CN106516057A - 一种用于调节全海深潜水器浮力的液压系统 - Google Patents

一种用于调节全海深潜水器浮力的液压系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于调节全海深潜水器浮力的液压系统，包括液压动力源、海水液压动力源、压载水舱及压载水舱控制阀组，由所述液压动力源驱动海水液压动力源工作、并通过压载水舱控制阀组的切换控制压载水舱内部的注水或排水，以实现全海深潜水器浮力的调节；本发明结构简单、使用方便，在本发明中增压缸采用油压驱动，输出为水介质，与传统轴向柱塞式海水泵相比其加工成本低，在同等体积下流量更大、寿命长、可靠性好、容积效率高。本发明潜水器浮力调节工况对泵流量脉动要求极低，其比轴向柱塞泵更加契合潜水器浮力调节工况，通过调整增压缸的增压比，增压缸出口压力可满足全海深的使用要求。

Description

一种用于调节全海深潜水器浮力的液压系统
技术领域
本发明涉及领潜水器域，尤其涉及一种用于调节全海深潜水器浮力的液压系统。
背景技术
潜水器是进行高效勘探、科学考察、开发作业、军事侦测及作战平台的重要装备。潜水器取样后由于重量的增加或释放其他装备后重量的减少，或是由于水介质的特性(压力、温度)而引起的海水密度的变化；随着下潜深度的增加，潜水器耐压结构发生弹性变形而引起排水体积的变化，这些因素均导致重力和浮力的平衡经常被打破。因此，为确保潜水器在一定深度具有相对稳定的作业姿态，需要对其进行浮力调节。
目前潜水器浮力调节方法有油泵式、活塞式、锚链式、汽油式、高压空气式、海水泵式，前述五种均各有限制，使用不便，而对于海水泵式，由于浮力调节的特殊工况，海水泵需要研制，且目前最大应用深度为我国“蛟龙”号的7062米。海水泵除轴向柱塞式外，也有使用海水增压缸。但海水泵组成的典型浮力调节系统存在部分问题，其一是大深度时在海水泵加载瞬间驱动电机电流过高，这导致整个浮力调节系可靠性较低，其二是系统在水下的容积效率较低，并且目前未有能应用于超过7062米深度的潜水器浮力调节系统。
发明内容
本申请人针对上述现有问题，进行了研究改进，提供一种用于调节全海深潜水器浮力的液压系统，其能够克服使用不便、可靠性低、容积效率低等问题，并且工作深度可达到全海深。
本发明所采用的技术方案如下：
一种用于调节全海深潜水器浮力的液压系统，包括液压动力源、海水液压动力源、压载水舱及压载水舱控制阀组，由所述液压动力源驱动海水液压动力源工作、并通过压载水舱控制阀组的切换控制压载水舱内部的注水或排水，以实现全海深潜水器浮力的调节；
其进一步技术方案在于：
所述液压动力源包括密闭油箱、压力补偿器、溢流阀、液压油泵、电机、出口过滤器、第一四通电磁换向阀及第二四通电磁换向阀；所述液压油泵的传动端连接电机，所述液压油泵的入口端连接密闭油箱，所述液压油泵的出口端通过出口过滤器分别与第一四通电磁换向阀的Ⅱ口、第二四通电磁换向阀的Ⅱ口、比例换向阀的Ⅱ口及溢流阀的入口连接；所述密闭油箱还与压力补偿器连接；所述第一四通电磁换向阀的Ⅳ口、第二四通电磁换向阀的Ⅳ口、比例换向阀Ⅳ口以及溢流阀的出口均连接密闭油箱；
所述海水液压动力源包括第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀、增压缸、安全阀及控制模块组成，所述控制模块由互为连接的深度传感器、控制器及比例换向阀组成，所述增压缸的Ⅰ口与比例换向阀的Ⅰ口连接，所述增压缸的Ⅱ口与比例换向阀的Ⅲ口连接，所述增压缸Ⅲ口分别与第一单向阀、第二单向阀并连，所述增压缸的Ⅳ口分别与第三单向阀、第四单向阀并连；所述安全阀的入口分别连接第二单向阀及第四单向阀；所述第二单向阀及第四单向阀还通过顺序阀连接第三液控二位二通换向阀及第二液控二位二通换向阀；
所述压载水舱控制阀组包括带液阻的第一液控二位二通换向阀、第二液控二位二通换向阀、第三液控二位二通换向阀、第四液控二位二通换向阀，顺序阀、第一入口过滤器、第二入口过滤器及手动截止阀；所述第一液控二位二通换向阀的第一液控口、第二液控二位二通换向阀的第一液控口分别与第一四通电磁换向阀的Ⅰ口连接，所述第一液控二位二通换向阀的第二液控口、第二液控二位二通换向阀的第二液控口分别与第一四通电磁换向阀的Ⅲ口连接；所述第三液控二位二通换向阀的第一液控口、第四液控二位二通换向阀的第一液控口分别与第二四通电磁换向阀的Ⅰ口连接，所述第三液控二位二通换向阀的第二液控口、第四液控二位二通换向阀的第二液控口分别与第二四通电磁换向阀的Ⅲ口连接；所述第一入口过滤器分别与第二液控二位二通换向阀、第四液控二位二通换向阀连接，所述第二入口过滤器的一端分别与安全阀的弹簧腔、安全阀的出口及顺序阀的弹簧腔连接，所述第二入口过滤器的另一端通过手动截止阀连接压载水舱，所述压载水舱还与第一液控二位二通换向阀、第三液控二位二通换向阀连接；
所述压载水舱为用于承受全海深海水压力的耐压容器，于所述压载水舱的内部设置有液位计。
所述第一液控二位二通换向阀、第二液控二位二通换向阀、第三液控二位二通换向阀及第四液控二位二通换向阀的第一液控口、第二液控口均采用矿物液压油为工作介质，所述第一液控二位二通换向阀、第二液控二位二通换向阀、第三液控二位二通换向阀及第四液控二位二通换向阀的主流道工作介质为海水。
于所述增压缸的两端缸盖上分别安装活塞接近开关，所述活塞接近开关用于传递开关信号至控制器。
本发明的有益效果如下：
本发明结构简单、使用方便，在本发明中增压缸采用油压驱动，输出为水介质，与传统轴向柱塞式海水泵相比其加工成本低，在同等体积下流量更大、寿命长、可靠性好、容积效率高。本发明潜水器浮力调节工况对泵流量脉动要求极低，其比轴向柱塞泵更加契合潜水器浮力调节工况，通过调整增压缸的增压比，增压缸出口压力可满足全海深的使用要求。在本发明中顺序阀弹簧腔通过入口过滤器接通海水环境，而其他浮力调节系统的顺序阀弹簧腔均接海水泵入口，这增加了整个系统的可靠性，各液控换向阀均带有液阻，改善了换向性能，在本发明中驱动增压缸的油路由比例换向阀控制，在大深度排水时，由控制器调节比例换向阀的阀口开度来控制增压缸活塞的启动速度，使顺序阀入口平稳建压，可减小甚至消除顺序阀开启过程中的入口的压力尖峰，从而降低电机电流峰值，提高了整个系统的可靠性。另外本发明所有液控换向阀孔口带有液阻，其可调节换向阀的换向速度，降低冲击，提高换向阀可靠性。
附图说明
图1为本发明中液压系统的原理图。
图2为本发明的控制示意图。
其中：1、压载水舱；2、液位计；3、手动截止阀；4、第二入口过滤器；5、顺序阀；6、安全阀；7、第一液控二位二通换向阀；8、第三液控二位二通换向阀；9、第二液控二位二通换向阀；10、第四液控二位二通换向阀；11、第二单向阀；12、第四单向阀；13、第一单向阀；14、第三单向阀；15、增压缸；16、第一四通电磁换向阀；17、第一入口过滤器；18、第二四通电磁换向阀；19、比例换向阀；20、出口过滤器；21、电机；22、液压油泵；23、溢流阀；24、压力补偿器；25、密闭油箱；26、深度传感器；27、控制器。
具体实施方式
下面说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，一种用于调节全海深潜水器浮力的液压系统包括液压动力源、海水液压动力源、压载水舱1及压载水舱控制阀组，由液压动力源驱动海水液压动力源工作、并通过压载水舱控制阀组的切换控制压载水舱1内部的注水或排水，以实现全海深潜水器浮力的调节。
如图1所示，上述液压动力源包括密闭油箱25、压力补偿器24、溢流阀23、液压油泵22、电机21、出口过滤器20、第一四通电磁换向阀16及第二四通电磁换向阀18；液压油泵22的传动端连接电机21，液压油泵22的入口端连接密闭油箱25，液压油泵22的出口端通过出口过滤器20分别与第一四通电磁换向阀16的Ⅱ口、第二四通电磁换向阀18的Ⅱ口、比例换向阀19的Ⅱ口及溢流阀23的入口连接；密闭油箱25还与压力补偿器24连接；第一四通电磁换向阀16的Ⅳ口、第二四通电磁换向阀18的Ⅳ口、比例换向阀19的Ⅳ口以及溢流阀23的出口均连接密闭油箱25。
如图1所示，上述海水液压动力源包括第一单向阀11、第二单向阀12、第三单向阀13、第四单向阀14、增压缸15、安全阀6及控制模块组成，控制模块由互为连接的深度传感器26、控制器27及比例换向阀19组成，增压缸15的Ⅰ口与比例换向阀19的Ⅰ口连接，增压缸15的Ⅱ口与比例换向阀19的Ⅲ口连接，增压缸15Ⅲ口分别与第一单向阀11、第二单向阀13并连，增压缸15的Ⅳ口分别与第三单向阀14、第四单向阀12并连；安全阀6的入口分别连接第二单向阀11及第四单向阀12，上述第二单向阀11及第四单向阀12还通过顺序阀5连接第三液控二位二通换向阀8及第二液控二位二通换向阀9。
如图1所示，上述压载水舱控制阀组包括多个带液阻的第一液控二位二通换向阀7、第二液控二位二通换向阀9、第三液控二位二通换向阀8、第四液控二位二通换向阀10，顺序阀5、第一入口过滤器17、第二入口过滤器4及手动截止阀3；第一液控二位二通换向阀7的第一液控口、第二液控二位二通换向阀9的第一液控口分别与第一四通电磁换向阀16的Ⅰ口连接，第一液控二位二通换向阀7的第二液控口、第二液控二位二通换向阀9的第二液控口分别与第一四通电磁换向阀16的Ⅲ口连接；第三液控二位二通换向阀8的第一液控口、第四液控二位二通换向阀10的第一液控口分别与第二四通电磁换向阀18的Ⅰ口连接，第三液控二位二通换向阀8的第二液控口、第四液控二位二通换向阀10的第二液控口分别与第二四通电磁换向阀18的Ⅲ口连接；第一入口过滤器17分别与第二液控二位二通换向阀9、第四液控二位二通换向阀10连接，第二入口过滤器4的一端分路分别与安全阀6的弹簧腔、安全阀6的出口及顺序阀5的弹簧腔连接，第二入口过滤器4的另一端分路通过手动截止阀3连接压载水舱1，压载水舱1还与第一液控二位二通换向阀7、第三液控二位二通换向阀8连接。上述压载水舱1为用于承受全海深海水压力的耐压容器，于压载水舱1的内部设置有液位计2。
上述第一液控二位二通换向阀7、第二液控二位二通换向阀9、第三液控二位二通换向阀8及第四液控二位二通换向阀10的第一液控口、第二液控口均采用矿物液压油为工作介质，第一液控二位二通换向阀7、第二液控二位二通换向阀9、第三液控二位二通换向阀8及第四液控二位二通换向阀10的主流道工作介质为海水。于上述增压缸15的两端缸盖上分别安装活塞接近开关，活塞接近开关用于传递开关信号至控制器27。
本发明的具体工作过程如下：
当潜水器需要增加浮力时，需要将压载水舱1中的海水排出至外界环境，此时启动电机21，在电机21的驱动下，液压油泵22向外输出流量，第一四通电磁换向阀16的右位工作、第二液控二位二通换向阀9及第一液控二位二通换向阀7的右位工作，控制器27根据深度传感器26传回的深度信息以及增压缸15传回的活塞接近开关信号来控制比例换向阀19的阀口按规律开启，从而使顺序阀5的入口建立平稳，当控制器27监测到增压缸15的活塞处于行程末端时，其控制比例换向阀19换向，此时只要比例换向阀19处于任一工作位，系统内部的海水将会排出到海洋环境，以比例换向阀19左位工作为例，海水从压载水舱1内流出，经过第一液控二位二通换向阀7、第三单向阀14后进入增压缸15小活塞右侧容腔，增压缸15小活塞左侧容腔海水依次经第二单向阀11、顺序阀5、第二液控二位二通换向阀9后通过第一入口过滤器17排入海洋环境。
当潜水器需要减小浮力时，需将外界环境中的海水注入至压载水舱1内，此时启动电机21，在电机21的驱动下液压油泵22向外输出流量，第二四通电磁换向阀18右位工作、第三液控二位二通换向阀8右位工作、第四液控二位二通换向阀10右位工作，控制器27不断监测增压缸15中活塞接近开关所发出的接近开关信号，同时控制比例换向阀19的阀芯开启及换向，此时，只要比例换向阀19处于左右任一工作位，系统都将控制外界海水注入压载水舱1内，以比例换向阀19左位工作为例，海水通过第一入口过滤器17、第四液控二位二通换向阀10、第三单向阀14进入增压缸15的小活塞右侧容腔，增压缸15小活塞左侧容腔海水经过第二单向阀11、顺序阀5、第三液控二位二通换向阀8进入压载水舱1内。
在上述注水或排水过程中，顺序阀5起到平衡增压缸15出口压力的作用，顺序阀5的弹簧腔通过第二入口过滤器4连接外接海水，使增压缸15出口压力始终与外界环境压力之差等于其弹簧调定压力，保证了注水过程中不出现系统失控现象。本发明中普通齿轮泵、柱塞泵的出口压力等级均能在全海深工况下驱动增压缸15活塞作往复运动。在本发明的描述中，上述术语“左侧”、“右侧”指示的位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (5)

1.一种用于调节全海深潜水器浮力的液压系统，其特征在于：包括液压动力源、海水液压动力源、压载水舱及压载水舱控制阀组，由所述液压动力源驱动海水液压动力源工作、并通过压载水舱控制阀组的切换控制压载水舱内部的注水或排水，以实现全海深潜水器浮力的调节。
2.如权利要求1所述的一种用于调节全海深潜水器浮力的液压系统，其特征在于：
所述液压动力源包括密闭油箱(25)、压力补偿器(24)、溢流阀(23)、液压油泵(22)、电机(21)、出口过滤器(20)、第一四通电磁换向阀(16)及第二四通电磁换向阀(18)；所述液压油泵(22)的传动端连接电机(21)，所述液压油泵(22)的入口端连接密闭油箱(25)，所述液压油泵(22)的出口端通过出口过滤器(20)分别与第一四通电磁换向阀(16)的Ⅱ口、第二四通电磁换向阀(18)的Ⅱ口、比例换向阀(19)的Ⅱ口及溢流阀(23)的入口连接；所述密闭油箱(25)还与压力补偿器(24)连接；所述第一四通电磁换向阀(16)的Ⅳ口、第二四通电磁换向阀(18)的Ⅳ口、比例换向阀Ⅳ口以及溢流阀(23)的出口均连接密闭油箱(25)；
所述海水液压动力源包括第一单向阀(13)、第二单向阀(11)、第三单向阀(14)、第四单向阀(12)、增压缸(15)、安全阀(6)及控制模块组成，所述控制模块由互为连接的深度传感器(26)、控制器(27)及比例换向阀(19)组成，所述增压缸(15)的Ⅰ口与比例换向阀(19)的Ⅰ口连接，所述增压缸(15)的Ⅱ口与比例换向阀(19)的Ⅲ口连接，所述增压缸(15)Ⅲ口分别与第一单向阀(13)、第二单向阀(11)并连，所述增压缸(15)的Ⅳ口分别与第三单向阀(14)、第四单向阀(12)并连；所述安全阀(6)的入口分别连接第二单向阀(11)及第四单向阀(12)；所述第二单向阀(11)及第四单向阀(12)还通过顺序阀(5)连接第三液控二位二通换向阀(8)及第二液控二位二通换向阀(9)；
所述压载水舱控制阀组包括带液阻的第一液控二位二通换向阀(7)、第二液控二位二通换向阀(9)、第三液控二位二通换向阀(8)、第四液控二位二通换向阀(10)，顺序阀(5)、第一入口过滤器(17)、第二入口过滤器(4)及手动截止阀(3)；所述第一液控二位二通换向阀(7)的第一液控口、第二液控二位二通换向阀(9)的第一液控口分别与第一四通电磁换向阀(16)的Ⅰ口连接，所述第一液控二位二通换向阀(7)的第二液控口、第二液控二位二通换向阀(9)的第二液控口分别与第一四通电磁换向阀(16)的Ⅲ口连接；所述第三液控二位二通换向阀(8)的第一液控口、第四液控二位二通换向阀(10)的第一液控口分别与第二四通电磁换向阀(18)的Ⅰ口连接，所述第三液控二位二通换向阀(8)的第二液控口、第四液控二位二通换向阀(10)的第二液控口分别与第二四通电磁换向阀(18)的Ⅲ口连接；所述第一入口过滤器(17)分别与第二液控二位二通换向阀(9)、第四液控二位二通换向阀(10)连接，所述第二入口过滤器(4)的一端分别与安全阀(6)的弹簧腔、安全阀(6)的出口及顺序阀(5)的弹簧腔连接，所述第二入口过滤器(4)的另一端通过手动截止阀(3)连接压载水舱(1)，所述压载水舱(1)还与第一液控二位二通换向阀(7)、第三液控二位二通换向阀(8)连接。
3.如权利要求2所述的一种用于调节全海深潜水器浮力的液压系统，其特征在于：所述压载水舱(1)为用于承受全海深海水压力的耐压容器，于所述压载水舱(1)的内部设置有液位计(2)。
4.如权利要求2所述的一种用于调节全海深潜水器浮力的液压系统，其特征在于：所述第一液控二位二通换向阀(7)、第二液控二位二通换向阀(9)、第三液控二位二通换向阀(8)及第四液控二位二通换向阀(10)的第一液控口、第二液控口均采用矿物液压油为工作介质，所述第一液控二位二通换向阀(7)、第二液控二位二通换向阀(9)、第三液控二位二通换向阀(8)及第四液控二位二通换向阀(10)的主流道工作介质为海水。
5.如权利要求2所述的一种用于调节全海深潜水器浮力的液压系统，其特征在于：于所述增压缸(15)的两端缸盖上分别安装活塞接近开关，所述活塞接近开关用于传递开关信号至控制器(27)。
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