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1、一种深海热液原位探测设备供能装置的设计12222吴怀超,谭春阳,金波,杨灿军,陈鹰(1.贵州大学机械工程学院,贵州贵阳550003;2.浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,浙江杭州310027)摘要:为了解决深海热液原位探测设备的能量供给问题,设计了一种实用的供能装置。该供能装置采用了一种定制的高能量密度电池,电池组的容量达31.5Ah,最大输出电压为12V。供能装置的耐压壳体采用了压力容器的设计原则进行设计,其最大承受压力达70MPa。放电实验表明该供能装置具有较稳定的放电电压;海试实验表明该供能装置能用于深海高压环境。关键词:深海热液;原位探测;压力容
2、器;供能装置中图分类号:P751文献标识码:A文章编号:1000-3096(2011)02-0082-04深海热液喷口及其周围的独特生命形式,是我较高的自动化和智能化以适应在海底的全自动化工[1]们认识地球内部结构与组成的一个重要窗口,也作,这就在客观上要求深海热液原位探测设备的供[2]是研究地球早期生命起源的天然实验室。自20世能装置的可靠性和安全性要极高,同时,要求供能纪80年代以来,人类通过各种探测方式获得了大量装置的比能量要尽可能大,否则,一旦系统的供电有关深海热液的信息。目前,在深海热液的几种探测出现问题,则整个探测设备便处于“瘫痪”状态。另方式中
3、,原位探测是很多科学家大力推崇的方法,一方面,从成本和环保的角度来考虑,深海热液原一方面是因为用于原位探测的设备不仅能监测热液位探测设备的供能装置应具备可重复使用的特点,区域的空间和瞬间连续变化的信息,真实反映热液这就要求供能装置所用电池应为充电电池。活动演化的动态体系,而且具有操作简便、灵敏度高目前,常用的充电电池有铅酸电池、镍镉电池、[3]和反应速率高等优点;另一方面,将现代数据存储镍氢电池、锂电池。其中,铅酸电池价格低廉,但其和通信技术应用于深海原位探测,能达到在线、实时比能量较低,对环境腐蚀性强;镍镉电池自放电率[4]探测的目的。深海热液原位探测涉及
4、多层面的关键较小,价格相对便宜,但容易产生记忆效应,其比能技术,供能技术是其一。量一般;镍氢电池的很多特性与镍镉电池相同,但目前,大多数深海热液原位探测设备都是采取性能优于镍镉电池,其优点是单体电池容量大、内阻自带电池的方式来供能,然而,目前市场上电池的低、基本没有记忆效应,缺点是自放电率较高;锂电能量密度很难满足深海热液原位探测设备的用电需池是目前比较先进的电池,其单体电池电压高,比求。另一方面,深海热液环境是一种极端的环境,将能量大,且无记忆效应,但其价格昂贵,且存在安全陆地用电池带到此种环境下进行供电还需要解决一隐患。深海热液环境是一个极端的环境,选择
5、充电电些技术问题,如耐压、可靠性和放电稳定性等。本论文池时考虑的重点是安全、可靠、比能量高以及对环从实用的角度出发,设计了一种面向深海热液原位探境的污染小,通过对上述各类充电电池的比较与分测的供能装置,该供能装置的电池容量达31.5Ah,最析,深海热液原位探测设备供能装置的电池选择镍大输出电压为12V。整个供能装置具有结构紧凑、功氢电池较为合适,这是因为镍氢电池的安全系数大,能集中、易于安装、可重复使用的特点,可作为一般深比能量较高,对深海海底环境影响较小。海热液原位探测设备的通用供能装置。1供能装置的电池选择收稿日期:2009-11-02;修回日期:201
6、0-11-12基金项目:国家自然科学基金重点项目(40637037)深海热液原位探测设备往往要借助于载人深潜作者简介:吴怀超(1975-),男,湖北红安人,副教授,博士,主要从事器运送到海底,在海底工作时,这些设备需要具备深海机电装备技术及电液控制技术的研究,电话:0851-4119759,E-mail:magoubs@sina.com82海洋科学/2011年/第35卷/第2期然而,市场上目前出售的镍氢电池的容量远远选用钛合金TC4。不能满足深海热液原位探测设备的用电需求,以使图1所示供能装置的设计压力为70MPa,而压用最广泛的5号(AA型)电池为例,单节
7、电池的容量力范围在10MPa≤P≤100MPa的压力容器属于高[6]仅1000~1300mAh。为此,特定制了一款镍氢可充压容器,因而,图1所示供能装置应按照高压容器电电池Ni-MHC4500mAh。该款电池具有很大的能的设计原则进行耐压设计。高压容器的失效方式一量密度比,每节电池的额定容量为4500mAh,标准般有两种:一种是因强度不足而导致的破坏,另一电压为1.2V,直径为25.2mm,高度为50.0mm,质种是因刚度不足而导致丧失稳定性。所以,高压容器o[7]量大约为80g,使用温度为−20~60C。该款电池以的设计包括强度计算及稳定性校核两方面的内容
8、。450mA的标准充电需16h;以900mA的标准放
