大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置及氮气惰化方法与流程

1.本发明涉及深海载人装备技术领域，尤其是一种大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置及氮气惰化方法。


背景技术：

2.随着海洋强国战略的提出和实施，人类对海洋开展的活动日益频繁，对水下尤其是深海领域的海洋科考探测、资源勘探采集需求也日益迫切，大潜深水下平台应运而生，随着任务需求逐渐复杂。
3.大潜深水下平台呈现由小型化向中大型化过度趋势，中大型大潜深水下平台通常包含有人舱室和无人舱室，其中无人舱室主要作为动力舱室，紧密堆积布置有大量设备，火灾载荷量大，消防安全问题突出。特别地，部分大潜深平台无人舱室采用燃料电池作为动力源方案，而燃料电池运行过程中不可避免会向舱内排放未完全反应的易燃助燃尾气，舱内燃烧爆炸风险极大增加。


技术实现要素：

4.本技术人针对上述大中型水下平台无人动力舱室排放含氢、氧废气导致舱室气压升高、舱内氧浓度上升引发的设备故障以及火灾安全性问题，提供一种大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置及氮气惰化方法，从而完成了整个装置的设计，充分利用肋骨空间将水下平台舱室空间划分为多个密闭区域，通过设置活动板前后移动实现不同密闭区域空间容积扩张和压缩变化，从而改变区域内部的气压，再结合阀准确控制气体流向，从而实现舱室内部气体均衡和交换。
5.本发明所采用的技术方案如下：
6.一种大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置，包括呈空心薄壁圆柱体结构的外耐压壳体，所述外耐压壳体的内部设置有与外耐压壳体结构相同的内壳体，所述内壳体的外壁面与外耐压壳体的内壁面之间在径向方向从一端至另一端依次安装有一号环形肋骨、二号环形肋骨和三号环形肋骨，二号环形肋骨位于中间位置，外耐压壳体、内壳体、二号环形肋骨与一号环形肋骨之间的空间为氮气区域，外耐压壳体、内壳体、二号环形肋骨、三号环形肋骨之间的空间为空气区域，抽气活动挡板位于空气区域内，抽气活动挡板通过密封圈后与外耐压壳体、内壳体接触，将空气区域又划分为前、后两个区域，前、后两区域之间的气体不连通；注气活动挡板位于氮气区域内，注气活动挡板通过密封圈后与外耐压壳体、内壳体接触，将氮气区域也划分为前、后两个区域，前、后两区域之间的气体不连通；二号环形肋骨的两端分别焊接有注气轴承和抽气轴承，注气轴承的外圈固定安装有注气主动齿轮，抽气轴承的外圈固定安装有抽气主动齿轮；
7.还包括双棘轮机构，内棘轮盘为与中心位置，内棘轮盘上设置有一对内棘轮爪，内棘轮盘的外部配合安装有外棘轮盘，外棘轮盘设置有与内棘轮爪匹配的内齿，外棘轮盘的外部设置有外棘轮爪，外棘轮盘的外圈配合安装有抽气从动齿轮，抽气从动齿轮的内圈设
置有与外棘轮爪的齿形结构；
8.注气主动齿轮一端与注气从动齿轮啮合，另一端与注气驱动齿轮啮合，注气丝杠一端通过焊接方式与内棘轮盘固联，另一端通过轴承固定于一号环形肋骨的轴承座内，同时注气丝杠与注气从动齿轮通过平键传动连接，注气丝杠与注气活动挡板通过滚珠丝杠螺母方式相连，当注气丝杠转动时，注气活动挡板做轴向运动；
9.抽气主动齿轮一端与抽气从动齿轮啮合，另一端与抽气驱动齿轮啮合，抽气丝杠一端通过焊接方式与外棘轮盘固联，另一端通过轴承固定于三号环形肋骨的轴承座内，抽气丝杠通过滚珠丝杠螺母形式与抽气活动挡板相连，当抽气丝杠转动时抽气活动挡板做轴向运动。
10.作为上述技术方案的进一步改进：
11.所述一号环形肋骨、二号环形肋骨和三号环形肋骨的结构相同，均呈环形结构。
12.所述一号环形肋骨、二号环形肋骨和三号环形肋骨均采用焊接方式与外耐压壳体和内壳体连接。
13.一号环形肋骨、二号环形肋骨和三号环形肋骨的截面形状均为“t”型。
14.所述二号环形肋骨上对称布置有抽气驱动电机和注气驱动电机，所述抽气驱动电机的输出端连接抽气驱动齿轮，注气驱动电机的输出端连接注气驱动齿轮。
15.氮气区域和空气区域均通过气管与舱内连通，所述气管安装在内壳体上。
16.气管上安装低压单向阀。
17.一种大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置的氮气惰化方法，包括如下操作过程：
18.随着废气排放，通过舱内不同位置处气压传感器实时监测得到舱内气压，当该值达到设定安全值上限，动作抽气驱动电机，抽气驱动电机通过抽气驱动齿轮带动抽气主动齿轮转动，最终驱动沿肋骨径向等角度分布的三个抽气从动齿轮转动，抽气从动齿轮顺时针转动由于外棘轮爪的作用顶推外棘轮盘顺时针转动，由于外棘轮盘与抽气丝杠焊接固联，因而使得抽气丝杠转动，从而驱动抽气活动挡板向前运行，同时外棘轮盘顺时针转动过程由于与内棘轮爪顶推方向相反的原因并不会驱动内棘轮盘转动，注气丝杠并不会运动；抽气丝杠转动带动抽气活动挡板沿着轴向向前运动，后空气区域的空间扩大使得内部压力减小，此时舱内的带压气体通过低压单向阀进入后空气区域，从而实现减少舱内气压效果；当舱压正常时关停抽气驱动电机即可；
19.当上述工作完成后，动作注气驱动电机，注气驱动电机通过注气驱动齿轮带动注气主动齿轮转动，最终驱动沿肋骨径向等角度分布的三个注气从动齿轮顺时针转动，注气从动齿轮通过平键方式带动注气丝杠顺时针转动，同时注气丝杠的一端与内棘轮盘焊接固联，使得内棘轮盘顺时针转动并带动内棘轮爪顶推外棘轮盘转动，由于外棘轮盘与抽气丝杠焊接固联，因此带动抽气丝杠转动，而外棘轮盘顺时针转动由于与外棘轮爪顶推方向相反原因并不会带动抽气从动齿轮转动，从而实现了抽气丝杠、注气丝杠、注气从动齿轮同转速转动同时抽气从动齿轮不转动的动作解耦，且抽气丝杠、注气丝杠保持相同的转动速率，驱动抽气活动挡板、注气活动挡板以相同的速率向前直线运动，实现了后空气区域扩大同时前氮气区域被压缩，后空气区域扩大导致内部气压降低使得舱内的气体再次通过低压单向阀进入后空气区域内，而前氮气区域被压缩导致内部压力增加使得内部氮气通过低压单
向阀注入舱内，由于抽气活动挡板、注气活动挡板直线运动速率相同，抽气的速率和注氮的速率也一致，因此舱内压力并不改变，最终实现舱内气体压力不变情况下完成补氮惰化。
20.本发明的有益效果如下：
21.本发明结构紧凑、合理，操作方便，聚焦于大潜深水下平台的无人动力舱室的火灾安全防护问题，重点解决两方面问题，一是由于类似燃料电池系统在运行过程中不定期频繁向密闭空间舱室排放氢、氧废气引起舱室气压升高问题，若不消除过高舱压将影响精密设备正常运行；二是由于废气中氧气的排放引起舱内氧浓度上升问题，通常密闭动力舱室由于长期无人值守且火灾隐患大的特点在平台下水前完成舱内注氮吹扫，营造整个舱室惰化环境从源头上抑制火灾或爆炸发生，而废气中氧气排放破坏惰化环境甚至将密闭舱室变成富氧环境，极大增加了火灾燃烧爆炸风险。若仅因燃料电池废气排放的问题使得水下平台频繁上浮水面重新进行舱内泄压与惰化，在时间、经济成本代价过高，影响任务执行，同时对于某些特殊的长期水下驻留作业任务，水下平台不具备定期上浮条件。
22.本发明在无需平台上浮基础上实现无人动力舱室内气压调节以及补充氮气维持惰化氛围的功能，由于适用对象为大潜深水下平台，其无人动力舱室内部布置空间和能源供给极为有限，本发明在设计中充分考虑该约束限制条件。
23.本发明充分考虑了装置一体化、集约化设计，减少对舱内有限宝贵空间的占用，利用同一套装置可同时实现舱内调压和补充惰化两项功能。
附图说明
24.图1为本发明舱内调压补氮装置等轴测半剖示意图。
25.图2为本发明舱内肋骨空间按功能区域划分图；
26.图3为本发明舱内调压补氮装置抽气、注气传动机构图；
27.图4为本发明舱内调压补氮装置双棘轮机构组成图；
28.图5为本发明舱内调压补氮装置驱动电机布置图。
29.图6为图5中沿a-a截面的全剖视图。
30.图7为图5中沿b-b截面的全剖视图。
31.其中：1、外耐压壳体；2、内壳体；3、一号环形肋骨；4、二号环形肋骨；5、三号环形肋骨；6、抽气活动挡板；7、注气活动挡板；8、抽气丝杠；9、注气丝杠；10、低压单向阀；11、抽气轴承；12、注气轴承；13、抽气主动齿轮；14、注气主动齿轮；15、注气从动齿轮；16、双棘轮机构；17、抽气驱动电机；18、注气驱动电机；19、抽气驱动齿轮；20、注气驱动齿轮；
32.1601、内棘轮盘；1602、内棘轮爪；1603、外棘轮盘；1604、外棘轮爪；1605、抽气从动齿轮。
具体实施方式
33.下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
34.如图1-图7所示，本实施例的大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置，包括呈空心薄壁圆柱体结构的外耐压壳体1，外耐压壳体1的内部设置有与外耐压壳体1结构相同的内壳体2，内壳体2的外壁面与外耐压壳体1的内壁面之间在径向方向从一端至另一端依次安装有一号环形肋骨3、二号环形肋骨4和三号环形肋骨5，二号环形肋骨4位于中间位置，外耐
压壳体1、内壳体2、二号环形肋骨4与一号环形肋骨3之间的空间为氮气区域，外耐压壳体1、内壳体2、二号环形肋骨4、三号环形肋骨5之间的空间为空气区域，抽气活动挡板6位于空气区域内，抽气活动挡板6通过密封圈后与外耐压壳体1、内壳体2接触，将空气区域又划分为前、后两个区域，前、后两区域之间的气体不连通；注气活动挡板7位于氮气区域内，注气活动挡板7通过密封圈后与外耐压壳体1、内壳体2接触，将氮气区域也划分为前、后两个区域，前、后两区域之间的气体不连通；二号环形肋骨4的两端分别焊接有注气轴承12和抽气轴承11，注气轴承12的外圈固定安装有注气主动齿轮14，抽气轴承11的外圈固定安装有抽气主动齿轮13；
35.还包括双棘轮机构16，内棘轮盘1601为与中心位置，内棘轮盘1601上设置有一对内棘轮爪1602，内棘轮盘1601的外部配合安装有外棘轮盘1603，外棘轮盘1603设置有与内棘轮爪1602匹配的内齿，外棘轮盘1603的外部设置有外棘轮爪1604，外棘轮盘1603的外圈配合安装有抽气从动齿轮1605，抽气从动齿轮1605的内圈设置有与外棘轮爪1604的齿形结构；
36.注气主动齿轮14一端与注气从动齿轮15啮合，另一端与注气驱动齿轮20啮合，注气丝杠9一端通过焊接方式与内棘轮盘1601固联，另一端通过轴承固定于一号环形肋骨3的轴承座内，同时注气丝杠9与注气从动齿轮15通过平键传动连接，注气丝杠9与注气活动挡板7通过滚珠丝杠螺母方式相连，当注气丝杠9转动时，注气活动挡板7做轴向运动；
37.抽气主动齿轮13一端与抽气从动齿轮1605啮合，另一端与抽气驱动齿轮19啮合，抽气丝杠8一端通过焊接方式与外棘轮盘1603固联，另一端通过轴承固定于三号环形肋骨5的轴承座内，抽气丝杠8通过滚珠丝杠螺母形式与抽气活动挡板6相连，当抽气丝杠8转动时抽气活动挡板6做轴向运动。
38.一号环形肋骨3、二号环形肋骨4和三号环形肋骨5的结构相同，均呈环形结构。
39.一号环形肋骨3、二号环形肋骨4和三号环形肋骨5均采用焊接方式与外耐压壳体1和内壳体2连接。
40.一号环形肋骨3、二号环形肋骨4和三号环形肋骨5的截面形状均为“t”型。
41.二号环形肋骨4上对称布置有抽气驱动电机17和注气驱动电机18，抽气驱动电机17的输出端连接抽气驱动齿轮19，注气驱动电机18的输出端连接注气驱动齿轮20。
42.氮气区域和空气区域均通过气管与舱内连通，气管安装在内壳体2上。
43.气管上安装低压单向阀10。
44.本实施例的如权利要求7的大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置的氮气惰化方法，包括如下操作过程：
45.随着废气排放，通过舱内不同位置处气压传感器实时监测得到舱内气压，当该值达到设定安全值上限，动作抽气驱动电机17，抽气驱动电机17通过抽气驱动齿轮19带动抽气主动齿轮13转动，最终驱动沿肋骨径向等角度分布的三个抽气从动齿轮1605转动，抽气从动齿轮1605顺时针转动由于外棘轮爪1604的作用顶推外棘轮盘1603顺时针转动，由于外棘轮盘1603与抽气丝杠8焊接固联，因而使得抽气丝杠8转动，从而驱动抽气活动挡板6向前运行，同时外棘轮盘1603顺时针转动过程由于与内棘轮爪1602顶推方向相反的原因并不会驱动内棘轮盘1601转动，注气丝杠9并不会运动；抽气丝杠8转动带动抽气活动挡板6沿着轴向向前运动，后空气区域的空间扩大使得内部压力减小，此时舱内的带压气体通过低压单
向阀10进入后空气区域，从而实现减少舱内气压效果；当舱压正常时关停抽气驱动电机17即可；
46.当上述工作完成后，动作注气驱动电机18，注气驱动电机18通过注气驱动齿轮20带动注气主动齿轮14转动，最终驱动沿肋骨径向等角度分布的三个注气从动齿轮15顺时针转动，注气从动齿轮15通过平键方式带动注气丝杠9顺时针转动，同时注气丝杠9的一端与内棘轮盘1601焊接固联，使得内棘轮盘1601顺时针转动并带动内棘轮爪1602顶推外棘轮盘1603转动，由于外棘轮盘1603与抽气丝杠8焊接固联，因此带动抽气丝杠8转动，而外棘轮盘1603顺时针转动由于与外棘轮爪1604顶推方向相反原因并不会带动抽气从动齿轮1605转动，从而实现了抽气丝杠8、注气丝杠9、注气从动齿轮15同转速转动同时抽气从动齿轮1605不转动的动作解耦，且抽气丝杠8、注气丝杠9保持相同的转动速率，驱动抽气活动挡板6、注气活动挡板7以相同的速率向前直线运动，实现了后空气区域扩大同时前氮气区域被压缩，后空气区域扩大导致内部气压降低使得舱内的气体再次通过低压单向阀10进入后空气区域内，而前氮气区域被压缩导致内部压力增加使得内部氮气通过低压单向阀10注入舱内，由于抽气活动挡板6、注气活动挡板7直线运动速率相同，抽气的速率和注氮的速率也一致，因此舱内压力并不改变，最终实现舱内气体压力不变情况下完成补氮惰化。
47.如图1-图5所示，本发明所述大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置的具体结构和功能如下：
48.主要包括外耐压壳体1、内壳体2、一号环形肋骨3、二号环形肋骨4、三号环形肋骨5、抽气活动挡板6、注气活动挡板7、抽气丝杠8、注气丝杠9、低压单向阀10、抽气轴承11、注气轴承12、抽气主动齿轮13、注气主动齿轮14、注气从动齿轮15、双棘轮机构16、抽气驱动电机17、注气驱动电机18、抽气驱动齿轮19、注气驱动齿轮20等。
49.其中双棘轮机构16包括内棘轮盘1601、内棘轮爪1602、外棘轮盘1603、外棘轮爪1604、抽气从动齿轮1605。
50.如图2所示，外耐压壳体1、内壳体2、一号环形肋骨3、二号环形肋骨4、三号环形肋骨5将整个肋骨空间划分为两个封闭区域，其中外耐压壳体1、内壳体2、二号环形肋骨4、三号环形肋骨5之间的空间为空气区域，外耐压壳体1、内壳体2、二号环形肋骨4与一号环形肋骨3之间的空间为氮气区域。抽气活动挡板6位于空气区域内，其通过密封圈后与外耐压壳体1、内壳体2接触，将空气区域又划分为前、后两个区域，前、后两区域之间的气体不连通。注气活动挡板7位于氮气区域内，其通过密封圈后与外耐压壳体1、内壳体2接触，将氮气区域也划分为前、后两个区域，前、后两区域之间的气体不连通。
51.如图2、图3所示，抽气轴承11、注气轴承12均通过焊接固联在二号环形肋骨4上，抽气主动齿轮13、注气主动齿轮14通过焊接方式分别与抽气轴承11、注气轴承12的轴承外圈套固联。抽气主动齿轮13一端与抽气从动齿轮1605啮合，一端与抽气驱动齿轮19啮合。注气主动齿轮14一端与注气从动齿轮15啮合，一端与注气驱动齿轮20啮合。抽气丝杠8一端通过焊接方式与双棘轮机构16中的外棘轮盘1603固联，另一端通过轴承固定于三号环形肋骨5的轴承座内，抽气丝杠8通过滚珠丝杠螺母形式与抽气活动挡板6相连，当抽气丝杠8转动时抽气活动挡板6可做轴向运动。注气丝杠9一端通过焊接方式与双棘轮机构16中的内棘轮盘1601固联，另一端通过轴承固定与一号环形肋骨3的轴承座内，注气丝杠9与注气从动齿轮15通过平键传动连接，注气丝杠9与注气活动挡板7通过滚珠丝杠螺母方式相连，当注气丝
杠9转动时注气活动挡板7可做轴向运动。低压单向阀10通过气管与内壳体2连接。
52.如图5所示，抽气驱动电机17、注气驱动电机18密封固定在二号环形肋骨4上且关于肋骨呈对置布置，抽气驱动电机17输出轴固联抽气驱动齿轮19，注气驱动电机18输出轴固联注气驱动齿轮20。
53.具体实施情况如下所述：大中型水下平台在下水前，由于动力舱内长期无人值守且燃烧载荷量大、火灾危险性高等问题，完成了初始注氮惰化，即下水前动力舱室氧气浓度已控制较低水平。但随着平台航行，类似燃料电池系统不间断向舱内排放包含氢、氧废气，造成舱内升压同时破坏惰化氛围，此时动作调压补氮装置。该调压补氮气装置包含两个连续动作流程：
54.流程一：用于解决舱内多余气体排放造成气压升高问题。具体为随着废气排放，通过舱内不同位置处气压传感器实时监测得到舱内气压，当该值达到设定安全值上限，动作抽气驱动电机17，抽气驱动电机17通过抽气驱动齿轮19带动抽气主动齿轮13转动，最终驱动沿肋骨径向等角度分布的三个抽气从动齿轮1605转动，抽气从动齿轮1605顺时针转动由于外棘轮爪1604的作用顶推外棘轮盘1603顺时针转动，由于外棘轮盘1603与抽气丝杠8焊接固联，因而使得抽气丝杠8转动，从而驱动抽气活动挡板6向前运行。同时外棘轮盘1603顺时针转动过程由于与内棘轮爪1602顶推方向相反的原因并不会驱动内棘轮盘1601转动，注气丝杠9并不会运动。抽气丝杠8转动带动抽气活动挡板6沿着轴向向前运动，后空气区域的空间扩大使得内部压力减小，此时舱内的带压气体通过低压单向阀10进入后空气区域，从而实现减少舱内气压效果。该过程直至舱内压力传感器检测舱压正常时关停抽气驱动电机17。
55.流程二：用于解决舱内氧气排放造成惰化环境破坏问题。当流程一完成后，动作注气驱动电机18，注气驱动电机18通过注气驱动齿轮20带动注气主动齿轮14转动，最终驱动沿肋骨径向等角度分布的三个注气从动齿轮15顺时针转动，注气从动齿轮15通过平键方式带动注气丝杠9顺时针转动，同时注气丝杠9的一端与内棘轮盘1601焊接固联，使得内棘轮盘1601顺时针转动并带动内棘轮爪1602顶推外棘轮盘1603转动，由于外棘轮盘1603与抽气丝杠8焊接固联，因此带动抽气丝杠8转动，而外棘轮盘1603顺时针转动由于与外棘轮爪1604顶推方向相反原因并不会带动抽气从动齿轮1605转动，从而实现了抽气丝杠8、注气丝杠9、注气从动齿轮15同转速转动同时抽气从动齿轮1605不转动的动作解耦，且抽气丝杠8、注气丝杠9保持相同的转动速率，驱动抽气活动挡板6、注气活动挡板7以相同的速率向前直线运动，实现了后空气区域扩大同时前氮气区域被压缩。后空气区域扩大导致内部气压降低使得舱内的气体再次通过低压单向阀10进入后空气区域内，而前氮气区域被压缩导致内部压力增加使得内部氮气通过低压单向阀10注入舱内。由于抽气活动挡板6、注气活动挡板7直线运动速率相同，抽气的速率和注氮的速率也一致，因此舱内压力并不改变，最终实现舱内气体压力不变情况下完成补氮惰化。
56.仅利用了三个肋骨表示说明，实际该装置具有拓展性，可以在带肋骨结构水下平台中拓展应用。
57.该装置的优点在于：
58.(一)面对大中型水下平台无人舱室内部排气引发的舱室升压和火灾安全性问题，并未受行业关注也无解决方案。本方明创新性提出一种针对大中型水下平台密闭舱室含氧
废气排放后维持舱内气压稳定和惰化氛围的解决办法，利用肋骨空间将水下平台舱室空间划分为多个密闭区域，通过设置活动板前后移动实现不同密闭区域空间容积扩张和压缩变化，从而改变区域内部的气压，再结合阀准确控制气体流向，从而实现舱室内部气体均衡和交换。
59.(二)水下平台舱内容积极为有限，本发明充分利用了大中型水下平台的肋骨间空间区域，肋骨间空间容积大，但由于外形特殊并不易于其他舱内设备布置，常被忽略而造成空间浪费。若通过传统方式配置气瓶和打气机要实现同样的容积需要占用舱内大量宝贵空间和能源消耗，而本发明中的所有部件均考虑在肋骨间布置，可极大减少对舱内成本占用。
60.(三)本发明充分考虑集约化、紧凑化设计，利用同一套装置可同时实现舱内升压时抽气均压和保持舱室压力不变下的注氮惰化两项功能。本发明在机构设计上巧妙地采用了双棘轮的方法实现传动解耦，如图4所示，抽气从动齿轮1605顺时针转动可带动外棘轮盘1603顺时针转动，但不会使内棘轮盘1601转动，可实现抽气丝杠8转动、抽气活动挡板直线运动同时而对注气丝杠9、注气活动挡板无影响；内棘轮盘1601顺时针转动也可带动外棘轮盘1603顺时针转动，但不会使抽气从动齿轮1605转动。可实现注气丝杠9转动、注气活动挡板直线运动时，抽气丝杠8、抽气活动挡板保持同向同速转动和移动，且不会发生抽气从动齿轮1605和抽气主动齿轮13的打齿干涉现象。
61.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。

技术特征：
1.一种大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置，其特征在于：包括呈空心薄壁圆柱体结构的外耐压壳体(1)，所述外耐压壳体(1)的内部设置有与外耐压壳体(1)结构相同的内壳体(2)，所述内壳体(2)的外壁面与外耐压壳体(1)的内壁面之间在径向方向从一端至另一端依次安装有一号环形肋骨(3)、二号环形肋骨(4)和三号环形肋骨(5)，二号环形肋骨(4)位于中间位置，外耐压壳体(1)、内壳体(2)、二号环形肋骨(4)与一号环形肋骨(3)之间的空间为氮气区域，外耐压壳体(1)、内壳体(2)、二号环形肋骨(4)、三号环形肋骨(5)之间的空间为空气区域，抽气活动挡板(6)位于空气区域内，抽气活动挡板(6)通过密封圈后与外耐压壳体(1)、内壳体(2)接触，将空气区域又划分为前、后两个区域，前、后两区域之间的气体不连通；注气活动挡板(7)位于氮气区域内，注气活动挡板(7)通过密封圈后与外耐压壳体(1)、内壳体(2)接触，将氮气区域也划分为前、后两个区域，前、后两区域之间的气体不连通；二号环形肋骨(4)的两端分别焊接有注气轴承(12)和抽气轴承(11)，注气轴承(12)的外圈固定安装有注气主动齿轮(14)，抽气轴承(11)的外圈固定安装有抽气主动齿轮(13)；还包括双棘轮机构(16)，内棘轮盘(1601)为与中心位置，内棘轮盘(1601)上设置有一对内棘轮爪(1602)，内棘轮盘(1601)的外部配合安装有外棘轮盘(1603)，外棘轮盘(1603)设置有与内棘轮爪(1602)匹配的内齿，外棘轮盘(1603)的外部设置有外棘轮爪(1604)，外棘轮盘(1603)的外圈配合安装有抽气从动齿轮(1605)，抽气从动齿轮(1605)的内圈设置有与外棘轮爪(1604)的齿形结构；注气主动齿轮(14)一端与注气从动齿轮(15)啮合，另一端与注气驱动齿轮(20)啮合，注气丝杠(9)一端通过焊接方式与内棘轮盘(1601)固联，另一端通过轴承固定于一号环形肋骨(3)的轴承座内，同时注气丝杠(9)与注气从动齿轮(15)通过平键传动连接，注气丝杠(9)与注气活动挡板(7)通过滚珠丝杠螺母方式相连，当注气丝杠(9)转动时，注气活动挡板(7)做轴向运动；抽气主动齿轮(13)一端与抽气从动齿轮(1605)啮合，另一端与抽气驱动齿轮(19)啮合，抽气丝杠(8)一端通过焊接方式与外棘轮盘(1603)固联，另一端通过轴承固定于三号环形肋骨(5)的轴承座内，抽气丝杠(8)通过滚珠丝杠螺母形式与抽气活动挡板(6)相连，当抽气丝杠(8)转动时抽气活动挡板(6)做轴向运动。2.如权利要求1所述的大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置，其特征在于：所述一号环形肋骨(3)、二号环形肋骨(4)和三号环形肋骨(5)的结构相同，均呈环形结构。3.如权利要求1所述的大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置，其特征在于：所述一号环形肋骨(3)、二号环形肋骨(4)和三号环形肋骨(5)均采用焊接方式与外耐压壳体(1)和内壳体(2)连接。4.如权利要求1所述的大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置，其特征在于：一号环形肋骨(3)、二号环形肋骨(4)和三号环形肋骨(5)的截面形状均为“t”型。5.如权利要求1所述的大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置，其特征在于：所述二号环形肋骨(4)上对称布置有抽气驱动电机(17)和注气驱动电机(18)，所述抽气驱动电机(17)的输出端连接抽气驱动齿轮(19)，注气驱动电机(18)的输出端连接注气驱动齿轮(20)。6.如权利要求1所述的大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置，其特征在于：氮气区域和空气区域均通过气管与舱内连通，所述气管安装在内壳体(2)上。
7.如权利要求6所述的大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置，其特征在于：气管上安装低压单向阀(10)。8.一种如权利要求7所述的大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置的氮气惰化方法，其特征在于：包括如下操作过程：随着废气排放，通过舱内不同位置处气压传感器实时监测得到舱内气压，当该值达到设定安全值上限，动作抽气驱动电机(17)，抽气驱动电机(17)通过抽气驱动齿轮(19)带动抽气主动齿轮(13)转动，最终驱动沿肋骨径向等角度分布的三个抽气从动齿轮(1605)转动，抽气从动齿轮(1605)顺时针转动由于外棘轮爪(1604)的作用顶推外棘轮盘(1603)顺时针转动，由于外棘轮盘(1603)与抽气丝杠(8)焊接固联，因而使得抽气丝杠(8)转动，从而驱动抽气活动挡板(6)向前运行，同时外棘轮盘(1603)顺时针转动过程由于与内棘轮爪(1602)顶推方向相反的原因并不会驱动内棘轮盘(1601)转动，注气丝杠(9)并不会运动；抽气丝杠(8)转动带动抽气活动挡板(6)沿着轴向向前运动，后空气区域的空间扩大使得内部压力减小，此时舱内的带压气体通过低压单向阀(10)进入后空气区域，从而实现减少舱内气压效果；当舱压正常时关停抽气驱动电机(17)即可；当上述工作完成后，动作注气驱动电机(18)，注气驱动电机(18)通过注气驱动齿轮(20)带动注气主动齿轮(14)转动，最终驱动沿肋骨径向等角度分布的三个注气从动齿轮(15)顺时针转动，注气从动齿轮(15)通过平键方式带动注气丝杠(9)顺时针转动，同时注气丝杠(9)的一端与内棘轮盘(1601)焊接固联，使得内棘轮盘(1601)顺时针转动并带动内棘轮爪(1602)顶推外棘轮盘(1603)转动，由于外棘轮盘(1603)与抽气丝杠(8)焊接固联，因此带动抽气丝杠(8)转动，而外棘轮盘(1603)顺时针转动由于与外棘轮爪(1604)顶推方向相反原因并不会带动抽气从动齿轮(1605)转动，从而实现了抽气丝杠(8)、注气丝杠(9)、注气从动齿轮(15)同转速转动同时抽气从动齿轮(1605)不转动的动作解耦，且抽气丝杠(8)、注气丝杠(9)保持相同的转动速率，驱动抽气活动挡板(6)、注气活动挡板(7)以相同的速率向前直线运动，实现了后空气区域扩大同时前氮气区域被压缩，后空气区域扩大导致内部气压降低使得舱内的气体再次通过低压单向阀(10)进入后空气区域内，而前氮气区域被压缩导致内部压力增加使得内部氮气通过低压单向阀(10)注入舱内，由于抽气活动挡板(6)、注气活动挡板(7)直线运动速率相同，抽气的速率和注氮的速率也一致，因此舱内压力并不改变，最终实现舱内气体压力不变情况下完成补氮惰化。

技术总结
本发明涉及大潜深平台无人动力舱室调压补氮装置及氮气惰化方法，充分利用肋骨空间将水下平台舱室空间划分为多个密闭区域，通过设置活动板前后移动实现不同密闭区域空间容积扩张和压缩变化，从而改变区域内部的气压，再结合阀准确控制气体流向，从而实现舱室内部气体均衡和交换。本发明充分考虑了装置一体化、集约化设计，减少对舱内有限宝贵空间的占用，利用同一套装置可同时实现舱内调压和补充惰化两项功能，有效的解决了大中型水下平台无人动力舱室排放含氢、氧废气导致舱室气压升高、舱内氧浓度上升引发的设备故障以及火灾安全性问题。性问题。性问题。


技术研发人员：赵远辉 徐蒙 周鑫涛 吴宪 郭杨阳
受保护的技术使用者：深海技术科学太湖实验室
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/9