CN102862665A - 用于水下充油系统的压力均衡保持器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于水下充油系统的压力均衡保持器，包括：海水压力感知传递单元和油压快速自动补偿单元；所述的海水压力感知传递单元包括：同轴设置的上壳体、下壳体、弹簧、滚动膜片、活塞、活塞连杆和油压控制杆；所述的上壳体和和下壳体之间固定连接，所述的下壳体开设有通孔，所述的滚动膜片通过弹簧和固定板安装在上壳体和下壳体之间，所述的活塞设置在滚动膜的上方，所述的活塞杆与油压控制杆锁紧连接；所述的下壳体的上端密封固定于油压快速自动补偿单元上；所述的油压快速自动补偿单元包括：充油阀，该充油阀用于通过油压控制杆的移动实现充油油路的开启和关闭。它对充油系统自动补偿，并通过多层水密结构设计来保证设备的可靠性。

Description

用于水下充油系统的压力均衡保持器

技术领域

本发明涉及水下声纳电子设备的技术领域，特别涉及一种用于水下充油系统的压力均衡保持器，尤其适用于大深度水下声纳电子设备充油系统，实现与海水压力保持均衡。

背景技术

大深度水下声纳电子设备装载在水下拖曳平台中，水下设备由拖曳母船通过充油拖曳缆拖动航行。为了提高声纳设备的耐压能力，水下拖曳平台中的声纳基阵是充油的，拖曳缆及互联电缆均是充油的，使整个水下声纳电子系统保持与海水压力均衡，这种实现压力均衡的设备称为压力平衡保持器，压力均衡保持器的作用是保证充油设备的内部油压略高于环境海水压力，并在充油设备内部出现泄漏时能够迅速进行压力补偿。

目前，已经有了若干用于水下设备的压力平衡保持器，这类补偿器由外壳、隔膜、弹簧等组成，它的基本原理是通过膜片感应海水环境压力，通过活塞将海水环境压力传递到整个充油系统中。

但这种压力保持器存在一些问题，比如有的压力补偿器是为水下液压执行机构压力补偿设计的，必须保证高精度的压力补偿，压力感应及补偿装置过于复杂；而通常用于水下潜器的压力保持器，当因泄漏缺油时，由于不能在工作过程中进行补油，需要上浮至水面进行补油。而对于大深度水下拖曳设备，拖曳平台由水下上浮到海面需要的时间较长，环境中的海水会进入水下声纳电子设备中，由于隔膜是橡胶添加纤维织物复合加工而成，会出现老化，出现泄漏，一旦出现泄漏，海水侵入充油系统，会造成水下声纳电子设备的损坏。

因此，需要设计一种简易的压力保持设备，可以对大深度水下拖曳设备的充油系统自动补偿，同时保证设备的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于，为了提高声纳设备耐压性能，使得整个水下充油系统与海水压力的均衡，从而提供用于水下充油系统的压力均衡保持器，这是一种充油系统的海水环境压力均衡保持装置。

尤其对于水下充油设备，油压要保持略微高于海水环境压力，又能够快速自动补偿由于泄漏产生的压力下降，对于静压充油设备，通常是不容许油体的泄漏，发生泄漏需要将设备上浮进行检查，但对于大深度拖曳的声纳系统，从水下上浮到水面需要几十分钟的时间，要求在这段时间内，油压能够自动补偿。同时，为了提高压力保持设备的可靠性，需要进行可靠性水密设计。

为了达到上述目的，本发明的技术方案提出一种用于水下充油系统的压力均衡保持器，其特征在于，它包括：海水压力感知传递单元和油压快速自动补偿单元；

所述的海水压力感知传递单元包括：同轴设置的上壳体12、下壳体15、弹簧14、滚动膜片13、活塞10、活塞连杆9和油压控制杆5；

所述的上壳体12和和下壳体15之间固定连接，所述的下壳体15开设有通孔，所述的滚动膜片13通过弹簧14和固定板安装在上壳体12和下壳体15之间，所述的活塞10设置在滚动膜13的上方，所述的活塞杆9与油压控制杆5锁紧连接；所述的下壳体15的上端密封固定于油压快速自动补偿单元上；

所述的油压快速自动补偿单元包括：充油阀，该充油阀用于通过油压控制杆5的移动实现充油油路的开启和关闭。

作为上述技术方案的一种改进，所述的充油阀包括：充油阀阀芯2和复位弹簧3，所述的充油阀阀芯2通过复位弹簧3压接在油压控制杆5的凸轮曲面上。

作为上述技术方案的又一种改进，所述的上壳体12和下壳体15通过法兰18固定连接。

作为上述技术方案的再一种改进，所述的滚动膜13采用纤维织物复合加工而成，呈圆筒形，该滚动膜13开口端的环形密封垫压装在上壳体12和下壳体15之间的法兰18中。作为优选，所述的纤维织物为橡胶。

作为上述技术方案的还一种改进，所述的活塞10和上壳体12之间设有密封圈11。

作为上述技术方案的另一种改进，所述的下壳体15的上端通过紧固螺栓7固定于油压快速自动补偿单元上，且设置有油密环6。

作为上述技术方案的另一种改进，所述的弹簧14通过穿设固定于下壳体15的通孔内的弹簧导杆19垂直设置，该弹簧导杆19上设有进水孔20，用于下壳体容腔和海水的连通。

本发明设计的内外压均衡保持器的组成包括：海水压力感知和传递单元、油压快速自动补偿单元。两个单元的组成包括：

海水压力感知传递单元：由壳体、滚动膜片、固定板、弹簧、活塞、控制杆组成。壳体分为上壳体和下壳体，上下壳体通过法兰连接，下壳体上设有与环境海水相连的通孔，使下壳体内充满海水，在下壳体内，安装滚动膜，滚动膜为圆筒形，安装在上下壳体之间，滚动膜开口端的环形密封垫压装在法兰上，滚动膜将前套筒与后套筒构成的内部空间分隔为上腔及下腔，用固定板、弹簧固定；活塞装在上壳体上，活塞设置在上腔中与滚动膜保持一定距离，活塞杆与油压控制杆滑动连接。压簧设置在外腔中并抵在滚动膜与下腔体底部之间，滚动膜与活塞之间形成空腔，提高水密性能。

油压快速自动补偿单元：包括充油阀阀芯、复位弹簧组成的充油阀，充油阀阀芯通过复位弹簧向右压在控制杆左侧面的凸轮曲面上。

本发明的优点在于，针对水下声纳设备内外压均衡的要求，采用了一种简易的海水压力感知装置，既能保证内压略高于环境海水压力，防止泄露发生时海水侵入，又不会使水下压力保持器结构过于复杂，导致可靠性的降低。通过油压快速补偿单元，完成了对充油系统泄露导致的油压下降补偿。本发明主要用于大深度水下拖曳声纳系统的充油设备的内外压力均衡，并能补偿由于泄漏产生的油压下降，对声纳设备进行有效保护。该液压补偿器，可安装在充满液压油的水下设备内部，满足水下设备重量轻、体积小、小型化、集成化要求，同时降低水下设备的制造成本。

附图说明

图1是本发明用于水下充油系统的压力均衡保持器的结构示意图。

附图标识

1、进油口        2、充油阀阀芯         3、复位弹簧

4、油封          5、油压控制杆         6、油封环

7、紧固螺栓      8、阀门滑动腔         9、活塞连杆

10、活塞         11、密封圈            12、上壳体

13、滚动膜片     14、弹簧              15、下壳体

16、螺栓         17、充油空腔          18、法兰

19、弹簧导杆     20、进水孔

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图对本发明的实施步骤做进一步的描述。

如图1所示，本发明设计的内外压均衡保持器的组成包括：海水压力感知和传递单元、油压快速自动补偿单元。两个单元的组成包括：

1)海水压力感知传递单元：由下壳体15、滚动膜片13、固定板、弹簧14、活塞10、活塞连杆9、控制杆5组成。在下壳体内，滚动膜片13的外圈固定在下壳体法兰18的凹槽中，用固定板、弹簧14固定，活塞10装在上壳体12上，活塞杆9与油压控制杆5锁紧连接。

2)油压快速自动补偿单元：包括充油阀阀芯2、复位弹簧3、油封4组成的充油阀，充油阀阀芯2通过复位弹簧3向右压在油压控制杆5左侧面的凸轮曲面上。

本发明设计的内外压均衡保持器的工作原理如下：

1)海水压力感知传递单元

滚动膜片13是橡胶等纤维织物复合加工而成，既是密封元件又是液体压力传递的感知弹性元件。滚动膜片具有线性特性，即沿轴向变形时，驱动膜片的轴向移动的力是常数，这一特性可以保证对海水环境压力的正确感知。同时滚动膜片在工作过程中处于滚动状态，摩擦阻力小，膜片移动只需很小的力，行程大，密封可靠。

弹簧14的作用是预加一个微小压力到内部油体中，保证声纳充油体的压力略高于海水环境的压力，以防止海水侵入声纳电子系统。弹簧导杆19为弹簧14提供轴向移动导向，防止弹簧的横向摇摆，而弹簧导杆19内的进水孔20，可以保证海水通过该进水孔顺畅进入下壳体容腔内。

对海水环境压力感知单元进行了三层密封设计。

第一道密封式滚动膜片13。滚动膜片13把海水与充油体隔离开。

第二道密封式密闭容腔。上壳体12和下壳体15通过法兰18用螺栓16固定在一起，在密封活塞10与滚动膜片13之间自然形成了一个密闭容腔17，它具有特殊的用途，该容腔中的液压油几乎处于静止的状态，内部压力与与滚动膜片上部的压力是相同的，一旦出现滚动膜片13失效，海水进入该密闭容腔，由于油比海水轻而总是浮于海水之上，海水在此密闭的容腔中不可能超出油隔离层而接触活塞，除非此密闭容腔中的油液全部泄漏完毕，而从理论上讲，密闭容腔中的油是不会完全泄漏出去的。同时，该密闭容腔又具有静压传递的作用，把海水的环境压力与弹簧14的预加压力传递给活塞组件。

第三道密封式活塞密封。活塞10与上壳体12之间用耐油橡胶密封“O”型圈进行油液密封结构，可以分隔上下容腔中的油体，不会使海水压力感知组件失效后海水侵入到上容腔。

活塞杆9和油压控制杆5为锁紧连接。充油阀向左移动时形成一个阀门滑动腔8。当充油的声纳电子系统出现泄漏时，活塞杆9向上移动推动油压控制杆5，通过控制杆上的凸轮曲面控制充油阀阀芯2向左移动，打开阀口，通过进油口1进行充油。充油后，活塞杆9会带动油压控制杆5一起向下运动，充油阀芯在复位弹簧3的作用下，充油阀阀芯2向右移动，直到充油阀阀芯2运动到进油口1处的阀门滑动空腔8左端时，阀口关闭，完成补油任务。

通过三层水密设计，保持器泄漏的情况几乎可以避免，一旦发生泄漏，使得上油舱的油压降低，导致活塞10带动活塞杆9及油压控制杆5向上运动，打开阀口进行充油，由于上容腔出现泄漏，打开阀口向上容腔充油后，活塞10不会立刻向下运动而关闭阀口，不会导致阀口的快速开关等振动现象。

2)油压快速自动补偿单元

由于水下声纳电子系统在水下工作时，不可避免出现泄漏，导致油压下降，甚至会导致声纳电子系统的实效。内外压均衡压力保持装置是不可或缺的单元。

该单元的基本工作原理是，充油单元的进油口1从系统供油管引出，由于有加压弹簧14的作用，使得供油系统中的油压略高于环境海水压力，保证正常充油。充油阀的开闭与活塞杆9相连的油压控制杆5控制，当海水感知传递单元的上腔的油体泄漏到一定程度时，油压控制杆5上升，由油压控制杆5上的凸轮曲面向左顶开充油阀芯2，充油阀打开，向海水压力感知传递单元的上腔充油。充油过程中，油压控制杆5随活塞组件一起向下移动，直至关闭充油阀。油压控制杆5是一个位置控制机构，由于它的作用，使海水的感知单元的活塞组件位置一直处在一定的范围内，保证水下充油系统的压力始终高于海水环境压力。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种用于水下充油系统的压力均衡保持器，其特征在于，它包括：海水压力感知传递单元和油压快速自动补偿单元；

所述的海水压力感知传递单元包括：同轴设置的上壳体(12)、下壳体(15)、弹簧(14)、滚动膜片(13)、活塞(10)、活塞连杆(9)和油压控制杆(5)；

所述的上壳体(12)和和下壳体(15)之间固定连接，所述的下壳体(15)开设有通孔，所述的滚动膜片(13)通过弹簧(14)和固定板安装在上壳体(12)和下壳体(15)之间，所述的活塞(10)设置在滚动膜(13)的上方，所述的活塞杆(9)与油压控制杆(5)锁紧连接；所述的下壳体(15)的上端密封固定于油压快速自动补偿单元上；

所述的油压快速自动补偿单元包括：充油阀，该充油阀用于通过油压控制杆(5)的移动实现充油油路的开启和关闭。

2.根据权利要求1所述的用于水下充油系统的压力均衡保持器，其特征在于，所述的充油阀包括：充油阀阀芯(2)和复位弹簧(3)，所述的充油阀阀芯(2)通过复位弹簧(3)压接在油压控制杆(5)的凸轮曲面上。

3.根据权利要求1所述的用于水下充油系统的压力均衡保持器，其特征在于，所述的上壳体(12)和下壳体(15)通过法兰(18)固定连接。

4.根据权利要求3所述的用于水下充油系统的压力均衡保持器，其特征在于，所述的滚动膜(13)采用纤维织物复合加工而成，呈圆筒形，该滚动膜(13)开口端的环形密封垫压装在上壳体(12)和下壳体(15)之间的法兰(18)中。

5.根据权利要求4所述的用于水下充油系统的压力均衡保持器，其特征在于，所述的纤维织物为橡胶。

6.根据权利要求1所述的用于水下充油系统的压力均衡保持器，其特征在于，所述的活塞(10)和上壳体(12)之间设有密封圈(11)。

7.根据权利要求1所述的用于水下充油系统的压力均衡保持器，其特征在于，所述的下壳体(15)的上端通过紧固螺栓(7)固定于油压快速自动补偿单元上，且设置有油密环(6)。

8.根据权利要求1所述的用于水下充油系统的压力均衡保持器，其特征在于，所述的弹簧(14)通过穿设固定于下壳体(15)的通孔内的弹簧导杆(19)设置，该弹簧导杆(19)上设有进水孔(20)，用于下壳体容腔和海水的连通。

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