CN110329456B - 便携式水下快速升力发生装置及其升速控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携式水下快速升力发生装置及其升速控制方法，其中，便携式水下快速升力发生装置包括，主升力气囊；至少一个导引气囊，连接在主升力气囊顶部且与主升力气囊结构相同；产气装置，装设于导引气囊、主升力气囊内；可编程控制器，装设于主升力气囊内，与产气装置连接并控制其逐级产气。本发明便携式水下快速升力发生装置的升速控制方法为，通过可编程控制器使产气装置逐级产气，先通过导引气囊将主升力气囊拉出，接着继续产气，最终实现主升力气囊、导引气囊在水中按照设定速度上升。其目的是为了提供一种结构简单、升速调节方便快捷、作业效率高且能产生超大提升力的便携式水下快速升力发生装置及其升速控制方法。

Description

便携式水下快速升力发生装置及其升速控制方法

技术领域

本发明涉及一种在船只或物体内或其附近产生升浮作用的，用于打捞或搜索水下目标的装置，特别是涉及一种便携式水下快速升力发生装置及其升速控制方法。

背景技术

沉船打捞、水下物品打捞、海产品采集、水下科考、水下取样是打捞沉没于水中物体的工程作业，包括打捞船舶、飞行器、货物、海产品采集、水下科考、水下取样等。海上航行的船舶由于多种原因，导致海水进入船舱，使得船舶浮力不足而沉没。打捞有很多种方法，常用的有：打捞船配合吊车钢缆打捞法、浮力打捞法、浮筒打捞法等。吊车钢缆打捞法中，打捞船相对于打捞目标而言体积庞大，且人力及物力要求、打捞费用均较高。浮力打捞法具体过程：先在船上放泥沙，然后把绳子一头栓在船上，另一头栓在要打捞的船上，把泥沙从船里抛出去，船质量减轻，由于水的浮力作用上浮，沉船浮起，可以拖走。现在沉船常用的打捞方法是浮筒打捞法，即用若干浮筒在水下充气后，借浮力将沉船浮出水面。浮筒打捞法的工作原理为，安装浮筒时筒内要注满水，在沉船的周围安装好浮筒后向浮筒内充入压缩空气，排出浮筒内的水，由于浮筒重力减小，沉船在浮筒浮力作用下浮出水面。具体做法为，潜水员下水，用钢缆把浮筒与沉船栓住，接着，开动打捞船上的压气机，把空气压进这组浮筒，将浮筒内的海水排空，打捞浮筒产生的浮力使沉船浮出水面。虽然，浮筒打捞法产生的水浮力大而可靠，施工方便、安全，但是，该种打捞法还存在以下不足之处：

1、需单独配备充气装置及用于承载该装置的打捞船，施工成本高，运输、携带不便；

2、浮筒使用时需先注满水，还需人工将浮筒安装于沉船上，耗时耗力，工作效率低；

3、浮筒自身体积不可变，打捞过程中如需调节沉船上升速度，仅能增减浮筒数量，而这需要潜水员多人或多次下水拆装，工序繁琐、效率低，更重要的是，下水作业，尤其是深水区作业，成本高且存在较大安全隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、升速调节方便快捷、作业效率高且能产生超大提升力的便携式水下快速升力发生装置。

本发明便携式水下快速升力发生装置，包括：

主升力气囊；

至少一个导引气囊，连接在所述主升力气囊顶部且与所述主升力气囊结构相同；

产气装置，装设于所述导引气囊、主升力气囊内；

可编程控制器，装设于所述主升力气囊内，与所述产气装置连接并控制其逐级产气。

本发明便携式水下快速升力发生装置，其中所述产气装置包括若干个产气部件，所述产气部件包括产气药及其配套的电点火管，所述电点火管与置于主升力气囊内的可编程控制器连接，所述可编程控制器根据所述主升力气囊、导引气囊在水中的上升速度需求控制电点火管的启动数量、次序，逐级产气。

本发明便携式水下快速升力发生装置，还包括：

压力传感器，监测所述主升力气囊内外压力；

加速度传感器，监测所述主升力气囊的加速度；

自动阀门，分别安装于所述主升力气囊、导引气囊上的一通气孔处，当所述主升力气囊、导引气囊内外压差超过设定值时，所述自动阀门开启，所述主升力气囊、导引气囊自动向外排气；

电控阀门，分别装设于所述主升力气囊、导引气囊另一通气孔处且与所述可编程控制器连接，在所述可编程控制器控制下启闭，调节主升力气囊、导引气囊排气。

本发明便携式水下快速升力发生装置，其中所述自动阀门、电控阀门分别包括通过螺栓对称固定在主升力气囊、导引气囊内外两侧的底座、压片，所述底座、压片中部同轴开设与主升力气囊、导引气囊的通气孔连通的通孔，阀门主体位于底座上且其内部的柱塞端头部形状与所述通孔适配，所述阀门主体底部沿周向布置若干气孔，所述气孔与所述通孔连通。

本发明便携式水下快速升力发生装置，还包括：电子罗盘、液位传感器，所述电子罗盘将主升力气囊、导引气囊的实时姿态数据，所述液位传感器将所述主升力气囊、导引气囊内的液位数据传输至可编程控制器，所述可编程控制器根据获得的上述数据及实时水压、水深、升速、加速度、目标物体最大重量、主升力气囊及导引气囊最大容积、初始系统全重、每个所述产气部件的产气量及产气部件的数量，计算每级所述产气部件产气后在当前水深条件下可以产生的浮力，并以此为依据逐级启动电点火管，或控制主升力气囊、导引气囊排气，使所述主升力气囊、导引气囊按照设定速度上升。

本发明便携式水下快速升力发生装置，还包括：

定位部件，分别装设于主升力气囊、导引气囊顶部，用于提供主升力气囊、导引气囊位置信息；

通讯部件，分别装设于主升力气囊、导引气囊顶部，用于传输数据及发送控制指令；

操控部件，分别装设于主升力气囊、导引气囊顶部，包括电子模块、电源开关、设置开关、启动开关、状态指示灯。

本发明便携式水下快速升力发生装置，还包括：

所述主升力气囊、导引气囊底端连接牵引绳，所述牵引绳端头处设有外挂部件，所述外挂部件用于连接水下作业目标物体及用于将导引气囊与主升力气囊连接。

本发明便携式水下快速升力发生装置，其中所述主升力气囊、导引气囊均采用高强度纤维布制成，所述牵引绳采用高强度高模量纤维制成。

本发明还提供了一种上述任一便携式水下快速升力发生装置的升速控制方法，包括如下步骤：

S1：在所述可编程控制器中设置参数，所述参数包括：所述主升力气囊、导引气囊的升速、目标物体最大重量、深度、主升力气囊、导引气囊最大容积、初始系统全重、每个所述产气部件的产气量及产气部件的数量；

S2：在水下将所述主升力气囊连接到水下作业的目标物体；

S3：启动所述可编程控制器，所述导引气囊内的产气部件产气，导引气囊在水中做上升运动，将主升力气囊从容置空间内拉出；

S4：所述可编程控制器，根据所述主升力气囊、导引气囊当前位置的水深、实时姿态数据，计算产气装置每级产气后产生的浮力，在不超出最大浮力的条件下逐级产气，所述主升力气囊、导引气囊在水中做上升运动；

S5：所述主升力气囊上升至顶部露出水面漂浮时，所述可编程控制器进入省电模式。

上述控制方法中：

所述步骤S1中，打开主升力气囊或导引气囊上装设的操控部件的电源开关，通过设置开关状态或无线通讯方式进行参数设置；

所述步骤S3、S4中，通过打开所述操控部件的启动开关使可编程控制器开始工作，当所述主升力气囊、导引气囊内外压差超过设定值时，所述自动阀门开启；且，所述可编程控制器通过控制电控阀门的开启，将主升力气囊、导引气囊内的气体排出，所述主升力气囊、导引气囊按预设速度上升；

所述步骤S5中，所述可编程控制器将位置信息及数据信息通过通讯部件发送给管理人员。

与现有技术相比，本发明的便携式水下快速升力发生装置及其升速控制方法至少具有以下有益效果：

1、结构简单，控制方法易操作，控制效果高效，采用气囊内部产气的方式使气囊膨胀排水产生浮力，同时，通过在导引气囊内先产气使导引气囊膨胀上浮，由此将放置在某一容置空间内的主升力气囊拉出，因此，本申请的主升力气囊可通过调整自身体积大小实现提升几吨至几百吨重物的目的；

2、多个产气部件直接布置于气囊内部，使用时通过可编程控制器启动电点火管即可产气，产气操作简单且产气快，不必另配置充气装置，使用方便、经济；

3、使用过程中可按照浮力大小通过可编程控制器控制产气部件逐级产气，实现了气囊体积变化的精确控制，同时，利用自动阀门和电控阀门控制气囊向外排气，实现了气囊升速的灵活调整；

4、气囊可折叠收纳，占用空间小，便于携带、运输，不必在使用其的船只等设备上占用庞大的容纳空间，对船只整体结构无影响，更不必单独动用打捞船，便利了施工作业，施工成本大大降低；

5、升力发生装置使用时仅需作业人员一次下潜将其与水下作业的目标物体连接即可，后续的产气、上升均通过可编程控制器实现，大大减少了人工介入，作业效率高、用时少，同时也显著降低了人员多次下水存在的安全隐患；

6、升力发生装置上的各控制系统相关部件自身结构简单，便于拆装，且均以可拆卸的方式安装在气囊上，损坏后便于及时更换、维修，升力发生装置使用寿命较长；

7、气囊采用高强度纤维布制成，保证了气囊自身足够的强度，避免深水区作业水压较大导致气囊爆裂，同时，为保证足够牵拉强度，避免提升重物过程中绳索断裂导致物品损坏，所述牵引绳采用高强度高模量纤维制成。

下面结合附图对本发明便携式水下快速升力发生装置及其升速控制方法作进一步说明。

附图说明

图1为本发明便携式水下快速升力发生装置中主升力气囊的结构示意图；

图2a为本发明便携式水下快速升力发生装置中主升力气囊的主视图；

图2b为图2a的A-A剖面图；

图3a为本发明便携式水下快速升力发生装置中主升力气囊的俯视图；

图3b为图3a的B-B剖面图；

图4a为本发明便携式水下快速升力发生装置中自动阀门的结构示意图；

图4b为本发明便携式水下快速升力发生装置中自动阀门的俯视图；

图4c为图4b的C-C剖面图；

图5a为本发明便携式水下快速升力发生装置中电控阀门的结构示意图；

图5b为本发明便携式水下快速升力发生装置中电控阀门的主视图；

图5c为图5b的D-D剖面图；

图6为本发明便携式水下快速升力发生装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1至图6(图6中省略掉了主升力气囊1、导引气囊11顶部设置的相关部件)所示，本发明便携式水下快速升力发生装置包括一大一小且结构相同的主升力气囊1、导引气囊11，导引气囊11连接在主升力气囊1顶部。为防止主升力气囊1、导引气囊11在深水区爆裂，该主升力气囊1、导引气囊11采用高强度纤维布制成，形状类似热气球。优选的，主升力气囊1、导引气囊11可选用两层超高分子量聚乙烯纤维或芳纶纤维增强的热塑性聚氨酯膜材制成。当然，本实施例仅以一种类似热气球形状的主升力气囊1、导引气囊11为例对本发明的技术方案进行描述，实际应用时，上述主升力气囊1、导引气囊11也可以根据使用需求进行常规变形，此处不一一列举。另，因主升力气囊1、导引气囊11结构相同，使用原理也相同，仅规格大小不同，故以下仅结合附图对主升力气囊1的结构进行说明。

为方便设置可编程控制器4及产气装置3，也为了便于将导引气囊11连接在主升力气囊1顶部，主升力气囊1顶部固定装设有控制器挂件41，控制器挂件41包括挂件座、挂件压片，挂件压片固定在主升力气囊1上且中部开孔与主升力气囊1内部连通，挂件座上设有圆柱，圆柱端部向下穿过挂件压片中部的孔伸入主升力气囊1内，圆柱端部开孔，悬挂绳穿过该端部的孔将可编程控制器4悬挂于主升力气囊1内部。该控制器挂件41结构简单，安装方便，损坏后可及时更换，使用成本低。主升力气囊1、导引气囊11内均配设产气装置3。主升力气囊1内的可编程控制器4上配设产气装置3，该产气装置3包括安装在可编程控制器4两侧的产气管31，优选的，产气管31可以为多根且均布在可编程控制器4两侧，本实施例中，产气管31共6根，分为两组对称布置在可编程控制器4两侧，每组3根相互平行，产气管31内装设有若干个产气部件，产气部件包括产气药及其配套的电点火管，产气药通常选用硝酸胍，电点火管与可编程控制器4连接。其中，导引气囊11内产气装置的结构与主升力气囊1内相同。本发明的产气装置3也采用了较为简单的结构，方便组装，进一步降低了使用成本。因本发明中的主升力气囊1、导引气囊11在水下运动，故产气部件上配设有防水外包装或防水连接器，且可快速插拔，方便更换。产气部件的具体数量及产气药的投放量根据主升力气囊1、导引气囊11的最大浮力及上升速度需求进行设置。可编程控制器4可以根据主升力气囊1、导引气囊11在水中的上升速度需求控制电点火管的启动数量、启动次序，实现逐级、多次产气，使主升力气囊1、导引气囊11逐渐鼓起，平稳上升。优选的，上述产气管31的孔壁上开设有若干排气孔，便于气体沿多方向排出，使主升力气囊1、导引气囊11快速鼓起。优选的，上述产气管31也可以变形为带孔的中空球壳或带孔的多面体等其它容易想到的形状，且与可编程控制器4之间可采用硬连接或软连接方式，只要能实现上述产气效果即可，此处不一一列举。

主升力气囊1的顶部一通气孔处还设置有自动阀门5，该自动阀门5包括通过螺栓对称固定在主升力气囊1内外两侧的底座A51、压片A52，底座A51、压片A52中部同轴开设与主升力气囊1的通气孔连通的通孔A511，阀门主体A53底部沿其周向设置有若干个气孔A531，气孔A531可均匀分布。阀门主体A53位于底座A51上且其内部的柱塞A54上套设弹簧A55，柱塞A54端头部形状与底座A51上的通孔A511孔口形状适配，该柱塞A54落下时可封堵该通孔A511，避免主升力气囊1漏气。自动阀门5启动时，柱塞A54与通孔A511分离，主升力气囊1内的气体经该通孔A511及与该通孔A511连通的气孔A531向外排出。阀门主体A53外部套设有压差旋钮56，压差旋钮56内顶壁设置垫片57。旋转压差旋钮56可以实现主升力气囊1内外压差的设定：旋转压差旋钮56，使弹簧A55被压缩，可提高主升力气囊1内外压差限值，反之，旋转压差旋钮56释放弹簧A55，则可降低主升力气囊1内外压差限值。当主升力气囊1、导引气囊11内外压差大于设定值时，柱塞A54上移、自动阀门5开启，主升力气囊1、导引气囊11排气；反之，当主升力气囊1、导引气囊11内外压差不大于设定值时，柱塞A54下移、自动阀门5关闭。

主升力气囊1、导引气囊11的顶部另一通气孔处还设置有与可编程控制器4连接的电控阀门6，该电控阀门6包括通过螺栓对称固定在主升力气囊1内外两侧的底座B61、压片B62，底座B61、压片B62中部同轴开设与主升力气囊1的通气孔连通的通孔B611，阀门主体B63底部沿其周向均匀设置有若干个气孔B631。阀门主体B63位于底座B61上且其内部螺纹连接的柱塞B64顶部开设扁槽，柱塞B64端头部形状与底座B61上的通孔B611孔口形状适配，以便该柱塞B64落下时封堵该通孔B611，防止主升力气囊1漏气。优选的，底座B61与阀门主体B63可为一体结构，以减少零部件数量，方便拆装，同时，一体结构也使得通孔B611被封堵时阀门气密性较好。具体地，电控阀门6启动时，柱塞B64与该通孔B611分离，主升力气囊1内的气体经由该通孔B611及与其连通的B631向外排出。阀门主体B63顶部装设步进电机65，步进电机65的电机轴651插入柱塞B64顶部的扁槽内。上述柱塞B64与主体B63螺纹连接，步进电机65通过电机轴651带动柱塞B64旋转，从而调整阀门开度，主升力气囊1内气体通过上述相互连通的通孔B611、气孔B631排出主升力气囊1外。电控阀门6具体安装时，可以根据实际需求(如防水)，将步进电机等相关组件安装在主升力气囊1内部，通过主升力气囊1内部的电缆将电控阀门6与可编程控制器4连接。

为便于将主升力气囊1、导引气囊11连接，以及将主升力气囊1与牵引目标物体连接，主升力气囊1、导引气囊11底端均连接牵引绳2，牵引绳2端头处设有用于连接水下作业的目标物体的外挂部件21。同时，导引气囊11也通过外挂部件21与控制器挂件41连接的方式连接在主升力气囊1顶部。优选的，根据实际拖拽、提升需求，可在导引气囊11上通过外挂部件21与控制器挂件41连接的方式串联若干个导引气囊11，通过逐级产气的方式使多个导引气囊11被依次拉出，保证快速将主升力气囊1拉出。优选的，为了保证牵引绳2自身抗拉强度，牵引绳2采用高强度高模量纤维制成，更优选的，高强度高模量纤维可选用聚苯二甲酰对苯二胺纤维、芳香族聚酰胺共聚纤维、杂环族聚酰胺纤维、碳纤维、石墨纤维或碳化硅纤维等。优选的，牵引绳2与主升力气囊1、导引气囊11的连接部位可围绕主升力气囊1、导引气囊11开口圆周方向编织网状结构，使得牵拉效果更好，主升力气囊1、导引气囊11扎结口周向受力均匀，避免了局部损坏导致主升力气囊1、导引气囊11报废，降低了使用成本。优选的，外挂部件21可选用能实现钩挂、连接外物且强度较高的常见连接件。

上述升力发生装置还包括产气装置3、压力传感器、可编程控制器4、自动阀门5、电控阀门6等部件组成的控制系统。

产气装置3，该产气装置3在主升力气囊1、导引气囊11内逐级点火，多次产生气体，使主升力气囊1、导引气囊11逐渐鼓起，产生浮力；

压力传感器，可以设计在操控部件7及可编程控制器4上，监测主升力气囊1在水中某位置处的内外压力，获得主升力气囊1内外压强数据及压差数据并将压强、压差数据传输至可编程控制器4；

自动阀门5，当主升力气囊1、导引气囊11内外压差超过原始设定值时，自动阀门5开启，主升力气囊1、导引气囊11自动向外排气，直至主升力气囊1、导引气囊11内外压差不大于设定值，确保主升力气囊1、导引气囊11不会爆裂；

可编程控制器4，基于实时水压、主升力气囊1、导引气囊11所在位置水深、升速、加速度、主升力气囊1、导引气囊11内外压差、目标物体的最大重量、气囊最大容积、初始系统全重、每个产气部件的产气量、产气部件的数量等数据，计算出主升力气囊1、导引气囊11所需浮力，并据此调节产气装置3的产气量，具体地，主升力气囊1、导引气囊11上装设有电子罗盘、液位传感器，电子罗盘将主升力气囊1、导引气囊11的实时姿态数据，液位传感器将主升力气囊1、导引气囊11内的液位数据传输至可编程控制器4，可编程控制器4根据获得的上述数据计算每级产气部件产气后在当前水深条件下使主升力气囊1、导引气囊11产生的浮力，并以此为依据逐级启动电点火管，首先使导引气囊1将主升力气囊1拉出，然后使主升力气囊1、导引气囊11获得匀速上升所需的浮力，保证主升力气囊1、导引气囊11按照设定速度上升。优选的，可编程控制器4具有防水功能，包括CPU套件及结构套件，其中CPU套件及结构套件包括CPU、存储器、时间芯片、电源管理器件、接口器件、连接器、外壳、电缆、开关、指示灯或显示器等行业内常用部件。具体地，电源管理器件指进行电源管理的集成电路，如：电压变换电路、多路电源分配电路等。接口器件指具有接口转换功能的集成电路。连接件可采用插头、插座、开关等业内常用配件。开关、指示灯，设置于可编程控制器4、操控部件7上，便于操控。

电控阀门6，装设于主升力气囊1、导引气囊11另一通气孔处且与可编程控制器4连接，操控部件7及可编程控制器4上的压力传感器分别监测主升力气囊1、导引气囊11内部、外部压力，进而获得上述提到的内外压差、压强数据。通过操控部件7上的加速度传感器可实时监测主升力气囊1、导引气囊11速度变化情况。当主升力气囊1、导引气囊11内外压差超过设定值或加速度较大时(当浮力远大于包括被提升的目标物体在内的系统全重时，会出现加速度较大的情况)，可编程控制器4开启电控阀门6，主升力气囊1、导引气囊11向外排气，主升力气囊1、导引气囊11排水量减小，浮力减小，以此实现主升力气囊1、导引气囊11升速的控制，保证主升力气囊1、导引气囊11匀速、平稳上升。

优选的，可编程控制器4底部配设为上述控制系统供电的电源部件，该电源部件包括电源模块、外壳、电量指示灯等，防水并可快速插拔。同时，可编程控制器4上还设置有外控接口，可连接图像采集设备、手持编程器、照明设备、推进器、机械手、取样器等功能部件。

优选的，主升力气囊1、导引气囊11顶部还装设有定位部件、通讯部件，定位部件采集主升力气囊1、导引气囊11位置信息并将信息传输至可编程控制器4。可编程控制器4将上述位置信息(提供给管理人员，便于搜寻、后续处理)及主升力气囊1、导引气囊11工作过程中产生的带有时间表的压强信息(根据此信息可以进一步得到水深、升速、加速度)、带有时间表的产气部件的动作信息、电控阀门6的操控信息(可以进一步得到浮力信息、过程控制信息)等数据信息通过通讯部件传输给主升力气囊1、导引气囊11的管理、操控人员。优选的，定位部件和通讯部件均可与操控部件7一体化设计，有利于简化结构，也便于整体更换。

主升力气囊1、导引气囊11顶部还装设有操控部件7，包括压力传感器、加速度传感器、电子模块、电源开关、设置开关、启动开关、状态指示灯。操控人员通过操控部件7向可编程控制器4传输数据、发送控制指令。电子模块驱动指示灯并将开关状态传回可编程控制器4。电源开关用于为控制系统供电，方便操作。设置开关用于参数设置。启动开关用于开关控制系统。状态指示灯指示控制系统当前状态，便于操控。

上述便携式水下快速升力发生装置的升速控制方法，包括如下步骤：

S1：在主升力气囊1、导引气囊11内安装上述电气部件并通过电缆将各部件连接后扎结主升力气囊1、导引气囊11的下口，在可编程控制器4中设置主升力气囊1、导引气囊11的升速、目标物体的最大重量、气囊最大容积、深度、初始系统全重、每个产气部件的产气量、产气部件的数量等参数；

在该步骤S1中，打开主升力气囊1或导引气囊11上装设的操控部件7的电源开关，启动控制系统，通过设置开关或无线通讯方式进行上述参数设置；

S2：在水下将主升力气囊1的牵引绳2通过外挂部件21与目标物体连接；

S3：启动可编程控制器4，使导引气囊11内的产气部件产气，导引气囊11在水中做上升运动，将主升力气囊1从容置空间内拉出；

S4：所述可编程控制器(4)，根据当前水深、主升力气囊1、导引气囊11的实时姿态等数据计算每级产气部件动作后在当前水深条件下可以产生的浮力，在不超出最大浮力的条件下逐级启动产气部件，主升力气囊1、导引气囊11做上升运动。当主升力气囊1、导引气囊11内外压差超过设定值时，自动阀门5启动，保证主升力气囊1、导引气囊11不会爆炸。优选的，可以通过打开操控部件7的启动开关(有指示灯)使可编程控制器4开始工作。在上升过程中，水压逐渐降低，主升力气囊1、导引气囊11内的气体体积逐渐增大，主升力气囊1、导引气囊11膨胀，排水量增大，浮力增加，升速加快，可编程控制器4根据压力传感器、加速度传感器、电子罗盘等采集的数据调节电控阀门6的启闭，将主升力气囊1、导引气囊11内的气体排出，确保主升力气囊1、导引气囊11按预设速度匀速、稳定上升，避免快速上升损坏提升的目标物体；

S5：主升力气囊1上升至其顶部露出水面漂浮时，可编程控制器4启动省电模式，具体地，CPU根据传感器获得的数据判断主升力气囊1顶部浮至水面后，即开启省电模式。同时，可编程控制器4将上述数据信息通过通讯部件发送给管理人员，以便管理人员寻找目标物体，掌握升力发生器的运动信息。

上述内容中提到的主升力气囊1、导引气囊11上配置的产气装置3、可编程控制器4、自动阀门5、电控阀门6、控制器挂件41、定位部件、通讯部件、操控部件等控制系统的组成部件均为可拆卸连接在主升力气囊1、导引气囊11上，以便损坏后及时更换，延长了升力发生装置使用寿命，降低了使用成本。

本发明便携式水下快速升力发生装置及其升速控制方法以阿基米德定律为理论基础，采用极为简单的结构切实解决了水下作业中重物提升的问题，且主升力气囊1、导引气囊11均可折叠收纳，占用空间小，便于携带。具体地，可在船只或其它设备上设置一个容置空间，将主升力气囊1、导引气囊11置于其内，使用时，通过导引气囊11膨胀后产生的提升力将主升力气囊1拉出，避免了人工干预。总之，本发明的升力发生装置生产成本低且可在水中产生超大的提升力，可广泛应用于水下打捞、潜航器应急自救、水下科学考察、水下取样等领域。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.便携式水下快速升力发生装置，其特征在于：包括：

主升力气囊(1)；

至少一个导引气囊(11)，连接在所述主升力气囊(1)顶部且与所述主升力气囊(1)结构相同；

产气装置(3)，装设于所述导引气囊(11)、主升力气囊(1)内；

可编程控制器(4)，装设于所述主升力气囊(1)内，与所述产气装置(3)连接并控制其逐级产气，所述主升力气囊(1)顶部固定装设有控制器挂件(41)，所述控制器挂件(41)包括挂件座、挂件压片，所述挂件压片固定在所述主升力气囊(1)上且中部开孔与所述主升力气囊(1)内部连通，所述挂件座上设有圆柱，圆柱端部向下穿过所述挂件压片中部的孔伸入所述主升力气囊(1)内，圆柱端部开孔，悬挂绳穿过该端部的孔将所述可编程控制器(4)悬挂于所述主升力气囊(1)内部；

所述产气装置(3)包括若干个产气部件，所述产气部件包括产气药及其配套的电点火管，所述电点火管与置于主升力气囊(1)内的可编程控制器(4)连接，所述可编程控制器(4)根据所述主升力气囊(1)、导引气囊(11)在水中的上升速度需求控制电点火管的启动数量、次序，逐级产气；

还包括：

压力传感器，监测所述主升力气囊(1)内外压力；

加速度传感器，监测所述主升力气囊(1)的加速度；

自动阀门(5)，分别安装于所述主升力气囊(1)、导引气囊(11)上的一通气孔处，当所述主升力气囊(1)、导引气囊(11)内外压差超过设定值时，所述自动阀门(5)开启，所述主升力气囊(1)、导引气囊(11)自动向外排气；

电控阀门(6)，分别装设于所述主升力气囊(1)、导引气囊(11)另一通气孔处且与所述可编程控制器(4)连接，在所述可编程控制器(4)控制下启闭，调节主升力气囊(1)、导引气囊(11)排气；

所述自动阀门(5)、电控阀门(6)分别包括通过螺栓对称固定在主升力气囊(1)、导引气囊(11)内外两侧的底座(51、61)、压片(52、62)，所述底座(51、61)、压片(52、62)中部同轴开设与主升力气囊(1)、导引气囊(11)的通气孔连通的通孔(511、611)，阀门主体(53、63)位于底座(51、61)上且其内部的柱塞(54、64)端头部形状与所述通孔(511、611)适配，所述阀门主体(53、63)底部沿周向布置若干气孔(531、631)，所述气孔(531、631)与所述通孔(511、611)连通。

2.根据权利要求1所述的便携式水下快速升力发生装置，其特征在于：还包括：

电子罗盘、液位传感器，所述电子罗盘将主升力气囊(1)、导引气囊(11)的实时姿态数据，所述液位传感器将所述主升力气囊(1)、导引气囊(11)内的液位数据传输至可编程控制器(4)，所述可编程控制器(4)根据获得的上述数据及实时水压、水深、升速、加速度、目标物体最大重量、主升力气囊(1)及导引气囊(11)最大容积、初始系统全重、每个所述产气部件的产气量及产气部件的数量，计算每级所述产气部件产气后在当前水深条件下可以产生的浮力，并以此为依据逐级启动电点火管，或控制主升力气囊(1)、导引气囊(11)排气，使所述主升力气囊(1)、导引气囊(11)按照设定速度上升。

3.根据权利要求2所述的便携式水下快速升力发生装置，其特征在于：还包括：

定位部件，分别装设于主升力气囊(1)、导引气囊(11)顶部，用于提供主升力气囊(1)、导引气囊(11)位置信息；

通讯部件，分别装设于主升力气囊(1)、导引气囊(11)顶部，用于传输数据及发送控制指令；

操控部件(7)，分别装设于主升力气囊(1)、导引气囊(11)顶部，包括电子模块、电源开关、设置开关、启动开关、状态指示灯。

4.根据权利要求3所述的便携式水下快速升力发生装置，其特征在于：还包括：

所述主升力气囊(1)、导引气囊(11)底端连接牵引绳(2)，所述牵引绳(2)端头处设有外挂部件(21)，所述外挂部件(21)用于连接水下作业目标物体及用于将导引气囊(11)与主升力气囊(1)连接。

5.根据权利要求4所述的便携式水下快速升力发生装置，其特征在于：

所述主升力气囊(1)、导引气囊(11)均采用高强度纤维布制成，所述牵引绳(2)采用高强度高模量纤维制成。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的便携式水下快速升力发生装置的升速控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：在所述可编程控制器(4)中设置参数，所述参数包括：所述主升力气囊(1)、导引气囊(11)的升速、目标物体最大重量、深度、主升力气囊(1)、导引气囊(11)最大容积、初始系统全重、每个所述产气部件的产气量及产气部件的数量；

S2：在水下将所述主升力气囊(1)连接到水下作业的目标物体；

S3：启动所述可编程控制器(4)，所述导引气囊(11)内的产气部件产气，导引气囊(11)在水中做上升运动，将主升力气囊(1)从容置空间内拉出；

S4：所述可编程控制器(4)，根据所述主升力气囊(1)、导引气囊(11)当前位置的水深、实时姿态数据，计算产气装置每级产气后产生的浮力，在不超出最大浮力的条件下逐级产气，所述主升力气囊(1)、导引气囊(11)在水中做上升运动；

S5：所述主升力气囊(1)上升至顶部露出水面漂浮时，所述可编程控制器(4)进入省电模式。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：

所述步骤S1中，打开主升力气囊(1)或导引气囊(11)上装设的操控部件(7)的电源开关，通过设置开关状态或无线通讯方式进行参数设置；

所述步骤S3、S4中，通过打开所述操控部件(7)的启动开关使可编程控制器(4)开始工作，当所述主升力气囊(1)、导引气囊(11)内外压差超过设定值时，所述自动阀门(5)开启；且，所述可编程控制器(4)通过控制电控阀门(6)的开启，将主升力气囊(1)、导引气囊(11)内的气体排出，所述主升力气囊(1)、导引气囊(11)按预设速度上升；

所述步骤S5中，所述可编程控制器(4)将位置信息及数据信息通过通讯部件发送给管理人员。