專利名稱：利用儲氫合金的水下起重裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種水下作業(yè)浮力起重的裝置，更具體地說，本實用新型涉及一種利用儲氫合金的可逆充放氫特性，改變浮筒的排水量，進行水下升吊物體的裝置。
背景技術(shù)：
起重機在陸地上是一種常見的吊升物體的機械。在水中吊升物體通常使用浮筒， 依靠浮筒的浮力使水底的物體吊升到水面。起重機主要包括起升機構(gòu)、運行機構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)等。起升機構(gòu)是起重機的基本工作機構(gòu)，大多是由吊掛系統(tǒng)和絞車組成，也有通過液壓系統(tǒng)升降重物的。通常依靠電力使纜索產(chǎn)生拉力，或使用電力增加液壓系統(tǒng)中的壓力，推動活塞產(chǎn)生推力。儲氫合金是一種合金，通常在低溫或高壓下能吸收氫氣，高溫或低壓下能釋放氫氣，一種儲氫合金，其含氫量與氫壓力和溫度存在一定的相互關(guān)系。它可以在一定的溫度和壓力條件下，氫分子在合金(或金屬)中先分解成單個的原子，而這些氫原子進入合金原子之間的間隙中，并與合金進行化學反應(yīng)生成金屬氫化物，外在表現(xiàn)為大量“吸收”氫氣，同時放出大量熱量。而當對這些金屬氫化物進行加熱時，它們又會發(fā)生分解反應(yīng)，氫原子又能結(jié)合成氫分子釋放出來，而且伴隨有明顯的吸熱效應(yīng)。本實用新型利用儲氫合金的可逆充放氫特性，設(shè)計實用新型了一種水下作業(yè)浮力起重的方法與裝置，實現(xiàn)多次往復于水面和水下的起重裝置。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是，利用儲氫合金通過加熱可以釋放氫氣，冷卻可以吸收氫氣的特性，調(diào)節(jié)浮筒的排水量，進而提供一種進行水下升吊物體的裝置。本實用新型中利用儲氫合金的水下起重裝置，包括具有圓柱形外殼的浮筒，浮筒內(nèi)設(shè)有活塞，活塞桿穿過浮筒上端面的中心；活塞上方空間為水室，通過浮筒頂部的進出水口與外部相通；活塞下方空間為氣室，浮筒下部設(shè)至裝填有儲氫合金的倉室，倉室通過釋氣管和儲氣管與氣室連通，釋氣管上設(shè)壓力調(diào)節(jié)單向閥，儲氣管上設(shè)截止閥；倉室中設(shè)加熱板，加熱板中內(nèi)置電熱絲并通過導線與蓄電池相連，電熱絲與蓄電池間設(shè)置定時開關(guān)。本實用新型中，所述浮筒的底部和活塞桿的頂部分別設(shè)置抓鉤。本實用新型中，所述活塞與浮筒內(nèi)壁間通過密封環(huán)實現(xiàn)活動密封；活塞桿與浮筒頂端的中心通過密封件實現(xiàn)活動密封。本實用新型中，在浮筒的上端面處設(shè)置行程開關(guān)，行程開關(guān)與所述設(shè)有定時開關(guān)的導線相接。本實用新型中，所述蓄電池置于浮筒內(nèi)的底端。本實用新型中，所述定時開關(guān)通過導線與蓄電池正極和電熱絲相接。本實用新型中，所述倉室是固定于浮筒內(nèi)壁上的兩個隔板之間形成密閉空間，倉室與釋氣管和儲氣管之間設(shè)置過濾片。倉室中，儲氫合金的裝填量根據(jù)氣室的容積確定，儲氫合金質(zhì)量與氣室容積的比例為1克80毫升?；谇笆鏊缕鹬匮b置的起重方法，包括(1)水下起重裝置下沉時，儲氣管上的截止閥關(guān)閉；此時水通過浮筒頂部的進出水口進入水室，氣室被壓縮，排水量為最小，氫氣儲存在儲氫合金內(nèi)；(2)浮筒下沉至水中并以抓鉤吊住貨物后，定時開關(guān)接通蓄電池與電熱絲的電路， 由加熱板傳導使倉室中裝填的儲氫合金溫度升高，其中儲存的氫氣開始釋放，由釋氣管進入氣室；在不斷產(chǎn)生的氫氣推動下，活塞向浮筒頂部移動將水排出，從而獲得浮力；(3)活塞接近浮筒頂部時，開關(guān)切斷電路；由于儲氣管上截止閥和釋氣管上調(diào)壓單向閥均處于關(guān)閉狀態(tài)，氣室中的氫氣不能返回倉室內(nèi)被儲氫合金吸收，從而維持住浮筒的排水量；(4)通過索鏈吊起水下起重裝置卸下貨物后，打開截止閥，氣室中的氫氣通過儲氣管進入倉室并被儲氫合金吸收，活塞開始向浮筒底部移動；當所有氫氣被吸收后，關(guān)閉截止閥，浮筒重回到待工狀態(tài)。當使用環(huán)境為水深小于500米時，倉室中裝填的儲氫合金是MlNi5,Ml為富鑭混合稀土 ；當使用環(huán)境為水深大于500米時，倉室中裝填的儲氫合金是MnvyCayNi5ICux，Mm為富鈰混合稀土，0芻y芻0. 5 ;0芻χ芻0. 3。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是氫氣比空氣更輕，可獲得較大的浮力。儲氫材料可逆吸放氫的特性，提供了浮筒下沉和上浮的可能。利用定時開關(guān)可實現(xiàn)定時浮筒上浮。本實用新型所具備的這些功能，在海洋科學調(diào)查，海底勘測、海底礦石采集搬運等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。對于動態(tài)海洋環(huán)境研究的小尺度、快變過程的觀察，區(qū)域環(huán)境的動態(tài)變化對于特殊氣候形成、災(zāi)害條件產(chǎn)生、污染起因、生物習性變遷以及實時戰(zhàn)區(qū)警戒與反監(jiān)測有著極其重要的意義。

圖1為具體實施例中浮力起重裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為蓄電池與定時開關(guān)及加熱板的電氣連接關(guān)系、浮筒氣室與儲氫材料倉的氣體連接關(guān)系示意圖。圖3為海洋平臺與浮力起重裝置的錨定及貨物的吊升狀態(tài)示意圖。圖1中的附圖標記為1上抓鉤、2下抓鉤，3活塞桿，4活塞，5活塞環(huán)，6過濾片，7 加熱板，8隔板，9浮筒底部，10裝填儲氫合金的倉室，11蓄電池，12浮筒，13進出水口，14 隔板，15氣室，16行程開關(guān)。圖2中的附圖標記為201加熱板接線柱，203蓄電池正極，204蓄電池負極，205定時開關(guān)，206調(diào)壓式單向閥，207截止閥，208儲氣管、209釋氣管。圖3中的附圖標記為301索鏈，302海洋平臺，303水下起重裝置，304絞車，305吊升物品。
具體實施方式
下面將根據(jù)附圖對本實用新型進行詳細描述在浮力起重裝置的工作原理。[0029]水下起重裝置的倉室10中裝填儲氫合金MlNi5 (Ml為富鑭混合稀土)0. 1千克，氣室容積為8升。在淺海區(qū)域(水深小于500米)，海洋中浮筒下沉時，截止閥207關(guān)閉。室溫下氫氣儲存在儲氫合金10內(nèi)，浮筒的氣室被壓縮，排水量為最小。浮筒下沉過程中，海水通過浮筒頂部的進出水口 13進入浮筒，到達預(yù)定深度后，定時開關(guān)205接通鎳氫蓄電池11與加熱板7的電路時加熱板溫度升高，繼而加熱儲氫合金，根據(jù)儲氫合金的含氫量與溫度、氫壓之間的關(guān)系，儲存在儲氫合金金中的氫氣開始釋放，氫氣透過過濾片6由釋氣管209通過調(diào)壓式單向閥206進入氣室15，在釋放氫氣的壓力推動下，活塞4依靠活塞桿的定位沿浮筒 12軸線向浮筒頂部移動，將海水通過進出水口 13排出浮筒，獲得浮力?；钊?到達浮筒頂部時，由定時開關(guān)205切斷電路。此時儲氫合金10開始冷卻，倉室內(nèi)的氫氣被儲氫材料吸收，使得倉室內(nèi)壓力低于氣室內(nèi)壓力。但由于調(diào)壓單向閥206的阻隔，浮筒氣室15中的氫氣并不能通過釋氣管209被儲氫合金吸收，從維持浮筒的排水量。海底物品的吊升過程如圖3所示，水下起重裝置303頂部的抓鉤306與海洋平臺 302通過索鏈301連接到固定在海洋平臺302的絞車304上，通過絞車304收緊索鏈301，可簡單不費力地通過水下起重裝置303底部的抓鉤307將4千克海底貨物305吊升到海面。 卸下貨物后，打開截止閥207，在室溫下，浮筒氣室15中的氫氣通過儲氣管208被儲氫合金吸收，活塞4開始向浮筒底部移動。當所有氫氣被吸收后，關(guān)閉截止閥207，使浮筒重回到待工狀態(tài)。蓄電池可選用是鋰離子電池、鎳氫電池，可以重復充電，從而保證水下起重裝置可
重復使用。在進行深海(水深大于500米)操作時，要使用高壓儲氫合金如MrvyCayNihCux (Mm 為富鈰混合稀土，0含y含0. 5 ;0含X含0. 3)。即使到3000的深海，電熱板加熱到80°C， MmNi47Cu0.3, Mmo.5Cao.5Ni4.9Cuo.!, Mm0.8Ca0.2Ni4.8Cu0.2 都能釋放氫氣，推動活塞進行排水，實現(xiàn)浮筒上浮。在上浮過程中海水壓力不斷減小，為了避免浮筒氣室15和外界的過大壓力差造成浮筒外殼12變形而發(fā)生漏氣現(xiàn)象，調(diào)壓單向閥206自動打開，失去單向?qū)üδ?，使一部分氫氣通過釋氣管209進入倉室進行氣室卸壓。當氣室壓力達到調(diào)壓單向閥設(shè)定壓力，調(diào)壓單向閥恢復單向?qū)üδ?，使得氣室壓力維持在調(diào)壓單向閥的設(shè)定壓力，保持排水量以維持浮力。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本實用新型的具體實施例。顯然，本實用新型不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本實用新型公開的內(nèi)容直接導出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認為是本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.利用儲氫合金的水下起重裝置，包括具有圓柱形外殼的浮筒，其特征在于，浮筒內(nèi)設(shè)有活塞，活塞桿穿過浮筒上端面的中心；活塞上方空間為水室，通過浮筒頂部的進出水口與外部相通；活塞下方空間為氣室，浮筒下部設(shè)置裝填有儲氫合金的倉室，倉室通過釋氣管和儲氣管與氣室連通，釋氣管上設(shè)壓力調(diào)節(jié)單向閥，儲氣管上設(shè)截止閥；倉室中設(shè)加熱板，加熱板中內(nèi)置電熱絲并通過導線與蓄電池相連，電熱絲與蓄電池間設(shè)置定時開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下起重裝置，其特征在于，所述浮筒的底部和活塞桿的頂部分別設(shè)置抓鉤。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下起重裝置，其特征在于，所述活塞與浮筒內(nèi)壁間通過密封環(huán)實現(xiàn)活動密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下起重裝置，其特征在于，在浮筒的上端面處設(shè)置行程開關(guān)，行程開關(guān)與所述設(shè)有定時開關(guān)的導線相接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下起重裝置，其特征在于，所述蓄電池置于浮筒內(nèi)的底端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下起重裝置，其特征在于，所述定時開關(guān)通過導線與蓄電池正極和電熱絲相接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下起重裝置，其特征在于，所述倉室是固定于浮筒內(nèi)壁上的兩個隔板之間形成密閉空間，倉室與釋氣管和儲氣管之間設(shè)置過濾片。
專利摘要本實用新型涉及水下作業(yè)浮力起重的裝置，旨在提供一種利用儲氫合金的水下起重裝置。該裝置包括具有圓柱形外殼的浮筒，浮筒內(nèi)設(shè)有活塞，活塞桿穿過浮筒上端面的中心；活塞上方空間為水室，通過浮筒頂部的進出水口與外部相通；活塞下方空間為氣室，浮筒下部設(shè)置裝填有儲氫合金的倉室，倉室通過釋氣管和儲氣管與氣室連通，釋氣管上設(shè)壓力調(diào)節(jié)單向閥，儲氣管上設(shè)截止閥；倉室中設(shè)加熱板，加熱板中內(nèi)置電熱絲并通過導線與蓄電池相連，電熱絲與蓄電池間設(shè)置定時開關(guān)。本實用新型中的儲氫材料可逆吸放氫的特性提供了浮筒下沉和上浮的可能，利用定時開關(guān)可實現(xiàn)定時浮筒上浮。本實用新型在勘測、海底礦石采集搬運等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號B66F19/00GK202022715SQ20102067318
公開日2011年11月2日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者劉賓虹, 李洲鵬 申請人:浙江大學