CN101260872A - 深海水压储能式液压动力源 - Google Patents

Abstract

深海水压储能式液压动力源，其包括承压油缸(14)和非承压油仓，承压油缸(14)底部有与驱动对象的液压系统(9)回油口联接的液压管道(40)，非承压油仓底部有与驱动对象的液压系统(9)压力油口联接的液压管道(6)；承压油缸端的液压管道(40)上通过一条依次串接有油泵(10)和单向阀(7)的分支油路(41)跨接在非承压油仓端的液压管道(6)上；承压油缸(14)容有低压的液压油(32)，非承压油仓内有与外界水压力保持一致的液压油(31)。本发明利用深海海水的压力储能，可以使深海机电设备上的液压系统在短时间获得较大功率的液压动力，特别适用于在深海作业、只有较小功率供电电源但需短时输出较大液压功率、间歇性工作的液压系统。结构简单，工作可靠。

Description

深海水压储能式液压动力源

技术领域

本发明涉及一种用于各种水下取样设备、水下拖体设备、水下工作站、水下工程设备的液压动力源，尤其是涉及一种应用于深海机电设备的液压动力源。

背景技术

许多深海机电设备上都采用液压传动，其液压系统驱动电机大多需从海面支持母船通过脐带缆供电，但一般情况下，母船通过脐带缆向水下设备供电的能力有限，特别当水下设备工作水位较深(数千米)时，通过脐带缆供电的能力更弱，一般只有数百瓦，最大不超过几千瓦。如果该深海机电设备的液压系统采用普通液压动力源设计方案，则其最大液压输出功率也不会超过脐带缆所能提供的最大供电功率。

以现有深海底沉积物取样装备——深海电视抓斗的工作状况为例，工作时，先通过数千米长的铠装通讯电缆和绞车设备将其从海洋科学考察船上下放至海底，再通过其携带的深海摄像头对海底摄像，船上操作人员通过上传的实时海底图像寻找到需要抓取的海底沉积物目标，然后启动其液压系统，通过机电设备上的液压油缸驱动的开合式抓斗抓取海底沉积物。一般深海电视抓斗正常工作所需要的液压功率为3~5千瓦，而大多数情况下，海洋科学考察船配备的铠装通讯电缆一般只能作通讯用，其所能传输的电力只有几百瓦至1千瓦。

如上所述，在深海电视抓斗在抓取海底样品的瞬间、深海生物或沉积物取样器在取得样品的瞬间，其液压执行机构必须快速有力地动作，往往要求在短时间内有能力输出较大的液压功率，而该功率有可能超过脐带缆所能提供的最大电功率。在目前的技术条件下，遇到这种情况只能转而采用水下电池供电技术，如深海电视抓斗一般只能采用机载水下电池供电，利用铠装通讯电缆进行视频通讯，而目前可在深海使用的水下电池可靠性并不高，且充电和维修等有诸多不便。若降低系统性能指标要求，必然使得深海机电设备无法达到理想的工作状态。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明提供一种深海机电设备用水压储能式液压动力源，在深海环境无法得到大功率供电电源的情况下，利用深海海水的压力储能，以使深海机电设备上的液压系统可以短时间获得较大功率的液压动力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：其包括承压油缸和非承压油仓，承压油缸底部有与驱动对象的液压系统回油口联接的液压管道，非承压油仓底部有与驱动对象的液压系统压力油口联接的液压管道；承压油缸端的液压管道上通过一条依次串接有油泵和单向阀的分支油路跨接在非承压油仓端的液压管道上；承压油缸容有低压的液压油，非承压油仓内有与外界水压力保持一致的液压油。

本发明装置的工作原理是：

当本发明及其驱动的深海机电设备到达海下一定深度时，由于外部海水的压力传递作用，非承压油仓内部的液压油将具有与外部海水基本相等的压力；而承压油缸内部由于与外部海水不连通，其中的液压油将具有与其空腔内真空或气体压力相等的低压，非承压油仓内部的液压油与承压油缸内部的液压油之间将存在压力差，且水深越深，这种压力差越大，水深达到一定深度后，这种压力差将可驱动液压系统正常工作。如果液压管道和液压系统按大功率标准设计，则当非承压油仓内的液压油流向承压油缸内时，液压系统可在一定时间内输出大的液压功率，这段时间的长短取决于非承压油仓和承压油缸的储油容量以及输出的功率值，而可输出的最大液压功率仅取决于系统和管路的设计功率标准。

当电机带动油泵工作时，如果液压系统不工作或其工作时的功率消耗小于油泵的输出功率时，承压油缸中的液压油将被全部或部分送入非承压油仓中，进入非承压油仓的液压油由于具有与外部海水基本相等的高压力，因而具有液压能量。从承压油缸(低压)向非承压油仓(高压)泵送液压油的过程相当于储备能量，以供液压系统需要短时大功率输出时使用。当液压系统仅需以较小的功率工作时，又可以由电机和油泵直接带动液压系统工作。

本发明液压动力源解决了在深海环境下无大功率供电电源时，使深海机电设备上的液压系统短时间获得较大功率的液压动力，在很大程度上提高了设备的使用效率和可靠性这一技术难题。系统结构简单，工作可靠，容易实现。可应用于各种水下取样设备、水下拖体设备、水下工作站、水下工程设备等，特别适用于在深海作业、只有较小功率供电电源但需短时输出较大液压功率、间歇性工作的深海机电设备液压系统。

附图说明

图1、本发明实施例1(采用非承压油缸)结构示意图；

图2、本发明实施例2(采用软橡胶油囊)结构示意图；

图3、采用本发明的深海电视抓斗示意图。

具体实施方式

下面接合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

参照图1，本实施例包括承压油缸14和非承压油缸1，承压油缸14容有低压的液压油32，非承压油缸1内由带密封圈16的活塞2分隔为液压油腔和海水腔，其中海水腔设有开口，可将外部海水引入海水腔内，并通过活塞2将海水压力传递给液压油腔内的液压油31，使之与外界压力基本一致。如果需要为液压油腔内的液压油31提供一定的预压力，则可在海水腔内设置弹簧13。

承压油缸14内部由带密封圈17的活塞12分隔为液压油腔和空腔，其空腔内有低压气体15或安装弹簧13。如果该承压油缸工作时能够稳定垂直放置，则其内部带密封圈17的活塞12也可以不设置，此时不分液压油腔和空腔，但须保证工作时油缸14底部

连通的液压管道40的

入口始终低于油缸内液压油32油面的高度。

非承压油缸1的底部通过液压管道6与作为驱动对象的液压系统9的压力油口(P口)联接，承压油缸14的底部通过液压管道40与液压系统9内的回油口(T口)联接，液压管道40又通过一条分支油路41跨接液压管道6，该分支油路41依次串接着油泵10和单向阀7，油泵10由电机11带动。

上述两油缸内均可设置、也可择其一容积较小的油缸设置油量检测器4，以确定液压油腔内的储油量，进而确定电机11、油泵10组合的启停时间。

上述电机11为可在深海环境下使用的较小功率的电机，油泵10为可在深海环境下使用的高压小流量液压油泵。深海机电设备的液压系统9为本发明液压动力源的驱动对象，其所有接头和接口需对内对外双向密封。

实施例2

参照图2，本实施例是将实施例1的非承压油缸1用软橡胶油囊18代替。

非承压油缸1或软橡胶油囊18可以多个并联使用，承压油缸也可以多个并联使用。本发明装置内的所有接头和接口需对内对外双向密封，可在所有连接处设置双向密封圈等密封件。

非承压油缸1或软橡胶油囊18的底部连接的液压管道6上可安装一个截止阀5，当本发明及其驱动的深海机电设备在陆地试验运行或在较浅水深试验运行时，非承压油缸或软橡胶油囊内液压油31的压力不够，这时可以关闭截止阀5，利用电机油泵组直接驱动工作设备的液压油缸工作，虽然液压驱动功率很小液压油缸动作速度较慢，但仍然能够完成动作。

在分支油路41上还设置一个与油泵10并联的旁路单向阀8，如果承压油缸14的空腔内有低压气体15或安放了弹簧13，则当本发明及驱动的深海机电设备从深海由底向上返回过程中，由于非承压油缸1或软橡胶油囊18内液压油31的压力逐渐回复到大气压力，而承压油缸14空腔内弹簧13或气体15提供的压力大于一个大气压以上时，承压油缸14内的液压油32会自动通过单向阀8返回非承压油缸1或软橡胶油囊18，而不需要启动电机油泵10来抽送。

应用实例：

参照图3，深海电视抓斗最多可从铠装电缆获取约一千瓦电力，其中一部分需要供摄像和控制系统使用，可分配给液压系统电机的功率小于700瓦，因此，为深海电视抓斗液压系统配备一台500瓦电机，在深海电视抓斗下放至海底及寻找抓取目标的过程中，启动电机11，通过电机11驱动高压小流量油泵10将承压油缸14中的液压油32全部抽送至软橡胶油囊18中，根据油

量检测器4信号决定何时停止电机11。通常，当水深≥200米时，软橡胶油囊18中的液压油31就具备了较大的压力，因而储存了一定的液压能量。在深海电视抓斗找到抓取目标需要抓取时，通过控制信号将电磁液压换向阀20推向左位，软橡胶油囊18中的液压油31经减压阀19减至合适压力后经电磁换向阀20流入两只液压油缸21的无杆腔，推动抓斗斗体22合拢，抓取目标物；两只液压油缸21的有杆腔中的液压油通过电磁换向阀20向承压油缸14回油。如果发现未成功抓取目标物，则可操作液压换向阀20使斗体22重新张开，通常抓取的过程需要重复数次才能成功。在斗体22张开重新寻找抓取目标物的过程中，又可以启动电机11将回到承压油缸14中的液压油32重新抽送回软橡胶油囊18，储备液压能，以便进行下一次抓取动作。

本发明与其驱动的深海电视抓斗的液压系统保持协调设计，在液压油缸21驱动斗体22合拢和张开过程中，可以让软橡胶油囊18中液压油31所储存的液压能量在很短的时间内释放，从而在短时间内获得很大的液压功率输出，完成抓取或张开动作；另一方面，通过启动电机11抽送液压油32以储存液压能量的过程相对较长，所需要功率也很小，完全可以通过铠装通讯电缆供电解决。

Claims (10)

1、一种深海水压储能式液压动力源，其特征在于：它包括承压油缸(14)和非承压油仓，承压油缸(14)底部有与驱动对象的液压系统(9)的回油口联接的液压管道(40)，非承压油仓底部有与驱动对象的液压系统(9)的压力油口联接的液压管道(6)；承压油缸端的液压管道(40)上通过一条依次串接有油泵(10)和单向阀(7)的分支油路(41)跨接在非承压油仓端的液压管道(6)上；承压油缸(14)容有低压的液压油(32)，非承压油仓内有与外界水压力保持一致的液压油(31)。

2、根据权利要求1所述的深海水压储能式液压动力源，其特征在于：所述非承压油仓为非承压油缸(1)，其内部由带密封圈(16)的活塞(2)分隔为液压油腔和与外界连通的海水腔，所述液压油腔通过液压管道(6)与其他部件联接，所述海水腔内设置有弹簧。

3、根据权利要求1所述的深海水压储能式液压动力源，其特征在于：所述非承压油仓为容有液压油的软橡胶油囊(18)。

4、根据权利要求1或2或3所述的深海水压储能式液压动力源，其特征在于：所述承压油缸(14)内部由带密封圈(17)的活塞(12)分隔为液压油腔和空腔，其中液压油腔通过液压管道(40)与其他部件联接。

5、根据权利要求4所述的深海水压储能式液压动力源，其特征在于：所述承压油缸(14)的空腔内为真空或存在较低压力的气体，或设置弹簧(13)。

6、根据权利要求2所述的深海水压储能式液压动力源，其特征在于：在所述承压油缸(14)和非承压油缸(1)中至少在一个容量较小的油缸内安装有油量检测器(4)。

7、根据权利要求1所述的深海水压储能式液压动力源，其特征在于：连通所述非承压油仓底部的液压管道(6)上安装有截止阀(5)。

8、根据权利要求2或3所述的深海水压储能式液压动力源，其特征在于：连通所述非承压油缸(1)或软橡胶油囊(18)底部的液压管道(6)上安装有截止阀(5)。

9、根据权利要求1或2或3所述的深海水压储能式液压动力源，其特征在于：在所述分支油路(41)上有单向阀(8)与油泵(10)并联。

10、根据权利要求1或2或3所述的深海水压储能式液压动力源，其特征在于：其所有接头和接口均设有对内对外的双向密封装置。

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