CN109466729A - 一种浮力调节用波纹囊内油箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浮力调节用波纹囊内油箱，通过利用波纹囊的伸缩来改变内油箱液压油的体积，运行动作可靠。具体包括油箱体、波纹囊、气压检测单元和拉绳位移传感器；排油时，向波纹囊内腔中充设定压力的气体，然后启动执行元件通过排油口向外皮囊中排油，波纹囊在内腔气体压力的作用下跟随液压油一起伸长，在该过程中拉绳位移传感器实时测量波纹囊的移动行程，达到设定行程后关闭执行元件停止排油；回油时，将波纹囊内腔中的气体抽出，使该腔体形成负压，在负压的作用下使波纹囊收缩，将油抽回内油箱。在负压作用下回油困难时，启动执行元件将外皮囊的液压油抽回内油箱。

Description

一种浮力调节用波纹囊内油箱

技术领域

本发明涉及一种浮力调节装置用波纹囊内油箱，属于海洋环境监测与调查技术领域。

背景技术

随着科学技术的不断发展，海洋在人们的经济和生产生活中起到越来越重要的作用。海洋环境监测和调查成为了人们了解和认识海洋的重要手段。伴随着人们对海洋认知的不断深入，海洋环境监测和调查也逐渐向更深更远的大洋发展，必将使人类面对更大的挑战。在此背景下，以成本低廉，长期、连续、高效探测为代表的Argo浮标、深海UUV、水下滑翔机等无人自主航行器发展成为海洋环境监测和调查的一个重要分支。

浮力调节装置为Argo浮标、深海UUV、水下滑翔机等水下探测装备的核心机构，以水下滑翔机为例，为了满足大尺度、长时间、大范围的工作需要，它不配备推进装置，靠浮力调节驱动的方式，并通过调节质心位置来实现上浮下沉和滑翔运动。浮力调节装置是其核心机构，是其能否长期可靠工作的关键因素，而影响浮力调节装置可靠性的一个重要环节即在内油箱。内油箱为浮力调节装置的重要组成部分，浮力调节装置为通过执行元件将内油箱的液压油排进外皮囊，或者将外皮囊的液压油抽回内油箱来改变平台的体积，进而改变平台的浮力，使得平台上浮或下沉。目前，浮力调节用内油箱的结构形式主要有活塞式和折叠囊式。活塞式内油箱对油箱体的加工精度要求高，且活塞与缸体之间利用密封圈密封，易存在运行不畅、泄露、寿命短、不可靠等缺点。折叠囊式内油箱工艺复杂，较难控制，成品率低，且由于囊的折叠运动，易破损，寿命短。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种浮力调节用波纹囊内油箱，利用波纹囊的伸缩来改变内油箱液压油的体积，来提高内油箱运行的可靠性，进而提高浮力调节装置的使用寿命。

所述的浮力调节用波纹囊内油箱包括：油箱体、波纹囊、气压检测单元和拉绳位移传感器；

所述油箱体两端开口处分别密封安装油箱体上端盖和油箱体下端盖；所述波纹囊设置在所述油箱体内部，所述波纹囊的外径与所述油箱体的内径一致；所述波纹囊的开口端与所述油箱体上端盖固接，使所述油箱体上端盖与波纹囊的内腔形成密封腔体；所述油箱体上端盖上设置有与该密封腔体连通的充/排气口以及用于实时检测波纹囊内气体压力的气压检测单元；所述拉绳位移传感器通过拉绳安装板固定在所述油箱体上端盖上，所述拉绳位移传感器的拉绳与波纹囊内底面相连，用于测量所述波纹囊的移动行程；

在所述油箱体下端盖与波纹囊封闭端之间的密封腔体内充有液压油；所述油箱体下端盖上设置有排油口和回油口。

所述波纹囊内油箱排油时，通过所述油箱体上端盖上的充/排气口向波纹囊内腔中充气，充气过程中，所述气压检测单元实时检测波纹囊内的气体压力，当检测波纹囊内的气体压力达到设定值后停止充气；然后启动外部执行元件通过排油口向通过管路与排油口相连的外皮囊中排油；所述波纹囊在内腔气体压力的作用下向所述油箱体下端盖所在端移动；所述波纹囊移动过程中，所述气压检测单元实时检测波纹囊内的气体压力，当波纹囊内的气体压力超出设定范围时，通过充/排气口向波纹囊内腔中充气，使所述波纹囊内的气体压力保持在设定范围内；同时所述拉绳位移传感器实时测量波纹囊的移动行程，达到设定行程后关闭执行元件停止排油；

所述波纹囊内油箱回油时，通过油箱体上端盖上的充/排气口将波纹囊内腔中的气体抽出，抽气过程中，所述气压检测单元实时检测波纹囊内的气体压力，当检测波纹囊内的气体压力达到设定负压值后停止抽气；所述波纹囊在负压的作用下收缩，同时将外皮囊中的液压油抽回；所述波纹囊收缩过程中，所述气压检测单元实时检测波纹囊内的气体压力，当波纹囊内的气体压力超出设定负压范围时，通过充/排气口将波纹囊内腔中的气体抽出，使所述波纹囊内的气体压力保持在设定负压范围内；同时所述拉绳位移传感器实时测量波纹囊的移动行程，达到设定行程后停止抽气。

当在负压作用下不能将所述外皮囊中的油抽回时，启动外部执行元件将外皮囊的液压油抽回；采用执行元件进行回油过程中，使所述波纹囊内的气体压力保持在设定负压范围内，同时所述拉绳位移传感器实时测量波纹囊的移动行程，达到设定行程后关闭执行元件停止回油。

有益效果：

与现有的浮力调节用内油箱结构形式相比，本发明结构紧凑，工艺简单，通过利用波纹囊的伸缩来改变内油箱液压油的体积，降低了内油箱的加工难度，消除了活塞式内油箱的配合误差、折叠囊式内油箱的装配精度、环境温度变化引起的内油箱材料本身的热胀冷缩而对其运动造成的影响等不可控因素，运行动作可靠，有望大大提高浮力调节装置的使用寿命，具有较高的实用价值。

附图说明

图1为本发明的浮力调节用波纹囊内油箱示意图

其中：1-油箱体、2-波纹囊、3-油箱体上端盖、4-气压检测单元、5-拉绳位移传感器、6-拉绳安装板、7-过滤网、8过滤网压环、9-油箱体下端盖、10-充/排气口、11-排油口、12-回油口

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

为解决目前浮力调节用内油箱存在的不足，本实施例提供一种波纹囊内油箱，其原理是利用波纹囊的伸缩来改变内油箱液压油的体积，来提高内油箱运行的可靠性，进而提高浮力调节装置的使用寿命。

如图1所示，该浮力调节用波纹囊内油箱包括：油箱体1、波纹囊2、气压检测单元4和拉绳位移传感器5；油箱体1为两端开口的中空壳体，其两端开口处分别密封安装油箱体上端盖3和油箱体下端盖9。波纹囊2一端开口一端封闭，其开口端设置有橡胶法兰；波纹囊2同轴设置在油箱体1内部油箱体上端盖3所在端，且油箱体上端盖3通过将波纹囊2开口端的橡胶法兰压至油箱体上端盖3所在端的法兰上，使油箱体上端盖3与波纹囊2的内腔形成密封腔体。油箱体上端盖3上设置有与波纹囊2的内腔连通的充/排气口10，且在油箱体上端盖3上设置有用于实时检测波纹囊2内气体压力的气压检测单元4。

同时在油箱体上端盖3面向波纹囊2内腔的端面上设计有内部中空的圆柱台，圆柱台的外径与波纹囊2的内径相匹配，长度(即轴向尺寸)与波纹囊2压缩至最小时的长度相等，主要对波纹囊2的收缩起支撑作用。圆柱台内部安装有拉绳位移传感器5，拉绳位移传感器5通过拉绳安装板6固定在油箱体上端盖3上，拉绳位移传感器5的拉绳与波纹囊2内底面相连(在波纹囊2内底面预埋有螺栓，拉绳位移传感器5的拉绳与该螺栓相连)，拉绳位移传感器5用于测量波纹囊2的移动行程。

油箱体1内部波纹囊2的封闭端与油箱体下端盖9之间的密封腔体内充有液压油，油箱体下端盖9上设置有排油口11和回油口12；排油口11通过管路与外皮囊连通，启动执行元件(如泵)向外皮囊中排油，排油口11内部通过过滤网压环8压装有过滤网7，过滤网7用于对经排油口11排出的液压油进行过滤，避免污物进入后续的执行元件中，对执行元件造成损害。

波纹囊2具有如下特征：其内径和外径经过专门设计，使其压缩至最小长度时和伸长至最大长度时的距离与油箱体1内部液压油的行程相吻合，即与所需要的最大浮力和最小浮力相对应；形成其圆周面的波纹状部分材质硬度适中，可以拉伸或压缩。封闭端的底板材质较硬，能够在设定压力范围内始终保持平板，不变形(底板变形会影响拉绳位移传感器5的测量精度，进而影响浮力调节精度)。

该内油箱的工作过程为：

排油时，首先通过油箱体上端盖3上的充/排气口10向波纹囊2内腔中充气体，充气过程中，气压检测单元4实时检测波纹囊2内的气体压力，当检测波纹囊2内的气体压力达到设定值后停止充气。启动执行元件(类似于泵吸)通过排油口11向外皮囊中排油，波纹囊2在内腔气体压力的作用下跟随液压油一起伸长，向下部移动，在该过程中气压检测单元4实时检测波纹囊2内的气体压力，当波纹囊2内的气体压力低于设定值时，通过充/排气口10向波纹囊2内腔中充气体，由此保证排油过程中波纹囊2内的气体压力始终在设定值的上下浮动范围内；同时波纹囊2伸长过程中拉绳位移传感器5实时测量波纹囊2的移动行程，达到设定行程后关闭执行元件停止排油，该设定行程依据波纹囊2的移动行程与充/排油量之间的关系设定。

回油时，通过油箱体上端盖3上的充/排气口10将波纹囊2内腔中的气体抽出，使该腔体形成负压，抽气过程中，气压检测单元4实时检测波纹囊2内的气体压力，当检测波纹囊2内的气体压力达到设定负压值后停止抽气。在负压的作用下使波纹囊2收缩，将油抽回内油箱；在负压作用下回油困难时，也可启动执行元件将外皮囊的液压油抽回内油箱。回油过程中，气压检测单元4实时检测波纹囊2内的气体压力，当检测波纹囊2内的气体压力高于设定负压值时，通过充/排气口10将波纹囊2内腔中的气体抽出，由此保证回油过程中检测波纹囊2内的气体压力始终在设定负压值时的上下浮动范围内；同时波纹囊2压缩过程中拉绳位移传感器5实时测量波纹囊2的移动行程，达到设定行程后关闭执行元件停止排油，

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种浮力调节用波纹囊内油箱，其特征在于，包括：油箱体(1)、波纹囊(2)、气压检测单元(4)和拉绳位移传感器(5)；

所述油箱体(1)两端开口处分别密封安装油箱体上端盖(3)和油箱体下端盖(9)；所述波纹囊(2)设置在所述油箱体(1)内部，所述波纹囊(2)的外径与所述油箱体(1)的内径一致；所述波纹囊(2)的开口端与所述油箱体上端盖(3)固接，使所述油箱体上端盖(3)与波纹囊(2)的内腔形成密封腔体；所述油箱体上端盖(3)上设置有与该密封腔体连通的充/排气口(10)以及用于实时检测波纹囊(2)内气体压力的气压检测单元(4)；所述拉绳位移传感器(5)通过拉绳安装板(6)固定在所述油箱体上端盖(3)上，所述拉绳位移传感器(5)的拉绳与波纹囊(2)内底面相连，用于测量所述波纹囊(2)的移动行程；

在所述油箱体下端盖(9)与波纹囊(2)封闭端之间的密封腔体内充有液压油；所述油箱体下端盖(9)上设置有排油口(11)和回油口(12)。

2.根据权利要求1所述的浮力调节用波纹囊内油箱，其特征在于：所述油箱体上端盖(3)面向波纹囊(2)内腔的一侧端面上具有内部中空的圆柱凸台，所述圆柱凸台的外径与所述波纹囊(2)的内径一致，所述圆柱凸台的轴向长度与所述波纹囊(2)压缩至最短时的长度相等。

3.根据权利要求1所述的浮力调节用波纹囊内油箱，其特征在于：所述波纹囊(2)封闭端的底板的硬度保证其在设定轴向压力范围内不变形。

4.根据权利要求1、2或3所述的浮力调节用波纹囊内油箱，其特征在于：所述油箱体下端盖(9)的排油口(11)内部通过过滤网压环(8)压装有过滤网(7)。

5.根据权利要求1、2或3所述的浮力调节用波纹囊内油箱，其特征在于：

所述波纹囊内油箱排油时，通过所述油箱体上端盖(3)上的充/排气口(10)向波纹囊(2)内腔中充气，充气过程中，所述气压检测单元(4)实时检测波纹囊(2)内的气体压力，当检测波纹囊(2)内的气体压力达到设定值后停止充气；然后启动外部执行元件通过排油口(11)向通过管路与排油口(11)相连的外皮囊中排油；所述波纹囊(2)在内腔气体压力的作用下向所述油箱体下端盖(9)所在端移动；所述波纹囊(2)移动过程中，所述气压检测单元(4)实时检测波纹囊(2)内的气体压力，当波纹囊(2)内的气体压力超出设定范围时，通过充/排气口(10)向波纹囊(2)内腔中充气，使所述波纹囊(2)内的气体压力保持在设定范围内；同时所述拉绳位移传感器(5)实时测量波纹囊(2)的移动行程，达到设定行程后关闭执行元件停止排油；

所述波纹囊内油箱回油时，通过油箱体上端盖(3)上的充/排气口(10)将波纹囊(2)内腔中的气体抽出，抽气过程中，所述气压检测单元(4)实时检测波纹囊(2)内的气体压力，当检测波纹囊(2)内的气体压力达到设定负压值后停止抽气；所述波纹囊(2)在负压的作用下收缩，同时将外皮囊中的液压油抽回；所述波纹囊(2)收缩过程中，所述气压检测单元(4)实时检测波纹囊(2)内的气体压力，当波纹囊(2)内的气体压力超出设定负压范围时，通过充/排气口(10)将波纹囊(2)内腔中的气体抽出，使所述波纹囊(2)内的气体压力保持在设定负压范围内；同时所述拉绳位移传感器(5)实时测量波纹囊(2)的移动行程，达到设定行程后停止抽气。

6.根据权利要求5所述的浮力调节用波纹囊内油箱，其特征在于：当在负压作用下不能将所述外皮囊中的油抽回时，启动外部执行元件将外皮囊的液压油抽回；采用执行元件进行回油过程中，使所述波纹囊(2)内的气体压力保持在设定负压范围内，同时所述拉绳位移传感器(5)实时测量波纹囊(2)的移动行程，达到设定行程后关闭执行元件停止回油。