CN110905865A - 基于海洋温差能驱动的剖面运动平台及其发电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于海洋温差能驱动的剖面运动平台及其发电控制方法，属于海洋设备技术领域。剖面运动平台包括密封腔体及浮力控制回路，浮力控制回路包括通过油路依序连接成回路结构的储液泵，蓄能器，排水体积随所存储液压油量而变化的外储液器，及内储液器；位于蓄能器与外储液器之间的管路上依序串联有发电用液压马达、第一导通控制阀及仅允许液压油流向外储液器的单向阀，在液压马达与第一导通控制阀之间的管路上通过三通与内储液器之间旁接有短路油路，短路油路上串联有第二导通控制阀。该该剖面运动平台基于所增设的短路油路，可在一个剖面循环运动过程中进行多次发电，而提高发电效率，可广泛应用于海洋探测领域。

Description

基于海洋温差能驱动的剖面运动平台及其发电控制方法

技术领域

本发明涉及一种海洋探测装备，具体地说，涉及一种基于海洋温差能驱动的海洋剖面运动平台及其发电控制方法。

背景技术

海洋剖面运动设备是人们研究和探测海洋的重要工具，包括导引缆绳，固定在导引缆绳的上端上的浮体与下端上的锚块，以使导引缆绳在海洋中大致沿垂向布置，及可沿导引缆绳上下往复移动的运动设备；在服役过程中，通过在运动设备上配置探测装置以对海洋进行探测研究。

为了延长其服役寿命，通常将运动设备配置成包括供电锂电池及基于海洋温差能的发电装置，例如，公开号为CN105889144A的专利文献中公开了一种的海洋温差能发电装置，其用于构建海洋剖面运动平台；如其附图1所示，该海洋温差能发电装置包括密封腔体及浮力控制回路；其中，沿液压油的行进方向，浮力控制回路包括由油路依序连接的相变处液压油囊3、蓄能器16、外油囊18及内油囊6。其中，相变处液压油囊3置于位于密封腔体外的相变腔体1内，且在该相变腔体1内盛放有固液相变材料2与密封液体22，相变处液压油囊3被密封液体所包覆，以在工作过程能利用固液相变材料2基于海洋温差能而驱使相变处液压油囊3体积变化，而驱使液压油在浮力控制回路中循环运动，即相变腔体1及置于其内的相变处液压油囊3、固液相变材料2与密封液体22好一起构成基于海洋温差能驱动的储液泵；在相变液压油囊3与蓄能器16之间的油路上串联有只允许流向蓄能器的单向阀17，在蓄能器16与外油囊18之间的油路上串联控制其通断的截止阀，在外油囊18与内油囊6之间的油路上串联由只允许流向内油囊6的单向阀7，及在内油囊6与相变处液压油囊3之间的管路上串联有只允许流向相变处液压油囊3的单向阀4；为了充分利用液压能，在蓄能器16与外油囊18之间的油路上串联有发电单元，及用于存储发电单元所产生电能的蓄电单元。在工作过程中，外油囊18的排水体积随其内部所存储液压油体积而变化，以改变整体的浮力，即外油囊18构成排水体积可变的外储液器，而内油囊6构成内储液器。外油囊18与相变腔体1布设在密封腔体外，即外储液器与储液泵布设在密封腔体外，其余部件和油路设置在该密封腔体内。

在工作过程中，利用发电单元达到延长了海洋剖面运动设备的服役年限，但申请人在使用过程中，发现其仍存在以下技术问题：

(1)在一次剖面循环运动中只能进行一次发电，导致将温差能的转换效率偏低。

(2)难以实现定深控制。

(3)无法依靠压力实现液压油从外油囊运动至内油囊及从内油囊运动至相变处油囊，导致整个液压系统复杂度较高，能耗高。

(4)由于内外油囊的储液量随水深而变化，导致其整个系统的控制性能不稳定。

(5)在蓄能器与内油囊之间的管路容易存在堵塞而导致该部分油路压力过大而损坏元件，及无法顺利上浮回收的问题。

(6)无法依靠压力实现液压油从外油囊运动至内油囊及从内油囊运动至相变处油囊，导致整个液压系统复杂度较高，能耗高。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种基于海洋温差能驱动的剖面运动平台的发电控制方法，以提高在一个循环运动过程中的可发电次数，从而提高温差能的转换效率；

本发明的第二目的是提供一种结构改进的剖面运动平台，以提高在一个循环运动过程中的可发电次数，以能提高温差能的转换效率，从而提高温差能的转换效率；

本发明的第三目的是提供一种结构改进的剖面运动平台，以改善定深性能和/或改善浮力控制的稳定性和/或能在故障时上浮回收。

为了实现上述第一目的，本发明提供的发电控制方法所基于剖面运动平台包括密封腔体及浮力控制回路，浮力控制回路包括通过油路依序连接成回路结构的储液泵，蓄能器，排水体积随所存储液压油量而变化的外储液器，及内储液器；其特征在于，位于蓄能器与外储液器之间的管路上依序串联有发电用液压马达、第一导通控制阀及仅允许液压油流向外储液器的单向阀，在液压马达与第一导通控制阀之间的管路上通过三通与内储液器之间旁接有短路油路，短路油路上串联有第二导通控制阀；发电控制方法包括以下步骤：

在开始上浮阶段，控制第一导通控制阀开启，以利用蓄能器向外储液器输油，而驱使液压马达转动而发电；

在上浮阶段，储液泵向蓄能器输油，若检测蓄能器的内的压力超过预设阈值时，则控制第二导通控制阀开启而通过短路油路向内储液器输油，以驱使液压马达转动而发电。

该剖面运动平台基于所增设的短路油路、位于蓄能器与外储液器之间的第一导通控制阀与单向阀及压力传感器，从而可在一个剖面循环运动过程中，进行多次发电，以提高发电效率。

具体的方案为在外储液器与内储液器间并联地旁接有调节油路，调节油路上串联有液压泵及仅允许液压油流向外储液器的单向阀；发电控制方法包括：

在定深控制阶段，控制第一导通控制阀开启，以利用蓄能器向外储液器输油，而驱使液压马达转动而发电。进一步提高发电效率。

优选的方案为在储液器与内储液器间的油路上串联有第三导通控制阀；储液泵与蓄能器间的油路上串联有只允许液压油流向蓄能器的单向阀；内储液器与储液泵间的油路上串联有只允许液压油流向储液泵的单向阀。

优选的方案为外储液器包括外液压油缸，外液压油缸的内腔由第一活塞分隔成第一液压油腔与吸液腔，吸液腔内设有用于驱使第一活塞压缩第一液压油腔的第一压缩弹簧；内储液器为内液压油缸，内液压油缸具有受其所存储的液压油驱动的第二活塞，内液压油缸内安装用于对第二活塞的位置进行监测的第二位移传感器；内液压油缸的缸体内安装有第二压缩弹簧，第二压缩弹簧的弹性恢复力迫使第二活塞压缩内液压油缸内的油腔容量；在运行过程中，第一压缩弹簧在最长时的弹性恢复力大于等于第二压缩弹簧在最短时的弹性恢复力；相变腔体的内腔由第三活塞分隔成相变材料腔与第三液压油腔，第三液压油腔内设有用于驱使第三活塞压缩相变材料腔的第三压缩弹簧。

采用液压油缸构建储液器，且通过位移传感器对液压油缸内活塞位置进行监测，结合布设在内液压油缸与外液压油缸之间的调节油路结构，能够实现液压油在内外液压油缸间的双向运动，以利用位移传感器，能对内外储液器内的液压油的量进行精确控制，从而提高其浮力控制的精确度，即提高了浮力控制的稳定性；当然，也能更好地实现精确的定深控制。此外，通过第一压缩弹簧、第二压缩弹簧与第三压缩弹簧的配合而实现液压油的自主，而有效简化系统结构及降低能耗。

为了实现上述第二发明目的，本发明提供剖面运动平台包括密封腔体及浮力控制回路，浮力控制回路包括通过油路依序连接成回路结构的储液泵，蓄能器，排水体积随所存储液压油量而变化的外储液器，及内储液器；位于蓄能器与外储液器之间的管路上依序串联有发电用液压马达、第一导通控制阀及仅允许液压油流向外储液器的单向阀，在液压马达与第一导通控制阀之间的管路上通过三通与内储液器之间旁接有短路油路，短路油路上串联有第二导通控制阀。

该剖面运动平台基于所增设的短路油路、位于蓄能器与外储液器之间的第一导通控制阀与单向阀及压力传感器，从而可在一个剖面循环运动过程中，进行多次发电，以提高发电效率。

具体的方案为在外储液器与内储液器间并联地旁接有调节油路，调节油路上串联有液压泵及仅允许液压油流向外储液器的单向阀。以能在定深步骤中，进行发电，而进一步提高发电效率。

优选的方案为在储液器与内储液器间的油路上串联有第三导通控制阀；储液泵与蓄能器间的油路上串联有只允许液压油流向蓄能器的单向阀；内储液器与储液泵间的油路上串联有只允许液压油流向储液泵的单向阀。

进一步的方案为外储液器包括外液压油缸，外液压油缸的内腔由第一活塞分隔成第一液压油腔与吸液腔，吸液腔内设有用于驱使第一活塞压缩第一液压油腔的第一压缩弹簧；内储液器为内液压油缸，内液压油缸具有受其所存储的液压油驱动的第二活塞，内液压油缸内安装用于对第二活塞的位置进行监测的第二位移传感器；内液压油缸的缸体内安装有第二压缩弹簧，第二压缩弹簧的弹性恢复力迫使第二活塞压缩内液压油缸内的油腔容量；在运行过程中，第一压缩弹簧在最长时的弹性恢复力大于等于第二压缩弹簧在最短时的弹性恢复力；相变腔体的内腔由第三活塞分隔成相变材料腔与第三液压油腔，第三液压油腔内设有用于驱使第三活塞压缩相变材料腔的第三压缩弹簧。

采用液压油缸构建储液器，且通过位移传感器对液压油缸内活塞位置进行监测，结合布设在内液压油缸与外液压油缸之间的调节油路结构，能够实现液压油在内外液压油缸间的双向运动，以利用位移传感器，能对内外储液器内的液压油的量进行精确控制，从而提高其浮力控制的精确度，即提高了浮力控制的稳定性；当然，也能更好地实现精确的定深控制。此外，通过第一压缩弹簧、第二压缩弹簧与第三压缩弹簧的配合而实现液压油的自主，而有效简化系统结构及降低能耗。

为了实现上述第三目的，本发明提供的具体的方案为在蓄能器与内储液器间并联地旁接有溢流油路，溢流油路上串联有溢流阀。

在升降控制过程中，基于所增设的溢流油路与调节油路，当位于蓄能器与外储液器之间的管路出现堵塞时，会使蓄能器的接口处压力超过溢流阀的预设阈值时，将使溢流阀导通而使多余的液压油进入内储液器内，以避免出现高压而损坏相关元器件，同时，通过液压泵将内储液器内液压油泵入外储液器中，而增加外储液器的排水体积，以产生更多浮力而上浮，以在出现故障时能更好对该运动平台的回收。

更具体的方案为该剖面运动平台的升降控制方法包括以下步骤：

障碍时上浮步骤，在控制浮力控制回路向外储液器充油时，若检测到外储液器的储油量无法增加至上浮目标量，且内储液器内的储油量大于预设值时，控制串联在调节油路上的液压泵工作，以迫使内储液器内的液压油沿调节油路进入外储液器，而控制剖面运动平台上浮；

定深控制步骤，控制第一导通控制阀关闭，基于对内储液器与外储液器内储油量的监控数据，利用液压泵将液压油从内储液器泵送至外储液器，及开通内外储液器间的油路以使液压油从外储液器流至内储液器，而调节两储液器间液压油的分配，以使剖面运动平台悬浮在定深位置处。

附图说明

图1为本发明剖面运动平台实施例1的结构示意图；

图2为本发明剖面运动平台实施例1中外液压油缸的结构示意图；

图3为本发明剖面运动平台实施例1中内液压油缸的结构示意图；

图4为本发明剖面运动平台实施例1中储液泵的结构示意图；

图5为本发明剖面运动平台实施例2的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

参见图1至图4，本发明基于海洋温差能的剖面运动平台包括密封腔体100、浮力控制回路、发电单元、储电单元及控制单元，浮力控制回路的大部分结构及发电单元、储电单元与控制单元均布设在密封腔体内；浮力控制回路包括通过油路依序连接成回路结构的基于海洋温差能驱动的储液泵1，蓄能器21，排水体积随所存储液压油量而变化的外液压油缸9，及置于密封腔体内的内液压油缸4。在本实施例中，外液压油缸9与储液泵1均置于密封腔体外而暴露在海水中，其他元件及油路均设置在密封腔体内。发电单元包括液压马达14与发电电机15，储电单元包括充电电池组17，控制单元包括电源控制板16。

在该浮力控制回路中，在储液泵1与蓄能器21间的油路23c上串联有只允许液压油流向蓄能器21的单向阀22；蓄能器21与外液压油缸9间的油路23e上依序地串联有液压马达14、电磁换向阀12及单向阀11；外液压油缸9与内液压油缸4间的油路23b上串联有电磁换向阀3；内液压油缸9与储液泵1间的油路23a上串联有只允许液压油流向储液泵1的单向阀2。

在蓄能器21与内液压油缸4间的油路上旁接有压力传感器20，用于对蓄能器21内的压力进行监测；在外液压油缸9与内液压油缸4间并联地旁接有调节油路25，在调节油路25上串联有由电机7驱动的液压泵6；在液压马达14与内液压油缸4间并联地旁接有短路油路24，短路油路24上串联有电磁换向阀13。其中，外液压油缸9构成本实施例中的外储液器，内液压油缸4构成本实施例中的内储液器，电磁换向阀12构成本实施例中的第一导通控制阀，电磁换向阀13构成本实施例中的第二导通控制阀，电磁换向阀3构成本实施例中的第三导通控制阀，导通控制阀还可采用电磁换向阀之外的其他结构的电控截止阀进行构建。

如图2所示，外液压油缸9包括缸体27、密封装置28、下端盖29、第一活塞32及上端盖33；缸体27的内腔由第一活塞32分隔成第一液压油腔与吸水腔，吸水腔内设有用于驱使第一活塞32压缩第一液压油腔的第一压缩弹簧30，并在吸水腔内套装有金属波纹管31，该金属波纹管31的进水端口水密地套装在吸水腔的吸水口内，第一压缩弹簧30套装在金属波纹管31外；外液压油缸9内安装有用于对第一活塞32在缸体内的位置进行监测的第一拉线位移传感器34。其中，吸水腔构成本实施例中的吸液腔，第一拉线位移传感器34构成本实施例中的第一位移传感器，此外，第一位移传感器还可采用光标尺、磁致伸缩传感器等位移传感器进行构建。设于上端盖33上的导油孔26与油路23e连通，并通过旁接三通而与调节油路25及油路23b连通。第一拉线位移传感器34固定在上端盖33上，并位于缸体27的内腔内部，传感器的另一端缚在第一活塞32上。活塞与缸体之间由弹性密封圈、填料密封等密封装置28进行密封，具有良好的密封，并将缸体分为上下不连通的两部分，即第一液压油腔与吸水腔。当缸体27内上部分腔体体积增大，则第一活塞32向下移动，吸水腔部分的体积减小，金属波纹管31压缩排出水体，系统排水量增大；当缸体27内上部分腔体的体积减小，则第一活塞32向上移动，吸水腔部分体积增大，金属波纹管31膨胀吸入水体，系统排水量减小。第一压缩弹簧所提供最小弹性恢复力能够将缸体27上部分的液压油完全压入内液压油缸4内。

如图3所示，内液压油缸4包括端盖35与缸体36；在缸体36内具有受其所存储的液压油驱动的第二活塞38，内液压油缸4内安装用于对第二活塞38的位置进行监测的第二拉线位移传感器37。其中，第二拉线位移传感器37构成本实施例中的第二位移传感器，此外，第二位移传感器还可采用光标尺等位移传感器进行构建。在端盖35上设有导油孔39，用于连接油路23a、23b、23d三条油路，以及短路油路24和调节油路25；第二拉线位移传感器37固定在缸体36上，拉线缚在移动的第二活塞38上。

如图4所示，储液泵1包括相变腔体40，相变腔体40的内腔由第三活塞45分隔成位于上部的相变材料腔与位于下部的第三液压油腔，第三活塞45紧贴相变腔体40的内壁面上，具有良好的密封和润滑；相变材料腔用于存储相变材料41，第三液压油腔用于存储液压油42，第三液压油腔内设有用于驱使第三活塞45压缩相变材料腔的第三压缩弹簧44。第三液压油腔通过油路43连接着油路23a和油路23c。相对弹性恢复力而言，第一压缩弹簧30为粗弹簧，而第三压缩弹簧44为细弹簧，以在工作过程中，第三压缩弹簧44所提供的弹性恢复力能够在相变材料凝固时充分压缩相变材料的体积，并将内液压油缸4中的油完全吸入相变腔。

从蓄能器21到外液压油缸9和内液压油缸4的高压液压油皆要通过液压马达14，液压马达14带动发电机15发电，所产生的电能通过电源控制板16处理后对电池组17进行充电，电池组17能够为各负载18进行供电，负载18包括电机7、控制单元及相关探测器等，以确保剖面运动平台的正常工作所需能源。

上述电磁换向阀为常闭电磁阀。在工作过程中，电磁换向阀12打开，液压油从蓄能器21进入外液压油缸9，同时经过液压马达14将液压能转化为机械能，带动发电机15发电。单向阀11只允许液压油从蓄能器21或者内液压油缸4运动到外液压油缸9，其作用是防止液压油从外液压油缸9回流进入蓄能器21。

对于短路油路24时，在电磁换向阀13打开时，液压油从蓄能器21直接进入内液压油缸4，同时经过液压马14达将液压能转化为机械能，带动发电机发电。

单向阀8只允许液压油从内液压油缸4运动到外液压油缸9。液压泵6通过电动机7带动，将内液压油缸4的液压油抽回到外液压油缸9。当电磁换向阀3打开时，液压油在压力和第一压缩弹簧的弹簧力的作用下完全自主通过油路23b从外油缸运动到内油缸。

在内液压缸4与储液泵1之间的油路23a上，单向阀2只允许液压油从内液压缸4运动到储液泵1内。当相变材料逐渐凝固时，液压油在压力和第三压缩弹簧的弹簧力的作用下完全自主通过油路23a从内液压缸4运动到储液泵1。

第一拉线位移传感器5与第二拉线位移传感器10能够精确测量活塞的相对位移量，通过油缸已知尺寸间接计算进出外液压缸和内液压缸的油量，既能精确控制浮力大小，又保证每个循环油量相同。

相变腔体40内部有泡沫铝、石墨等结构疏松物质为腔体芯，并紧密贴紧腔体40内壁，增强相变材料41的导热率。相变腔体40内可采用一定比例的相变材料加水等填充液体，填充液体的密度与相变材料不同且体积不随温度变化，不仅能最大限度压缩相变材料，且为相变腔液压油囊提供最大体积。相变材料的相变温度处于4-26摄氏度之间，可以选择正十四烷、正十五烷、正十六烷及三者混合物，或者温度敏感型水凝胶。

该平台在循环发电过程的步骤包括以下阶段：

阶段1，初始阶段：平台位于海面，相变材料41完全融化，第三液压油腔中的液压油完全进入蓄能器21，蓄能器21通过调节而将部分液压油通过短路油路24排到内液压油缸4，蓄能器21压力达到设定值。外液压油缸9将液压油排入内液压油缸4，活塞处于缸的顶部，排水量最小，产生负浮力，仪器下沉。此时内液压缸4充满油，活塞处于缸的底部。

阶段2，下沉阶段：相变材料2逐渐凝固，储液泵1从内液压油缸4不断吸油，内液压油缸4中的第二活塞38逐渐上移，而外液压油缸9和蓄能器21保持上一阶段状态，没有变化。

阶段3，定深控制阶段：在定深控制时，通过传感器获取深度数据，在即将到达目标深度时，打开电磁阀换向阀12，蓄能器21中的液压油通过液压马达14发电后，进入外液压油缸4，位移传感器测量第一活塞位置，当外液压缸9内的活塞运动到中间位置时关闭电磁阀换向阀12，仪器接近中性浮力。并控制液压泵6和电磁换向阀3，使液压油在内液压缸4和外液压缸9中微调，精确控制仪器在目标深度达到中性浮力。

阶段4，开始上浮：低温海水使相变材料41凝固收缩，内液压油缸4内的液压油进入储液泵1，相变过程结束后，打开电磁换向阀12，蓄能器21中的液压油通过液压马达14和发电机15发电后，进入外液压油缸9，此时外液压油缸充满油，蓄能器21内没有油，外液压油缸9的活塞移动至底部，排水量最大，产生正浮力，仪器上浮。

阶段5，上浮阶段：相变材料41逐渐融化，相变腔1中液压油被排出至蓄能器21，通过压力传感器20监测蓄能器的压力，当蓄能器压力达到上限值时，打开电磁换向阀13，蓄能器液压油通过液压马达14发电后，由短路油路24进入内液压缸4，蓄能器压力降低到下限值时，关闭电磁换向阀13。相变材料继续融化，补充蓄能器中的压力，到达上限值时再次打开电磁换向阀13发电，降到下限值时关闭，如此反复，上浮阶段可进行多次发电。外液压油缸9保持上一阶段状态，没有变化。

阶段6，浮出海面阶段：相变材料2完全融化，相变腔1中的油完全进入蓄能器21中，蓄能器21通过以上阶段中的循环发电调节达到下限值。外液压油缸9保持上一阶段状态，没有变化。

阶段7，开始下沉阶段：打开电磁换向阀3，外液压油缸9中的油完全进入内液压油缸4中，外液压油缸活塞处于顶部，排水量最小，仪器下沉。此时，内液压油缸充满油，活塞处于缸的底部。储液泵1和蓄能器21保持上一阶段状态，没有变化。仪器回到阶段1，开始新一轮循环。

即在工作过程中，剖面运动平台的控制方法包括以下步骤，即控制单元的处理器执行存储在控制单元的存储器内的计算机程序时，能实现以下步骤：

定深控制步骤S1，基于两个位移传感器的检测数据，利用液压泵6和电磁换向阀3在外液压油缸9与内液压油缸4之间调节液压油存储量，以使剖面运动平台悬浮在定深位置处。

(1)定深在浅层海水

在定深控制时，通过传感器获取深度数据，在即将到达目标深度时，打开电磁阀换向阀12，蓄能器21中的液压油通过液压马达14发电后，进入外液压油缸9，第一拉线位移传感器测量第一活塞位置，当外液压缸9中的第一活塞运动到中间位置时关闭电磁阀换向阀12，仪器接近中性浮力。控制电磁阀换向阀3和带动液压泵6的电机7，使液压油在内液压缸4和外液压缸9中微调，精确控制仪器在目标深度达到中性浮力。

(2)定深在深层海水

同理，在即将到达目标深度时，打开电磁阀换向阀13，蓄能器21中的液压油通过液压马达14和发电机15发电后，经短路油路24进入内液压油缸4，再经过电机7带动液压泵6将内液压缸4中的低压油泵入高压的外液压缸9中，当外液压缸9中的活塞运动到中间位置时关闭电磁阀换向阀13和电机7，仪器接近中性浮力。控制电磁阀换向阀3和带动液压泵6的电机7，使液压油在内液压缸和外液压缸中微调，精确控制仪器在目标深度达到中性浮力。

循环发电步骤S2，依据压力传感器20的检测数据，在蓄能器21的压力达到预设阈值以上时，控制第二导通控制阀开启，而将液压油排入内液压油缸4中，以驱使液压马达14带动发电机进行发电。

在储液泵1和蓄能器21的油路中设置一个压力传感器20，用于测量蓄能器压力。当蓄能器压力到达上限值时，打开电磁换向阀13，蓄能器21内的液压油短路油路24，并驱使发电单元发电之后储存在内液压油缸4内，此时蓄能器压力降低到下限值时关闭电磁换向阀13，从而可在一次循环运动过程中进行多次发电。

深水区上浮步骤S3，控制第二导通控制阀开启，将蓄能器21内的液压油排入内液压油缸4内，再控制液压泵6将内液压油缸4内的液压油泵入外液压油缸9内，以增加排水量而驱使剖面运动平台上浮。

在深水区时，为了解决蓄能器21压力比外界水体压力低的问题，蓄能器液压油先通过短路油路24，再经过液压泵6抽回到外液压。具体为，在浅层水域循环发电足够多次后，存储足够的能量向深水运动。深水运动的过程与浅层运动过程相似，不同的是在开始上浮阶段，此阶段，蓄能器的压力比环境水压小，因此蓄能器无法直接将液压油排入外液压油缸中。基于低温海水使相变材料41凝固收缩，内液压缸4的液压油进入储液泵1，相变过程结束后，打开电磁换向阀13，蓄能器21中的液压油通过液压马达14进行发电后，经短路油路24进入内液压油缸4，再经过电机7带动液压泵6将内液压缸中的低压油泵入高压的外液压缸9中，此时，外液压油缸充满油，蓄能器没有油，外液压油缸活塞移动至底部，排水量最大，产生正浮力，仪器上浮。

在上述实施例中的结构仅为本发明的一个优选例，其中，储液泵、内储液器与外储液器均可采用背景技术专利文献中的结构进行替换而能进行故障上浮步骤；发电机可采用直流发电机或交流发电机；外液压油缸中拉线位移传感器也可位于缸体之外；金属波纹管也可用可变形液压油囊，此液压油囊位于缸体之外，与水体不连通，缸体下部也充满液压油。此外，在循环发电过程中，蓄能器内的液压油也可直接排出到外液压油缸中，再抽入内液压油缸中。

本发明相对现有技术具有以下技术效果：

1、液压马达和发电机处于系统主干油路的结构，能够实现蓄能器分别经过外液压油缸和内液压油缸都能进行发电，提高液压能的利用效率。

2、在内液压油缸和外液压油缸之间增加一条调节油路结构，能够实现液压油的双向运动，结合液压油缸上的传感器，实现精确的定深控制。

3、在蓄能器和内液压油缸中增加一条短路油路结构，该油路结合测量蓄能器的压力传感器，当蓄能器到达上限值时，将液压油排入内液压缸，能够实现在单次循环中的多次发电，提高了发电量。在深水域时，内部压力比外部水压低的蓄能器能够通过短路油路和调节油路而间接地将液压油排入外液压缸，减小蓄能器最大压力的同时实现大深度运动。

4、相变腔采用活塞和弹簧的结构，既实现的相变材料和液压油的隔离，同时弹簧的作用能够充分压缩相变材料凝固的体积，完全自主将液压油从内液压油缸吸入相变腔，减低液压系统复杂度，减少能耗。

5、采用外液压油缸和拉线位移传感器，能够精确测量外液压缸液压油的变化量，采用拉线位移传感器和金属波纹管内置在液压油缸的结构，提高了外液压油缸内部空间的利用率；外液压油缸有粗弹簧，能够完全自主将液压油压入内液压油缸。

6、采用内液压油缸和拉线位移传感器结构，能够精确测量内液压油缸的油量变化。

实施例2

作为对本发明实施例2的说明，以下仅对与上述实施例的不同之处进行说明。

如图5所示，本实施例中为在上述实施例1的基础上，在蓄能器21与内液压油缸4间并联地旁接溢流油路23d。该剖面运动平台的升降控制方法还包括故障上浮步骤S1：

在溢流油路23d的进油口处的油压驱使溢流阀19导通，而使液压油通过溢流油路23d而进入内储液器后，控制液压泵6迫使内储液器内的液压油沿调节油路进入外储液器，至外储液器的排水量增加而使剖面运动平台上浮。

具体地，当因为故障堵塞导致油路23c的压力不断增大，压力值超过溢流阀19的设定压力值时，溢流阀19导通，液压油通过油路23d进入内液压油缸4，降低压力，防止因油路故障导致的高压损坏器件，而且液压油回到内液压缸4还可通过液压泵6抽回到外液压油缸9，使排水量增大产生正浮力，设备上浮，防止因故障导致设备丢失。对于此步骤中的液压泵的开启条件可为在电磁阀13、3未开启，且第一拉线位移传感器检测到内液压油缸4内的液压油不断增加而外液压油缸9内的液压油保持不变时，或者深度检测传感器检测到设备一直处于预定深度位置而未上浮时。

在相变腔和蓄能器之间增加溢流阀，并将溢流阀输出接入内液压油缸中，能够在油路故障堵塞，压力增大的情况下，将液压油导入内液压油缸中，防止抗压能力小的相变腔和蓄能器损坏。同时结合回油路的回油功能，将内液压油缸中的液压油输入到外液压油缸，使排水体积变大，形成正浮力，仪器上浮，方便回收和维护。

Claims (10)

1.一种基于海洋温差能驱动的剖面运动平台的发电控制方法，所述剖面运动平台包括密封腔体及浮力控制回路，所述浮力控制回路包括通过油路依序连接成回路结构的储液泵，蓄能器，排水体积随所存储液压油量而变化的外储液器，及内储液器；其特征在于，位于所述蓄能器与所述外储液器之间的管路上依序串联有发电用液压马达、第一导通控制阀及仅允许液压油流向所述外储液器的单向阀，在所述液压马达与所述第一导通控制阀之间的管路上通过三通与所述内储液器之间旁接有短路油路，所述短路油路上串联有第二导通控制阀；

所述发电控制方法包括以下步骤：

在开始上浮阶段，控制所述第一导通控制阀开启，以利用所述蓄能器向所述外储液器输油，而驱使所述液压马达转动而发电；

在上浮阶段，所述储液泵向所述蓄能器输油，若检测所述蓄能器的内的压力超过预设阈值时，则控制所述第二导通控制阀开启而通过所述短路油路向所述内储液器输油，以驱使所述液压马达转动而发电。

2.根据权利要求1所述的发电控制方法，其特征在于，在所述外储液器与所述内储液器间并联地旁接有调节油路，所述调节油路上串联有液压泵及仅允许液压油流向所述外储液器的单向阀；所述发电控制方法包括：

在定深控制阶段，控制所述第一导通控制阀开启，以利用所述蓄能器向所述外储液器输油，而驱使所述液压马达转动而发电。

3.根据权利要求1或2所述的发电控制方法，其特征在于：

在所述外储液器与所述内储液器间的油路上串联有第三导通控制阀；所述储液泵与所述蓄能器间的油路上串联有只允许液压油流向所述蓄能器的单向阀；所述内储液器与所述储液泵间的油路上串联有只允许液压油流向所述储液泵的单向阀。

4.根据权利要求1至3任一项权利要求所述的发电控制方法，其特征在于：

所述外储液器包括外液压油缸，所述外液压油缸的内腔由第一活塞分隔成第一液压油腔与吸液腔，所述吸液腔内设有用于驱使所述第一活塞压缩所述第一液压油腔的第一压缩弹簧；

所述内储液器为内液压油缸，所述内液压油缸具有受其所存储的液压油驱动的第二活塞，所述内液压油缸内安装用于对所述第二活塞的位置进行监测的第二位移传感器；所述内液压油缸的缸体内安装有第二压缩弹簧，所述第二压缩弹簧的弹性恢复力迫使所述第二活塞压缩所述内液压油缸内的油腔容量；在运行过程中，所述第一压缩弹簧在最长时的弹性恢复力大于等于所述第二压缩弹簧在最短时的弹性恢复力；

所述储液泵的相变腔体的内腔由第三活塞分隔成相变材料腔与第三液压油腔，所述第三液压油腔内设有用于驱使所述第三活塞压缩所述相变材料腔的第三压缩弹簧。

5.一种基于海洋温差能驱动的剖面运动平台，包括密封腔体及浮力控制回路，所述浮力控制回路包括通过油路依序连接成回路结构的储液泵，蓄能器，排水体积随所存储液压油量而变化的外储液器，及内储液器；

其特征在于：

位于所述蓄能器与所述外储液器之间的管路上依序串联有发电用液压马达、第一导通控制阀及仅允许液压油流向所述外储液器的单向阀，在所述液压马达与所述第一导通控制阀之间的管路上通过三通与所述内储液器之间旁接有短路油路，所述短路油路上串联有第二导通控制阀。

6.根据权利要求5所述的剖面运动平台，其特征在于：

在所述外储液器与所述内储液器间并联地旁接有调节油路，所述调节油路上串联有液压泵及仅允许液压油流向所述外储液器的单向阀。

7.根据权利要求5或6所述的剖面运动平台，其特征在于：

在所述外储液器与所述内储液器间的油路上串联有第三导通控制阀；所述储液泵与所述蓄能器间的油路上串联有只允许液压油流向所述蓄能器的单向阀；所述内储液器与所述储液泵间的油路上串联有只允许液压油流向所述储液泵的单向阀。

8.根据权利要求7所述的剖面运动平台，其特征在于：

所述外储液器包括外液压油缸，所述外液压油缸的内腔由第一活塞分隔成第一液压油腔与吸液腔，所述吸液腔内设有用于驱使所述第一活塞压缩所述第一液压油腔的第一压缩弹簧；

所述内储液器为内液压油缸，所述内液压油缸具有受其所存储的液压油驱动的第二活塞，所述内液压油缸内安装用于对所述第二活塞的位置进行监测的第二位移传感器；所述内液压油缸的缸体内安装有第二压缩弹簧，所述第二压缩弹簧的弹性恢复力迫使所述第二活塞压缩所述内液压油缸内的油腔容量；在运行过程中，所述第一压缩弹簧在最长时的弹性恢复力大于等于所述第二压缩弹簧在最短时的弹性恢复力；

所述储液泵的相变腔体的内腔由第三活塞分隔成相变材料腔与第三液压油腔，所述第三液压油腔内设有用于驱使所述第三活塞压缩所述相变材料腔的第三压缩弹簧。

9.根据权利要求5所述的剖面运动平台，其特征在于：

在所述蓄能器与所述内储液器间并联地旁接有溢流油路，所述溢流油路上串联有溢流阀。

10.根据权利要求9所述的剖面运动平台，其特征在于，该剖面运动平台的升降控制方法包括以下步骤：

障碍时上浮步骤，在控制所述浮力控制回路向所述外储液器充油时，若检测到所述外储液器的储油量无法增加至上浮目标量，且所述内储液器内的储油量大于预设值时，控制串联在调节油路上的液压泵工作，以迫使所述内储液器内的液压油沿所述调节油路进入所述外储液器，而控制所述剖面运动平台上浮；

定深控制步骤，控制所述第一导通控制阀关闭，基于对所述内储液器与所述外储液器内储油量的监控数据，利用所述液压泵将液压油从所述内储液器泵送至所述外储液器，及开通内外储液器间的油路以使液压油从所述外储液器流至所述内储液器，而调节两储液器间液压油的分配，以使所述剖面运动平台悬浮在定深位置处。

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