CN115230923B - 深海浮力调节阀组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种深海浮力调节阀组件，涉及水下设备技术领域，其技术方案要点是：包括调节模块，所述调节模块包括环形结构的支撑块，所述支撑块的中间设置用于管路穿过的中间套，所述支撑块的一侧设置弧形孔一，所述弧形孔一内活塞连接有弧形塞一，所述弧形塞一的外周设置环槽，所述弧形孔一的内周设置通道一和通道二，所述通道一连接有泄压管一，所述通道二连接有泄压管二，所述弧形塞一沿滑槽滑动过程中，可实现通道一与通道二的通断调节。本发明结构简单、体积小、重量轻、动作可靠、功耗低，浮力变化范围大，下潜最大深度深，为海洋监测技术的发展起到积极的作用，在海洋科学研究、国防建设、海洋勘探等领域具有良好的应用前景。

Description

深海浮力调节阀组件

技术领域

本发明涉及水下设备技术领域，更具体地说，它涉及一种深海浮力调节阀组件。

背景技术

海洋监测是研究海洋、开发和利用海洋的基础，水下潜航器(又称水下机器人)是一种通过遥控或自动控制在水下航行的设备，用于代替潜水员或小型载人潜艇进行深海探测等水下作业。水下潜航器一般通过浮力调节装置来控制自身的升沉。

浮力调节装置包括壳体和油囊，壳体的内腔中设有调节油囊体积大小的调节装置。调节装置一般包括丝杠传动机构，通过丝杠传动机构的往复运动进而调节油囊体积的大小，实现控制水下潜航器浮力大小的目的。其中，壳体的内腔中固定设有限旋支撑架，限旋支撑架中具有安装腔，丝杆传动机构中的丝杆位于限旋支撑架的安装腔中。限旋支撑架与丝杆的螺母之间设有限旋组件以限制螺母的旋转。由于限旋支撑架的存在，不仅增加了浮力调节装置的结构数量，而且增加了壳体的体积，进而增加了浮力调节装置在水中运动时的阻力。

因此需要提出一种新的方案来解决这个问题。

发明内容

本发明的目的在于为解决上述问题而提供一种深海浮力调节阀组件。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种深海浮力调节阀组件，包括调节模块，所述调节模块包括环形结构的支撑块，所述支撑块的中间设置用于管路穿过的中间套，所述支撑块的一侧设置弧形孔一，所述弧形孔一内活塞连接有弧形塞一，所述弧形塞一的外周设置环槽，所述弧形孔一的内周设置通道一和通道二，所述通道一连接有泄压管一，所述通道二连接有泄压管二，所述弧形塞一沿滑槽滑动过程中，通道一和通道二之间通断调节。

本发明进一步设置为，所述弧形塞一的环槽可正对通道一和通道二，连通通道一和通道二；弧形塞一可封堵通道一或通道二，实现通道一与通道二的通断。

本发明进一步设置为，所述弧形孔一的两端内壁均设置限位凸起，所述弧形孔一的两端分别连通平衡腔一和平衡腔二，所述弧形孔一朝向平衡腔一的一侧设置抵压弹簧，所述抵压弹簧用于推动弧形塞一抵压与平衡腔二一侧的限位凸起，使环槽切断通道一和通道二，平衡腔一和平衡腔二分别通过平衡孔一和平衡孔二与外界连通，所述弧形孔一与平衡腔二之间设置缺口一，所述缺口一与平衡腔二之间通过单向孔连通，所述缺口一内设置单向塞，所述单向塞通过限流弹簧弹性抵压封闭单向孔。

本发明进一步设置为，所述支撑块内对应于中间套的外侧设置环形腔，所述环形腔与缺口一联通，所述环形腔内设置可旋转的调节环，所述调节环的一侧连接有拨杆一，所述拨杆一伸入缺口一内，并可在缺口一内摆动；所述单向塞固定安装于所述拨杆一上。

本发明进一步设置为，所述调节环对应与拨杆一的另一侧连接有拨杆二，所述环形腔的外侧开设有用于容纳拨杆二摆动的缺口二，所述缺口二内设置有调节组件，所述调节组件用于分别向两侧弹性推动拨杆二。

本发明进一步设置为，所述调节组件包括弧形孔二、弧形塞二和稳定弹簧，两个弧形孔二位于缺口二的两侧，所述弧形塞二活塞连接于弧形孔二内，所述弧形塞二与拨杆二之间弹性连接有稳定弹簧。

本发明进一步设置为，所述弧形塞二相对的一侧均开设有弧形的导滑孔，所述拨杆二的端部连接有弧形杆，所述弧形杆的两端分别滑动连接于两侧的导滑孔内，所述稳定弹簧套设于弧形杆外周。

本发明进一步设置为，所述弧形孔二远离弧形塞二的一端连接有调节管，调节管连接有调节柱，所述调节柱内活塞连接有调节活塞，所述调节活塞背离调节管的一侧固定连接有调节螺杆，所述调节螺杆与调节柱上的螺纹孔螺纹连接。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明采用改变物体的体积而质量不变的方式，采用液压系统，通过改变油囊体积大小，调节油囊的排水量调节浮力，从而实现水下潜航器的沉浮。油囊位于导流罩的内部，直接通过油囊上的通孔与外界联通，在排水工作过程中，整个浮力调节装置外部结构不发生变化，能够对其调节装置进行保护，并保持整体具有简单流线型的结构，更适应深海环境使用。

本发明中液压模块通过单向阀和电磁阀控制输出管路和输入管路的流向，实现单一油泵完成充油、排油的动作，使得液压模块更加简单灵活，使得设备整体更加轻便。

附图说明

图1为本发明一种深海浮力调节装置的爆炸图；

图2为本发明的液压模块的结构示意图；

图3为本发明的液压模块中输入管路的示意图；

图4为本发明的液压模块中输出管路的示意图；

图5为本发明的各个油囊的连接示意图；

图6为本发明的油囊及保护罩的结构示意图；

图7为本发明的调节模块的结构示意图；

图8为本发明的调节模块的部分结构示意图一；

图9为本发明的调节模块的部分结构示意图二；

图10为本发明的调节柱的结构示意图。

附图标记：1、外壳；2、电源模块；3、控制模块；4、液压模块；5、盖板；6、导流罩；7、通孔；8、保护罩；9、油囊；10、油箱；11、油泵；12、输入管路；13、输出管路；14、电磁阀；15、单向阀；16、溢流管；17、溢流阀；18、流量计；19、油管；20、支管；21、单控电磁阀；22、增压阀；200、支撑块；201、中间套；202、调节环；203、拨杆一；204、缺口一；205、弧形孔一；206、弧形塞一；207、环槽；208、通道一；209、泄压管一；210、通道二；211、泄压管二；212、平衡腔一；213、平衡孔一；214、平衡腔二；215、单向孔；216、单向塞；217、限流弹簧；218、平衡孔二；2201、环形腔；2501、限位凸起；2502、抵压弹簧；219、拨杆二；220、缺口二；221、弧形孔二；222、弧形塞二；223、导滑孔；224、弧形杆；225、稳定弹簧；226、调节管；227、调节柱；228、调节腔；229、调节活塞；230、调节螺杆；231、螺纹孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例公开一种深海浮力调节装置，如图1所示，包括外壳1和导流罩6，外壳1内部形成一个密封的腔室，在内部安装电源模块2、控制模块3和液压模块4；导流罩6上开设有通孔7，水能够从通孔7出入导流罩6，形成一开放的腔室；在导流罩6内安装油囊9，油囊9通过油管19与液压模块4连接，液压模块4能够向油囊9当中充油会排油，调节油囊9的大小，调节油囊9的体积，从而调节整个浮力调节装置的浮力，采用改变物体的体积而质量不变的方式，实现水下潜航器的沉浮。

导流罩6内的油囊9为波纹橡胶管，具有良好的强度和弹性膨胀性能，在充油后能够产生膨胀，增加油囊9的排水量，产生浮力的变化；而在油囊9外套装一层筒状保护罩8，保护罩8两端管套，安装在外壳1端部的盖板5上，油囊9安装在保护罩8的一端，能够沿着保护罩8的长度方向产生膨胀变化，通过保护罩8对油囊9进行保护和导向，保持油囊9的稳定结构。

该外壳1和导流罩6为外径相同且端部连接的筒状结构，导流罩6背向外壳1的一端为弧形，两者连接形成流线型的筒状结构；油囊9的数量可采用三个，环形分布于导流罩6内，并且通过油囊9上的支管20连接油管19后，与液压模块4连接，实现油液联通。

如图2所示,该液压模块4包括油泵11、输入管路12、输出管路13以及电磁阀14、单向阀15等部件，液压模块4由控制模块3控制，从而实现油囊9的充油和排油动作；输入管路12、输出管路13均与若干段管路连接组成，并分别联通油箱10、油泵11和油管19，形成两条联通油箱10、油囊9的液压流道；如图3、图4分别对图2中的输入管路12和输出管路13进行单独分列说明。

在输入管路12、输出管路13对应于油泵11两端的位置均安装电磁阀14和单向阀15，输入管路12上的单向阀15从油箱10向油囊9单向导通，输出管路13上的单向阀15从油囊9向油箱10单向导通，从而使得在油泵11的作用下输入管路12上只能够向油囊9中充油，而输出管路13上只能够从油囊9中排油，实现有同一油泵11控制两道管路的工作；在充油和排油时控制对应管路中的电磁阀14通断，从而实现输入管路12和输出管路13只有一路正常工作，另外一路切断；液压模块4中的油泵11、各个单向阀15和各个电磁阀14均与控制模块3电信号连接，由控制模块3控制工作。

在油泵11的输出端依次连接单向阀15和流量计18，并采用三通接头，同时接入输入管路12、输出管路13当中，流量计18能够计量油囊9充油和排油的量，从而得到油囊9的体积变化情况；在单向阀15和流量计18之间连接溢流管16，并在溢流管16上安装手动溢流阀17，避免管路内压力过高；在输出管路13靠近油箱10一段管道上安装增压阀22，增压阀22能够有助于油液向油箱10当中回流，确保输出管路13正常排油。

为了确保液压模块4的正常工作，可在油箱10上安装气体压力传感器、温度传感器和液位传感器，在油囊9上安装液体压力传感器，通过油箱10和油囊9上的多个传感元件，能够检测液压模块4当中的油液的参数；液体压力传感器、气体压力传感器、温度传感器、液位传感器等各传感元件分别与控制模块3电信号连接，能够通过传感元件检测到的信号对液压模块4进行控制。

控制模块3根据指令控制向油囊9充油时，控制模块3向油泵11发出启动信号，向输入管路12上的电磁阀14发出接通信号，油箱10内的油液流经输入管路12进入油囊9；当流量计18或油箱10内的液位传感器采集到的数据达到预设数值时，控制模块3向油泵11发出停止信号，向电磁阀14发出断开信号，停止油囊9充油；充油后浮力调节装置的浮力增加，从而能够使得设备上浮；

控制模块3根据指令控制向油囊9排油时，控制模块3向油泵11发出启动信号，向输出管路13上的电磁阀14发出接通信号，油囊9内的油液流经输出管路13进入油箱10；当流量计18或油箱10内的液位传感器采集到的数据达到预设数值时，控制模块3向油泵11发出停止信号，向电磁阀14发出断开信号，停止油囊9排油；排油后浮力调节装置的浮力降低，从而能够使得设备下沉。

其中油囊9和气囊式密闭油箱10在浮力调节系统中为油液存储单元，油液在二者之间转换造成油囊9体积变化，从而实现系统沉浮。油囊9和气囊式密闭油箱10油液体积变化最小为15L，浮力变化范围0～440N，设备的可下潜最大深度大，为海洋监测技术的发展起到积极的作用，在海洋科学研究、国防建设、海洋勘探等领域具有良好的应用前景。

实施例二

本实施例公开一种深海浮力调节装置，在实施例一的基础上结合图5进行说明；导流罩6当中三个油囊9呈环形阵列分布，而各油囊9分别通过支管20与油管19连接，通过油管19再与液压模块4连接，形成分支结构；在油囊9的支管20上均安装单控电磁阀21，单控电磁阀21与控制模块3电信号连接，控制模块3控制单控电磁阀21通断，从而控制导流罩6当中三个油囊9分别进行充油或排油动作，使得油囊9的油量产生差异，改变浮力调节装置周向各个区域浮力的大小；

当控制模块3根据指令控制向油囊9充油或排油时，控制模块3向一侧的油囊9所连接的单控电磁阀21发出接通信号，向另一侧的油囊9所连接的单控电磁阀21发出断开信号，使各油囊9油量出现差异，浮力调节装置周向浮动产生差异，受到浮力更大的一侧将向上偏转，使得浮力调节装置能够产生一定程度的周向摆动。

尤其是当该浮力调节装置独立工作运行或负载小型传感元件时，该浮力装置的动作形态可由三个油囊9的差异进行控制，调节浮力调节装置的角度姿态；而且控制装置可控制三个油囊9的油量呈旋转状态的轮流切换，使得浮力调节装置可在变化的浮力作用下产生轴向的旋转运动，提高深海浮力装置的适用性，具有更多的动作和姿态的调整。

实施例三

本实施例公开一种深海浮力调节阀组件，在实施例一或二的基础上结合图6-10进行说明；

在保护罩8的内部安装该深海浮力调节阀组件，调节模块包括环形结构的支撑块200，在支撑块200的中间一体连接中间套201，中间套201在支撑块200中间形成环形结构，在中间套201中间可供管路穿过；

支撑块200的一侧开设弧形孔一205，弧形孔一205呈围绕中间套201的弧形，在弧形孔一205内活塞连接有弧形塞一206，弧形塞一206可沿弧形孔活塞运动；在弧形塞一206的外周设置环槽207，并在弧形孔一205的内周开设通道一208和通道二210，通道一208和通道之间存在一定的间距。在弧形塞一206沿滑槽滑动过程中，可切断或联通通道一208和通道二210；当弧形塞一206位于弧形孔一205的一端时，通道一208和通道二210其中一个被弧形塞一206堵塞，另一个与环槽207联通，导致通道一208、通道二210断开；当弧形塞一206往弧形孔一205中间位置移动后，环槽207切好同时连通通道一208和通道二210，实现通道一208与通道二210的接通；

通道一208和通道二210的两端接入泄压管路当中，泄压管路包括泄压管一209和泄压管二211，其中通道一208连接有泄压管一209，通道二210连接有泄压管二211，控制通道一208、通道二210的通断即可控制泄压管路的通断。泄压管一209的另一端连接油囊9，而泄压管二211的另一端连接油箱10，并在泄压管一209和泄压管二211上安装单向阀15控制，控制油囊9向油箱10的单向流通，从而可通过弧形塞一206的活塞运动而调节油囊9泄压；并且为了提高油囊9泄压的顺畅性，可在泄压管二211上安装增压阀22等，从而增加油囊9泄压的顺畅性。

调节模块可通过外界的水压进行调节控制，在弧形孔一205的两端分别开设连通的平衡腔一212和平衡腔二214，平衡腔一212和平衡腔二214分别通过平衡孔一213和平衡孔二218与外界连通，从而连通外界的水压；

而在弧形孔一205的两端内壁均设置限位凸起2501，对弧形塞一206的移动位置进行限制，弧形孔一205朝向平衡腔一212的一侧安装抵压弹簧2502，通过该抵压弹簧2502能够推动弧形塞一206抵压于平衡腔二214一侧的限位凸起2501，使环槽207切断通道一208和通道二210；在弧形孔一205与平衡腔二214之间开设缺口一204，缺口一204与平衡腔二214之间通过单向孔215连通，并在缺口一204内安装单向塞216，单向塞216呈锥形，尖端塞入单向孔215当中，并在后端通过限流弹簧217弹性施加压力，使单向塞216抵压封闭单向孔215；

当浮力调节装置下降时，外界的水压大于内部的水压和抵压弹簧2502的压力，能够使单向塞216向缺口一204内活动，使得缺口一204导通平衡孔二218，并连通外界水压，在缺口一204内积蓄较大的水压；而在弧形塞一206的两端受到水压及抵押弹簧的压力，使得弧形塞一206保持稳定状态；

当浮力调节装置上升时，外界的水压减小，在缺口一204为高压，而平衡腔二214当中为抵压，水压推动单向塞216抵压封闭单向孔215；而且平衡腔一212的水压也降低，导致缺口一204侧的压力将推动弧形塞一206向平衡腔一212的一侧运动，直至环槽207导通通道一208和通道二210，使得泄压管一209和泄压管二211连通，泄压管路导通，能够在油囊9以及外界水压的作用下，向油箱10泄压；随着油囊9当中油液的排出，能够将油囊9的体积缩小，而后油囊9的排水量下降，受到的浮力降低，直至浮力调节装置的浮力小于重力，浮力调节装置将停止上升或者下降，从而控制浮力调节装置的上升动作终止。

在支撑块200内对应于中间套201的外侧开设形成环形腔2201，环形腔2201与缺口一204联通，并在环形腔2201内设置调节环202，调节环202可在环形腔2201内旋转调节；在调节环202的一侧固定连接有拨杆一203，拨杆一203伸入缺口一204内，并可在缺口一204的范围内形成一定角度的摆动；而单向塞216则固定安装在拨杆一203上，对单向塞216的动作进行支撑和导向，使得单向塞216在受到压力的作用下将产生稳定的摆动。

为了对单向塞216上的压力进行调节，以控制单向塞216断开的控制位置，可在调节环202对应于拨杆一203的另一侧固定拨杆二219，通过调节拨杆二219上的作用力，从而调节拨杆作用于单向塞216上的作用力；在环形腔2201的外侧开设缺口二220，缺口二220能够容纳拨杆二219摆动范围，并在缺口二220的两侧位置安装调节组件，调节组件能够分别向两侧弹性推动拨杆二219。

调节组价具体包括弧形孔二221、弧形塞二222和稳定弹簧225，两个弧形孔二221位于缺口二220的两侧，而弧形塞二222活塞连接于弧形孔二221内，可沿弧形孔二221内弧形滑动，在弧形塞二222与拨杆二219之间弹性连接有稳定弹簧225，通过稳压弹簧在弧形塞二222和拨杆二219之间产生弹性压力；

在两个弧形塞二222相对的一侧均开设有弧形的导滑孔223，导滑孔223沿着弧形塞二222的长度方向延伸。在拨杆二219的伸入缺口二220的端部连接有弧形杆224，弧形杆224的两端分别向弧形塞二222的方向延伸，并滑动连接于两侧的导滑孔223内，稳定弹簧225则套设在弧形杆224外周，从而调节弧形塞二222的压力就能够对稳压弹簧对于拨杆二219的压力，随即能够调节拨杆二219受力的影响，从而调节拨杆一203方向上单向塞216开闭压力的控制，从而调节浮力调节装置升降过程中，动作切换的高度差异。

在弧形孔二221远离弧形塞二222的一端形成一个压力可调节的腔室，该腔室连接有调节管226，调节管226另一端连接有调节柱227，调节柱227内部中空，并在调节柱227内活塞连接有调节活塞229，调节管226和弧形孔二221末端的腔室内填充液压油；而调节活塞229背离调节管226的一侧固定连接调节螺杆230，调节螺杆230穿过调节柱227上的螺纹孔231，形成螺纹连接结构，通过螺旋调节两侧的螺杆即可调节腔228室内油压的大小，从而能够推动弧形活塞二通过弹簧对拨杆二219的作用力；在初始状态下，通过调节对应侧的螺杆，从而调节拨杆二219对于拨杆一203以及单向塞216的开闭参数，从而对浮力调节装置升降进行调节，以适应不同的升降要求环境。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种深海浮力调节阀组件，包括调节模块，所述调节模块包括环形结构的支撑块(200)，所述支撑块(200)的中间设置用于管路穿过的中间套(201)，所述支撑块(200)的一侧设置弧形孔一(205)，所述弧形孔一(205)内活塞连接有弧形塞一(206)，所述弧形塞一(206)的外周设置环槽(207)，所述弧形孔一(205)的内周设置通道一(208)和通道二(210)，所述通道一(208)连接有泄压管一(209)，所述通道二(210)连接有泄压管二(211)，所述弧形塞一(206)沿滑槽滑动过程中，通道一(208)和通道二(210)之间通断调节；

所述弧形孔一(205)的两端内壁均设置限位凸起(2501)，所述弧形孔一(205)的两端分别连通平衡腔一(212)和平衡腔二(214)，所述弧形孔一(205)朝向平衡腔一(212)的一侧设置抵压弹簧(2502)，所述抵压弹簧(2502)用于推动弧形塞一(206)抵压与平衡腔二(214)一侧的限位凸起(2501)，使环槽(207)切断通道一(208)和通道二(210)；

所述弧形孔一(205)与平衡腔二(214)之间设置缺口一(204)，所述缺口一(204)与平衡腔二(214)之间通过单向孔(215)连通，所述缺口一(204)内设置单向塞(216)，所述单向塞(216)通过限流弹簧(217)弹性抵压封闭单向孔(215)。

2.根据权利要求1所述的一种深海浮力调节阀组件，其特征在于，所述弧形塞一(206)的环槽(207)可正对通道一(208)和通道二(210)，连通通道一(208)和通道二(210)；弧形塞一(206)可封堵通道一(208)或通道二(210)，实现通道一(208)与通道二(210)的通断。

3.根据权利要求1所述的一种深海浮力调节阀组件，其特征在于，所述支撑块内对应于中间套的外侧设置环形腔，所述环形腔与缺口一联通，所述环形腔内设置可旋转的调节环，所述调节环的一侧连接有拨杆一，所述拨杆一伸入缺口一内，并可在缺口一内摆动；所述单向塞固定安装于所述拨杆一上。

4.根据权利要求3所述的一种深海浮力调节阀组件，其特征在于，所述调节环对应与拨杆一的另一侧连接有拨杆二，所述环形腔的外侧开设有用于容纳拨杆二摆动的缺口二，所述缺口二内设置有调节组件，所述调节组件用于分别向两侧弹性推动拨杆二。

5.根据权利要求4所述的一种深海浮力调节阀组件，其特征在于，所述调节组件包括弧形孔二、弧形塞二和稳定弹簧，两个弧形孔二位于缺口二的两侧，所述弧形塞二活塞连接于弧形孔二内，所述弧形塞二与拨杆二之间弹性连接有稳定弹簧。

6.根据权利要求5所述的一种深海浮力调节阀组件，其特征在于，所述弧形塞二相对的一侧均开设有弧形的导滑孔，所述拨杆二的端部连接有弧形杆，所述弧形杆的两端分别滑动连接于两侧的导滑孔内，所述稳定弹簧套设于弧形杆外周。

7.根据权利要求6所述的一种深海浮力调节阀组件，其特征在于，所述弧形孔二远离弧形塞二的一端连接有调节管，调节管连接有调节柱，所述调节柱内活塞连接有调节活塞，所述调节活塞背离调节管的一侧固定连接有调节螺杆，所述调节螺杆与调节柱上的螺纹孔螺纹连接。