CN111219505A - 一种水下机器人密封舱的双向气阀套件及其配套用气嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下机器人密封舱的双向气阀套件及其配套用气嘴，所述的双向气阀套件包括通气螺栓A、通气螺栓B、堵头和螺母。所述的通气螺栓A通过螺母安装在密封舱舱盖上，上端位于密封舱舱盖外、下端位于密封舱舱盖内，所述的通气螺栓A的下端与通气螺栓B通过螺纹连接；所述的堵头安装在通气螺栓A的上端。本发明可以在对密封舱抽、加压结束拿走的瞬间，依靠弹簧形变迅速恢复，通气螺栓B的阀芯被弹簧顶到上盖，将舱内与外界隔离，避免了密封舱因内外存在压差而导致抽气或打压时空气回流，使得密封舱的抽、打压工作的实施更加接近理想化情况。本发明对密封舱抽、打压工作一步到位，提高了水下机器人的检修及准备工作的效率。
Description
技术领域
本发明涉及水下设备的密封舱，特别是一种水下机器人密封舱的双向气阀套件及其配套用气嘴。
背景技术
现有技术中的单向通气阀大多设计为一体式结构，只具备单一功能，或只能打压，或只能抽负压，而且普遍应用在陆地上的设备。
如图10所示，这种单向通气阀的结构包括阀体、阀芯和阀管(其中主要技术结构为锥形部和弹性密封装置)。阀体中设有主通孔，在主通孔内壁设有限位装置，限位下端面为圆锥面，阀体上端固定设置有卡位部；阀芯包括锥形部、环形槽部和凸部等，其中环形槽部上设有弹性密封装置，通过锥形部在主通孔内的运动达到开启压力和关闭压力的功能，同时，弹性密封装置不超过所述下端锥形面。阀管中空，阀管内壁可与卡槽紧密配合，保证气密性。单向阀的基本要求是，正向流动时，阀的流动阻力要小，即流通能力要大。反向流动时，密封性能要好，即泄漏量要小。所述技术特征主要采用了弹性密封装置和锥形面的机械机构，保证稳定性和灵敏性。同时利用阀体和主通孔装置保证密封性。
另外，现在的水下机器人密封舱多采用通气螺栓(如图11所示)作为抽气通道，这种结构只是给密封舱预留出一个通道，要想实现打压或抽气需要操作者眼疾手快，所以抽气或者打压效果很差。
综上所述，单向通气阀或者通气螺栓应用在水下机器人密封舱存在的主要问题如下：
1.密封垫处易产生泄露甚至脱落。
2.不同的工作环境需要不同方向的单向阀装置，不具备通用性。
3.水下机器人密封舱有时需要将舱内抽为负压，有时需要加压为正压，单向通气阀无法一次性同时解决两个问题，需多个单向通气阀协同完成要求。
4.目前无专门针对水下机器人密封舱设计的单向通气阀，无打压测试水下机器人漏气位置专用方法，无法抽负压使得密封舱运行平稳。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种密封性能好、成本低、安装方便，且能一体化实现给水下机器人密封舱加正压和抽负压的双向气阀套件及其配套用气嘴，从而能够检测出水下机器人密封舱的密封性和泄露位置。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种水下机器人密封舱的双向气阀套件，包括通气螺栓A、通气螺栓B、堵头和螺母。
所述的通气螺栓A通过螺母安装在密封舱舱盖上，上端位于密封舱舱盖外、下端位于密封舱舱盖内，所述的通气螺栓A的下端与通气螺栓B通过螺纹连接；所述的堵头安装在通气螺栓A的上端。
所述的通气螺栓A为中空T字形螺栓，内部结构分为三部分，上端部分为堵头孔，中间部分为内螺纹孔，下端部分为光滑圆孔。所述的堵头上的两道密封圈和通气螺栓A上端堵头孔结合形成密封；堵头的下端的螺纹部分和通气螺栓A的中间部分的内螺纹孔连接。
所述的堵头为T字形堵头，上段为圆柱形，尺寸与通气螺栓A的堵头孔尺寸相匹配；中段有两道凹槽，每道凹槽里有一道密封圈A；下段为外螺纹，尺寸与通气螺栓A的内螺纹孔尺寸相匹配。
所述的通气螺栓B包括上盖、下盖、弹簧和锥形阀芯，所述的上盖和下盖通过螺纹或者卡扣连接；所述的上盖设置内螺纹孔，通过上盖的内螺纹孔与通气螺栓A的外螺纹连接。所述的锥形阀芯的尖端方向朝上，通过弹簧和下盖压在上盖内，最终锥形阀芯的锥面与上盖内部形成密封。
所述的上盖分为上端和下端。上端形状为中空圆柱，内部有内螺纹孔。下端外部形状类似圆台，圆台内部设置圆柱孔，下端圆柱孔比上端圆柱孔直径大，上下两个圆柱孔连接过渡处为锥面，与锥形阀芯锥面接触形成密封。
锥形阀芯由上下两端组成，上端为圆锥体，下端为圆柱体。下端圆柱体外嵌套弹簧，弹簧上端顶在圆锥体的下端面、弹簧下端顶在下盖内部；锥形阀芯上端的圆锥体锥面和上盖内部的锥面接触形成密封。
所述的下盖分为上端和下端。上端形状为圆台，下端形状为圆柱，内部为阶梯通孔，弹簧的下端顶在阶梯通孔的第二个台阶上。
进一步地，所述的锥形阀芯由橡胶或工程塑料制作。
进一步地，所述的弹簧的劲度系数的选择满足以下公式：
其中，k为弹簧劲度系数，1atm为标准大气压，S为锥形阀芯的横截面积，Δx为弹簧原始长度减去安装好通气螺栓B时的起始长度，此时通气螺栓B两端不存在气压差。
进一步地，所述的通气螺栓A采用耐腐蚀材料制作。
进一步地，所述的耐腐蚀材料包括阳极氧化后的铝合金、钛合金或者工程塑料。
进一步地，所述的堵头与密封舱舱盖之间安装密封圈B。
一种水下机器人密封舱的双向气阀套件的配套用气嘴，用于插入通气螺栓A对密封舱内进行抽气或者打压，所述的气嘴内部为圆柱通孔，外部分为上中下三段；上段为圆柱形，尺寸与通气螺栓A的堵头孔尺寸相匹配；中段有两道凹槽，每道凹槽里有一道密封圈A；下段为长圆柱，插入通气螺栓A的孔里，下段长圆柱的长度满足如下关系式。
b+c<Y<b+c+d
其中，Y为下段长圆柱的长度，b为通气螺栓A的下端长度，c为通气螺栓A和通气螺栓B装配好之后、通气螺栓A底面到锥形阀芯顶端的距离，d为通气螺栓B中的锥形阀芯圆锥体底面到下盖阶梯的距离。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明可以在对密封舱抽、加压结束拿走的瞬间，依靠弹簧形变迅速恢复，通气螺栓B的阀芯被弹簧顶到上盖，将舱内与外界隔离，避免了密封舱因内外存在压差而导致抽气或打压时空气回流，使得密封舱的抽、打压工作的实施更加接近理想化情况。
2、本发明解决了传统水下机器人密封舱在通气螺栓处抽气或打压完毕时的瞬间气体回流的问题，避免了抽、打压对于工作人员经验和操作速度的过分依赖，降低了水下机器人运行时抽压或者测气密性打压的门槛，有利于水下机器人的普及。
3、本发明对密封舱抽、打压工作一步到位，避免了因舱内压强值与理想状态相差太大而进行多次操作，提高了水下机器人的检修及准备工作的效率。
4、本发明由气阀套件A和气阀套件B组成，模块化设计使用更加方便。使用者安装通气螺栓A凭操作者眼急手快也可以实现密封舱抽压或者打压。如果对效果不满意，可以在不改变原有的密封舱构造和更换通气螺栓A的基础上，直接将通气螺栓B安装在通气螺栓A尾部，无需考虑防水问题，并且不受水下高压的影响，损坏率低，且简单便捷易操作，也便于更换。
5、本发明与传统气动单向阀相比，构造更简单，操作也更为便利，并且在抽气和打压时都能够避免空气回流，相当于代替使用两个气动单向阀，提高了密封舱尾舱盖处的体积利用率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的外观图。
图3是通气螺栓A的外观示意图。
图4是图3的A-A剖面图。
图5是堵头的结构示意图。
图6是通气螺栓B的外观示意图。
图7是图6的B-B剖面图。
图8是配套用气嘴与双向气阀套件装配示意图。
图9是配套用气嘴示意图。
图10是现有单向通气阀的结构示意图。
图11是现有水下机器人密封舱用通气螺栓的结构示意图。
图中：1、通气螺栓A，2、通气螺栓B，3、堵头，4、螺母，5、密封舱舱盖，6、密封圏A，7、密封圏B，9、气嘴，21、上盖，22、下盖，23、弹簧，24、锥形阀芯。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-10所示，一种水下机器人密封舱的双向气阀套件，包括通气螺栓A1、通气螺栓B2、堵头3和螺母4。
所述的通气螺栓A1通过螺母4安装在密封舱舱盖5上，上端位于密封舱舱盖5外、下端位于密封舱舱盖5内，所述的通气螺栓A1的下端与通气螺栓B2通过螺纹连接；所述的堵头3安装在通气螺栓A1的上端。
所述的通气螺栓A1为中空T字形螺栓，内部结构分为三部分，上端部分为堵头3孔，中间部分为内螺纹孔，下端部分为光滑圆孔。所述的堵头3上的两道密封圈和通气螺栓A1上端堵头3孔结合形成密封；堵头3的下端的螺纹部分和通气螺栓A1的中间部分的内螺纹孔连接。
所述的堵头3为T字形堵头3，上段为圆柱形，尺寸与通气螺栓A1的堵头3孔尺寸相匹配；中段有两道凹槽，每道凹槽里有一道密封圈A6；下段为外螺纹，尺寸与通气螺栓A1的内螺纹孔尺寸相匹配。
所述的通气螺栓B2包括上盖21、下盖22、弹簧23和锥形阀芯24，所述的上盖21和下盖22通过螺纹或者卡扣连接；所述的上盖21设置内螺纹孔，通过上盖21的内螺纹孔与通气螺栓A1的外螺纹连接。所述的锥形阀芯24的尖端方向朝上，通过弹簧23和下盖22压在上盖21内，最终锥形阀芯24的锥面与上盖21内部形成密封。
所述的上盖21分为上端和下端。上端形状为中空圆柱，内部有内螺纹孔。下端外部形状类似圆台，圆台内部设置圆柱孔，下端圆柱孔比上端圆柱孔直径大，上下两个圆柱孔连接过渡处为锥面，与锥形阀芯24锥面接触形成密封。
锥形阀芯24由上下两端组成，上端为圆锥体，下端为圆柱体。下端圆柱体外嵌套弹簧23，弹簧23上端顶在圆锥体的下端面、弹簧23下端顶在下盖22内部；锥形阀芯24上端的圆锥体锥面和上盖21内部的锥面接触形成密封。
所述的下盖22分为上端和下端。上端形状为圆台，下端形状为圆柱，内部为阶梯通孔，弹簧23的下端顶在阶梯通孔的第二个台阶上。
进一步地，所述的锥形阀芯24由橡胶或工程塑料制作。
进一步地，所述的弹簧23的劲度系数的选择满足以下公式：
其中，k为弹簧23劲度系数，1atm为标准大气压，S为锥形阀芯24的横截面积，Δx为弹簧23原始长度减去安装好通气螺栓B2时的起始长度，此时通气螺栓B2两端不存在气压差。
进一步地，所述的通气螺栓A1采用耐腐蚀材料制作。
进一步地，所述的耐腐蚀材料包括阳极氧化后的铝合金、钛合金或者工程塑料。
进一步地，所述的堵头3与密封舱舱盖5之间安装密封圈B7。
一种水下机器人密封舱的双向气阀套件的配套用气嘴9，用于插入通气螺栓A1对密封舱内进行抽气或者打压，所述的气嘴9内部为圆柱通孔，外部分为上中下三段；上段为圆柱形，尺寸与通气螺栓A1的堵头3孔尺寸相匹配；中段有两道凹槽，每道凹槽里有一道密封圈A6；下段为长圆柱，插入通气螺栓A1的孔里，下段长圆柱的长度满足如下关系式。
b+c<Y<b+c+d
其中，Y为下段长圆柱的长度，b为通气螺栓A1的下端长度，c为通气螺栓A1和通气螺栓B2装配好之后、通气螺栓A1底面到锥形阀芯24顶端的距离，d为通气螺栓B2中的锥形阀芯24圆锥体底面到下盖22阶梯的距离。
本发明的使用方法如下：
A、安装
将通气螺栓A1从密封舱外插入，注意上好密封圈并涂抹润滑脂，拧上螺母4锁紧之后，将通气螺栓B2通过螺纹与通气螺栓A1相连。
B、打压
卸下堵头3，将气嘴9插入通气螺栓A1，气嘴9的外端与打压泵连接，气嘴9的内端较长，可以将通气螺栓B2的锥形阀芯24顶开，此时通气螺栓B2处于“开启状态”。
打压完毕后，快速将气嘴9拔出。通气螺栓B2的锥形阀芯24被弹簧23和舱内的高压气体压紧，锥形阀芯24与下盖22接触非常紧密，通气螺栓B2两端空气不流通，此时处于“关闭状态”。用堵头3将通气螺栓A1堵上，可以实现密封舱内正压。
C、抽气
卸下堵头3，将气嘴9插入通气螺栓A1，气嘴9的外端与真空泵连接，气嘴9的内端较长，可以将通气螺栓B2的锥形阀芯24顶开，此时通气螺栓B2处于“开启状态”。
抽气时，密封舱内气压大于气嘴9处气压，使得密封舱内空气流向气嘴9，从而达到抽出密封舱内气体的要求。抽气完毕，快速将气嘴9拔出，这时密封舱内的气压虽然小于外面大气压压力，但是弹簧23本身的弹力可以将锥形阀芯24紧紧的压在下盖22上，从而使密封舱内处于密封状态。用堵头3将通气螺栓A1堵上，可以实现密封舱内负压。
本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种水下机器人密封舱的双向气阀套件，其特征在于：包括通气螺栓A(1)、通气螺栓B(2)、堵头(3)和螺母(4)；
所述的通气螺栓A(1)通过螺母(4)安装在密封舱舱盖(5)上，上端位于密封舱舱盖(5)外、下端位于密封舱舱盖(5)内，所述的通气螺栓A(1)的下端与通气螺栓B(2)通过螺纹连接；所述的堵头(3)安装在通气螺栓A(1)的上端；
所述的通气螺栓A(1)为中空T字形螺栓，内部结构分为三部分，上端部分为堵头(3)孔，中间部分为内螺纹孔，下端部分为光滑圆孔；所述的堵头(3)上的两道密封圈和通气螺栓A(1)上端堵头(3)孔结合形成密封；堵头(3)的下端的螺纹部分和通气螺栓A(1)的中间部分的内螺纹孔连接；
所述的堵头(3)为T字形堵头(3)，上段为圆柱形，尺寸与通气螺栓A(1)的堵头(3)孔尺寸相匹配；中段有两道凹槽，每道凹槽里有一道密封圈A(6)；下段为外螺纹，尺寸与通气螺栓A(1)的内螺纹孔尺寸相匹配；
所述的通气螺栓B(2)包括上盖(21)、下盖(22)、弹簧(23)和锥形阀芯(24)，所述的上盖(21)和下盖(22)通过螺纹或者卡扣连接；所述的上盖(21)设置内螺纹孔，通过上盖(21)的内螺纹孔与通气螺栓A(1)的外螺纹连接；所述的锥形阀芯(24)的尖端方向朝上，通过弹簧(23)和下盖(22)压在上盖(21)内，最终锥形阀芯(24)的锥面与上盖(21)内部形成密封；
所述的上盖(21)分为上端和下端；上端形状为中空圆柱，内部有内螺纹孔；下端外部形状类似圆台，圆台内部设置圆柱孔，下端圆柱孔比上端圆柱孔直径大，上下两个圆柱孔连接过渡处为锥面，与锥形阀芯(24)锥面接触形成密封；
锥形阀芯(24)由上下两端组成，上端为圆锥体，下端为圆柱体；下端圆柱体外嵌套弹簧(23)，弹簧(23)上端顶在圆锥体的下端面、弹簧(23)下端顶在下盖(22)内部；锥形阀芯(24)上端的圆锥体锥面和上盖(21)内部的锥面接触形成密封；
所述的下盖(22)分为上端和下端；上端形状为圆台，下端形状为圆柱，内部为阶梯通孔，弹簧(23)的下端顶在阶梯通孔的第二个台阶上。
2.根据权利要求1所述的一种水下机器人密封舱的双向气阀套件，其特征在于：所述的锥形阀芯(24)由橡胶或工程塑料制作。
3.根据权利要求1所述的一种水下机器人密封舱的双向气阀套件，其特征在于：所述的弹簧(23)的劲度系数的选择满足以下公式：
其中，k为弹簧(23)劲度系数，1atm为标准大气压，S为锥形阀芯(24)的横截面积，Δx为弹簧(23)原始长度减去安装好通气螺栓B(2)时的起始长度，此时通气螺栓B(2)两端不存在气压差。
4.根据权利要求1所述的一种水下机器人密封舱的双向气阀套件，其特征在于：所述的通气螺栓A(1)采用耐腐蚀材料制作；所述的耐腐蚀材料包括阳极氧化后的铝合金、钛合金或者工程塑料。
5.根据权利要求1所述的一种水下机器人密封舱的双向气阀套件，其特征在于：所述的堵头(3)与密封舱舱盖(5)之间安装密封圈B(7)。
6.根据权利要求1所述的一种水下机器人密封舱的双向气阀套件，其特征在于：所述的通气螺栓A(1)采用耐腐蚀材料制作；所述的耐腐蚀材料包括阳极氧化后的铝合金、钛合金或者工程塑料。
7.一种水下机器人密封舱的双向气阀套件的配套用气嘴(9)，其特征在于：用于插入通气螺栓A(1)对密封舱内进行抽气或者打压，所述的气嘴(9)内部为圆柱通孔，外部分为上中下三段；上段为圆柱形，尺寸与通气螺栓A(1)的堵头(3)孔尺寸相匹配；中段有两道凹槽，每道凹槽里有一道密封圈A(6)；下段为长圆柱，插入通气螺栓A(1)的孔里，下段长圆柱的长度满足如下关系式：
b+c<Y<b+c+d
其中，Y为下段长圆柱的长度，b为通气螺栓A(1)的下端长度，c为通气螺栓A(1)和通气螺栓B(2)装配好之后、通气螺栓A(1)底面到锥形阀芯(24)顶端的距离，d为通气螺栓B(2)中的锥形阀芯(24)圆锥体底面到下盖(22)阶梯的距离。
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2020
- 2020-03-20 CN CN202010202487.7A patent/CN111219505B/zh active Active
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