CN107606277B - 全海深潜器可调压载自流注水阀 - Google Patents

Abstract

本发明属于阀门领域，并具体公开了全海深潜器可调压载自流注水阀，包括阀体、阀套组件和阀芯组件，阀套组件嵌装在阀体内部，包括从上至下依次设置的定位螺堵、压盖、阀套基体和压紧螺堵，定位螺堵和压紧螺堵上分别开设有注水阀出口和入口，阀套基体上端开设有导流缝隙，其内部设有后部陶瓷套及前部陶瓷套；阀芯组件设置在阀套基体中，包括密封压盖和阀芯，密封压盖与阀套基体上端相连，阀芯设置在密封压盖和压紧螺堵之间，后部陶瓷套和阀套基体上开设有与导流缝隙导通的导流孔，阀芯下端还设置有节流阀螺堵，阀芯与后部陶瓷套之间加工有环形减压缝隙。本发明可实现可调压载系统的自流注水，具有稳定性高，寿命长等特点。

Description

全海深潜器可调压载自流注水阀

技术领域

本发明属于阀门领域，更具体地，涉及全海深潜器可调压载自流注水阀，可应用于全海深潜水器可调压载系统的自流注水工况。

背景技术

70％以上的地球表面积为海洋，国际公海约占地球总面积49％，人类的生存与发展越来越依靠对浩瀚的海洋开发，因此各海洋国家争相对海洋进行勘探和开发。由于深海蕴藏着丰富的矿产资源，海洋的开发也开始由浅海走向深海，大深度载人或无人潜水器是海洋开发走向深海的重要载体。

可调压载系统是潜水器的重要组成部分，可调压载系统可在一定范围内调节潜水器的浮力，对潜水器结构总体形变、海水密度浮动以及重量的变化等具有很好的补偿作用。目前，世界各国潜水器的可调压载系统基本都采用了海水驱动技术，即利用高压海水泵将潜水器耐压水舱中的水排出到海洋，或者利用海水泵将海水注入到压载水舱中。然而，压载水舱中介质压力远远低于海洋环境压力，因此，如果在注水过程中仍然使用海水泵作为动力，这势必会造成能量的浪费。

如果在注水过程中，直接利用环境压力将海水注入到压载水舱，这将在一定程度上节省潜水器上的有限能量，从而增加潜水器在水下的作业时间，或减少电池以增加运载能力。但由于在深海环境压力随着深度而增加，环境水经过固定阀口时则流量也随着环境压力和压载舱压力差的增加而增大，浅深度和大深度流量相差达几千倍。流量失控则无法实现潜器浮力的精确调节，因而目前国内外深潜器均采用牺牲效率方法，通过海水泵实现流量的控制。而如果针对潜器浮力调节的特殊工况，发明出一种自流注水阀，其阀口可以补偿海深的变化，实现潜水器在任何深度时，均可通过海洋环境压力实现流量可控的自流注水，这对提高潜器的性能将具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种全海深潜器可调压载自流注水阀，其中结合该注水阀的具体应用场合，相应设计了可适用于全海深潜水器可调压载系统的自流注水工况的注水阀，并通过对其关键组件如阀套组件和阀芯组件的具体结构及其具体设置方式进行研究和设计，相应的可有效解决现有注水阀易出现流量失控的问题，能够实现潜水器的可调压载系统在任何深度海域内进行自流注水，并控制自流注水流量在可控范围内，具有稳定性高，寿命长，易于维修更换等特点。

为实现上述目的，本发明提出了一种全海深潜器可调压载自流注水阀，其包括阀体、阀套组件和阀芯组件，其中：

所述阀套组件嵌装在所述阀体的内部，其包括从上至下依次设置的定位螺堵、压盖、阀套基体和压紧螺堵，所述定位螺堵与所述阀体的上端相连，其上开设有注水阀出口，所述压紧螺堵与所述阀体的下端相连，其上开设有注水阀入口，所述压盖和阀套基体均为中空结构，该阀套基体的上端套装在所述压盖的内部，并且其上端的侧面开设有与注水阀出口导通的导流缝隙，所述阀套基体的内部嵌装有后部陶瓷套和前部陶瓷套；

所述阀芯组件设置在中空结构的阀套基体中，其包括密封压盖和阀芯，该密封压盖与所述阀套基体的上端相连，该阀芯的内部开设有导流通道，其设置在所述密封压盖和所述压紧螺堵之间，所述阀芯的上端套装在所述后部陶瓷套的内部，下端套装在所述前部陶瓷套的内部，，所述后部陶瓷套上端的内部与所述密封压盖下端面以及阀芯的上端面形成与所述导流通道导通的腔室，所述后部陶瓷套和阀套基体上开设有与所述导流缝隙导通的导流孔，所述阀芯的下端还设置有节流阀螺堵，该节流阀螺堵与所述注水阀入口以及导流通道导通，所述阀芯与后部陶瓷套之间具有环形减压缝隙。

作为进一步优选的，所述定位螺堵与压盖之间采用定位螺堵O形圈进行密封，所述阀套基体与密封压盖之间采用密封压盖密封圈进行密封，所述压盖与阀套基体之间采用压盖O形圈进行密封，所述阀芯与后部陶瓷套之间采用阀芯密封圈进行密封，所述阀套基体与压紧螺堵之间采用压紧螺堵O形圈进行密封。

作为进一步优选的，所述后部陶瓷套的下端面与阀芯上的台阶面以及阀套基体内部之间形成一阻尼腔，所述阀芯上开设有阻尼孔，该阻尼孔将所述阻尼腔与导流通道连通。

作为进一步优选的，所述阀芯上套装有弹簧，该弹簧容置在所述阻尼腔中，并且其两端分别与所述后部陶瓷套的下端面以及阀芯上的台阶面贴合，且该弹簧具有初始压缩量。

作为进一步优选的，所述阀芯的外表面喷涂有陶瓷。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明的全海深潜器可调压载自流注水阀可用于全海深潜水器可调压载系统中，其直接利用海洋环境压力给压载水舱进行自流注水，从而节省有限能量，该自流注水阀可以保证可调压载系统在进行自流注水时，注水流量稳定可控。

2.本发明的自流注水阀利用长度可变的环形减压缝隙作为减压结构，可根据注水阀两端压差自动调节环形缝隙配合长度，从而维持节流口两端压差恒定，进而控制注水阀流量在设定范围内，注水阀两端压差越大，环形缝隙配合长度越长，阀口开度对压差变化的灵敏度下降，使得注水阀对深海工况具有较好的适应性，更适用于大压差深海工况。

3.本发明自流注水阀中的阀套与阀芯材料采用陶瓷与陶瓷的配合形式，使得阀口抗海水冲蚀能力及抗磨损能力增强，可有效减小磨损及阀口冲蚀，提高注水阀使用寿命。

4.本发明注水阀的阀芯上加工有阻尼孔，阀芯与阀套之间还设有阻尼腔，阻尼作用可减小全海深工况下阀芯的振动，进一步提高注水阀工作的稳定性。

5.本发明自流注水阀整体采用插装式结构，具有互换性好，易于维修更换的优点，并且自流注水阀可工作的最大压差为118MPa，具有稳定性高，寿命长等特点。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种全海深潜器可调压载自流注水阀的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的一种全海深潜器可调压载自流注水阀正常工作时阀芯位置示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明实施例提供的一种全海深潜器可调压载自流注水阀，其包括阀体2、阀套组件和阀芯组件，其中，阀套组件嵌装在阀体2的内部，其包括从上至下依次设置的定位螺堵1、压盖5、阀套基体17和压紧螺堵13，定位螺堵1与阀体2的上端相连，定位螺堵上开设有注水阀出口26，压紧螺堵13与阀体2的下端相连，压紧螺堵上开设有注水阀入口12，压盖5和阀套基体17均为中空结构，压盖5套装在阀套基体17上端的外部，并且阀套基体17上端的侧面开设有导流缝隙23，该导流缝隙23与注水阀出口26导通，阀套基体17内部镶嵌有后部陶瓷套20和前部陶瓷套15；阀芯组件设置在中空结构的阀套基体17中，其包括密封压盖3和阀芯16，该密封压盖3与阀套基体17的上端相连，该阀芯16的内部开设有导流通道6，阀芯16设置在密封压盖3和压紧螺堵13之间，阀芯16的上端套装在后部陶瓷套20的内部，下端套装在前部陶瓷套15的内部，后部陶瓷套20的上端与密封压盖3下端具有一定间隙，并且后部陶瓷套20上端的内部与密封压盖3下端面以及阀芯16的上端面形成腔室4，该腔室4与导流通道6导通，后部陶瓷套20和阀套基体17上开设有与导流缝隙23导通的导流孔21，阀芯16的下端还设置有节流阀螺堵11，该节流阀螺堵11与注水阀入口12以及导流通道6导通，此外阀芯16与后部陶瓷套20之间具有环形减压缝隙22，环形减压缝隙22的尺寸大小通过阀芯16与后部陶瓷套20之间的配合间隙保证(该环形减压缝隙即为阀芯16与后部陶瓷套20之间的配合间隙)，通过阀芯的上下运动，环形减压缝隙的配合长度可变，环形减压缝隙22用于消耗注水阀进出口的巨大压差，并起到导通腔室4和导流孔21的作用。图2所示为自流注水阀正常工作时阀芯所在位置，此时环形减压缝隙22的配合长度较非工作状态时大。

具体的，如图1所示，定位螺堵1下端面与阀体2内部台阶面贴合，对整体进行轴向定位，压紧螺堵13用于给整体装置进行轴向固定，前部陶瓷套15和后部陶瓷套20均镶嵌在阀套基体17内部，并分别与阀芯16前部圆柱面及后部圆柱面相互配合；节流阀螺堵11通过螺纹与阀芯16下端部的螺纹孔相连，节流阀螺堵11内部设有节流口10，用于导通注水阀入口12和导流通道6，具体的节流口10的进口与注水阀入口导通，节流口10的出口与导流通道6导通。优选的，导流孔21设置有四个，四个导流孔均匀分布在后部陶瓷套及阀套基体上。

进一步的，后部陶瓷套20的下端面与阀芯16上的台阶面以及阀套基体17内部之间形成一阻尼腔7，阀芯16上开设有阻尼孔9，该阻尼孔9将阻尼腔7与导流通道6连通，所述阀芯16的外表面喷涂有陶瓷。当阀芯16运动时，在阻尼孔9的阻尼作用下，海水会在导流通道6与阻尼腔7之间流动，从而对阀芯起到一定稳定作用。

进一步的，阀芯16上套装有弹簧8，该弹簧8容置在阻尼腔7中，并且其两端分别与后部陶瓷套20的下端面以及阀芯16上的台阶面贴合，该弹簧8具有一定的初始压缩量。非工作状态下，阀芯16下端面在弹簧力的作用下与压紧螺堵13上端面保持贴合。

更为具体的，定位螺堵1与压盖5之间采用定位螺堵O形圈25进行密封，阀套基体17与密封压盖3之间采用密封压盖密封圈24进行密封，压盖5与阀套基体17之间采用压盖O形圈18进行密封，阀芯16与后部陶瓷套20之间采用阀芯密封圈19进行密封，阀套基体17与压紧螺堵13之间采用压紧螺堵O形圈14进行密封。如图1所示，各密封圈作用如下：定位螺堵O形圈25用于隔离海水与注水阀出口26介质，密封压盖密封圈24用于隔离注水阀出口26介质与节流口10出口介质，压盖O形圈18用于隔离海水与注水阀出口26介质，阀芯密封圈19用于隔离阻尼腔7介质与注水阀出口26介质，压紧螺堵O形圈14用于隔离海水与注水阀入口12介质。

下面对本发明的全海深潜器可调压载自流注水阀的具体工作过程进行描述和说明。

使用时，注水阀入口12与注水阀出口26分别接入到潜水器可调压载系统中，注水阀入口12与海洋环境相连，注水阀出口26与压载水舱相连。工作过程中，海水从注水阀入口12进入，分别经由节流口10、导流通道6、腔室4、环形减压缝隙22、导流孔21及导流缝隙23，然后经过注水阀出口26流入到压载水舱，注水阀通过维持节流口10两端压差恒定，从而保证通过注水阀流量基本恒定，其具体调节过程如下：当潜水器工作在深海工况时，可调压载系统进行自流注水，海水流经节流口10时，会在节流口10两端产生一定压差，此压差分别作用在阀芯16上下两端面，若工作过程中，潜水器工作深度发生变化，导致注水阀两端压差改变，阀芯16两端压差变化会推动阀芯16运动，改变环形减压缝隙22的配合长度，从而维持节流口10两端压差恒定。具体来说，当注水阀两端压差增大时，通过注水阀流量增大，使得节流口10两端压差增大，从而导致阀芯16下部作用力比阀芯16上部作用力大，阀芯16会向上运动，从而导致环形减压缝隙22配合长度增加，使得节流口10出口压力升高，从而使得节流口10两端压差减小至设定值；当注水阀两端压差减小时，通过注水阀流量减小，使得节流口10两端压差降低，从而导致阀芯16上部作用力比阀芯16下部作用力大，阀芯16会向下运动，从而导致环形减压缝隙22配合长度减小，使得节流口10出口压力降低，从而使得节流口10两端压差升高至设定值，通过保持节流口10两端压差恒定，最终维持注水阀自流注水流量在设定范围内。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.全海深潜器可调压载自流注水阀，其特征在于，包括阀体(2)、阀套组件和阀芯组件，其中：

所述阀套组件嵌装在所述阀体(2)的内部，其包括从上至下依次设置的定位螺堵(1)、压盖(5)、阀套基体(17)和压紧螺堵(13)，所述定位螺堵(1)与所述阀体(2)上端的内部相连，其上开设有注水阀出口(26)，所述压紧螺堵(13)与所述阀体(2)下端的内部相连，其上开设有注水阀入口(12)，所述压盖(5)和阀套基体(17)均为中空结构，该阀套基体(17)的上端套装在所述压盖(5)的内部，并且其上端的侧面开设有与注水阀出口(26)导通的导流缝隙(23)，所述阀套基体(17)的内部嵌装有后部陶瓷套(20)和前部陶瓷套(15)；

所述阀芯组件设置在中空结构的阀套基体(17)中，其包括密封压盖(3)和阀芯(16)，该密封压盖(3)与所述阀套基体(17)的上端相连，该阀芯(16)的内部开设有导流通道(6)，其设置在所述密封压盖(3)和所述压紧螺堵(13)之间，所述阀芯(16)的上端套装在所述后部陶瓷套(20)的内部，下端套装在所述前部陶瓷套(15)的内部，所述后部陶瓷套(20)上端的内部与所述密封压盖(3)下端面以及阀芯(16)的上端面形成与所述导流通道(6)导通的腔室(4)，所述后部陶瓷套(20)和阀套基体(17)上开设有与所述导流缝隙(23)导通的导流孔(21)，所述阀芯(16)的下端还设置有节流阀螺堵(11)，该节流阀螺堵(11)与所述注水阀入口(12)以及导流通道(6)导通，所述阀芯(16)与后部陶瓷套(20)之间具有环形减压缝隙(22)。

2.根据权利要求1所述的全海深潜器可调压载自流注水阀，其特征在于，所述定位螺堵(1)与压盖(5)之间采用定位螺堵O形圈(25)进行密封，所述阀套基体(17)与密封压盖(3)之间采用密封压盖密封圈(24)进行密封，所述压盖(5)与阀套基体(17)之间采用压盖O形圈(18)进行密封，所述阀芯(16)与后部陶瓷套(20)之间采用阀芯密封圈(19)进行密封，所述阀套基体(17)与压紧螺堵(13)之间采用压紧螺堵O形圈(14)进行密封。

3.根据权利要求1或2所述的全海深潜器可调压载自流注水阀，其特征在于，所述后部陶瓷套(20)的下端面与阀芯(16)上的台阶面以及阀套基体(17)内部之间形成一阻尼腔(7)，所述阀芯(16)上开设有阻尼孔(9)，该阻尼孔(9)将所述阻尼腔(7)与导流通道(6)连通。

4.根据权利要求3所述的全海深潜器可调压载自流注水阀，其特征在于，所述阀芯(16)上套装有弹簧(8)，该弹簧(8)容置在所述阻尼腔(7)中，并且其两端分别与所述后部陶瓷套(20)的下端面以及阀芯(16)上的台阶面贴合，且该弹簧(8)具有初始压缩量。

5.根据权利要求1、2或4任一项所述的全海深潜器可调压载自流注水阀，其特征在于，所述阀芯(16)的外表面喷涂有陶瓷。