CN1951762A - 一种封闭式电液浮力驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种封闭式电液浮力驱动系统，属于海洋工程技术领域。其结构包括密闭耐压壳体、内部液体介质箱、外部液体介质囊、液体介质，内部液体介质箱位于密闭耐压壳体内部，外部液体介质囊位于密闭耐压壳体外部，内部液体介质箱和外部液体介质囊之间通过液体介质管路连通，管路上设有液压泵、截止式电磁换向阀、溢流阀和流量计，且都集成在集成液压块上，集成液压块上还集成有直流电机，直流电机与液压泵在集成液压块内部连接，直流电源与直流电机连接。本发明的优点是结构紧凑，体积小，重量轻，效率高，节约能源，保持压力时间长，保持压力高，控制性能好，制造成本低。

Description

一种封闭式电液浮力驱动系统

技术领域

本发明涉及一种封闭式电液浮力驱动系统，属于海洋工程技术领域。它通过改变浮力来为深海水下航行载体提供动力，作为以浮力为驱动的水下航行载体和水下观测平台的动力系统。

背景技术

海洋环境观测是人类认识和了解海洋的重要手段，也是开发利用海洋资源的前提。水下观测平台技术是提高海洋环境观测与海洋资源开发能力的基础。目前长期、连续和大范围的水下环境观测内容，包括物理学参数、海洋地质学和地球物理学参数、海洋化学参数、海洋生物学参数以及海洋工程方面的现场接近观测。

目前能满足上述观测需求的水下观测平台，主要有：水下潜标、水下无人潜水器、水下滑翔潜水器等，其中水下无人潜水器采用螺旋桨驱动，水下潜标和水下滑翔潜水器采用浮力驱动。水下滑翔潜水器是一种新型的水下观测平台。水下滑翔潜水器与水下潜标相比，具有机动性和可控性好等优点。水下滑翔潜水器与水下无人潜水器相比，具有作业时间长、作业范围广、航行距离长、作业费用低、对母船依靠性小和投放与回收简便等优点。水下滑翔潜水器可以在海洋环境立体监测系统中发挥重要的作用，既可以作为海洋环境立体监测网络的重要节点，也可以独立作为一个水下观测平台完成水下作业。

在专利号为01100006.6的滑翔潜艇发明专利中，滑翔潜艇的驱动系统采用人力作为驱动动力，缩短了滑翔潜艇的作业时间，也减小了作业范围，无法满足实际水下观测需求。另外滑翔潜艇的驱动系统采用的是非封闭式的驱动系统，它是把耐压壳体中的外界介质(如：水和海水等)排出和吸入耐压壳体，以便使滑翔潜艇的浮力发生变化从而产生驱动动力。采用非封闭式驱动系统会极大地降低滑翔潜艇的下潜深度，无法下潜到深海完成作业任务。另外外界介质与驱动系统内部直接接触而腐蚀驱动系统，降低驱动系统的使用寿命。

在专利号为200420109950.X的利用海洋温差能驱动烷烃发动机的滑翔式潜水器的实用新型专利中，利用海洋温差作为滑翔式潜水器动力能源，这样受外界环境因素影响大。

目前水下滑翔潜水器也可以采用二次能源(电池)作为动力能源，但是这类潜水器必须自身携带电源供电，而载体耐压舱空间狭小，只能携带有限的能源，这样限制了它的使用范围和应用领域，无法满足长期、连续、大范围和大深度的水下环境观测作业任务。

发明内容

为了克服以浮力为驱动的水下航行载体的能源不足和耐压舱空间的限制，以及增加水下航行载体下潜深度。本发明提供一种高度集成和高效率的封闭式电液浮力驱动系统。系统内部的液体介质处于完全封闭状态，通过调整内部液体介质箱和外部液体介质囊中的液体介质体积来改变载体的浮力大小，为深海水下航行载体提供航行动力。

本发明包括密闭耐压壳体、内部液体介质箱、外部液体介质囊、液体介质，内部液体介质箱位于密闭壳体内部，外部液体介质囊位于密闭壳体外部，内部液体介质箱和外部液体介质囊内部均置有液体介质，它们之间通过液体介质管路连通，管路上设有液压泵、截止式电磁换向阀、溢流阀和流量计，且都集成在集成液压块上，集成液压块上还集成有直流电机，直流电机与液压泵在集成液压块内部连接，直流电源与直流电机连接。

所述的液压泵采用双向液压泵时，截止式电磁换向阀采用无泄漏的二位二通阀；其管路连接关系：液压泵的一个口分别与截止式电磁换向阀的一个口和溢流阀的入口相连，截止式电磁换向阀的另一个口通过流量计与外部液体介质囊相连，液压泵的另一个口分别与溢流阀的出口和内部液体介质箱相连。

当液压泵采用单向液压泵时，截止式电磁换向阀采用无泄漏的三位四通阀；其管路连接关系：液压泵的出口分别与截止式电磁换向阀的一个口和溢流阀的入口相连，通过截止式电磁换向阀、流量计与外部液体介质囊相连，液压泵的入口分别与溢流阀的出口和截止式电磁换向阀的另一个口相连，通过截止式电磁换向阀与内部液体介质箱相连。

所述的直流电机和液压泵集成在集成液压块上，在集成液压块内部，通过半联轴器和十字型联轴节联接直流电机和液压泵，直流电机的输出轴端安装有半联轴器置于集成液压块内部，液压泵输入轴端安装有十字型联轴节，与集成液压块内部的半联轴器相配合。直流电机驱动液压泵，使液体介质在内部液体介质箱和外部液体介质囊之间流动。

所述内部液体介质箱的结构，内部液体介质箱内部置有活塞，两端分别通过密封圈与内部液体介质箱箱体相接，在活塞与内部液体介质箱箱体之间固定有活塞回复弹簧，在活塞与连接液体介质管路的内部液体介质箱箱体之间置有液体介质。

直流电源采用镍氢电池、锂电池和燃料电池，液体介质采用液压油、燃料油、酒精或水，内部液体介质箱箱体和外部液体介质囊的容积都是可变的，其中外部液体介质囊用软质和耐压强度高的橡胶或塑料材料制成。

将系统外部液体介质囊的液体介质输送到内部液体介质箱中，外部液体介质囊的体积变小，则系统体积变小，从而系统受到浮力减小。在系统重量不变情况下，系统将受到向下的负浮力(系统的浮力小于重力)而下潜。反之，将外部液体介质囊中的液体介质输送到内部液体介质箱中，外部液体介质囊的体积变大，则系统体积变大，从而系统受到浮力增加。在系统重量不变情况下，系统将受到向上的正浮力(系统的浮力大于重力)而上浮。这样交替的改变系统的正浮力和负浮力来为深海水下航行载体提供驱动力。在系统中的电磁换向阀采用具有无泄漏功能的截止式电磁换向阀，由换向阀的中位机能截止液体回路，从而达到长时间保持压力以及提高保持压力的目的，提高系统的保持压力可以增加深海水下航行载体的下潜深度。当切换中位后，切断电机的电源，以便节省能源。

本发明的优点是结构紧凑，体积小，重量轻，效率高，节约能源，保持压力时间长，保持压力高，控制性能好，制造成本低等特点。本发明可为利用浮力作为驱动的深海水下航行载体提供航行动力，确保其完成长期、连续、大范围和大深度的水下环境观测作业任务。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图，

图2是图1中实施例1的液压原理图，

图3是图1中实施例2的液压原理图，

图4是图1中直流电机和液压泵的联接结构图，

图5是图1的内部液体介质箱结构图；

其中1.密闭耐压壳体，2.直流电源，3.直流电机，4.液压泵，5.集成液压块，6.截止式电磁换向阀，7.溢流阀，8.流量计，9.内部液体介质箱，10.外部液体介质囊，11.液体介质管路，12.液体介质，13.支撑架，14.内部液体介质箱箱体，15.活塞，16.活塞回复弹簧，17.活塞密封圈，18.半联轴器，19.十字型联轴节。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。

实施例1：如图1所示，包括密闭耐压壳体1、内部液体介质箱9、外部液体介质囊10、液体介质12，内部液体介质箱9位于密闭壳体1内部，外部液体介质囊10位于密闭壳体1外部，直接暴露在外界水下环境中；内部液体介质箱9和外部液体介质囊10内部均置有液体介质12，之间通过液体介质管路11连通，液体介质12可以在内部液体介质箱9和外部液体介质囊10之间流动，在液体介质管路11上设有液压泵4、截止式电磁换向阀6、溢流阀7和流量计8，且都集成在集成液压块5上，在集成液压块5内的液体介质管路11连通，集成液压块5上还集成有直流电机3，直流电机3与液压泵4在集成液压块5内部连接，直流电源与直流电机连接。

所述的泵为液压泵4，阀为截止式电磁换向阀6，液压泵4和截止式电磁换向阀6、溢流阀7和流量计8之间通过集成液压块5内的液体介质管路11连通，为了减小封闭式电液浮力驱动系统的体积，直流电机3、液压泵4、截止式电磁换向阀6、溢流阀7、流量计8都集成在集成液压块5上，直流电机3与液压泵4在集成液压块5内部连接，直流电源2与直流电机3连接。

本例中的液压泵4采用双向泵，截止式电磁换向阀6为无泄漏的二位二通阀，具体管路连接关系，如图2所示：其管路连接关系：液压泵的一个口分别与截止式电磁换向阀的一个口和溢流阀的入口相连，截止式电磁换向阀6的另一个口通过流量计8与外部液体介质囊10相连，液压泵4的另一个口分别与溢流阀7的出口和内部液体介质箱9相连。此结构能有效地截止液体回路，从而达到长时间保持压力以及提高保持压力的目的；系统的保持压力大可以增加水下航行载体的下潜深度，当系统截止液体介质回路后，系统进入保持压力状态，可以切断直流电机2的直流电源3，以便节省能源。在系统中溢流阀7起到限制系统压力和卸载的作用。

内部液体介质箱9的结构，如图4所示：内部液体介质箱9内部置有活塞15，两端分别通过2个密封圈17与内部液体介质箱箱体14相接，在活塞15与内部液体介质箱箱体14之间固定有活塞回复弹簧16，在活塞15与连接液体介质管路11的内部液体介质箱箱体14之间置有液体介质12。

如图5所示，在集成液压块5内部，用半联轴器18和十字型联轴节19，将直流电机3与液压泵4相联，直流电机3的输出轴端安装有半联轴器18置于集成液压块5内部，液压泵4输入轴端安装有十字型联轴节19，与集成液压块5内部的半联轴器18相配合。

本例中的直流电源2采用镍氢电池，液体介质12采用液压油，内部液体介质箱箱体14和外部液体介质囊10的容积都是可变的，外部液体介质囊10采用软质和耐压强度高的橡胶制成。

本发明采用直流电机3来驱动液压泵4，直流电机3转速恒定，使用截止式电磁换向阀6控制液体介质12的流向，从而控制内部液体介质箱9和外部液体介质囊10的体积大小，再通过截止式电磁换向阀6截止液体介质管路11，以便保持系统内部有足够的压力抵抗外界环境对外部液体介质囊的压力。这样系统通过调整内部液体介质箱9和外部液体介质囊10中的液体介质12体积来改变系统浮力。

具体工作过程：通过调整内部液体介质箱9和外部液体介质囊10中的液体介质12体积来改变系统浮力。将外部液体介质囊10的液体介质12输送到内部液体介质箱9中，外部液体介质囊10的体积变小，则系统体积变小，从而系统受到的浮力减小。在重量不变情况下，将受到向下的负浮力(系统的浮力小于重力)而下潜。反之，将外部液体介质囊10中的液体介质12输送到内部液体介质箱9中，外部液体介质囊10体积变大，则系统体积变大，从而系统受到的浮力增加。在重量不变情况下，将受到向上的正浮力(系统的浮力大于重力)而上浮。系统交替的改变系统的正浮力和负浮力来为水下载体航行提供驱动力。

实施例2：其结构如图1所示，与实施例1相同。本例中的液压泵4采用单向泵，截止式电磁换向阀6为无泄漏的三位四通阀，具体管路连接关系，如图3所示：其管路连接关系：液压泵4的出口分别与截止式电磁换向阀6的一个口和溢流阀7的入口相连，通过截止式电磁换向阀6、流量计8与外部液体介质囊10相连，液压泵4的入口分别与溢流阀7的出口和截止式电磁换向阀6的另一个口相连，通过截止式电磁换向阀6与内部液体介质箱9相连。此结构能有效地截止液体回路，从而达到长时间保持压力以及提高保持压力的目的；系统的保持压力大可以增加水下航行载体的下潜深度，当系统截止液体介质回路后，系统进入保持压力状态，可以切断直流电机3的直流电源2，以便节省能源。在系统中溢流阀7起到限制系统压力和卸载的作用。本例中内部液体介质箱9的结构、及直流电机3与液压泵4在集成液压块5内部的连接结构与实施例1相同，如图4、图5所示。本例中的直流电源2采用燃料电池，液体介质12采用水，内部液体介质箱箱体14和外部液体介质囊10的容积都是可变的，外部液体介质囊10采用软质和耐压强度高的塑料制成。

Claims (6)

1、一种封闭式电液浮力驱动系统，包括密闭耐压壳体、内部液体介质箱、外部液体介质囊、液体介质，内部液体介质箱位于密闭壳体内部，外部液体介质囊位于密闭壳体外部，内部液体介质箱和外部液体介质囊之间通过液体介质管路连通，其特征在于管路上设有液压泵、截止式电磁换向阀、溢流阀和流量计，且都集成在集成液压块上，集成液压块上还集成有直流电机，直流电机与液压泵在集成液压块内部连接，直流电源与直流电机连接。

2、根据权利要求1所述的封闭式电液浮力驱动系统，其特征在于所述的液压泵为双向液压泵时，截止式电磁换向阀为无泄漏的二位二通阀，其管路连接关系：液压泵的一个口分别与截止式电磁换向阀的一个口和溢流阀的入口相连，截止式电磁换向阀的另一个口通过流量计与外部液体介质囊相连，液压泵的另一个口分别与溢流阀的出口和内部液体介质箱相连。

3、根据权利要求1所述的封闭式电液浮力驱动系统，其特征在于所述的液压泵为单向液压泵时，截止式电磁换向阀为无泄漏的三位四通阀，其管路连接关系：液压泵的出口分别与截止式电磁换向阀的一个口和溢流阀的入口相连，通过截止式电磁换向阀、流量计与外部液体介质囊相连，液压泵的入口分别与溢流阀的出口和截止式电磁换向阀的另一个口相连，通过截止式电磁换向阀与内部液体介质箱相连。

4、根据权利要求1所述的封闭式电液浮力驱动系统，其特征在于所述的直流电机和液压泵在集成液压块内部通过半联轴器和十字型联轴节联接，直流电机的输出轴端安装有半联轴器置于集成液压块内部，液压泵输入轴端安装有十字型联轴节，与集成液压块内部的半联轴器相配合。

5、根据权利要求1所述的封闭式电液浮力驱动系统，其特征在于所述的内部液体介质箱内部置有活塞，两端分别通过密封圈与内部液体介质箱箱体相接，在活塞与内部液体介质箱箱体之间固定有活塞回复弹簧，在活塞与连接液体介质管路的内部液体介质箱箱体之间置有液体介质。

6、根据权利要求1所述的封闭式电液浮力驱动系统，其特征在于所述的直流电源为镍氢电池、或锂电池、或燃料电池；液体介质为液压油、或燃料油、或酒精、或水；内部液体介质箱箱体和外部液体介质囊的容积都是可变的，外部液体介质囊为软质、耐压强度高的橡胶或塑料材料。

Images