□ 闫 枫 □ 付 平 □ 熊学军

1.青岛科技大学 机电工程学院 山东青岛 266061

2.自然资源部第一海洋研究所 山东青岛 266061

1 设计背景

深海水压高,要求潜标系统观测仪器的电池舱具有强耐压性和优良的防水密封性。深海潜标系统的观测仪器需要长期水下工作,仅仅依靠观测仪器自身的电源,无法满足长时间工作的要求。为观测仪器设置外接电源,将其封装到电池舱内,作为附加电源,可以延长观测仪器的工作周期。对此,设计了深海潜标系统电池舱。

2 电池舱尺寸

深海潜标系统放置于水下约1 800 m深度的位置,为使电池舱满足深海潜标系统观测仪器的工作要求,设计其在最大水深2 000 m的环境中工作,电池舱的最大工作压力为20 MPa。

考虑电池舱使用过程中存在的不安全因素,电池舱舱体按计算压力进行设计,计算压力取1.5倍最大工作压力[1],即30 MPa。

电池舱筒体采用黄金分割比进行设计[2]。考虑电池组与保温材料等因素,电池舱筒体为圆筒形。设筒体高为h,外径为d,壁厚为δ,为便于电池组容量和设备浮力控制,需要较大的筒体外径和较小的筒体壁厚;但为了抵抗深海高压,筒体外径越小越好,筒体壁厚越大越好。综合两方面因素,电池舱筒体径高比以满足黄金分割比为宜,即d/h为0.618。

根据高能效电池舱筒体特征,按2 000 m水压进行筒体强度计算,确定筒体外壁厚度为10 mm。根据保温材料特性和热穿透过程计算电池组集成尺寸,考虑电池舱内最大容量兼容可能,确定内舱直径d1为156 mm。电池舱筒体外径d等于2δ+d1,为176 mm。……