CN210139944U - 全海深剖面浮标 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种全海深剖面浮标，属于海洋观测技术领域。浮标包括保护罩，所述保护罩内从上到下排布有分别由玻璃浮球形成的控制舱、液压舱和动力舱，所述液压舱内设置有液压单元，所述液压单元包括设置于所述液压舱内的储油油囊，以及包覆于所述液压舱外的浮力油囊，所述动力舱内设置有与所述液压单元连接以驱动液压油在所述储油油囊和所述浮力油囊之间转移的动力单元，所述控制舱内设置有与所述动力单元连接的控制单元。本实用新型能够实现耐压120Mpa全海深运行，具有耐压能力高、稳定性好、重量轻的优点。

Description

全海深剖面浮标

技术领域

本实用新型属于海洋观测技术领域，尤其涉及一种全海深剖面浮标。

背景技术

深海剖面浮标，能够按照设计的作业程序自动在海洋竖直方向实现上浮下潜运动，利用所搭载的传感器对海水参数进行测量，并将测量数据传输到岸基接收站，为气候预报、灾害预警、科学研究提供数据支撑。

目前，全球已构建Argo实时海洋观测网，在线运行的剖面浮标达到3000套以上，多为美国研制的APEX型浮标和法国研制的ARVOR型浮标。常规的剖面浮标最大探测水深为2000米，主要测量数据为海水的温度、盐度、深度。随着人类探索海洋深度的增加，对更大水深的剖面浮标的需求也越来越迫切，申请号为CN 201810043448.X的实用新型专利公布了一种深海自持式剖面智能浮标系统，采用单个玻璃浮球作为耐压舱，最大工作水深可达到6000米。但随着工作水深的增加，液压系统的体积也在增大，对玻璃浮球的直径和壁厚的要求也随之增大，不利于海上布放，尚未有能在10000米以上深水域工作的剖面浮标。

发明内容

本实用新型针对上述的技术问题，提出一种全海深剖面浮标，能够实现耐压120Mpa全海深运行，具有耐压能力高、稳定性好、重量轻的优点。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种全海深剖面浮标，包括保护罩，所述保护罩内从上到下排布有分别由玻璃浮球形成的控制舱、液压舱和动力舱，所述控制舱内设置有控制单元，所述液压舱内设置有液压单元，所述液压单元包括设置于所述液压舱内的储油油囊，以及包覆于所述液压舱外的浮力油囊，所述动力舱内设置有用于驱动液压油在所述储油油囊和所述浮力油囊之间转移的动力单元，所述动力单元与所述液压单元连接，所述控制单元与所述液压单元、所述动力单元连接。

作为优选，所述动力单元包括液压泵，所述液压泵的吸油口连接所述储油油囊，所述液压泵的出油口连接所述浮力油囊；所述储油油囊和所述浮力油囊之间通过油管连接有液压阀，所述控制单元与所述液压阀电性连接，以通过控制所述液压阀的状态实现液压油从所述浮力油囊向所述储油油囊的转移。

作为优选，所述液压阀包括减压阀，单向阀，以及具有第一接口、第二接口和第三接口的三位三通伺服阀；所述第一接口连通所述浮力油囊，所述第二接口通过所述减压阀连接至所述储油油囊，所述第三接口连通所述储油油囊，所述液压泵的出油口连接所述单向阀的输入端，所述单向阀的输出端连接所述浮力油囊。

作为优选，所述浮力油囊包括多个囊体，多个所述囊体分布于所述液压舱外表面的不同位置，所述囊体在所述液压单元中为并联形式。

作为优选，多个所述囊体的出油口分别连接有与所述控制单元连接的电磁阀，所述控制单元通过控制所述电磁阀的通断实现所述囊体出油口的打开或者关闭。

作为优选，所述液压单元还包括阀块，所述液压阀安装于所述阀块上。

作为优选，所述保护罩为圆柱镂空状。

作为优选，所述保护罩的上下两端为流线型。

作为优选，所述控制舱内还包括与所述控制单元连接的通讯单元，所述控制舱上远离所述液压舱的一侧设置有与所述通讯单元连接的天线。

作为优选，所述动力单元还包括用于驱动所述液压泵工作的电机组件，以及为所述电机组件供电的电源，所述电机组件包括电机，用于驱动所述电机的驱动器，连接于所述电机输出轴的减速器，以及将所述减速器与所述液压泵连接的联轴器。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：

1、本剖面浮标通过设置三个玻璃浮球来代替现有技术中单个玻璃浮球的结构，降低了水深增加时液压单元体积增大对玻璃浮球直径和壁厚的要求；假设单个玻璃浮球构成的剖面浮标和三个玻璃浮球构成剖面浮标工作水深相同，在容积相同的情况下，三个玻璃浮球的总重量是单个玻璃浮球重量的91.5％，具有重量轻的优点；假设单个玻璃浮球构成的剖面浮标和三个玻璃浮球构成的剖面浮标总质量相同，在容积相同的情况下，三个玻璃浮球构成的剖面浮标最大工作水深是单个玻璃浮球构成的剖面浮标最大工作水深的1.36倍，具有工作水深范围大、耐压能力强的优点；与单个玻璃浮球构成的剖面浮标相比，三个玻璃浮球构成的剖面浮标迎水面积小，在水中运动时受到的阻力小，更加节能；通过将控制舱、液压舱、动力舱从上到下设置，在中间液压舱外包覆浮力油囊，可以节省空间，且将重量较大的动力舱置于最下部，构成“不倒翁”结构，使得剖面浮标不易倾覆，具有稳定性好的优点。

2、本剖面浮标通过将储油油囊和浮力油囊之间连接液压阀，在浮标下潜时，只需要控制液压阀接通，借助海水压力就可将液压油从浮力油囊压入储油油囊，不需要电机驱动，具有节约能源的优点。

3、本剖面浮标通过将保护罩设置成镂空状，不需要承受海水压力，依然由玻璃浮球耐压，相较于现有技术中圆柱封闭壳体，本实用新型的浮标耐压能力更高。

4、本剖面浮标通过将保护罩的上下两端设置成流线型结构，使得浮标在上浮下潜过程中承受尽可能小的流体阻力，相较于需要消耗能源克服较大的流体阻力，本实用新型可以进一步地节约能源。

5、本剖面浮标通过在液压舱外设置的浮力油囊为多囊式，可以通过向不同囊体中注入液压油来调节剖面浮标的姿态，具有方便调节、适应性强、稳定性高的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1为本实用新型所提供全海深剖面浮标的结构示意图；

图2为图1中控制舱的结构示意图；

图3为图1中液压舱的结构示意图；

图4为图1中动力舱的结构示意图；

图5为本实用新型所提供全海深剖面浮标中液压单元的结构原理图；

以上各图中：1、保护罩；2、控制舱；20、控制单元；21、通讯单元；22、管线；3、液压舱；30、液压单元；31、储油油囊；32、浮力油囊；33、液压阀；331、三位三通伺服阀；332、减压阀；333、单向阀；34、阀块；35、油管；4、动力舱；40、动力单元；41、驱动器；42、电机；43、减速器；44、液压泵；45、电源；46、联轴器；5、天线。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

现有技术中采用单个玻璃浮球结构的剖面浮标最大工作水深可达到6000米，但若想要继续增加水深，为满足耐压要求，需要加大浮标中液压单元的体积，进而对玻璃浮球直径和壁厚的要求也随之增大，导致剖面浮标的质量增大，不利于海上布放。本实用新型基于此技术问题，提供以下实用新型构思：采用三个玻璃浮球代替单个玻璃浮球，三个玻璃浮球通过保护罩固定，将浮标内元器件选择性分布在三个玻璃浮球中，具体为：以剖面浮标浮于水中的状态为参考，控制单元放置在上面的玻璃浮球中，用来改变浮标体积的液压单元放置在中间的玻璃浮球中，将重量最大的动力单元放置在下面的玻璃浮球中，如此设置使得元器件分散，为液压单元独留了空间，降低了对玻璃浮球直径和壁厚的要求，在相同工作水深、容积相同的情况下，三个玻璃浮球的总重量相对于单个玻璃浮球大大减小，从而使得本实用新型所提供的剖面浮标可以适应更大的工作水深，能够实现耐压120Mpa全海深运行，具有耐压能力高、稳定性好、重量轻的优点。

为了更好地理解上述技术方案，下面结合附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

参见图1-图4所示，一种全海深剖面浮标，包括保护罩1，保护罩1内设置有三个玻璃浮球，分别定义为控制舱2、液压舱3和动力舱4，控制舱2、液压舱3和动力舱4从上到下分布，其中，控制舱2内设置有控制单元20，液压舱3内设置有液压单元30，动力舱4内设置有动力单元40，控制单元20通过管线22与液压单元30、动力单元40连接，液压单元30通过油管35与动力单元40连接，液压单元30包括有储油油囊31和浮力油囊32，储油油囊31位于液压舱3内部，浮力油囊32包覆在液压舱3的外部，控制单元20用来控制动力单元40的工作，动力单元40用来驱动液压单元30使得液压油在储油油囊31和浮力油囊32之间转移，通过浮力油囊32体积的变化实现浮标整体体积的改变，从而控制浮标的上浮和下潜。

在本实用新型结构中设置了三个玻璃浮球，将液压单元30单独设置于中间玻璃浮球形成的液压舱3上，为液压单元30提供了单独的空间，相同工作条件下，相对于单个玻璃浮球结构来说，本实用新型对玻璃浮球的直径和壁厚要求较低。

通过实验计算，在工作水深和容积相同的情况下，本实用新型三个玻璃浮球结构的总重量是单个玻璃浮球结构重量的91.5％，因而，本剖面浮标具有重量轻的优点；在重量、容积相同的情况下，本实用新型浮标的最大工作水深是单个玻璃浮球结构浮标的1.36倍，因而，本实用新型具有工作水深范围大、耐压能力强的优点。

相较于单个玻璃浮球结构来说，本实用新型剖面浮标的迎水面积较小，在水中运动时受到的阻力小，不需要因为克服阻力而消耗较大的能源，具有节约能源的优点。

通过将控制舱2、液压舱3、动力舱4从上到下设置，在中间液压舱3外包覆浮力油囊32，可以节省空间，且将重量较大的动力舱4置于最下部，构成“不倒翁”结构，使得剖面浮标不易倾覆，具有稳定性好的优点。

具体地，动力舱4的动力单元40中包括液压泵44，液压泵44的吸油口连接储油油囊31，其出油口连接浮力油囊32，在液压泵44作用下，储油油囊31的液压油可以进入浮力油囊32中，从而使得浮力油囊32的体积增大，进而剖面浮标的总体积增大，剖面浮标受到的浮力增大，其所受重力不变，当浮力与重力相等时，实现浮标悬停，当浮力大于重力时，实现浮标上浮。

关于浮标的下潜通过以下结构实现：液压单元30中包含有液压阀33，将液压阀33连接在储油油囊31和浮力油囊32之间，控制单元20与液压阀33连接，可以控制液压阀33的工作状态，通过改变液压阀33的工作状态可实现储油油囊31和浮力油囊32之间的通断。当浮标需要下潜时，控制液压阀33的状态使得储油油囊31和浮力油囊32之间连通，在海水压力作用下，浮力油囊32中的液压油进入储油油囊31，此时浮力油囊32的体积减小，剖面浮标总体积减小，其所受浮力减小，而重力不变，因而剖面浮标所受合力向下，浮标下潜。在浮标下潜过程中，不需要电机驱动，依靠海水压力即可实现，因为本浮标进一步的节约了能源。

以下通过一具体实施例介绍液压单元30的结构原理，参见图5所示，液压阀33包括减压阀332、单向阀333和三位三通伺服阀331，三位三通伺服阀331具有第一接口、第二接口和第三接口；第一接口连通浮力油囊32，第二接口通过减压阀332连接至储油油囊31，第三接口连通储油油囊31；液压泵44和浮力油囊32之间连接单向阀333，单向阀333使得液压油只能从储油油囊31进入浮力油囊32。

工作时，将三个玻璃浮球内部抽真空，使玻璃浮球内部呈负压状态，确保玻璃浮球密封效果良好。当浮标需要从海水表面下潜时，控制单元20向三位三通伺服阀331发送指令，使三位三通伺服阀331的阀芯向左移动，浮力油囊32通过三位三通伺服阀331和油管35直接与储油油囊31连通，在玻璃浮球内部负压的作用下，液压油从浮力油囊32进入储油油囊31，此时浮力油囊32体积减小，剖面浮标总体积减小，剖面浮标受到的浮力减小，而剖面浮标受到的重力不变，因此剖面浮标受到的合力向下，剖面浮标开始下潜；当剖面浮标需要悬停时，控制单元20控制液压泵16工作，使液压油从储油油囊31经过单向阀333进入浮力油囊32，此时浮力油囊32体积增大，剖面浮标总体积增大，剖面浮标受到的浮力增大，而剖面浮标受到的重力不变，当剖面浮标受到的浮力与受到的重力时相等，实现悬停；当剖面浮标需要从深海中继续下潜时，控制单元20向三位三通伺服阀331发送指令，使三位三通伺服阀331的阀芯向右移动，浮力油囊32通过三位三通伺服阀331、减压阀332与储油油囊31连通，在外部海水压力的作用下，液压油从浮力油囊32进入储油油囊31，此时浮力油囊32体积减小，剖面浮标总体积减小，剖面浮标受到的浮力减小，而剖面浮标受到的重力不变，因此剖面浮标受到的合力向下，剖面浮标继续下潜；当剖面浮标需要上浮时，控制单元20控制液压泵16工作，使液压油从储油油囊31经过单向阀333进入浮力油囊32，此时浮力油囊32体积增大，剖面浮标总体积增大，剖面浮标受到的浮力增大，而剖面浮标受到的重力不变，当剖面浮标受到的浮力大于受到的重力时，剖面浮标受到的合力向上，剖面浮标开始上浮，剖面浮标上浮过程中，传感器开始收集海水参数数据。

本实用新型在浮力油囊32和储油油囊31之间设置液压阀33的目的，是为了在浮标下潜或悬停时利用海水压力实现液压油从浮力油囊32进入储油油囊31，而不在需要消耗能源实现液压油的转移，本领域技术人员根据以上思路可以通过不同的液压阀33以及油路设计组合实现，因而，本实用新型并不限制液压阀33的具体结构以及油路设计，只要能实现上述目的的结构都在本实用新型的保护范围。

以上实施例中，有关液压泵44的工作是由电机组件驱动，具体地，动力单元40还包括电机组件和电源45，电源45为电机组件提供电能，电机组件包括电机42、驱动器41、联轴器46和减速器43，驱动器41和电机42连接，电机42的输出轴连接减速器43，减速器43通过联轴器46与液压泵44连接。

为了方便液压单元30安装固定，以及从液压单元30的结构紧凑方面考虑，本实用新型的液压单元30还包括阀块34，以上液压阀33安装于阀块34上，即单向阀333、减压阀332和三位三通伺服阀331固定连接在阀块34上。

进一步地，剖面浮标在海水中上浮下潜过程中会受到各种不确定因素冲击影响，例如海浪、海里生物、杂物等，为了能够使得剖面浮标在海水中稳定工作，需要浮标能够变换不同姿态来适应各种情况，因而，本实用新型提供了以下实用新型构思：将浮力油囊32设计成多囊式结构，通过向不同的囊中注入液压油来改变浮标的姿态。

具体地，浮力油囊32具有多个囊体，多个囊体分布在液压舱3外表面的不同位置，各个囊体在液压单元30中是并联形式。多个囊体之间可以是相互连接但是囊腔不连通的形式，也可以是一个个独立的囊体形式，或者是两种形式的组合。作为优选实施例，多个囊体均布在液压舱3外，这样更利于调节。

具体地，各个囊体的出油口分别连接有电磁阀，电磁阀与控制单元20连接，控制单元20通过控制电磁阀的通断实现囊体出油口的打开或者关闭。当需要调整浮标的姿态时，只需要控制电磁阀的通断即可。

进一步地，本实用新型将保护罩1设计成圆柱镂空状，海水透过镂空结构向玻璃浮球施加压力，保护罩不需要承受海水压力；而现有技术中圆柱形蒙皮类封闭壳体是由壳体来承受压力，与圆柱壳体相比，球体的耐压能力更强，因而，本实用新型的浮标耐压能力更高。

进一步地，本实用新型将保护罩1的上下两端设计成流线型，使得浮标在上浮下潜过程中承受更可能小的流体阻力，相较于需要消耗能源克服较大的流体阻力，本实用新型可以进一步地节约能源。

另外，有关本实用新型通讯方面介绍如下：控制舱2内还设置有通讯单元21，通讯单元21与控制单元20连接，控制舱2的上端连接有天线5，天线5与通讯单元21通过管线22连接。通讯单元21和天线5实现了浮标传输信号的功能，浮标在下潜之前需要进行自身状态检测，检测结果可以通过通讯单元21发送给接收站；剖面浮标上浮过程中，浮标上的传感器收集海水参数数据，待剖面浮标到达海面时，通讯单元21将海水参数数据发送给接收站，完成浮标的功能。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种全海深剖面浮标，其特征在于，包括保护罩，所述保护罩内从上到下排布有分别由玻璃浮球形成的控制舱、液压舱和动力舱，所述控制舱内设置有控制单元，所述液压舱内设置有液压单元，所述液压单元包括设置于所述液压舱内的储油油囊，以及包覆于所述液压舱外的浮力油囊，所述动力舱内设置有用于驱动液压油在所述储油油囊和所述浮力油囊之间转移的动力单元，所述动力单元与所述液压单元连接，所述控制单元与所述液压单元、所述动力单元连接。

2.根据权利要求1所述的全海深剖面浮标，其特征在于，所述动力单元包括液压泵，所述液压泵的吸油口连接所述储油油囊，所述液压泵的出油口连接所述浮力油囊；所述储油油囊和所述浮力油囊之间通过油管连接有液压阀，所述控制单元与所述液压阀电性连接，以通过控制所述液压阀的状态实现液压油从所述浮力油囊向所述储油油囊的转移。

3.根据权利要求2所述的全海深剖面浮标，其特征在于，所述液压阀包括减压阀，单向阀，以及具有第一接口、第二接口和第三接口的三位三通伺服阀；所述第一接口连通所述浮力油囊，所述第二接口通过所述减压阀连接至所述储油油囊，所述第三接口连通所述储油油囊，所述液压泵的出油口连接所述单向阀的输入端，所述单向阀的输出端连接所述浮力油囊。

4.根据权利要求1所述的全海深剖面浮标，其特征在于，所述浮力油囊包括多个囊体，多个所述囊体分布于所述液压舱外表面的不同位置，所述囊体在所述液压单元中为并联形式。

5.根据权利要求4所述的全海深剖面浮标，其特征在于，多个所述囊体的出油口分别连接有与所述控制单元连接的电磁阀，所述控制单元通过控制所述电磁阀的通断实现所述囊体出油口的打开或者关闭。

6.根据权利要求2所述的全海深剖面浮标，其特征在于，所述液压单元还包括阀块，所述液压阀安装于所述阀块上。

7.根据权利要求1所述的全海深剖面浮标，其特征在于，所述保护罩为圆柱镂空状。

8.根据权利要求1所述的全海深剖面浮标，其特征在于，所述保护罩的上下两端为流线型。

9.根据权利要求1所述的全海深剖面浮标，其特征在于，所述控制舱内还包括与所述控制单元连接的通讯单元，所述控制舱上远离所述液压舱的一侧设置有与所述通讯单元连接的天线。

10.根据权利要求2所述的全海深剖面浮标，其特征在于，所述动力单元还包括用于驱动所述液压泵工作的电机组件，以及为所述电机组件供电的电源，所述电机组件包括电机，用于驱动所述电机的驱动器，连接于所述电机输出轴的减速器，以及将所述减速器与所述液压泵连接的联轴器。

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