CN110979601A - 一种载人潜水器的浮力与姿态调节集成系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种载人潜水器的浮力与姿态调节集成系统，包括载人潜水器、压载舱单元、主泵送组件、外循环开关阀及第一开关阀，外循环开关阀一端与压载舱单元一一对应连接，另一端与主泵送组件连接，主泵送组件另一端与第一开关阀连接，第一开关阀另一端与外海环境连通；内循环开关阀，内循环开关阀一端与压载舱单元一一对应连接，另一端与主泵送组件和第一开关阀之间的管路连接；外循环开关阀与主泵送组件及第一开关阀配合将海水注入或排出压载舱单元；内循环开关阀与主泵送组件、第一开关阀及外循环开关阀配合完成各压载舱单元间注水及排水；本发明克服了浮力与姿态调节系统设计复杂、成本高、能耗高续航时间短及可靠度低的问题。

Description

一种载人潜水器的浮力与姿态调节集成系统

技术领域

本发明涉及潜水器技术领域，尤其涉及一种载人潜水器的浮力与姿态调节集成系统。

背景技术

载人潜水器作为水下观察和作业能力的潜水装置，可用于水下考察、海底勘探、海底开发和打捞、救生等多种任务。浮力与姿态调节系统作为载人潜水器重要组成部分，可通过注水、排水实现载人潜水器的下潜和上浮；保持或调节载人潜水器的航行姿态；调节载人潜水器的浮力微调。因此，浮力与姿态调节系统对载人潜水器的安全作业及任务完成率具有重要作用。目前国内外载人潜水器的浮力与姿态调节一般需两套系统独立完成，两种系统通过相互配合实现有关功能，这无疑提高了系统体积、成本以及重量，同时增加了系统复杂度及系统集成难度，并降低了系统可靠性。此外，现有浮力及调节系统需分别由电能驱动实现，该方式能耗较大并影响载人潜水器作业时间。

公开号为CN102774483B的一篇中国发明专利，公开了一种潜水器水液压系统，包括动力源、浮力和姿态调节机构以及作业机构，动力源一方面与浮力和姿态调节机构协作完成潜水器的浮力和纵倾、横倾的调节，另一方面驱动作业机构完成作业,实现潜水器系统简化，提高了潜水器的可靠性及载重比，其适用于深海潜水作业。

但是其存在以下问题：其在进行浮力以及姿态调节时均是通过压载舱与外海环境进行直接交换水来实现，内循环和外循环为两套独立系统分开工作，其系统体积较大，成本较高，并且在进行浮力调节时直接与外海环境进行水转移由于外海环境压力较大，尤其时向外海环境排水时其能耗大；此外下潜至一定深度进行作业时，发现姿态不平衡时，其通过外部进水或排水来调节姿态时容易导致潜水深度难以保持产生上下浮动，并且当下潜至极限深度发现不平衡时其通过外部进水调节时增加了潜水器重量容易导致潜水器下沉，使潜水器下潜超过极限深度，发生危险。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提供一种载人潜水器的浮力与姿态调节集成系统，通过内循环和外循环两套系统融合在一起，使得载人潜水器的浮力及姿态调节集成为一套水液压系统实现，克服了现有潜水器的浮力与姿态调节系统设计复杂、成本高、能耗高导致续航时间短以及系统可靠度低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种载人潜水器的浮力与姿态调节集成系统，包括载人潜水器，安装于载人潜水器周围的若干压载舱单元，还包括主泵送组件、若干外循环开关阀以及第一开关阀，所述外循环开关阀的一端通过管路与压载舱单元一一对应连接设置，其另一端与主泵送组件的一端连接设置，主泵送组件的另一端与第一开关阀的一端连接设置，第一开关阀的另一端与外海环境连通；

还包括若干内循环开关阀，所述内循环开关阀的一端通过管路与压载舱单元一一对应连接设置，其另一端与主泵送组件和第一开关阀之间的管路连接；

所述外循环开关阀与主泵送组件以及第一开关阀相配合完成将海水注入压载舱单元或将压载舱单元内的水排出至外海环境；所述内循环开关阀与主泵送组件、第一开关阀以及外循环开关阀相配合完成各个压载舱单元之间的注水及排水。

作为一种优选，所述主泵送组件与压载舱单元之间的管路上设置有第二开关阀所述第二开关阀用于防泄漏。

作为一种优选，还包括辅助泵送组件，所述辅助泵送组件与主泵送组件之间通过管路并联，该辅助泵送组件用于补充注水及排水能力，所述辅助泵送组件与压载舱单元之间的管路上设置有第三开关阀，所述第三开关阀用于防泄漏。

作为一种优选，还包括溢流阀，所述溢流阀用于稳定系统压力，其一端连接第二开关阀和第三开关阀靠外循环开关阀的一端，其另一端连接第一开关阀靠外海环境的一端。

作为一种优选，所述压载舱单元包括压载舱、设置在压载舱上的压力传感器，本发明中的压载舱单元优选设置为四组，当然也可以根据实际需求设置其它组数，只要其能通过相互之间的调节实现平衡即可。

作为一种优选，所述内循环开关阀和外循环开关阀均与压载舱的底部位置连通。

作为一种优选，所述压力传感器安装于压载舱的顶部位置，其利用浮球测量舱内水液位。

作为一种优选，所述压载舱单元均布安装于载人潜水器的前、后、左及右的位置处。

作为一种优选，所述压载舱单元均布安装于载人潜水器的四个边角位置处。

作为一种优选，所述主泵送组件和辅助泵送组件均包括双向海水泵和直流电机。

现有浮力及姿态调节系统中，海水阀、泵及电机等零部件需根据特定系统要求进行专门设计制造以实现其有关功能，大大增加了系统成本，本发明中潜水器使用一般为较浅深度水域使用，其海水阀、泵及电机等零部件为市场上常规可以购买的成本较低。

本实施例的有益效果：

1、本发明中内循环和外循环两套系统融合在一起，使得载人潜水器的浮力及姿态调节集成为一套水液压系统实现，有效降低系统复杂度、集成难度及成本，增加了系统可靠度，并且其姿态调节采用压载舱内部之间的注排水进行调节，使得能在保持潜水深度的情况下进行姿态调节，稳定性更好，在应对极限深度时安全性更高。

2、本发明通过中通过将两套循环系统连接起来，通过阀门开关来实现循环回路的切换，其使得外循环和内循环可以共用一个泵送动力源，有效较低了系统能耗，增加了载人潜水器的水下作业时间。

3、本发明中通过设置辅助泵送组件配合主泵送组件使得特殊情况下，单个泵送组件注水及排水流量不足时能打开辅助泵送组件对其进行泵送动力的补充，进一步保障了该系统的运行可靠性；此外主泵送组件与压载舱单元之间的管路上设置有第二开关阀以及辅助泵送组件与压载舱单元之间的管路上设置第三开关阀，使得能够避免不通电时泵送组件发生泄漏，提高了系统的安全性。

综上所述，该设备具有系统简化，集成度高、成本能耗低以及可靠性高等优点，尤其适用于载人潜水器技术领域。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为载人潜水器压载舱单元前后左右设置的示意图；

图2为载人潜水器的浮力与姿态调节集成系统的示意图；

图3为压载舱单元的示意图；

图4为泵送组件的示意图；

图5为外循环进行下潜时的工作状态示意图；

图6为外循环进行上浮时的工作状态示意图

图7为一个压载舱往另一个压载舱注水的内循环工作状态示意图；

图8为两个个压载舱往另两个压载舱注水的内循环工作状态示意图；

图9为压载舱单元对角设置的示意图；

图10为增加辅助泵送组件时的浮力与姿态调节集成系统示意图；

图11为压载舱单元不同结构设计的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明。

实施例一

如图1至图4所示，本实施例中提供的是一种载人潜水器的浮力与姿态调节集成系统，包括载人潜水器10，安装于载人潜水器10周围的若干压载舱单元2，还包括主泵送组件11、若干外循环开关阀15以及第一开关阀9，所述外循环开关阀15的一端通过管路与压载舱单元2一一对应连接设置，其另一端与主泵送组件11的一端连接设置，主泵送组件11的另一端与第一开关阀9的一端连接设置，第一开关阀9的另一端与外海环境连通；

还包括若干内循环开关阀13，所述内循环开关阀13的一端通过管路与压载舱单元2一一对应连接设置，其另一端与主泵送组件11和第一开关阀9之间的管路连接；

所述外循环开关阀15与主泵送组件11以及第一开关阀9相配合完成将海水注入压载舱单元2或将压载舱单元2内的水排出至外海环境；所述内循环开关阀13与主泵送组件11、第一开关阀9以及外循环开关阀15相配合完成各个压载舱单元2之间的注水及排水。

本发明中将内循环和外循环两套系统融合在一起，使得载人潜水器的浮力及姿态调节可由一套水液压系统实现。

如图5和图6所示，载人潜水器进行下潜时往各个压载舱单元2进行同时注水，通过注水增加潜水器自身重量以使其下潜；载人潜水器进行上浮时各个压载舱单元2进行同时排水，通过排水减少潜水器自身重量以使其上浮。

进一步地，所述主泵送组件11与压载舱单元2之间的管路上设置有第二开关阀12所述第二开关阀12用于防泄漏。

进一步地，还包括溢流阀24，所述溢流阀24用于稳定系统压力，其一端连接第二开关阀12和第三开关阀21靠外循环开关阀15的一端，其另一端连接第一开关阀9靠外海环境的一端。

进一步地，所述压载舱单元2包括压载舱20、设置在压载舱20上的压力传感器1，本实施例中的压载舱20为圆球形设计。

进一步地，所述内循环开关阀13和外循环开关阀15均与压载舱20的底部位置连通。

进一步地，所述压力传感器1安装于压载舱20的顶部位置，其利用浮球测量舱内水液位。

进一步地，所述压载舱单元2均布安装于载人潜水器10的前、后、左及右的位置处。

更进一步地，所述主泵送组件11和辅助泵送组件22均包括双向海水泵111和直流电机112。

a.所述的浮力与姿态调节集成系统可实现8种内循环方式，分别是前部压载舱20往后部压载舱20注水(载人潜水器前方翘起)；

b.后部的压载舱20往前部压载舱20注水(载人潜水器后方翘起)；

c.右侧的压载舱20往左侧的压载舱20注水(载人潜水器右方翘起)；

d.左侧的压载舱20往右侧的压载舱20注水(载人潜水器左方翘起)；

e.前部以及右侧的压载舱20往后侧以及左侧的压载舱20注水(载人潜水器前、右后方翘起)；

f.后侧以及左侧压载舱20往前部以及右侧的压载舱20注水(载人潜水器后、左后方翘起)；

g.前部以及左侧的压载舱20往后部以及右侧的压载舱20注水(载人潜水器前、左后方翘起)；

h.后部以及右侧的压载舱20往前部以及左侧的压载舱20注水(载人潜水器后、右后方翘起)；

所述的内循环中前4种为任意2个压载舱之间的排注水(如图7所示)，该图7中的箭头示出了其中一种2个压载舱之间的排注水路径，其它3种情况不再一一列举；此外，所述的内循环中后4种为4个压载舱之间的排注水，即其中两个压载舱往另外两个压载舱中注水(如图8所示)，该图8中的箭头示出了其中一种循环方式，其它3种情况不再一一列举。

本实施例中，以载人潜水器10前部位置的压载舱20往其后部位置的压载舱20注水(载人潜水器前方翘起)为例，前部位置的压载舱20对应的内循环开关阀13以及后部位置的压载舱20对应的外循环开关阀15通电打开(水流能通过)，其余的内循环开关阀13和外循环开关阀15均不通电关闭(水流不能通过)，第一开关阀9不通电(水流不能通过)，第二开关阀12通电打开(水流能通过)，溢流阀24通电，直流电机112通电开始运行；海水从前部位置的压载舱20被吸入双向海水泵111(海水泵正向转动)，并通过管路注入后部位置的压载舱20；利用压力传感器1判断海水在压载舱20的液位并对直流电机112进行控制，若液位达到所需位置，则直流电机112断电。若需增加注水能力，使辅助泵送组件22的直流电机112通电，第三开关阀21通电。

实施例二

如图9所示，其中与实施例一中相同或相应的部件采用与实施例一相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例一的区别点。该实施例二与实施例一的不同之处在于：所述压载舱单元2均布安装于载人潜水器10的四个边角位置处。

本实施例中所述的浮力与姿态调节集成系统同样可实现8种内循环方式，分别是左后边角压载舱20和右后边角压载舱20同时往左前边角压载舱20和右前边角压载舱20注水(载人潜水器后方翘起)；左前边角压载舱20和右前边角压载舱20同时往左后边角压载舱20和右后边角压载舱20注水(载人潜水器前方翘起)；右前边角压载舱20和右后边角压载舱20同时往左前边角压载舱20和左后边角压载舱20注水(载人潜水器右方翘起)；左前边角压载舱20和左后边角压载舱20同时往右前边角压载舱20和右后边角压载舱20注水(载人潜水器左方翘起)；右后边角压载舱20往左前边角压载舱20注水(载人潜水器后、右后方翘起)；左前边角压载舱20往右后边角压载舱20注水(载人潜水器前、左前方翘起)；右前边角压载舱20往左后边角压载舱20注水(载人潜水器前、右前方翘起)；左后边角压载舱20往右前边角压载舱20注水(载人潜水器后、左后方翘起)；所述的内循环中前4种为4个压载舱之间的排注水，后4种为对角两个压载舱之间的排注水。

本实施例中，以载人潜水器10左后边角压载舱20和右后边角压载舱20同时往左前边角压载舱20和右前边角压载舱20注水(载人潜水器后方翘起)为例，左后边角压载舱20和右后边角压载舱20同时往左前边角压载舱20和右前边角压载舱20注水，即左后、右后压载舱往左前、右前压载舱注水。

实施例三

如图10所示，其中与实施例一中相同或相应的部件采用与实施例一相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例一的区别点。该实施例三与实施例一的不同之处在于：还包括辅助泵送组件22，所述辅助泵送组件22与主泵送组件11之间通过管路并联，该辅助泵送组件22用于补充注水及排水能力，所述辅助泵送组件22与压载舱单元2之间的管路上设置有第三开关阀21，所述第三开关阀21用于防泄漏。

本实施例中，通过设置辅助泵送组件配合主泵送组件使得特殊情况下，单个泵送组件注水及排水流量不足时能打开辅助泵送组件对其进行泵送动力的补充，进一步保障了该系统的运行可靠性。

实施例四

如图11所示，其中与实施例一中相同或相应的部件采用与实施例一相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例一的区别点。该实施例四与实施例一的不同之处在于：载人潜水器左侧和右侧的压载舱30设置直条型圆筒状，其前侧和后侧的压载舱30设置为半圆弧型的筒状。

为精确测量压载舱内液位以实现载人潜水器的浮力及姿态调节，现有系统的压载舱外形均为球形，难以做到任意形状，增加了产品外观及结构设计难度，本实施例中摒弃了传统的球形压载舱，采用圆柱及带弧度段的压载舱，拓展了载人潜水器产品结构及外观设计；

本方案压载舱存在不规则形状，其通过方位传感器、液位传感器、水平传感器综合检测进行精确控制调节潜水姿态。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种载人潜水器的浮力与姿态调节集成系统，包括载人潜水器(10)，安装于载人潜水器(10)周围的若干压载舱单元(2)，其特征在于：还包括主泵送组件(11)、若干外循环开关阀(15)以及第一开关阀(9)，所述外循环开关阀(15)的一端通过管路与压载舱单元(2)一一对应连接设置，其另一端与主泵送组件(11)的一端连接设置，主泵送组件(11)的另一端与第一开关阀(9)的一端连接设置，第一开关阀(9)的另一端与外海环境连通；

还包括若干内循环开关阀(13)，所述内循环开关阀(13)的一端通过管路与压载舱单元(2)一一对应连接设置，其另一端与主泵送组件(11)和第一开关阀(9)之间的管路连接；

所述外循环开关阀(15)与主泵送组件(11)以及第一开关阀(9)相配合完成将海水注入压载舱单元(2)或将压载舱单元(2)内的水排出至外海环境；所述内循环开关阀(13)与主泵送组件(11)、第一开关阀(9)以及外循环开关阀(15)相配合完成各个压载舱单元(2)之间的注水及排水。

2.根据权利要求1所述一种载人潜水器的浮力与姿态调节集成系统，其特征在于：所述主泵送组件(11)与压载舱单元(2)之间的管路上设置有第二开关阀(12)，所述第二开关阀(12)用于防泄漏。

3.根据权利要求1所述一种载人潜水器的浮力与姿态调节集成系统，其特征在于：还包括辅助泵送组件(22)，所述辅助泵送组件(22)与主泵送组件(11)之间通过管路并联，该辅助泵送组件(22)用于补充注水及排水能力，所述辅助泵送组件(22)与压载舱单元(2)之间的管路上设置有第三开关阀(21)，所述第三开关阀(21)用于防泄漏。

4.根据权利要求1所述一种载人潜水器的浮力与姿态调节集成系统，其特征在于：还包括溢流阀(24)，所述溢流阀(24)用于稳定系统压力，其一端连接第二开关阀(12)和第三开关阀(21)靠外循环开关阀(15)的一端，其另一端连接第一开关阀(9)靠外海环境的一端。

5.根据权利要求1所述一种载人潜水器的浮力与姿态调节集成系统，其特征在于：所述压载舱单元(2)包括压载舱(20)、设置在压载舱(20)上的压力传感器(1)。

6.根据权利要求5所述一种载人潜水器的浮力与姿态调节集成系统，其特征在于：所述内循环开关阀(13)和外循环开关阀(15)均与压载舱(20)的底部位置连通。

7.根据权利要求5所述一种载人潜水器的浮力与姿态调节集成系统，其特征在于：所述压力传感器(1)安装于压载舱(20)的顶部位置，其利用浮球测量舱内水液位。

8.根据权利要求1所述一种载人潜水器的浮力与姿态调节集成系统，其特征在于：所述压载舱单元(2)均布安装于载人潜水器(10)的前、后、左及右的位置处。

9.根据权利要求1所述一种载人潜水器的浮力与姿态调节集成系统，其特征在于：所述压载舱单元(2)均布安装于载人潜水器(10)的四个边角位置处。

10.根据权利要求1所述一种载人潜水器的浮力与姿态调节集成系统，其特征在于：所述主泵送组件(11)和辅助泵送组件(22)均包括双向海水泵(111)和直流电机(112)。

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