ПОГРУЖНАЯ АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ Российский патент 2003 года по МПК H01M2/12 H01M10/42 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к аккумуляторным батареям подводных технических средств (ПТС), эксплуатируемым в морской воде при воздействии высокого гидростатического давления.

Известен контейнер для аккумуляторной батареи подводного аппарата по а. с. SU 1635230, МПК Н 01 М 2/02, авторы А.М. Грязнов и др., заявл. Ленинградским кораблестроительным институтом 03.11.88г., который содержит эластичный корпус, имеющий в днище проем, в котором на поддоне, расположенном на плите, надетой, в свою очередь, на монтажную опору, герметично установлены аккумуляторы. На аккумуляторах предусмотрены стравливающие клапаны, а на корпусе - внешний клапан для выпуска газов и кабельные вводы к аккумуляторам. Полость контейнера заполнена диэлектриком и разгружена от воздействия внешнего гидростатического давления за счет эластичности корпуса контейнера.

К недостаткам вышеуказанного устройства относится сложность изготовления корпуса контейнера целиком из эластичной резины при обеспечении надежной герметизации внутреннего объема, а также неудобство монтажа аккумуляторов и токосъемных шин внутри корпуса.

Известна также погружная аккумуляторная батарея (ПАБ), патент RU 2007789, МПК Н 01 М 2/12, автор Захаров Э.М., заявл. 29.04.91г. научно-исследовательским проектно-конструкторским и технологическим аккумуляторным институтом, которая является наиболее близким аналогом заявляемому решению.

ПАБ содержит разъемный корпус с крышкой, в верхней части которой установлен газовыпускной клапан, а снаружи упомянутый корпус при помощи трубы сообщен с эластичным баллоном, служащим для выравнивания внутреннего давления с забортным.

Внутри корпуса, заполненного диэлектриком, установлены аккумуляторы с электролитом, подкрышечное пространство которых заполнено диэлектриком, на каждом из которых установлена вентиляционная пробка (клапан) с фильтром для отделения газа от жидкой фазы, каналом и патрубком, оканчивающимся в подклапанном пространстве и имеющим радиальные сквозные отверстия вблизи от его донышка для отвода газов и продуктов разложения рабочих пластин аккумуляторов при их эксплуатации.

К недостаткам ПАБ следует отнести увеличенные габариты устройства, вследствие наружного размещения устройства выравнивания давления, что требует дополнительных объемов, а также не исключает возможность повреждения его при погрузке ПАБ на ПТС и при эксплуатации.

Кроме того, аккумуляторы и их клеммы расположены в среде диэлектрика, куда попадает их отработанная фракция, продукты разложения рабочих пластин аккумуляторов, которые при оседании на клеммы аккумуляторов замыкают их "накоротко", при этом падает напряжение на клеммах или же аккумуляторы преждевременно разряжаются, что отрицательно сказывается на работе устройства и сокращает его ресурс.

Кроме того, в вентиляционных клапанах аккумуляторов нерационально установлены фильтры - выше радиальных отверстий патрубка, из-за чего при интенсивном газовыделении, так называемом "закипании" аккумуляторов возможен выброс электролита напрямую, обходя фильтры через осевые и радиальные отверстия патрубков, и попадание его в диэлектрик, что снижает его диэлектрические свойства и отрицательно сказывается на работе устройства.

Задача изобретения заключается в уменьшении весогабаритных характеристик устройства, что крайне необходимо в затесненных условиях ПТС, повышении эффективности, надежности и удобства эксплуатации, а также увеличении ресурса работы ПАБ.

Задача решена путем разделения внутренней полости контейнера на две: одну, газонакопительную, предназначенную для сбора газов и отработанной фракции аккумуляторов, образующихся при их эксплуатации, другую, рабочую, предназначенную для размещения аккумуляторов, свободную от газов и отработанной фракции, посредством перфорированной диафрагмы, плотно прижатой к корпусам вентиляционных клапанов аккумуляторов в местах перфорации и к внутренним стенкам контейнера, при этом газонакопительная полость сообщена с полостями аккумуляторов посредством осевых патрубков вентиляционных клапанов, а устройство выравнивания давления выполнено в виде эластичной камеры, сообщенной с окружающей средой, установленной в газонакопительной полости контейнера и прикрепленной к его внутренним стенкам.

Кроме того, диафрагма прижата к корпусам вентиляционных клапанов и к внутренним стенкам контейнера посредством планок и крепежа.

Кроме того, упомянутая эластичная камера образована посредством, по крайней мере, двух эластичных мембран, скрепленных в единый блок, при помощи рамки с накладками и крепежа, при этом контур поперечного сечения эластичной камеры соответствует контуру внутреннего поперечного сечения контейнера.

Кроме того, устройство выравнивания давления закреплено в крышке контейнера посредством уплотненных болтов, размещенных по ее периметру и имеющих сквозные осевые отверстия.

Кроме того, уплотненные болты размещены в весоразгрузочных нишах, выполненных в крышке контейнера, при этом суммарное проходное сечение сквозных осевых отверстий болтов составляет не менее 0,05 от максимального сечения упомянутой эластичной камеры.

Кроме того, газовыпускной узел имеет корпус с выполненным в нем штоком и полостью, сообщенной с газонакопительной полостью контейнера, и крышку, в которой закреплена подпружиненная полая тарелка с седлом, имеющим сквозное осевое отверстие, сообщенное с окружающей средой, при этом между корпусом и крышкой установлена мембрана с перекрытием упомянутой полости корпуса, имеющая центральное отверстие, по периметру которого она поджата к подпружиненной тарелке, расположенной в упомянутом отверстии, а шток соосно расположен в полости тарелки с возможностью перекрытия сквозного осевого отверстия, выполненного в седле, посредством эластичного наконечника.

Кроме того, в вентиляционных клапанах аккумуляторов, между донышками осевых патрубков и радиальными каналами установлены мембраны с возможностью образования полости между корпусом клапана и упомянутой мембраной для накопления газов.

Кроме того, патрубки вентиляционных клапанов аккумуляторов выполнены съемными для удобства заливки диэлектрика в аккумуляторы при первоначальном снаряжении контейнера.

Такое выполнение аккумуляторной батареи с контейнером, внутренняя полость которого разделена диафрагмой на две: одну, в которой собираются газы и продукты разложения пластин аккумуляторов, сообщенную с внутренними полостями аккумуляторов посредством вентиляционных клапанов, другую, в которой размещены аккумуляторы и их электропроводящие элементы, свободную от газов и отработанной фракции аккумуляторов и от их влияния на электропроводящие части аккумуляторов; с устройством выравнивания давления, выполненным в виде эластичной камеры, прикрепленной к стенкам контейнера, сообщенной с окружающей средой и установленной внутри контейнера, в первой из упомянутых полостей, позволило увеличить ресурс и эффективность работы устройства за счет исключения воздействия отработанной фракции, образующейся в процессе эксплуатации аккумуляторов, на их клеммы, что ведет к досрочной разрядке аккумуляторов; сократить массогабаритные характеристики устройства и повысить удобство его эксплуатации за счет размещения устройства выравнивания давления внутри контейнера, закрепления его в крышке контейнера, создать более компактную, защищенную и надежную конструкцию устройства, улучшить эксплуатационные характеристики, удобство подготовки к работе и обеспечить простоту обслуживания устройства за счет выполнения газовыпускного предохранительного клапана с мембраной, реагирующей на давление газов, выходящих наружу, установленной между корпусом клапана и его крышкой, а также за счет выполнения вентиляционных клапанов аккумуляторов с мембранами, установленными между донышками патрубков и радиальными отверстиями, с образованием в каждом клапане полости для накопления газов между его корпусом и мембраной, что позволяет повысить эффективность газоотделения, а также за счет выполнения патрубков вентиляционных клапанов съемными.

Устройство пояснено чертежами, где
на фиг.1 представлен продольный разрез ПАБ;
на фиг.2 - вид А на ПАБ со снятой крышкой с фиг.1;
на фиг.3 - вид Б сбоку на ПАБ с фиг.1;
на фиг. 4 - узел В крепления разделительной диафрагмы и устройства выравнивания давления ПАБ с фиг.1;
на фиг.5 - газовыпускной клапан ПАБ (поз.5) с фиг.1;
на фиг.6 - вентиляционный клапан аккумулятора ПАБ (поз.6) с фиг.1.

ПАБ ПТС содержит контейнер 1 с крышкой 2, устройство 3 выравнивания давления (УВД), разделительную диафрагму 4, газовыпускной клапан 5 и вентиляционные клапаны 6, установленные на каждом аккумуляторе 7. Разделительная диафрагма 4 разделяет полость контейнера на две: одну, газонакопительную полость, в которую поступают и накапливаются в ней газы и отработанная фракция, продукты разложения рабочих пластин аккумуляторов 7, внутренние полости которых сообщаются с газонакопительной полостью посредством вентиляционных клапанов 6, проходящих через упомянутую диафрагму 4, для чего в последней выполнены отверстия (перфорация); другую, рабочую полость, в которой размещены аккумуляторы 7 с электропроводящими элементами, свободную от газов и продуктов распада. Аккумуляторы заполнены электролитом, при этом свободное пространство аккумуляторов 7 над электролитом заполнено диэлектриком. Полость контейнера, расположенная по обе стороны от разделительной диафрагмы 4, заполнена диэлектриком. Аккумуляторы 7 с клеммами 8 закреплены в контейнере 1 планками 9 и распорками 10 (см. фиг.1, 2).

Кроме того, на контейнере 1 предусмотрена сливная пробка 11, а на крышке 2 заливная пробка 12. Аккумуляторы 7 соединены между собой и с герморазъемами 13 перемычками 14, 15, 16. Для заземления контейнера 1 предусмотрена бонка 17, а для слива диэлектрика из рабочей полости - вентиль 18.

Устройство 3 выравнивания давления (см. фиг.1 и 4) установлено в газонакопительной полости контейнера 1 и представляет собой эластичную камеру, образованную рамкой 19, накладками 20 и двумя эластичными мембранами 21, форма которых соответствует форме внутреннего поперечного сечения контейнера 1, скрепленными шпильками 22 и гайками 23 в единый блок. Рамка 19 закреплена в крышке 2 болтами 24, имеющими сквозные отверстия 25, сообщающие полость УВД 3 с окружающей средой (см. фиг.4). Болты 24 утоплены в нишах, выполненных по периметру крышки с целью уменьшения ее веса, и уплотнены герметиком в рамке 19 и крышке 2. Количество болтов 24 должно быть не менее шести по периметру крышки 2 контейнера 1, а суммарное проходное сечение сквозных отверстий 25 составляет не менее 0,05 от максимального сечения упомянутой эластичной камеры устройства 3 выравнивания давления, исходя из условий избежания забиваемости (замасливания) упомянутых отверстий. Разделительная диафрагма 4 закреплена в контейнере 1 планками 26 и болтами 27. Крышка 2 закреплена в контейнере 1 шпильками 28 с гайками 29 и уплотнена прокладкой 30 (см. фиг.4).

Газовыпускной клапан 5 (см. фиг.5), служащий для выпуска газов, образующихся при работе аккумуляторов, в окружающую среду, закреплен на крышке 2 контейнера 1 посредством резьбы, уплотнен прокладкой 31 и состоит из полого корпуса 32 с крышкой 33, сообщенной с окружающей средой, и мембраны 34, выполненной, например, из резины и размещенной между корпусом 32 и крышкой 33, скрепленных болтами 35. При этом мембрана 34 перекрывает полость корпуса 32, разделяя его с крышкой 33.

В центральной части мембрана 34 имеет отверстие, по периметру которого посредством гайки 36 она поджата к широкому торцу тарелки 37, проходящей своей полой узкой цилиндрической частью в упомянутом центральном отверстии мембраны 34 в полость крышки 33. В торце полой узкой цилиндрической части тарелки 37 выполнено седло 38, в котором имеется сквозное осевое отверстие 39, выходящее в окружающую среду. В корпусе 32 выполнен шток 40, вставленный в полую узкую цилиндрическую часть тарелки 37, с эластичным наконечником 41, прижатым к седлу 38, закрывая сквозное осевое отверстие 39. Тарелка 37 своей узкой цилиндрической частью установлена в крышке 33 при помощи пружины 42 и регулировочной гайки 43. Полость корпуса 32, ограниченная мембраной 34 и тарелкой 37, сообщена с газонакопительной полостью контейнера 1 посредством отверстия 44.

Вентиляционный клапан 6 (см. фиг.6) аккумулятора 7, служащий для выпуска газов и отработанной фракции аккумулятора 7 в газонакопительную полость контейнера 1 и для выравнивания давления внутри аккумулятора 7 с давлением в газонакопительной полости контейнера 1, зависящим от давления окружающей среды, содержит корпус 45, закрепленный с помощью резьбы в горловине 46 аккумулятора 7 с одной стороны, и проходящий через отверстие в разделительной диафрагме 4 в газонакопительную полость контейнера 1 с другой стороны, патрубок 47 с донышком, оканчивающийся в подклапанном пространстве аккумулятора, заполненном диэлектриком, ввернутый при помощи резьбы в корпус 45, сообщая подклапанное пространство аккумулятора 7 с газонакопительной полостью контейнера 1, и мембрану 48, выполненную, например, в виде эластичного резинового кольца, закрепленную в нижней части корпуса 45, вблизи от донышка патрубка 47.

Кроме того, на корпусах 45 вентиляционных клапанов 6 закреплена разделительная диафрагма 4 в местах прохода через отверстия, выполненные в ней, упомянутых клапанов 6, посредством гаек 49 (см. фиг.6).

В патрубках 47 выполнен сквозной осевой канал 50, сообщенный с радиальным каналом 51, расположенным над мембраной 48, служащими для отвода газов и отработанных фракций в виде мелкодисперсных взвесей, образующихся в процессе зарядки и эксплуатации аккумуляторов 7, в газонакопительную полость контейнера 1. В вентиляционных клапанах 6, между мембраной 48 и корпусом 45 образована полость 52 для сбора газов, выделяющихся в процессе эксплуатации аккумулятора 7.

Для подготовки к эксплуатации ПАБ производят следующие операции.

Загружают в контейнер 1 (см. фиг.1, 4, 6) заполненные электролитом с установленными вентиляционными клапанами 6 аккумуляторы 7 и закрепляют их планкой 9 и распорками 10. Соединяют аккумуляторы 7 перемычками 14, 15, 16 между собой и с герморазъемами 13. Заполняют свободный объем в аккумуляторах 7 и пространство между ними диэлектриком до уровня разделительной диафрагмы 4. Устанавливают диафрагму 4 в контейнере 1 по периметру посредством планок 26 с болтами 27 и закрепляют ее на корпусах 45 вентиляционных клапанов 6 посредством гаек 49. Затем устанавливают на контейнер 1 крышку 2 с закрепленным в ней УВД 3, прокладкой 30 и закрепляют шпильками 28 с гайками 29 (см. фиг. 1, 4). Затем заполняют оставшийся объем контейнера 1 диэлектриком через горловину в крышке 2 и закрывают пробкой 12 (см. фиг.3).

Подсоединяют потребителя электроэнергии к герморазъемам 13 и заземляют контейнер 1 через бонку 17. ПАБ готова к работе на потребителя.

При эксплуатации ПАБ при воздействии повышенного наружного гидростатического давления во внутреннем объеме контейнера 1 происходят следующие процессы.

Вода окружающей среды поступает в полость между мембранами 21 (см. фиг. 4) устройства 3 выравнивания давления через отверстия 25 в болтах 24.

За счет деформации мембран 21 внутренний объем УВД 3 увеличивается, давление передается диэлектрику и стенкам контейнера и происходит выравнивание давления внутри контейнера 1 с наружным давлением окружающей среды. При снижении давления окружающей среды происходят обратные процессы.

Во время работы устройства газы и жидкость, образующиеся при разрядке каждого аккумулятора 7 и при изменении давления окружающей среды, проходят в вентиляционном клапане 6 через щель между мембраной 48, отгибая ее, и патрубком 47 и накапливаются в полости 52 (см. фиг.6), при этом крупная отработанная фракция задерживается мембраной. Пары газа собираются в полости 52 и, частично конденсируясь, в виде пузырьков перемещаются в газонакопительную полость контейнера 1 через каналы 51 и 50. При этом в газонакопительную полость контейнера 1 выносятся мелкие фракции продуктов эксплуатации аккумуляторов 7, которые оседают на разделительной диафрагме 4 и на УВД 3, не выходя за пределы контейнера 1 и не попадая в окружающую среду. А газы поднимаются к газовыпускному клапану 5 (см. фиг.5), преодолевая усилие пружины 42, воздействуя на мембрану 34, плавно поднимают тарелку 37 с седлом 38, освобождая сквозное осевое отверстие 39, через которое выходят наружу, в окружающую среду.

Таким образом происходит двойное отделение отработанных фракций от выделяющихся газов эксплуатируемых аккумуляторов, в вентиляционных клапанах 6 и в газонакопительной полости контейнера 1, что существенно снижает загрязнение окружающей среды.

Предлагаемая конструкция ПАБ позволяет повысить эксплуатационные характеристики, надежность и ресурс ее работы при минимальных габаритах, массе и простоте обслуживания за счет разделения полости контейнера на две: одну, газонакопительную, предназначенную для сбора газов и отработанной фракции аккумуляторов, сообщенную с ними, другую, рабочую, в которой размещены аккумуляторы, свободную от газов и отработанной фракции аккумуляторов, при помощи перфорированной диафрагмы, размещения при этом устройства выравнивания давления, выполненного в виде эластичной камеры, внутри корпуса контейнера ПАБ, в газонакопительной полости и закрепления его, в частности, в крышке, что удобно при эксплуатации и положительно влияет не только на массогабаритные характеристики, но и исключает отрицательное влияние отработанной фракции аккумуляторов на их клеммы, увеличивая ресурс работы устройства.

Выполнение газовыпускного предохранительного клапана с эластичной мембраной, при воздействии на которую газов клапан выпускает их наружу, установленной между корпусом и крышкой, выполнение вентиляционных клапанов аккумуляторов с мембранами, установленными между донышками патрубков и радиальными отверстиями, с образованием полости для накопления газов, а также выполнение патрубков вентиляционных клапанов съемными положительно сказывается на эксплуатационных характеристиках устройства, повышает надежность и эффективность его работы, уменьшает загрязнение окружающей среды.

Изобретение относится к области электротехники в подводном кораблестроении, а именно к аккумуляторным батареям для подводных транспортных средств (ПАБ). Техническим результатом изобретения является уменьшение весогабаритных характеристик устройства, повышение эффективности, надежности и удобства эксплуатации, а также увеличение ресурса работы ПАБ. Согласно изобретению ПАБ включает контейнер с крышкой и газовыпускным узлом, заполненный диэлектриком, в котором установлены аккумуляторы, с вентиляционными клапанами, фильтрами и осевыми патрубками, заполненные электролитом, и устройство выравнивания давления (УВД). Внутренняя полость контейнера разделена на две: одну, в которой собираются газы и отработанная фракция аккумуляторов, газонакопительную, другую - свободную от газов и упомянутой фракции, рабочую, в которой размещены аккумуляторы, посредством перфорированной диафрагмы, прижатой к корпусам вентиляционных клапанов аккумуляторов в местах перфорации, и к стенкам контейнера, при этом газонакопительная полость сообщена с полостями аккумуляторов посредством вентиляционных клапанов, а УВД выполнено в виде эластичной камеры, сообщенной с окружающей средой, установленной в газонакопительной полости. Это позволило исключить отрицательное влияние отработанных продуктов аккумуляторов на их клеммы, увеличив ресурс работы устройства, улучшить эксплуатационные характеристики устройства, а также сократить его массогабаритные характеристики за счет размещения УВД, выполненного в виде эластичной камеры, внутри контейнера. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Погружная аккумуляторная батарея, включающая контейнер с крышкой и газо-выпускным клапаном, заполненный диэлектриком, в котором установлены аккумуляторы, заполненные электролитом, с вентиляционными клапанами, имеющими осевые патрубки с радиальными каналами и донышками, оканчивающиеся в подклапанном пространстве аккумуляторов, заполненном диэлектриком, и устройство выравнивания давления, отличающаяся тем, что внутренняя полость контейнера разделена на две: одну, газонакопительную, предназначенную для сбора газов и отработанной фракции аккумуляторов, другую, рабочую, предназначенную для размещения аккумуляторов, свободную от газов и упомянутой фракции, посредством перфорированной диафрагмы, отверстия в которой выполнены в местах вывода осевых патрубков вентиляционных клапанов аккумуляторов в газонакопительную полость, при этом упомянутая диафрагма плотно прижата к корпусам вентиляционных клапанов и к стенкам контейнера, а устройство выравнивания давления выполнено в виде эластичной камеры, сообщенной с окружающей средой, установленной в газонакопительной полости контейнера и прикрепленной к его внутренним стенкам.2. Погружная аккумуляторная батарея по п.1, отличающаяся тем, что диафрагма прижата к корпусам вентиляционных клапанов и к внутренним стенкам контейнера посредством планок и крепежа.3. Погружная аккумуляторная батарея по п.1, отличающаяся тем, что эластичная камера образована посредством по крайней мере двух эластичных мембран, скрепленных в единый блок, контур поперечного сечения которого соответствует контуру поперечного сечения контейнера, при помощи рамки с накладками и крепежа.4. Погружная аккумуляторная батарея по п.1, отличающаяся тем, что устройство выравнивания давления закреплено в крышке контейнера посредством уплотненных болтов, размещенных по ее периметру и имеющих сквозные осевые отверстия.5. Погружная аккумуляторная батарея по п.4, отличающаяся тем, что уплотненные болты размещены в весоразгрузочных нишах, выполненных в крышке корпуса, при этом их суммарное проходное сечение сквозных отверстий болтов составляет не менее 0,05 максимального сечения упомянутой эластичной камеры.6. Погружная аккумуляторная батарея по п.1, отличающаяся тем, что газовыпускной клапан имеет корпус с выполненным в нем штоком и полостью, сообщенной с газонакопительной полостью контейнера, и крышку, в которой закреплена подпружиненная полая тарелка с седлом, имеющим сквозное осевое отверстие, сообщенное с окружающей средой, при этом между упомянутыми корпусом и крышкой установлена мембрана с перекрытием упомянутой полости корпуса, имеющая центральное отверстие, по периметру которого она поджата к подпружиненной тарелке, расположенной в упомянутом отверстии, а шток соосно установлен в полости тарелки с возможностью перекрытия сквозного осевого отверстия, выполненного в седле, посредством эластичного наконечника.7. Погружная аккумуляторная батарея по п.1, отличающаяся тем, что в вентиляционных клапанах аккумуляторов между донышками осевых патрубков и радиальными каналами установлены мембраны с возможностью образования полости между корпусом клапана и мембраной.8. Погружная аккумуляторная батарея по п.1, отличающаяся тем, что осевые патрубки в вентиляционных клапанах выполнены съемными.