[发明专利]利用储氢合金的水下起重装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下作业浮力起重的装置与方法，更具体地说，本发明涉及一种利用储氢合金的可逆充放氢特性，改变浮筒的排水量，进行水下升吊物体的方法和装置。

背景技术

起重机在陆地上是一种常见的吊升物体的机械。在水中吊升物体通常使用浮筒，依靠浮筒的浮力使水底的物体吊升到水面。

起重机主要包括起升机构、运行机构、变幅机构、回转机构和金属结构等。起升机构是起重机的基本工作机构，大多是由吊挂系统和绞车组成，也有通过液压系统升降重物的。通常依靠电力使缆索产生拉力，或使用电力增加液压系统中的压力，推动活塞产生推力。

储氢合金是一种合金，通常在低温或高压下能吸收氢气，高温或低压下能释放氢气，一种储氢合金，其含氢量与氢压力和温度存在一定的相互关系。它可以在一定的温度和压力条件下，氢分子在合金(或金属)中先分解成单个的原子，而这些氢原子进入合金原子之间的间隙中，并与合金进行化学反应生成金属氢化物，外在表现为大量“吸收”氢气，同时放出大量热量。而当对这些金属氢化物进行加热时，它们又会发生分解反应，氢原子又能结合成氢分子释放出来，而且伴随有明显的吸热效应。

本发明利用储氢合金的可逆充放氢特性，设计发明了一种水下作业浮力起重的方法与装置，实现多次往复于水面和水下的起重装置。

发明内容

 本发明要解决的技术问题是，利用储氢合金通过加热可以释放氢气，冷却可以吸收氢气的特性，调节浮筒的排水量，进而提供一种进行水下升吊物体的方法和装置。

本发明中利用储氢合金的水下起重装置，包括具有圆柱形外壳的浮筒，浮筒内设有活塞，活塞杆穿过浮筒上端面的中心；活塞上方空间为水室，通过浮筒顶部的进出水口与外部相通；活塞下方空间为气室，浮筒下部设至装填有储氢合金的仓室，仓室通过释气管和储气管与气室连通，释气管上设压力调节单向阀，储气管上设截止阀；仓室中设加热板，加热板中内置电热丝并通过导线与蓄电池相连，电热丝与蓄电池间设置定时开关。

本发明中，所述浮筒的底部和活塞杆的顶部分别设置抓钩。

本发明中，仓室中储氢合金的装填量根据气室的容积确定，储氢合金质量与气室容积的比例为1克∶80毫升。

本发明中，所述活塞与浮筒内壁间通过密封环实现活动密封；活塞杆与浮筒顶端的中心通过密封件实现活动密封。

本发明中，在浮筒的上端面处设置行程开关，行程开关与所述设有定时开关的导线相接。

本发明中，所述蓄电池置于浮筒内的底端。

本发明中，所述定时开关通过导线与蓄电池正极和电热丝相接。

本发明中，所述仓室是固定于浮筒内壁上的两个隔板之间形成密闭空间，仓室与释气管和储气管之间设置过滤片。

进一步地，本发明提供了一种基于前述水下起重装置的起重方法，包括：

（1）水下起重装置下沉时，储气管上的截止阀关闭；此时水通过浮筒顶部的进出水口进入水室，气室被压缩，排水量为最小，氢气储存在储氢合金内；

（2）浮筒下沉至水中并以抓钩吊住货物后，定时开关接通蓄电池与电热丝的电路，由加热板传导使仓室中装填的储氢合金温度升高，其中储存的氢气开始释放，由释气管进入气室；在不断产生的氢气推动下，活塞向浮筒顶部移动将水排出，从而获得浮力；

（3）活塞接近浮筒顶部时，开关切断电路；由于储气管上截止阀和释气管上调压单向阀均处于关闭状态，气室中的氢气不能返回仓室内被储氢合金吸收，从而维持住浮筒的排水量；

（4）通过索链吊起水下起重装置卸下货物后，打开截止阀，气室中的氢气通过储气管进入仓室并被储氢合金吸收，活塞开始向浮筒底部移动；当所有氢气被吸收后，关闭截止阀，浮筒重回到待工状态。

当使用环境为水深小于500米时，仓室中装填的储氢合金是MlNi₅，Ml为富镧混合稀土；当使用环境为水深大于500米时，仓室中装填的储氢合金是Mm_1-yCa_yNi_5-xCu_x ，Mm为富铈混合稀土，0≦y≦0.5；0≦x≦0.3。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

氢气比空气更轻，可获得较大的浮力。储氢材料可逆吸放氢的特性，提供了浮筒下沉和上浮的可能。利用定时开关可实现定时浮筒上浮。本发明所具备的这些功能，在海洋科学调查，海底勘测、海底矿石采集搬运等方面具有广阔的应用前景。对于动态海洋环境研究的小尺度、快变过程的观察，区域环境的动态变化对于特殊气候形成、灾害条件产生、污染起因、生物习性变迁以及实时战区警戒与反监测有着极其重要的意义。

附图说明