CN211223814U - 一种海水泵控制变容积浮力调节系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海水泵控制变容积浮力调节系统，其特征在于：包括泵端过滤器、海水泵、电机、单向阀、溢流阀、异径液缸、常闭式电磁开关阀和缸端过滤器；异径液缸包括大径腔A、空腔B、小径腔C及空腔B处连接大径腔A和小径腔C的活塞；大径腔A与缸端过滤器连接，缸端过滤器与海洋环境接通；小径腔C分别连接单向阀、溢流阀和常闭式电磁开关阀，海水泵的入口与泵端过滤器连接，海水泵的出口与单向阀连接，泵端过滤器、溢流阀的出口、常闭式电磁开关阀都与海洋环境接通。本实用新型通过控制异径液缸的活塞运动，使其排水体积产生变化，从而实现浮力调节，具有系统结构简单、能耗低的独特优势。

Description

一种海水泵控制变容积浮力调节系统

技术领域

本实用新型属于潜水器领域，具体涉及一种海水泵控制变容积浮力调节系统。

背景技术

潜水器在海洋中进行勘探、科考等作业时，会因取样、海水密度变化等因素造成浮力和重力的失衡。为确保潜水器正常作业所需的稳定状态，浮力调节系统通过改变潜水器自身的平均密度，完成对潜水器浮力的补偿。

目前大部分的潜水器为实现浮力补偿采用的浮力调节方法大致分为两种：一是在保证装置重量不变的情况下，通过改变浮力油囊的体积，装置的排水体积产生变化，达到装置平均密度发生改变的目的；例如，公告号为CN109334926B的实用新型专利公开了一种全海深水下滑翔机的浮力调节系统及方法，采用泵和液压增压器增加输出液压油压力，完成液压油从内部油箱向外部油囊的转移，实现浮力调节。二是在保证装置排水体积不变的前提下，通过吸入和排出海水，装置的重量得以改变，实现潜水器平均密度产生变化的目标。例如，公告号为CN208993904U的实用新型专利公开了一种基于双向海水泵的浮力调节系统，采用双向海水泵正反转调节可调压载舱内海水的体积，实现浮力调节。

然而，目前的浮力调节系统无论是通过改变潜水器的体积还是重量实现平均密度的调节，其液压系统都较为复杂，都需要一个能承受水深压力的耐压仓。而且在整个工作过程中，泵需要持续为系统供能。这些问题给系统的轻小型化和能耗的降低都带来了较大的难度。因此，简化和改进传统浮力调节方式成为浮力调节系统轻小型化必然趋势。

实用新型内容

针对目前浮力调节技术的缺陷和改进需求之一，本实用新型提供了一种海水泵控制变容积浮力调节系统，充分利用了海深压力，采用海水泵和常闭式电磁开关阀的搭配控制，实现异径液缸排水体积的精确调节，完成了浮力调节的目标，解决了现有浮力调节系统轻小型化困难的问题。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种海水泵控制变容积浮力调节系统，包括泵端过滤器、海水泵、电机、单向阀、溢流阀、异径液缸、常闭式电磁开关阀和缸端过滤器；

所述异径液缸包括大径腔A、空腔B、小径腔C及空腔B处连接大径腔A和小径腔C的活塞；

所述大径腔A与缸端过滤器连接，所述缸端过滤器与海洋环境接通；

所述小径腔C分别连接单向阀的出口、溢流阀的入口和常闭式电磁开关阀，所述海水泵的入口与泵端过滤器连接，所述海水泵的出口与单向阀的入口连接，所述单向阀的出口分别连接小径腔C、溢流阀的入口和常闭式电磁开关阀，所述泵端过滤器、溢流阀的出口、常闭式电磁开关阀都与海洋环境接通；海水泵连有电机。

优选地，所述电机为直流电机。

优选地，所述异径液缸内的活塞使用格莱圈密封。

上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本实用新型提出的浮力调节系统结构简单，巧妙地利用了异径液缸活塞移动造成液缸排水体积的变化，完成浮力调节目标，从而避免使用传统浮力调节系统的耐压可调压载水舱和弹性油囊，能有效地减少系统的重量和体积。

2、本实用新型在减小浮力的过程中，通过海水压力作用在两个大小不同的活塞面上产生的力推动活塞的运动，减小异径液缸的排水体积，系统仅需给常闭电磁开关阀供电，充分利用了水深压力，容易实现低能耗下潜。

3、本实用新型减小浮力的过程中，一部分能量被异径液缸的空腔以压缩气体的形式储存起来，当需要增大浮力时，这一部分能量会在海水泵驱动活塞运动时被释放出来，能一定程度上降低上浮过程需要的耗能。

附图说明

图1是本实用新型实施例的海水泵控制变容积浮力调节系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本实用新型进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型提供一种海水泵控制变容积浮力调节系统，包括泵端过滤器1、海水泵2、电机3、单向阀4、溢流阀5、异径液缸6、常闭式电磁开关阀7和缸端过滤器8；所述异径液缸6包括大径腔A、空腔B、小径腔C及空腔B处连接大径腔A和小径腔C的活塞。

所述大径腔A与缸端过滤器8连接，所述小径腔C分别连接单向阀4的出口、溢流阀5的入口和常闭式电磁开关阀7，所述海水泵2的入口与泵端过滤器1连接，所述海水泵2的出口与单向阀4的入口连接，所述单向阀4的出口分别连接小径腔C、溢流阀5的入口和常闭式电磁开关阀7，所述泵端过滤器1、溢流阀5的出口、常闭式电磁开关阀7和缸端过滤器8都与海洋环境接通。

所述海水泵2通过联轴器连有电机3，电机优选为直流电机。

所述异径液缸6的大径腔A、空腔B及小径腔C之间使用格莱圈密封，保证彼此之间的隔离。

本实用新型的浮力调节系统通过控制异径液缸6的活塞运动，使得空腔B的容积产生变化，从而实现浮力调节，活塞向小径腔C运动时，空腔B的容积减小，装置浮力减小，活塞向大径腔A运动时，空腔B的容积增大，装置浮力增大。

采用本实用新型的海水泵控制变容积浮力调节系统的调节方法，具体调节过程如下：

(1)减小浮力

当潜水器需要减小装置的浮力时，常闭式电磁开关阀7得电打开，异径液缸6的小径腔C通过常闭式电磁开关阀7与海洋环境连通，此时海洋水深压力直接作用在异径液缸6的两个活塞端面，由于异径液缸6的活塞的大径端和小径端存在一定面积差，活塞会受到一个指向小径腔C的推力，这一推力与外界海洋压力和异径液缸6两端的面积差有关，当其足以克服密封圈的摩擦力与空腔B内气压产生的合力，异径液缸6的活塞向小径腔C移动，系统开始工作。

异径液缸6的活塞向小径腔C运动过程中，大径腔A经缸端过滤器8从海洋环境中吸水，小径腔C通过开启的常闭式电磁开关阀7向海洋环境排水，异径液缸6的大径腔A容积变化快，小径腔C容积变化慢，整个异径液缸6的排水体积变小，其变化值为活塞位移与活塞两端面积之积，异径液缸6的密闭空腔B内气体压力逐渐升高，装置浮力持续减小。

当常闭式电磁开关阀7失电关闭，异径液缸6的小径腔C封闭，腔内压力迅速升高，作用在活塞上的力迅速变大，当活塞受力重新达到平衡时，活塞停止运动，此后整个异径液缸6的排水体积保持不变，浮力减小完毕。整个过程中，电机始终不工作。

(2)增大浮力

当潜水器需要增大装置的浮力时，给电机3供电，电机3带动海水泵2工作，使得异径液缸6的小径腔C压力增加，其作用在活塞上指向大径腔A的力逐渐增大。此时，异径液缸6的大径腔A的压力始终是海深压力，其作用在活塞上指向小径腔C的力始终不变。当作用在小径腔C活塞上的力与腔内气体的合力足以克服密封圈的摩擦力与海深压力作用在大径腔A活塞上力的合力，异径液缸6的活塞开始向大径腔A移动，系统开始工作。

异径液缸6的活塞向大径腔A运动过程中，大径腔A经缸端过滤器8向海洋环境排水，海水泵2将海水从海洋环境经泵端过滤器1、海水泵2、单向阀4泵至异径液缸6的小径腔C，异径液缸6的大径腔A容积变化快，小径腔C容积变化慢，整个异径液缸6的排水体积变大，其变化值为活塞位移与活塞两端面积之积，异径液缸6的密闭空腔B内气体压力逐渐降低，装置浮力持续增大。

当电机3失电停止工作，海水泵2不再向异径液缸6的小径腔C注入海水，小径腔C再次封闭，当活塞上的受力重新达到平衡时，活塞停止运动，此后整个异径液缸6的排水体积保持不变，浮力增大完毕。整个过程中，常闭电磁开关阀7始终不工作。

综上所述，本实用新型具有如下突出优势：

本实用新型提出的浮力调节系统结构简单，巧妙地利用了异径液缸活塞移动造成液缸排水体积的变化，完成浮力调节目标，从而避免使用传统浮力调节系统的耐压可调压载水舱和弹性油囊，能有效地减少系统的重量和体积。

本实用新型在减小浮力的过程中，通过海水压力作用在两个大小不同的活塞面上产生的力推动活塞的运动，减小异径液缸的排水体积，系统仅需给常闭电磁开关阀供电，充分利用了水深压力，容易实现低能耗下潜。

本实用新型减小浮力的过程中，一部分能量被异径液缸的空腔以压缩气体的形式储存起来，当需要增大浮力时，这一部分能量会在海水泵驱动活塞运动时被释放出来，能一定程度上降低上浮过程需要的耗能。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种海水泵控制变容积浮力调节系统，其特征在于：包括泵端过滤器、海水泵、电机、单向阀、溢流阀、异径液缸、常闭式电磁开关阀和缸端过滤器；

所述异径液缸包括大径腔A、空腔B、小径腔C及空腔B处连接大径腔A和小径腔C的活塞；

所述大径腔A与缸端过滤器连接，所述缸端过滤器与海洋环境接通；

所述小径腔C分别连接单向阀的出口、溢流阀的入口和常闭式电磁开关阀，所述海水泵的入口与泵端过滤器连接，所述海水泵的出口与单向阀的入口连接，所述单向阀的出口分别连接小径腔C、溢流阀的入口和常闭式电磁开关阀，所述泵端过滤器、溢流阀的出口、常闭式电磁开关阀都与海洋环境接通；海水泵连有电机。

2.如权利要求1所述的海水泵控制变容积浮力调节系统，其特征在于：

所述电机为直流电机。

3.如权利要求1-2任一项所述的海水泵控制变容积浮力调节系统，其特征在于：

所述异径液缸内的活塞使用格莱圈密封。

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