CN207955965U - 深海浮力调节系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种深海浮力调节系统，为解决0‑6000米深海浮力变化引起的深海自持式智能浮标浮力调节问题，本公开提供了以高压柱塞泵为主的高压浮力调节系统；高压柱塞泵通过直流电机驱动，将内油囊中的液压油泵入到外油囊后，系统总排水体积增大，完成排油阶段；电磁气阀开启，外气囊、内气腔、玻璃浮球耐压舱连通，球阀开启，外油囊与内油囊连通，依靠玻璃浮球耐压舱内真空环境与外部海水压力的内外压差，将外油囊内液压油与外气囊内气体压回至玻璃浮球耐压舱后，完成回油阶段。本公开作为自持式智能剖面浮标进行剖面运动浮力变化的主要驱动单元，具备高压浮力调节能力，通过改变系统装置自身体积，使有效密度变化，调节浮标所受浮力。

Description

深海浮力调节系统

技术领域

本公开涉及液压技术领域，尤其涉及一种深海浮力调节系统。

背景技术

深海自持式剖面智能浮标又称Argo浮标，该浮标主要特点是携带方便，一旦布放，它将持续自动运行而无需人为维护。它可以在海洋中自由漂移并自动对海面到6000米水深之间海洋次表层的海水温度、盐度和深度进行剖面测量。

在目前运行的全球Argo实时海洋观测网的深海智能剖面浮标中，主要以美国Webb公司研制的深海6000米APEX型浮标和法国Martec公司研制的深海4000米ARVOR型浮标这两种颇具代表性的深海智能浮标投放数量最多。美国Webb公司的深海6000米APEX型浮标采取双弹簧与滚动膜片相结合的机械方式来为内油囊22提供一定的排油压力。但该种设计方式也存在相应的问题，一方面高压柱塞泵由于吸油能力不足而导致的气锁问题，影响内油囊的排油能力和系统的工作效率；另一方面，采用双弹簧与滚动膜片相结合的机械方式需要根据排油压力进行专门定制，提高了浮标样机的生产成本，加上弹簧与滚动膜片自身由于浮标频繁的排油工作导致其使用寿命较低。

深海高压环境下，为解决深海浮力变化引起的深海自持式智能浮标浮力问题的调节，浮力调节系统是深海自持式智能浮标中重要组成部分。因此研发出能适应大洋0-6000米全水深的浮力调节系统是我国“十三五”期间的重要工作内容。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种深海浮力调节系统，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种深海浮力调节系统，包括：耐压舱，耐压舱内部为抽真空环境，耐压舱内部包括：液压系统组件，其包括：高压柱塞泵；内油囊，内油囊第一端与高压柱塞泵的进油口通过高压油管连接；以及球阀，球阀设置在连接内油囊和高压柱塞泵的高压油管上；以及气动系统组件包括：气泵，气泵与内油囊第二端通过气管连接；以及电磁气阀，电磁气阀通过气管与内油囊第二端连接；外油囊，外油囊与耐压舱内的高压柱塞泵的出油口通过高压油管连接；以及外气囊，外气囊与耐压舱内的电磁气阀通过气管连接。

在本公开的一些实施例中，内油囊内设有活塞，活塞将内油囊内腔分为内油腔和内气腔；内油囊中的内油腔通过高压油管与高压柱塞泵连接；内油囊中的内气腔通过气管与气泵连接。

在本公开的一些实施例中，还包括：拉线位移传感器，其设置在内油囊第一端端盖处，且与活塞连接。

在本公开的一些实施例中，液压系统组件还包括：单向阀，单向阀与高压柱塞泵的出油口通过高压油管连接。

在本公开的一些实施例中，还包括：空气压力开关，其设置在内油囊第一端端盖处。

在本公开的一些实施例中，耐压舱为玻璃浮球耐压舱，玻璃浮球耐压舱上设有抽真空气孔。

在本公开的一些实施例中，玻璃浮球耐压舱包括上半球和下半球，上半球和下半球密封连接。

在本公开的一些实施例中，高压柱塞泵通过直流电机驱动。

在本公开的一些实施例中，高压柱塞泵选取使用压力为70～100MPa的容积式泵；内油囊的容积为2～3L；高压油管选用耐受压力为70～100MPa的高压钢管。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开深海浮力调节系统至少具有以下有益效果其中之一：

(1)以高压柱塞泵为主要部件，为输送液压油提供动力以保证浮标上浮过程中为外油囊充分供油。

(2)内油囊活塞式的结构，将内油囊分成内油腔和内气腔，将液压系统组件与气动系统组件有机的串联在一起。

(3)拉线位移传感器通过精确测量活塞运动的位移，计算出向外油囊注入的油量大小，实现对浮力调节的精确测量。

(4)单向阀能够保证当高压柱塞泵运行时，液压油只能从内油囊流入外油囊内，反向则截止；解决了浮标在深海环境中的背压条件下的自锁问题，实现了在水下浮力的精确调节。

本公开通过改变系统装置自身体积，使有效密度变化，从而调节浮标在海水中所受浮力大小。深海高压浮力调节系统作为自持式智能剖面浮标进行剖面运动浮力变化的主要驱动单元，具备高压浮力调节能力。

附图说明

图1为本公开实施例深海浮力调节系统结构示意图。

具体实施方式

本公开提供了一种深海浮力调节系统，为解决0-6000米深海浮力变化引起的深海自持式智能浮标浮力调节问题，本公开提供了以高压柱塞泵为主的高压浮力调节系统。本公开原理在于通过改变系统装置自身体积，有效使密度变化，从而调节浮标在水中所受浮力的大小。本公开中高压柱塞泵通过直流电机驱动工作，将内油囊中的液压油泵入到外油囊后，系统总排水体积增大，完成排油阶段。电磁气阀开启，外气囊、内气腔、玻璃浮球耐压舱连通，此时球阀开启，外油囊与内油囊连通，依靠玻璃浮球耐压舱内真空环境与外部海水压力内外压差的共同作用，将外油囊内液压油与外气囊内气体压回至玻璃浮球耐压舱后，完成回油阶段。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。

在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种深海浮力调节系统。图1为本公开实施例深海浮力调节系统原理示意图。如图1所示，本公开提供的深海浮力调节系统包括：耐压舱100，其舱内为抽真空环境，这里耐压舱100选择玻璃浮球耐压舱，其包括上半球和下半球且上半球和下半球密封连接，玻璃浮球耐压上还设有抽真空气孔用于对舱内进行抽真空处理。耐压舱100内部包括：液压系统组件和气动系统组件；其中液压系统组件包括：高压柱塞泵110，本公开以高压柱塞泵110为主要部件，为输送液压油提供动力能以保证在深海0-6000米的高压环境中为外油囊200充分供油使浮标稳定上浮；这里高压柱塞泵可以选用使用压力为70～100MPa的容积式泵；内油囊120，其中内油囊120内还设有活塞121将内油囊分为内油腔122和内气腔123，内油囊120端盖处还设有拉线位移传感器与内油囊120中的活塞121连接，通过精确测量活塞121运动的位移，计算出向外油囊200注入的油量大小，实现对浮力调节的精确测量；这里内油囊的容积设计应能够提供从水下7000m深度上浮到海水表面浮力大小的容积，具体容积可以参考选取2～3L。内油囊120中的内油腔122通过高压油管与高压柱塞泵110连接；球阀130，其设置在连接内油囊120和高压柱塞泵110的高压油管上。液压系统组件中还包括一个重要器件为单向阀140，其与高压柱塞泵110的出油口通过高压油管连接，单向阀140的设置能够保证当高压柱塞泵110运行时，液压油只能从内油囊120流入外油囊200内，反向则截止；解决了浮标在深海环境中的背压条件下的自锁问题，实现了在水下浮力的精确调节。以上使用的高压油管均可采用能够承受水下70～100MPa的高压钢管。气动系统组件包括：气泵150，其与内油囊120中的内气腔123通过气管连接；电磁气阀160，其与内油囊120的内气腔123通过气管连接。液压系统组件中的高压柱塞泵110通过直流电机170驱动。外油囊200，其与耐压舱100内的高压柱塞泵110的出油口通过高压油管连接。外气囊300，其与耐压舱100内的电磁气阀160通过气管连接。

以上关于深海浮力压力调节系统结构介绍完毕。

本公开的第一个示例性实施例中还提供一种深海浮力调节方法，主要包括排油阶段和回油阶段。

排油阶段：

步骤A：气泵150为内油囊120的内气腔123提供一定压力，提高高压柱塞泵110的进口油压，以适应深海4000～6000m的高压环境。

步骤B：启动直流电机170带动高压柱塞泵110工作，将内油囊120中的液压油泵入到外油囊200中，使外油囊200体积增大，浮标密度变得小于海水密度，从而浮标的浮力逐渐增大而上升。

步骤C：此时单向阀140处于关闭状态，以避免液压油从外油囊200回流至内油囊120中。

回油阶段：

步骤A：首先通过耐压舱100上设置的抽真空气孔对耐压舱100进行抽真空处理，使耐压舱100的气压保持在0.7个大气压左右。

步骤B：当电磁气阀160开启后，外气囊300、内气腔123和耐压舱100连通，依靠耐压舱内100外的压强差使外气囊300内的气体回流至耐压舱100内。

步骤C：球阀130开启，外油囊200和内油囊120连通，外油囊200所处的压强为1个大气压，内气腔123处于半真空态，在海水产生的压强和内压压差的作用下将外油囊300内液压油经液压管路全部回流至内油囊120内。

步骤D：外油囊200内液压油与外气囊300内气体全部回流至耐压舱100后，进而完成回油阶段。

以上关于深海浮力压力调节方法介绍完毕。

以上本公开第一个示例性实施例介绍完毕。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开提供的深海浮力调节系统有了清楚的认识。

综上所述，本公开通过改变系统装置自身体积，使有效密度变化，从而调节浮标在海水中所受浮力大小。深海高压浮力调节系统作为自持式智能剖面浮标进行剖面运动浮力变化的主要驱动单元，具备高压浮力调节能力。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种深海浮力调节系统，包括：

耐压舱，所述耐压舱内部为抽真空环境，所述耐压舱内部包括：

液压系统组件，其包括：

高压柱塞泵；

内油囊，所述内油囊第一端与所述高压柱塞泵的进油口通过高压油管连接；以及

球阀，所述球阀设置在连接所述内油囊和所述高压柱塞泵的高压油管上；以及

气动系统组件包括：

气泵，所述气泵与内油囊第二端通过气管连接；以及

电磁气阀，所述电磁气阀通过气管与所述内油囊第二端连接；

外油囊，所述外油囊与所述耐压舱内的高压柱塞泵的出油口通过高压油管连接；以及

外气囊，所述外气囊与所述耐压舱内的电磁气阀通过气管连接。

2.根据权利要求1所述的深海浮力调节系统，其中所述内油囊内设有活塞，所述活塞将内油囊内腔分为内油腔和内气腔；所述内油囊中的内油腔通过高压油管与所述高压柱塞泵连接；所述内油囊中的内气腔通过气管与所述气泵连接。

3.根据权利要求2所述的深海浮力调节系统，其中还包括：

拉线位移传感器，其设置在所述内油囊第一端端盖处，且与所述活塞连接。

4.根据权利要求1所述的深海浮力调节系统，其中所述液压系统组件还包括：

单向阀，所述单向阀与所述高压柱塞泵的出油口通过高压油管连接。

5.根据权利要求1所述的深海浮力调节系统，其中还包括：

空气压力开关，其设置在所述内油囊第一端端盖处。

6.根据权利要求1所述的深海浮力调节系统，其中所述耐压舱为玻璃浮球耐压舱，所述玻璃浮球耐压舱上设有抽真空气孔。

7.根据权利要求6所述的深海浮力调节系统，其中所述玻璃浮球耐压舱包括上半球和下半球，所述上半球和所述下半球密封连接。

8.根据权利要求1所述的深海浮力调节系统，其中所述高压柱塞泵通过直流电机驱动。

9.根据权利要求1所述的深海浮力调节系统，其中所述高压柱塞泵选取使用压力为70～100MPa的容积式泵；所述内油囊的容积为2～3L；所述高压油管选用耐受压力为70～100MPa的高压钢管。