一种用于深海逃逸舱的连接解脱装置及解脱方法与流程

本发明涉及深海解脱设备技术领域，尤其是一种用于深海逃逸舱的连接解脱装置及解脱方法。

背景技术：

深海载人装备在水下有解脱舱室之间人员通道的需求，特别是在发生事故后，失事人员通过人员通道集中进入特定舱室(应急逃逸舱)，解脱通道后可实现人员集体逃逸。应急逃逸舱常配备于载人潜器(或潜艇)上，应急情况下，艇员弃艇进入逃逸舱，解脱后靠其自身浮力漂浮至水面待援，逃逸舱通常是艇员自救脱险的最后一道保障。

现有技术中，涉及一种逃逸舱用连接释放装置，该装置通过锁紧环固连上、下对接围栏，需要解脱时，依靠解锁油缸推动锁紧环旋转，实现上、下对接围栏的解锁，依靠顶推油缸实现上、下对接围栏的解脱分离，解锁油缸、顶推油缸的液压源均为液压蓄能器。

该装置有以下弊端：

1.解锁方式(顶推油缸推动锁紧环解锁)及其驱动方式单一，可靠性欠缺；

2.锁紧环在旋转解锁的过程中，可能会带动逃逸舱一起旋转，会导致锁紧环凸缘不能刚好吻合围栏凹槽，使逃逸舱无法解脱分离，存在设计缺陷；

3.顶推装置和解锁装置均依赖液压系统驱动，驱动方式单一，可靠性欠缺。综上，现有逃逸舱连接释放装置存在一定缺陷且可靠性较低。

技术实现要素：

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种用于深海逃逸舱的连接解脱装置及解脱方法，从而使用灵活可靠，安全系数高。

本发明所采用的技术方案如下：

一种用于深海逃逸舱的连接解脱装置，包括均呈半球状结构的上围阱与下围阱，所述上围阱的顶部设置有上通道围壁，所述上通道围壁连接逃逸舱载人球，所述上围阱的底部设置有上对接法兰；所述下围阱的顶部设置有下对接法兰，所述下围阱的底部设置有下通道围壁，所述下通道围壁连接深海载人潜器载人舱；

上对接法兰和下对接法兰之间通过爆炸螺栓固定连接，并通过密封圈实现法兰面的密封；

所述上通道围壁内部安装有上舱口盖，下通道围壁内部安装有下舱口盖，正常工况下在上围阱与下围阱之间形成常压空腔；

所述上围阱下方内侧安装有油缸上支座，所述油缸上支座通过油缸连接销轴安装旋转作动油缸，所述旋转作动油缸的端部铰接有油缸下支座；

上围阱与下围阱的内部安装有液压系统；

所述上围阱下方内壁的圆周方向间隔安装有多个弹簧上支座，下围阱上方内部的圆周方向间隔安装有多个弹簧下支座，相对应的弹簧上支座与弹簧下支座之间安装有顶推弹簧。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述下对接法兰上均布有六个下法兰腰形孔，上对接法兰上均布有六个与下法兰腰形孔对应的上法兰螺栓孔；

下法兰腰形孔一侧小孔的孔径与上法兰螺栓孔一致，另一侧大孔的孔径大于螺栓螺母、垫片外径，使爆炸螺栓可连带螺母、垫片自由穿过，下法兰腰形孔下端面开有楔形槽，楔形槽与爆炸螺栓的楔形垫片配合。

所述楔形槽的楔角为5°。

在上围阱与下围阱的内部还安装有蓄能器，所述蓄能器与通过管路与旋转作动油缸连接，所述管路上安装有电磁阀。

爆炸螺栓的破断面设置在上对接法兰和下对接法兰的对接面处。

油缸连接销轴与油缸上支座之间采用间隙配合。

一种用于深海逃逸舱的连接解脱装置的解脱方法，包括如下步骤：

第一步：艇员依次打开下舱口盖和上舱口盖，全体艇员从深海载人潜器载人舱通过通道进入逃逸舱内；

第二步：依次关闭下舱口盖和上舱口盖，此时上围阱与下围阱之间为常压空腔；

第三步：艇员在逃逸舱载人球内操控开启电磁阀，向旋转作动油缸无杆端注高压油，使活塞杆产生并保持设定的推力，此时由于外界海水压力使得上对接法兰和下对接法兰发生相对位移的摩檫力巨大，旋转作动油缸无法推动上围阱；

第四步：开启注水均压阀，向上围阱和下围阱的空腔内注水，注水过程中，空腔里压力慢慢增大，直至空腔内外压差产生的压紧力等于弹簧推力与逃逸舱正浮力之和，上对接法兰、下对接法兰的不受外力作用，此处爆炸螺栓的预紧力除外，从而发生相对运动的摩檫力最小，此时旋转作动油缸只需要较小的推力就可以使上围阱、下围阱发生相对转动位移，直到爆炸螺栓连带螺母及楔形垫片移动至下法兰腰形孔的大孔中心，爆炸螺栓连带螺母及楔形垫片可穿过腰形孔大孔，爆炸螺栓失去对上对接法兰、下对接法兰的约束作用，而注水还在进行，直至空腔内外压力大小一致，此时逃逸舱在顶推弹簧的顶推力以及其自身正浮力作用下解脱上浮。

若油缸驱动解锁的方式失效，则可引爆爆炸螺栓，六个爆炸螺栓同时沿其破断面断开，爆炸螺栓同样失去其对上对接法兰、下对接法兰的约束作用，逃逸舱在顶推弹簧的顶推力以及其自身正浮力作用下解脱上浮至水面待援，实现全体艇员的自救脱险。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，采用液压油缸解锁与爆炸螺栓解锁两种互为备份，且相比现有连接解脱装置减少了锁紧环机构，可避免锁紧环与上对接法兰卡死，有效提高解锁可靠性；顶推装置采用弹簧机构，不需要依赖外界动力源，相比现有液压油缸顶推方式，具有结构简单、性能可靠、节省空间的优点；爆炸螺栓通过开有楔形槽的腰形孔连接固定下对接法兰，不用拧螺栓或引爆螺栓就可以实现解锁，且还有省力的效果；其解脱方法可为旋转作动油缸找到一个最省力的时间点，有利于减小能耗以及缩小油缸尺寸。

同时，本发明还具备如下优点：

(1)本发明有效提高了逃逸舱解脱可靠性，其一，解锁方式为液压油缸解锁与爆炸螺栓解锁两种互为备份，提高解锁可靠性；其二，对比现有连接解脱装置减少了锁紧环机构，可避免锁紧环与上对接法兰卡死。

(2)本发明采用弹簧作为顶推装置，不需要依赖外界动力源便可实现对逃逸舱的顶推作用，相比现有液压油缸顶推方式，具有结构简单、性能可靠、节省空间等优点。

(3)爆炸螺栓通过开有楔形槽的腰形孔对下对接法兰连接固定，不用拧螺栓或引爆螺栓就可以实现逃逸舱的解脱，且还有省力的效果。

(4)本发明的解脱方法(流程)可为旋转作动油缸找到一个最省力的时间点，有利于减小能耗以及缩小油缸尺寸。

附图说明

图1为本发明连接解脱装置的结构示意图(显示内部结构)。

图2为本发明连接解脱装置内部结构示意图。

图3为本发明连接解脱装置的局部视图。

图4为图3中a部的局部放大图。

图5为本发明连接解脱装置另一视角的局部视图。

图6为图5中b部的局部放大图。

图7为本发明爆炸螺栓连接部位的剖视图(旋转前)。

图8为本发明爆炸螺栓连接部位的剖视图(旋转后)。

图9为本发明装置解脱状态示意图。

其中：1、上通道围壁；2、上围阱；3、上对接法兰；4、下对接法兰；5、下围阱；6、下通道围壁；7、爆炸螺栓；8、旋转作动油缸；9、液压系统；10、顶推弹簧；11、上舱口盖；12、下舱口盖；13、密封圈；

21、弹簧上支座；22、油缸上支座；

31、上法兰螺栓孔；

41、下法兰腰形孔；42、楔形槽；

51、弹簧下支座；52、油缸下支座；

71、楔形垫片；

81、油缸连接销轴；

91、蓄能器；92、电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1-图9所示，本实施例的用于深海逃逸舱的连接解脱装置，包括均呈半球状结构的上围阱2与下围阱5，上围阱2的顶部设置有上通道围壁1，上通道围壁1连接逃逸舱载人球，上围阱2的底部设置有上对接法兰3；下围阱5的顶部设置有下对接法兰4，下围阱5的底部设置有下通道围壁6，下通道围壁6连接深海载人潜器载人舱；

上对接法兰3和下对接法兰4之间通过爆炸螺栓7固定连接，并通过密封圈13实现法兰面的密封；

上通道围壁1内部安装有上舱口盖11，下通道围壁6内部安装有下舱口盖12，正常工况下在上围阱2与下围阱5之间形成常压空腔；

上围阱2下方内侧安装有油缸上支座22，油缸上支座22通过油缸连接销轴81安装旋转作动油缸8，旋转作动油缸8的端部铰接有油缸下支座52；

上围阱2与下围阱5的内部安装有液压系统9；

上围阱2下方内壁的圆周方向间隔安装有多个弹簧上支座21，下围阱5上方内部的圆周方向间隔安装有多个弹簧下支座51，相对应的弹簧上支座21与弹簧下支座51之间安装有顶推弹簧10。

下对接法兰4上均布有六个下法兰腰形孔41，上对接法兰3上均布有六个与下法兰腰形孔41对应的上法兰螺栓孔31；

下法兰腰形孔41一侧小孔的孔径与上法兰螺栓孔31一致，另一侧大孔的孔径大于螺栓螺母、垫片外径，使爆炸螺栓7可连带螺母、垫片自由穿过，下法兰腰形孔41下端面开有楔形槽42，楔形槽42与爆炸螺栓7的楔形垫片71配合。

楔形槽42的楔角为5°。

在上围阱2与下围阱5的内部还安装有蓄能器91，蓄能器91与通过管路与旋转作动油缸8连接，管路上安装有电磁阀92。

爆炸螺栓7的破断面设置在上对接法兰3和下对接法兰4的对接面处。

油缸连接销轴81与油缸上支座22之间采用间隙配合。

本实施例用于深海逃逸舱的连接解脱装置的解脱方法，包括如下步骤：

第一步：艇员依次打开下舱口盖12和上舱口盖11，全体艇员从深海载人潜器载人舱通过通道进入逃逸舱内；

第二步：依次关闭下舱口盖12和上舱口盖11，此时上围阱2与下围阱5之间为常压空腔；

第三步：艇员在逃逸舱载人球内操控开启电磁阀92，向旋转作动油缸8无杆端注高压油，使活塞杆产生并保持设定的推力，此时由于外界海水压力使得上对接法兰3和下对接法兰4发生相对位移的摩檫力巨大，旋转作动油缸8无法推动上围阱2；

第四步：开启注水均压阀，向上围阱2和下围阱5的空腔内注水，注水过程中，空腔里压力慢慢增大，直至空腔内外压差产生的压紧力等于弹簧推力与逃逸舱正浮力之和，上对接法兰3、下对接法兰4的不受外力作用，此处爆炸螺栓7的预紧力除外，从而发生相对运动的摩檫力最小，此时旋转作动油缸8只需要较小的推力就可以使上围阱2、下围阱5发生相对转动位移，直到爆炸螺栓7连带螺母及楔形垫片71移动至下法兰腰形孔41的大孔中心，爆炸螺栓7连带螺母及楔形垫片71可穿过腰形孔大孔，爆炸螺栓7失去对上对接法兰3、下对接法兰4的约束作用，而注水还在进行，直至空腔内外压力大小一致，此时逃逸舱在顶推弹簧10的顶推力以及其自身正浮力作用下解脱上浮。

若油缸驱动解锁的方式失效，则可引爆爆炸螺栓7，六个爆炸螺栓7同时沿其破断面断开，爆炸螺栓7同样失去其对上对接法兰3、下对接法兰4的约束作用，逃逸舱在顶推弹簧10的顶推力以及其自身正浮力作用下解脱上浮至水面待援，实现全体艇员的自救脱险。

本发明的具体结构和功能如下：

主要包括上通道围壁1、上围阱2、上对接法兰3、下对接法兰4、下围阱5、下通道围壁6、爆炸螺栓7、旋转作动油缸8、液压系统9、顶推弹簧10、上舱口盖11、下舱口盖12、密封圈13、弹簧上支座21、油缸上支座22、上法兰螺栓孔31、下法兰腰形孔41、腰形孔楔形槽42、弹簧下支座51、油缸下支座52、楔形垫片71、油缸连接销轴81、蓄能器91、电磁阀92。

该装置上通道围壁1连接逃逸舱载人球，下通道围壁6连接深海载人潜器载人舱，上围阱2与下围阱5均呈半球状结构形式，分别与上通道围壁1、下通道围壁6按图1结构形式焊接固连，上围阱2与下围阱5分别与上对接法兰3和下对接法兰4一体成形。

上对接法兰3和下对接法兰4通过爆炸螺栓7固定连接，通过密封圈13实现对接法兰面的密封。

上通道围壁1、下通道围壁6分别装有上舱口盖11、下舱口盖12，使得正常工况下在上围阱2与下围阱5之间形成常压空腔。

该装置的解锁方式为液压油缸解锁与爆炸螺栓解锁两种互为备份，启用任一种方式均能实现逃逸舱的解脱，可有效提高其解脱可靠性。其中爆炸螺栓7的破断面与上、下法兰对接面共面，避免爆炸螺栓7破断后在复杂外力作用下与螺栓孔卡死；旋转作动油缸8前端通过油缸连接销轴81与油缸上支座22间隙配合连接，便于两者脱离，旋转作动油缸8后端与油缸下支座52铰链连接，下对接法兰4均布六个下法兰腰形孔41，下法兰腰形孔41一侧小孔孔径与上法兰螺栓孔31一致，另一侧大孔孔径略大于螺栓螺母、垫片外径，使爆炸螺栓7可连带螺母、垫片自由穿过，下法兰腰形孔41下端面开有楔形槽42(楔角为5°)，楔形槽42与爆炸螺栓7的楔形垫片71配合，有利于爆炸螺栓7的移动(如图6、图7)，旋转作动油缸8具备自锁功能，确保正常情况下上围阱2不能绕轴心转动，紧急情况驱动旋转作动油缸8后，油缸顶推带动上围阱2及爆炸螺栓7绕上围阱2与下围阱5中心轴转动，当爆炸螺栓7转至与下法兰腰形孔41大孔同心时，爆炸螺栓7对上对接法兰3、下对接法兰4不起固定约束作用，上围阱2在顶推弹簧10顶推力作用下解脱，并依靠逃逸舱自身正浮力上浮。

该装置的顶推机构为周向均布的四个顶推弹簧10，不需要依赖外界动力源便可实现对上围阱2的顶推作用，相比现有逃逸舱的液压油缸顶推方式，具有结构简单、性能可靠、节省空间等优点。该装置安装时，需要给弹簧10施加一定预紧力，该预紧力可由逃逸舱自重来提供。

该装置的解脱方法是在注水均匀之前开启电磁阀92，向油缸注高压油，使活塞杆产生并保持一定推力(此时由于外界高压海水压力使得上对接法兰3、下对接法兰4发生相对位移的摩檫力巨大，油缸不能推动上围阱2)，然后开启注水阀向上围阱2与下围阱5空腔注水，注水过程中，空腔里压力慢慢增大，假设空腔内外压差为p，上围阱2与下围阱5垂向受水压等效面积为s，四个顶推弹簧总推力为f1，逃逸舱正浮力为f2，当空腔内外压差产生的压紧力等于弹簧推力与逃逸舱正浮力之和，即ps＝f1+f2时，上对接法兰3、下对接法兰4不受外力(爆炸螺栓7预紧力除外)作用，其发生相对运动的摩檫力最小，此时油缸只需要较小的推力(可有效减小能耗以及缩小油缸尺寸)就可以使上围阱2与下围阱5发生相对转动位移，直到爆炸螺栓7及楔形垫片71移动至下法兰腰形孔41的大孔中心，爆炸螺栓7连带楔形垫片71可穿过腰形孔大孔，爆炸螺栓7失去对上对接法兰3、下对接法兰4的约束作用，而注水还在进行，直至空腔内外压力大小一致，此时逃逸舱在顶推弹簧10的顶推力以及其自身正浮力作用下解脱上浮；若上述油缸驱动解锁的方式失效，则可引爆爆炸螺栓7，六个爆炸螺栓7同时沿其破断面断开，爆炸螺栓7同样失去其对上对接法兰3、下对接法兰4的约束作用，从而达到解脱上浮的目的。

(一)安装方案

连接安装时，依靠逃逸舱自重压缩顶推弹簧10，使顶推弹簧10获得一定预压缩及预紧力，确保装置解锁后具备一定顶推力。正常情况下，上对接法兰3、下对接法兰4面通过六个均布的爆炸螺栓7装配连接，依靠密封圈13实现密封；旋转作动油缸8具有自锁功能，避免逃逸舱在外界力作用下发生转动而发生误解脱。

(二)解脱方案

应急情况下需要解脱时，

一、先后打开下舱口盖12、上舱口盖11，全体艇员通过通道进入逃逸舱载人球；

二、关闭下舱口盖12、上舱口盖11(此时上围阱2与下围阱5之间为常压空腔)；

三、人员在逃逸舱载人球内操控开启电磁阀92，向旋转作动油缸8无杆端注高压油，使活塞杆具备并保持一定推力(此时由于外界海水压力使得上对接法兰3、下对接法兰4发生相对位移的摩檫力巨大，油缸不能推动上围阱2)；

四、开启注水阀向上围阱2与下围阱5空腔注水，注水过程中，空腔里压力慢慢增大，直至空腔内外压差产生的压紧力等于弹簧推力与逃逸舱正浮力之和，即ps＝f1+f2时，上对接法兰3、下对接法兰4面不受外力作用，其发生相对运动的摩檫力最小，此时油缸只需要较小的推力就可以使上围阱2与下围阱5发生相对转动位移，直到爆炸螺栓7及楔形垫片71移动至下法兰腰形孔41的大孔中心，爆炸螺栓7连带楔形垫片71可穿过腰形孔大孔，爆炸螺栓7失去对上对接法兰3、下对接法兰4的约束作用，而注水还在进行，直至空腔内外压力大小一致，此时逃逸舱在顶推弹簧10的顶推力以及其自身正浮力作用下解脱上浮；

五、若油缸驱动解锁的方式失效，则可引爆爆炸螺栓7，六个爆炸螺栓7同时沿其破断面断开，爆炸螺栓7同样失去其对上对接法兰3、下对接法兰4的约束作用，逃逸舱在顶推弹簧10的顶推力以及其自身正浮力作用下解脱上浮至水面待援，实现全体艇员的自救脱险。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。