适应高水压大水流的气囊式快速堵漏装置

技术领域

本发明属于船用堵漏技术领域，尤其涉及一种适应高水压大水流的气囊式快速堵漏装置。

背景技术

船体发生破损是一种常见且可能带来较大危害的船舶损伤形式。发生破损后，若破口较大，所处位置较深，在进行堵漏作业时，会面临高水压大水流的复杂环境，大量海水会快速灌入船体，若不能及时控制进水范围,海水任意流动和增加，将导致船舶倾斜、浮力减少，甚至倾覆或者沉没。

目前，国内外能够适应高水压小水流作业工况的堵漏器材主要有堵漏木塞、堵漏木楔、小尺寸堵漏板、小尺寸堵漏箱、小尺寸气囊式堵漏器等，能够适应低水压大水流的堵漏器材主要有堵漏毯、磁式堵漏垫、大尺寸堵漏板、大尺寸堵漏箱、堵漏伞、快速泡沫堵漏器、堵漏气囊等。堵漏箱、堵漏板和堵漏垫等传统堵漏器材为逆水压堵漏，难以克服高水压大水流。堵漏伞目前虽已形成系列产品，但存在的普遍问题是结构相对复杂，成本较高，且结构自重较大, 操作不方便。气囊式堵漏器是目前应用较多的新型堵漏器材，能够借助水流压力实施顺水压堵漏，因而可适应高水压作业工况，气囊式堵漏器具有结构轻便、对船体破口适应性好、可采用顺水压堵漏等特点，得到了研究人员的重视。但国内现有的气囊式堵漏器尚不能对中型以上破口实施封堵，目前缺乏能够适应高水压大水流、破口适应能力强的气囊式堵漏装置。目前还没有既能适应高水压又能适应大水流作业工况的气囊式堵漏器材，无法解决水深较深的中大型船体破口的应急堵漏问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种适应高水压大水流的气囊式快速堵漏装置，可以针对破口较大，破口所处水深位置较深情况下中大型船体破口的应急堵漏，提高船舶遇险时的应急自救能力。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种适应高水压大水流的气囊式快速堵漏装置，包括堵漏气囊和高压储气钢瓶，其特征是：所述堵漏气囊包括内胆和外胆构成内外双胆双层结构，所述堵漏气囊通过气囊固定法兰与结构杆组件连接，所述气囊固定法兰包括下法兰盘和上法兰盘，所述堵漏气囊固接在下法兰盘和上法兰盘之间，所述下法兰盘与结构杆组件连接，所述结构杆组件包括主结构杆、导气管和法兰连接件，所述主结构杆为中空杆状结构，主结构杆顶部螺接有下法兰盘，主结构杆与导气管连接，所述导气管与外置的高压储气钢瓶连接，所述主结构杆上套装有双向螺纹快速锁紧机构，通过双向螺纹快速锁紧机构的三根支撑杆顶靠船板，实现对气囊堵漏器的支撑固定。

进一步地，所述堵漏气囊整体形状呈葫芦状，所述堵漏气囊内胆采用乳胶材料注塑制成，外胆采用高强度防割材料缝制而成。

进一步地，所述结构杆组件的主结构杆外表面沿其纵向设有若干卡槽，所述卡槽与双向螺纹快速锁紧机构卡接，所述主结构杆螺接有加长杆，所述加长杆为中空杆状结构，加长杆包括有若干根依次逐螺接的加长杆。

进一步地，所述导气管为管状结构，内部设有充放气的气道，导气管顶端设有凸台，凸台上部与盖型螺帽螺接，导气管中部沿其纵向设有若干排气孔，导气管底端设有与高压储气钢瓶连接的接口。

进一步地，所述下法兰盘上端为锥形腔体，锥形腔体角度与堵漏气囊收口角度一致，锥形腔体的顶端通过螺钉与导气管底端固接，所述上法兰盘呈半圆分合式结构，两个半圆环拼接构成整体上法兰盘。

进一步地，所述双向螺纹快速锁紧机构包括支撑机构、快速定位机构和微调锁紧机构，所述支撑机构包括撑杆滑动环和活动撑杆，所述撑杆滑动环为圆环状结构，撑杆滑动环内侧设有限位凹槽，限位凹槽与主结构杆上的长键条配合，外圆设有三个连接耳，所述连接耳上铰接活动撑杆，其底端设有与微调锁紧机构配合的外螺纹，活动撑杆为镂空杆状结构；所述快速定位机构包括棘轮套管、棘轮杆固定环和棘轮杆，棘轮杆固定环通过螺栓与棘轮套管固接，棘轮杆固定环中间设有与棘轮套管上的中心孔同轴的圆孔，圆孔中插接有棘轮杆，棘轮杆上套有弹簧，棘轮套管与微调锁紧机构螺接，所述微调锁紧机构包括锁紧环和锁紧手柄，所述锁紧环两端设有方向相反的内螺纹，撑杆滑动环与棘轮套管上的外螺纹旋向相反，所述锁紧环上端与撑杆滑动环螺接，锁紧环下端与棘轮套管螺接，转动锁紧环实现撑杆滑动环与棘轮套管向相反的行程移动，达到增加锁紧预紧力的作用，所述锁紧环外表面上螺接有锁紧手柄。

进一步地，所述高压储气钢瓶与充气模块和放气模块构成大气量高压气体控制装置，所述充气模块包括调压阀组件、充气阀、单向阀、限压阀和连接管路，所述限压阀和单向阀内置于主结构杆中间的腔体内，所述调压阀组件与高压气瓶螺接，调压阀组件上安装有两个压力表，所述放气模块包括放气压力表、放气阀、连接管路，所述放气气压表和放气阀内置于主结构杆中间的腔体内，并与结构杆组件上的通气孔相连。

有益效果：本发明堵漏装置的采用流线型设计，在其未充气状态时为低阻力杆状作业体，应急处置人员在初始堵漏作业将堵漏装置伸至破口处时，堵漏装置整体与水流接触面积小，在水中作业阻力小，可有效克服中大型破口带来的高水压、大水流冲击；堵漏气囊采用葫芦形双胆设计，可有效提高堵漏的安全裕度和密封效果。堵漏作业时，葫芦形气囊的大头在外侧，小头在内侧，在舷外水压的作用下，气囊与船体破口紧密贴合，实现较好地堵漏效果；堵漏装置可按需增加加长杆的段数，增添更多的人手；采用外置高压气瓶作为气源，更换方便，气量供应不受限，更好地满足大中型破口堵漏作业的大气量需求，通过限压阀来控制最大充气压力，从而控制气囊内部的最大压强，防止气压过大对气囊造成损害，实现对充气系统的调节保护；采用双向螺纹快速定位锁紧设计，可有效提高应急作业下的响应速度，同时对活动撑杆实时紧贴破口船板，保证充足预紧力，与葫芦状气囊配合，防止堵漏装置由于内外压强改变被外拽出船舱，有效应对外界环境因素扰动对堵漏效果的影响。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明在折叠状态下的示意图；

图3是结构杆组件结构示意图；

图4是葫芦状双层气囊结构示意图；

图5是法兰连接件结构示意图；

图6是大气量高压气体控制装置原理图；

图7是双向螺纹快速锁紧机构结构示意图。

图中：1、葫芦状双层气囊，2、结构杆组件，3、大气量高压气体控制装置， 4、双向螺纹快速锁紧机构，5、主结构杆，6、加长杆，7、导气管，8、盖型螺帽，9、法兰连接件，10、上法兰盘，11、下法兰盘，12、高压气瓶，13、调压阀组件，14、充气阀，15、单向阀，16、限压阀，17、放气压力表，18、放气阀，19、支撑机构，20、撑杆滑动环，21、活动撑杆，22、快速定位机构， 23、棘轮套管，24、棘轮杆固定环棘轮杆，25、棘轮杆，26、微调锁紧机构， 27、锁紧环，28、锁紧手柄。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

在本发明的各实施例中，为了便于描述而非限制本发明，本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。"上"、"下"、"下方"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

详见附图，本实施例提供了一种适应高水压大水流的气囊式快速堵漏装置，包括堵漏气囊和高压储气钢瓶，所述堵漏气囊包括内胆和外胆构成内外双胆双层结构，所述堵漏气囊通过气囊固定法兰与结构杆组件连接，所述气囊固定法兰包括下法兰盘和上法兰盘，所述堵漏气囊固接在下法兰盘和上法兰盘之间，所述下法兰盘与结构杆组件连接，所述结构杆组件包括主结构杆、导气管和法兰连接件，所述主结构杆为中空杆状结构，主结构杆顶部螺接有下法兰盘，主结构杆与导气管连接，所述导气管与外置的高压储气钢瓶连接，所述主结构杆上套装有双向螺纹快速锁紧机构，通过双向螺纹快速锁紧机构的三根支撑杆顶靠船板，实现对气囊堵漏器的支撑固定。

本实施例优选方案是，所述堵漏气囊整体形状呈葫芦状，所述堵漏气囊内胆采用乳胶材料注塑制成，外胆采用高强度防割材料缝制而成。

本实施例优选方案是，所述结构杆组件的主结构杆外表面沿其纵向设有若干卡槽，所述卡槽与双向螺纹快速锁紧机构卡接，所述主结构杆螺接有加长杆，所述加长杆为中空杆状结构，加长杆包括有若干根依次逐螺接的加长杆6。

本实施例优选方案是，所述导气管7为管状结构，内部设有充放气的气道，导气管7顶端设有凸台，凸台上部与盖型螺帽8螺接，导气管中部沿其纵向设有若干排气孔，导气管底端设有与高压储气钢瓶连接的接口。

本实施例优选方案是，所述下法兰盘11上端为锥形腔体，锥形腔体角度与堵漏气囊收口角度一致，锥形腔体的顶端通过螺钉与导气管7底端固接，所述上法兰盘呈半圆分合式结构，两个半圆环拼接构成整体上法兰盘。

本实施例优选方案是，所述双向螺纹快速锁紧机构包括支撑机构、快速定位机构和微调锁紧机构，所述支撑机构包括撑杆滑动环和活动撑杆，所述撑杆滑动环为圆环状结构，撑杆滑动环内侧设有限位凹槽，外圆设有三个连接耳，所述连接耳上铰接活动撑杆，其底端设有与微调锁紧机构配合的外螺纹，活动撑杆为镂空杆状结构；所述快速定位机构包括棘轮套管23、棘轮杆固定环24 和棘轮杆25，棘轮杆固定环通过螺栓与棘轮套管固接，棘轮杆固定环中间设有与棘轮套管上的中心孔同轴的圆孔，圆孔中插接有棘轮杆，棘轮杆上套有弹簧，棘轮套管与微调锁紧机构螺接，所述微调锁紧机构包括锁紧环27和锁紧手柄28，所述锁紧环两端设有方向相反的内螺纹，撑杆滑动环与棘轮套管上的外螺纹旋向相反，所述锁紧环上端与撑杆滑动环螺接，锁紧环下端与棘轮套管螺接，转动锁紧环实现撑杆滑动环与棘轮套管向相反的行程移动，达到增加锁紧预紧力的作用，所述锁紧环外表面上螺接有锁紧手柄。

本实施例优选方案是，所述高压储气钢瓶与充气模块和放气模块构成大气量高压气体控制装置，所述充气模块包括调压阀组件、充气阀、单向阀、限压阀和连接管路，所述限压阀和单向阀内置于主结构杆中间的腔体内，所述调压阀组件与高压气瓶螺接，调压阀组件上安装有两个压力表，所述放气模块包括放气压力表、放气阀、连接管路，所述放气气压表和放气阀内置于主结构杆中间的腔体内，并与结构杆组件上的通气孔相连。

下面结合附图对本实施例的结构和功能做详细的说明

如图1-3所示，适应高水压大水流的气囊式快速堵漏装置，包括葫芦状双层气囊1、结构杆组件2、大气量高压气体控制装置3和双向螺纹快速锁紧机构4。所述的葫芦状双层气囊1由内胆1-2和外胆1-1构成，整体形状为葫芦状。所述的结构杆组件2由主结构杆5、加长杆6、导气管7、盖型螺帽8和法兰连接件9组成，主结构杆5外表边设有若干卡槽，套装有双向螺纹快速锁紧机构4，主结构杆5顶部通过法兰连接件9安装有葫芦状双层气囊1、导气管7和盖型螺帽8，主结构杆5尾部通过螺纹与加长杆6连接。所述的大气量高压气体控制装置3包含高压气瓶12、调压阀组件13、充气阀14、单向阀15、限压阀16 和放气压力表17、放气阀18等零部件，可实现对大气量高压气体快速充放气的精确控制。所述的双向螺纹快速锁紧机构4由支撑机构19、快速定位机构 22和微调锁紧机构26组成，可实现堵漏作业时对气囊式快速堵漏装置的快速定位支撑和微调锁紧。

如图2所示，葫芦状双层气囊1在折叠未充气状态下，与结构杆组件贴合，形成一个低阻力杆状作业体。

如图3所示，所述的结构杆组件2由主结构杆5、加长杆6、导气管7、盖型螺帽8和法兰连接件9组成。其中主结构杆5为中空杆状结构，主结构杆5 外表面设有若干卡槽，两端均有用于连接的内螺纹。导气管7通过法兰连接件 9与主结构杆5顶部连接，法兰连接件9分为上法兰盘10和下法兰盘11，下法兰盘11下端通过螺纹连接固接在主结构杆5上，上端为锥形腔体，锥形腔体角度与堵漏气囊收口角度一致，锥形腔体的顶端通过螺钉与导气管7底端固接，上法兰盘11为分合式设计，由两个半圆环拼接而成。导气管7为管状结构，内部有用于充放气的气道，导气管7顶端设有为凸台，凸台上部设有与盖型螺帽8配合的外螺纹，凸台至中心段设有排气孔，底端有与大气量高压气体控制装置连接的接口。盖型螺帽8为流线型设计，与导气管7顶端螺接。加长杆6为中空杆状结构，一端为与主结构杆5底部配合的外螺纹，一端为内螺纹，可依需连接多根加长杆6。

如图4所示，所述的葫芦状双层气囊1内胆由乳胶材料塑造而成，外胆由高强度防割材料缝制而成，本实施例采用专利防割面料

如图5所示，所述的葫芦状双层气囊1套装在结构杆组件2上，底部安装在下法兰盘11和上法兰盘10之间，顶部穿过导气管7的顶端，将导气管7顶端的凸台置于气囊1腔体内部，外部通过盖型螺帽8将气囊1顶部与导气管7 凸台压紧。在葫芦状双层气囊1与结构杆组件2连接贴合处均设计有密封结构，确保气囊整体的气密性。

如图6所示，所述的大气量高压气体控制装置3由充气模块和放气模块组成，所述的充气模块由高压气瓶12、调压阀组件13、充气阀14、单向阀15、限压阀16和连接管路组成，其中高压气瓶12、调压阀组件13、充气阀14外置于结构杆组件2外，限压阀16和单向阀15内置于主结构杆5中间的腔体内，分别用于限制充气最大压力和防止气路反流，调压阀组件13直接与高压气瓶 12上的螺纹接口连接，调压阀组件13上安装有两个压力表，用于指示气瓶12 压力和经过调压阀组件13后的出口压力。所述的放气模块由放气压力表17、放气阀18、连接管路组成，其中放气气压表17内置于主结构杆5中间的腔体内，用于指示堵漏气囊1内的气压压力，主结构杆5上开有窥视窗用于方便读数，放气阀18置于主结构杆5中间的腔体内，与结构杆组件2上的通气孔相连，主结构杆上开有放气阀18操作窗，同时设计有防误触保护盖。大气量高压气体控制装置3中各部件之间通过快速接头和防爆管路连接，其中内置于主结构杆腔体中的元件间采用硬管连接，外置于主结构杆外的元件间采用软管连接。

如图7所示，所述双向螺纹快速锁紧机构4由支撑机构19、快速定位机构 22和微调锁紧机构26组成。支撑机构19主要包含撑杆滑动环20、活动撑杆 21等，撑杆滑动环20为圆环状结构，撑杆滑动环20内侧开有限位凹槽，与主结构杆上的长键条配合，防止撑杆滑动环周向转动，顶端设有三个耳片接头，底端设有与微调锁紧机构26配合的外螺纹，活动撑杆21为镂空杆状结构，与撑杆滑动环20上的耳片接头铰接，铰接处有限位设计，用于限制活动撑杆21 的最大开合度。快速定位机构22主要包含棘轮套管23、棘轮杆固定环24、棘轮杆25，棘轮套管23为管状结构，棘轮套管23内侧开有限位凹槽，顶端设有与微调锁紧机构26配合的外螺纹。棘轮杆固定环24为四分之一圆环，通过螺栓与棘轮套管23连接，中间开孔与棘轮套管23上的开孔中心线重合，两孔组成滑道，棘轮杆25在滑道内实现拔插，棘轮杆25由杆身和杆帽组成，杆身为圆柱形，下端为带有斜平面的齿状结构，杆身上套有弹簧，杆帽与杆身螺接，杆帽为“T”字形结构。微调锁紧机构26由锁紧环27、锁紧手柄28构成，锁紧环27两端设有方向相反的内螺纹，锁紧手柄28通过螺纹连接均布在锁紧环 27外表面上。撑杆滑动环20与棘轮套管23上的外螺纹旋向相反，分别与锁紧环27上两端的内螺纹配合，转动锁紧环27可实现两者向相反的行程移动，达到增加锁紧预紧力的效果。

使用方法阐述如下：

当船舱出现破口需要应急堵漏时，应急处置人员将堵漏装置由船内伸出至船体破口处，此时堵漏装置为如图2所示的折叠未充气状态，此时的堵漏装置为低阻力杆状作业体，与水流接触面积小，在水中作业阻力小，可有效克服中大型破口带来的高水压、大水流冲击。当破口较大时，应急处置人员可增加加长杆6的段数，同时增派更多的人手以克服更大的水压水流。当将气囊1中部伸出至破口处时，应急处置人员打开高压气瓶12、充气阀14，使得气囊1快速膨胀为葫芦状。此时调整气囊1位置，将葫芦状气囊1中间收腰处与破口对齐，然后拉紧堵漏装置，使气囊1利用胀力固定于船体破口上，大头一端在外侧与破口贴紧，小头一端在内侧与破口贴紧，使气囊1相对于破口的位置固定。将破口封堵上之后，关闭高压气瓶1开关和充气阀14，将双向螺纹快速锁紧机构4套接在结构杆组件2上，其内部的导槽与主结构杆5上的导轨配合，并将活动撑杆21与船板紧靠，旋转锁紧手柄28，通过后端的快速定位机构22的支撑，将3根活动撑杆21与船板顶紧，将堵漏器更加可靠的固定于船体上。在作业过程中，可通过观察放气压力表17，判断气囊1内部压强与外界压强的相对关系，根据实际情况对气囊1进行充放气调节，已达到气囊1对破口最优的贴合效果。在面对复杂海况时，波浪的冲击和船侧水流速度的改变会影响气囊 1的受力状态，由于葫芦形气囊1和可监控可调节的进排气设计，使得囊体1 与破口可以保持较好的贴合状态，气囊1不会发生较大位移和变形。

在气囊式堵漏装置安装好后，由于波浪的冲击和船侧的水流速度的改变，根据伯努利原理可知，流速增加，则压强减小，气囊两侧的压差增加，随着压差的增加，活动撑杆21的预紧力发生改变，若不根据具体情况实时调节，气囊会有外拽风险，此时可通过双向螺纹快速锁紧机构4实时调整定位支撑机构 19的预紧力和位置，作业人员根据实际情况，实时微调活动撑杆21的位置，以改变预紧力大小，以达到良好的堵漏效果。

在撤收作业操作时，首先，将双向螺纹快速锁紧机构4按照导轨在结构杆组件2上撤下来；其次打开主结构杆5上的放气阀防误触保护盖，打开放气阀 18，使气囊1放气，待气囊1体积缩小，最后将气囊式堵漏装置撤下。

本发明能够要解决的技术问题的优势是其结构特征的协同作用：1)整体结构采用流线型设计，堵漏装置在折叠未充气状态时为低阻力杆状作业体，应急处置人员在初始堵漏作业将堵漏装置伸至破口处时，堵漏装置整体与水流接触面积小，在水中作业阻力小，可有效克服中大型破口带来的高水压、大水流冲击。2)针对堵漏作业的实际情况，堵漏装置可按需增加加长杆的段数，增添更多的人手，从而更为有效的克服中大型破口带来的高水压、大水流的冲击。 3)堵漏气囊采用葫芦形双胆设计，可有效提高堵漏的安全裕度和密封效果。堵漏作业时，葫芦形气囊的大头在外侧，小头在内侧，在舷外水压的作用下，气囊与船体破口紧密贴合，实现较好地堵漏效果。4)采用外置高压气瓶作为气源，更换方便，气量供应不受限，更好地满足大中型破口堵漏作业的大气量需求，同时具备更好的经济性。5)采用调压控压技术，在充气模块和放气模块上分别设置有压力表，可通过压力表监控进气道与放气道内气体压强，从而判断复合气囊内压强变化状况，便于操作人员控制充放气。6)通过限压阀来控制最大充气压力，从而控制气囊内部的最大压强，防止气压过大对气囊造成损害，实现对充气系统的调节保护。7)双向螺纹快速锁紧机构采用双向螺纹快速定位锁紧设计，一是利用快速定位机构可实现对活动撑杆位置的快速调节，可有效提高应急作业下的响应速度；二是微调锁紧机构采用双向正反螺纹设计，转动锁紧环可使向撑杆滑动环与棘轮套管相反的行程移动，从而对活动撑杆的位置进行微调，使得活动撑杆实时紧贴破口船板，保证充足预紧力，与葫芦状气囊配合，防止堵漏装置由于内外压强改变被外拽出船舱，有效应对外界环境因素扰动对堵漏效果的影响。8)采用模块化设计，便于拆装与维修，重量轻，也便于运输与作业。

上述参照实施例对一种适应高水压大水流的气囊式快速堵漏装置的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。