壳体的大小。利用深海载人平台的耐压壳体作为换热水舱14的底部，可以令换热水舱14具备较大的底面面积和较小的水舱高度。

根据温度传感器采集到的水冷设备的出水温度，确定冷却水系统的工作状态。在冷却水系统工作时，温度传感器11持续检测水冷设备13的出水温度，并将采集到的出水温度发送至控制器12。

当深海载人平台处于水面航行状态时，舷外海水温度较高，温度传感器11采集水冷设备13的出水温度，若温度传感器11采集到的出水温度大于第一温度时，舷外冷却回路中的电动截止阀3关闭，海水泵1和淡水泵10开启，第一舷侧阀6和第二舷侧阀7开启，第一三通转换阀8和第二三通转换阀9的第一端a和第二端b之间的开度最大，第一三通转换阀8和第二三通转换阀9的第一端a和第二端c之间的开度为零。

此时，舷外海水和舱内的水冷设备13中流出的淡水送入舱外的中间换热器2进行热交换，海水吸热后返回海洋，淡水返回舱内的水冷设备13中，如此反复循环。

当深海载人平台下潜时，舷外海水温度开始逐渐下降，水冷设备13的出水温度也随之开始下降，当温度传感器11采集到的出水温度等于第一温度，且等于第一温度的出水温度是第一次出现时，控制器12控制第一三通转换阀8和第二三通转换阀9的驱动电机转动，使第一三通转换阀8和第二三通转换阀9的第一端a到第二端b的开度减小，第一端a到第三端c的开度增加，使得水冷设备13流出的淡水在第一三通转换阀8处开始分流，一部分继续原有的舷外循环，另一部分进入换热水舱5，换热水舱5流出的淡水在第二三通转换阀9处与舷外流回的淡水汇集，再返回水冷设备13中，实现循环。由于换热水舱5中的淡水与舷外海水之间存在温差，因此换热水舱5中的淡水可以通过换热水舱5的舱底面向舷外海水传热，但由于换热水舱5的底面的传热能力小于中间换热器2，因此水冷设备13流出的淡水温度将逐步回升，直至水冷设备13流出的淡水温度恢复到第二温度，第一三通转换阀8和第二三通转换阀9的驱动电机停止动作；需要说明的是，在水冷设备13流出的淡水温度回升的过程中，第一三通转换阀8和第二三通转换阀9仍在驱动电机的作用下，增加第一端a和第三端c之间的开度，减小第一端a和第二端b之间的开度。

随着深海载人平台下潜深度的提升，海水温度继续下降，上述过程将重复进行，直到第一三通转换阀8和第二三通转换阀9完全切换成第一端a到第三端c的开度最大，第一端a到第二端b的开度为零时，第一三通转换阀8和第二三通转换阀9的驱动电机停止动作，同时，第一舷侧阀6和第二舷侧阀7关闭，电动截止阀3开启。此时，压力平衡装置4中的活塞在海水压力下由海水腔向淡水腔滑动，使淡水腔和海水腔的压力平衡，中间换热器2的换热管及舷外淡水管路的管内压力与舷外海水相等，中间换热器的换热管和舷外淡水管路均不承受内外压差。

可选的，第一温度和第二温度根据实际情况确定，且第一温度低于第二温度。

需要说明的是，当深海载人平台上浮时，根据温度传感器11采集到的水冷设备13的出水温度，深海载人平台的冷却水系统的工作过程为下潜时的逆过程，即在上浮过程中，随着海水温度的升高，第一三通转换阀和第二三通转换阀的第一端和第二端之间的开度增加，第一端和第三端之间的开度减小，直至第一端和第二端之间的开度最大，第一端和第三端之间的开度为零，本领域技术人员可不付出创造性地劳动根据上述内容直接确定，本发明不再赘述。

需要说明的是：上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于深海载人平台的冷却水系统，其特征在于，所述冷却水系统包括舷外冷却回路和舱内冷却回路；

所述舷外冷却回路设置在所述深海载人平台的舷外，所述舱内冷却回路设置在所述深海载人平台的舱内；

所述舷外冷却回路包括中间换热器、舷外海水管路、舷外淡水管路、电动截止阀和压力平衡装置，所述舷外海水管路上设置有海水泵，所述舷外海水管路和所述舷外淡水管路分别经过所述中间换热器的内部；

所述压力平衡装置包括由密封活塞分隔的淡水腔和海水腔，所述舷外淡水管路通过电动截止阀与压力平衡装置的淡水腔连接；

所述舱内冷却回路包括控制器、水冷设备、换热水舱、出水管路和进水管路，所述出水管路上依次设置有温度传感器、淡水泵、第一三通转换阀和第一舷侧阀，所述进水管路上依次设置有第二舷侧阀、第二三通转换阀；所述第一三通转换阀的第一端与所述水冷设备的出水端连接，所述第一三通转换阀的第二端与所述第一舷侧阀连接，所述第一三通转换阀的第三端与所述换热水舱的艉侧连接；所述第二三通转换阀的第一端与所述水冷设备的进水端连接，所述第二三通转换阀的第二端与所述第二舷侧阀连接，所述第二三通转换阀的第三端与所述换热水舱的艏侧连接；

所述水冷设备的出水端与所述出水管路连接，所述水冷设备的进水端与所述进水管路连接；

所述换热水舱的艏侧与第二三通转换阀连接，所述换热水舱的艉侧与所述第一三通转换阀连接，所述换热水舱的底部为所述深海载人平台的耐压壳；

所述控制器与所述温度传感器、第一三通转换阀的伺服电机和第二三通转换阀的伺服电机连接；

所述舷外冷却回路的舷外淡水管路的进水端与所述舱内冷却回路的出水管路连接，所述舷外淡水管路的出水端与所述舱内冷却回路的进水管路连接；

当深海载人平台下潜时，所述控制器控制所述第一三通转换阀和所述第二三通转换阀的驱动电机转动使所述第一三通转换阀和所述第二三通转换阀的第一端到第二端的开度减小、第一端到第三端的开度增加，直到所述第一三通转换阀和所述第二三通转换阀完全切换成第一端到第三端的开度最大、第一端到第二端的开度为零时，所述第一三通转换阀和第二三通转换阀的驱动电机停止动作，同时，所述第一舷侧阀和所述第二舷侧阀关闭，所述电动截止阀开启，所述压力平衡装置中的活塞在海水压力下由海水腔向淡水腔滑动，使所述淡水腔和所述海水腔的压力平衡。

2.根据权利要求1所述的冷却水系统，其特征在于，当所述温度传感器采集到的出水温度大于第一温度时，

所述舷外冷却回路中的所述电动截止阀关闭，所述海水泵和所述淡水泵开启，所述第一舷侧阀和第二舷侧阀开启，所述第一三通转换阀和第二三通转换阀的第一端和第二端之间的开度最大，所述第一三通转换阀和第二三通转换阀的第一端和第三端之间的开度为零。

3.根据权利要求1所述的冷却水系统，其特征在于，当所述温度传感器采集到的出水温度等于第一温度，且等于所述第一温度的出水温度是第一次出现时，

所述控制器控制所述第一三通转换阀和第二三通转换阀的驱动电机转动，在所述驱动电机的作用下，所述第一三通转换阀和所述第二三通转换阀的第一端和第二端之间的开度减小，第一端和第三端之间的开度增加；

当所述第一三通转换阀和第二三通转换阀的第一端和第三端之间的开度最大，第一端和第二端之间的开度为零时，所述第一舷侧阀和所述第二舷侧阀关闭，所述电动截止阀开启。

4.根据权利要求3所述的冷却水系统，其特征在于，若所述温度传感器采集到的出水温度升高至第二温度，则所述第一三通转换阀和第二三通转换阀的驱动电机停止转动；

所述第一温度低于所述第二温度。

5.根据权利要求1至4任一所述的冷却水系统，其特征在于，所述中间换热器为管壳式。

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