CN218751334U - 水下滑翔机浮力驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种水下滑翔机浮力驱动系统，属于浮力调节技术领域，其安装于壳体中，壳体内部设有容置腔，该浮力驱动系统包括外皮囊、第一管路、泵马达、电动发电机和蓄能器，外皮囊设置于外壳外侧；第一管路设置于容置腔中，第一管路中流通有工作介质，第一管路的一端设有第一进液口，第一管路的另一端设有第一出液口，第一进液口与外皮囊连通；泵马达设置于第一管路中；电动发电机与泵马达连接；蓄能器设置于容置腔中，蓄能器通过第二管路与第一管路连接，第二管路通过第一换向阀与第一管路连通，第一换向阀设置于第一进液口与泵马达之间，第一出液口与第一换向阀连接。本实用新型提供的水下滑翔机浮力驱动系统可回收利用海水压力能。

Description

水下滑翔机浮力驱动系统

技术领域

本实用新型属于浮力调节技术领域，尤其涉及一种水下滑翔机浮力驱动系统。

背景技术

水下滑翔机是一种常用的海洋观测设备，现阶段，水下滑翔机多采用浮力驱动的方式，虽然浮力驱动的方式可以提升水下滑翔机的续航能力，但是浮力驱动系统自身的能耗较高，是整个水下滑翔机能耗最大的一部分。

水下滑翔机所受浮力随着下潜深度的增加而变大，这导致水下滑翔机在水下运动过程中的净浮力实际是在不断变化的，浮力的增大对下潜速度和下潜深度具有不利影响，因此，人们通常会在浮力驱动系统中加装蓄能器，以补偿净浮力的损失。在海水压力大于蓄能器预充压力时，外皮囊中的工作介质会在海水压力的作用下流入蓄能器中，以减小外皮囊体积，从而减小水下滑翔机受到的浮力。由于这种净浮力补偿的方法的补偿量取决于蓄能器自身的特性，无法根据浮力损失进行补偿，也无法精确控制补偿量，在实际应用中，为了确保浮力补偿量始终大于损失量、保证补偿效果，人们通常使用大容量蓄能器，导致浮力补偿量远远大于损失量，造成能量浪费，现有的浮力驱动系统大多都没有有效利用多余的补偿量，因此，设计一种可回收海水压力能并利用海水压力能发电的浮力驱动系统，对降低水下滑翔机能耗、提高续航能力具有重要意义。

实用新型内容

针对相关技术中存在的不足之处，本实用新型提供了一种水下滑翔机浮力驱动系统，以回收利用海水压力能，并且利用压差能发电，以提高续航能力。

本实用新型提供一种水下滑翔机浮力驱动系统，其安装于外壳，外壳内部设有容置腔；该浮力驱动系统包括：

外皮囊，外皮囊设置于外壳外侧；

第一管路，第一管路设置于容置腔中，第一管路中流通有工作介质，第一管路的一端设有第一进液口，第一管路的另一端设有第一出液口，第一进液口与外皮囊连通；

泵马达，泵马达设置于第一管路中；

电动发电机，电动发电机与泵马达连接，在工作介质流经泵马达时，泵马达驱动电动发电机发电；

蓄能器，蓄能器设置于容置腔中，蓄能器通过第二管路与第一管路连接，第二管路的一端设有第二出液口，第二管路的另一端设有第二进液口，第二出液口与蓄能器连通，第二进液口通过第一换向阀与第一管路连通，第一换向阀设置于第一进液口与泵马达之间，第一出液口与第一换向阀连接；

其中，当海水压力大于蓄能器压力时，外皮囊的工作介质进入第一管路中，在第一管路中依次经过第一换向阀、泵马达，然后又经过第一换向阀流入蓄能器进行能量储蓄；当海水压力小于蓄能器压力时，蓄能器的工作介质从第二管路经过第一换向阀进入第一管路，在第一管路中经过泵马达后，又经过第一换向阀流入外皮囊，以释放能量。

本技术方案通过设置蓄能器，以存储、回收利用海水压力能；通过设置泵马达和电机发电机，以利用海水压力能发电；通过设置第一换向阀，以控制工作介质在第一管路中的流向。

在其中一些实施例中，第一管路中设有第一过滤器和第二过滤器，第一过滤器设置于第一进液口与泵马达之间，第二过滤器设置于泵马达与第一出液口之间。

本技术方案通过设置第一过滤器和第二过滤器，以过滤工作介质中的杂质，防止杂质与泵马达接触，损坏泵马达。

在其中一些实施例中，浮力驱动系统还包括第三管路，第三管路的一端设有第三进液口，第三管路的另一端设有第三出液口，第三进液口与第一管路连通，第三出液口连接有介质箱；第三管路中设有电磁阀，当电磁阀开启时，工作介质从外皮囊经过第三管路流向介质箱。

在其中一些实施例中，第一管路还设有第二换向阀，第二换向阀位于第一过滤器与第一换向阀之间，第二进液口位于第一过滤器与第二换向阀之间。

在其中一些实施例中，第一出液口处设有第三换向阀，介质箱与第三换向阀连接，第三换向阀通过第四管路与第一换向阀连接。

在其中一些实施例中，第四管路的一端设有第四进液口，第四管路的另一端设有第四出液口，第四进液口与第三换向阀连接，第四出液口与第一换向阀连接。

在其中一些实施例中，第四管路中设有单向阀。

在其中一些实施例中，第一换向阀为三位四通换向阀，第二换向阀为二位二通换向阀，第三换向阀为二位三通换向阀。

在其中一些实施例中，蓄能器连接有压力传感器。

在其中一些实施例中，工作介质为液压油、海水或气体。

基于上述技术方案，本实用新型实施例中水下滑翔机浮力驱动系统能够储存、回收利用海水压力能，并利用海水压力差进行发电，以提高续航能力；而且适用范围广，可适用于进行浮力调节的其他水下设备。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型水下滑翔机浮力驱动系统一个实施例的结构示意图；

图2为本实用新型水下滑翔机浮力驱动系统一个实施例处于水面回油工作模式时工作介质的流向图；

图3为本实用新型水下滑翔机浮力驱动系统一个实施例处于水下浮力调节回油发电工作模式时工作介质的流向图；

图4为本实用新型水下滑翔机浮力驱动系统一个实施例处于水下浮力补偿回油发电工作模式时工作介质的流向图；

图5为本实用新型水下滑翔机浮力驱动系统一个实施例处于水下主动排油工作模式时工作介质的流向图；

图6为本实用新型水下滑翔机浮力驱动系统一个实施例处于释能排油发电工作模式时工作介质的流向图。

图中：

1、外壳；2、外皮囊；3、第一管路；4、第三管路；5、第二管路；6、蓄能器；7、第四管路；8、介质箱；

11、容置腔；

31、第一过滤器；32、第二换向阀；33、第一换向阀；34、泵马达；35、第二过滤器；36、电动发电机；37、第三换向阀；

41、电磁阀；

61、压力传感器；

71、单向阀。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“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。

术语“第一”、“第三”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第三”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

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。

如附图1-图6所示，在本实用新型水下滑翔机浮力驱动系统的一个示意性实施例中，该水下滑翔机浮力驱动系统安装于外壳1，外壳1内部设有容置腔11；该浮力驱动系统包括外皮囊2、第一管路3、泵马达34、电动发电机36和蓄能器6；外皮囊2设置于外壳1外侧；第一管路3设置于容置腔11中，第一管路3中流通有工作介质，第一管路3的一端设有第一进液口，第一管路3的另一端设有第一出液口，第一进液口与外皮囊2连通；泵马达34设置于第一管路3中；电动发电机36与泵马达34连接，在工作介质流经泵马达34时，泵马达34驱动电动发电机36发电；蓄能器6设置于容置腔11中，蓄能器6通过第二管路5与第一管路3连接，第二管路5的一端设有第二出液口，第二管路5的另一端设有第二进液口，第二出液口与蓄能器6连通，第二进液口通过第一换向阀33与第一管路3连通，第一换向阀33设置于第一进液口与泵马达34之间，第一出液口与第一换向阀33连接；当海水压力大于蓄能器6压力时，外皮囊2的工作介质进入第一管路3中，在第一管路3中依次经过第一换向阀33、泵马达34，然后又经过第一换向阀33流入蓄能器6进行能量储蓄；当海水压力小于蓄能器6压力时，蓄能器6的工作介质从第二管路5经过第一换向阀33进入第一管路3，在第一管路3中经过泵马达34后，又经过第一换向阀33流入外皮囊2，以释放能量。

为了防止工作介质中的杂质影响泵马达34工作，如图1所示，第一管路3中设有第一过滤器31和第二过滤器35，以过滤工作介质中的杂质，防止杂质与泵马达34接触，损坏泵马达34；第一过滤器31设置于第一进液口与泵马达34之间，第二过滤器35设置于泵马达34与第一出液口之间；需要说明的是，泵马达34可在机械能驱动下旋转发挥液压泵的作用，也可以在工作介质的液压能驱动下旋转发挥液压马达的作用，电动发电机36可在电能驱动下旋转做功，发挥电动机的作用；也可在机械力的作用下旋转发电，发挥发电机的作用，泵马达34和电动发电机36属于现有技术，此处不再赘述；还需要说明的是，外壳1构成封闭舱体环境，并且其内部的容置腔11一般处于负压状态，因此即使外皮囊2处于常压状态，其中的工作介质也可流入外壳1内部，降低水下滑翔机浮力。

上述水下滑翔机浮力驱动系统中，如图1-图6所示，还包括第三管路4，第三管路4的一端设有第三进液口，第三管路4的另一端设有第三出液口，第三进液口与第一管路3连通，第三出液口与介质箱8连通；第三管路4中设有电磁阀41，电磁阀41为两位两通常闭式电磁阀，可承受双向背压；当电磁阀41开启时，工作介质从外皮囊2经过第三管路4流向介质箱8；当电磁阀41关闭时，工作介质从外皮囊2经过第一管路3流向介质箱8；需要说明的是，第三进液口位于第一过滤器31与泵马达34之间，以使第一过滤器31可以在工作介质进入第三管路4前对工作介质进行过滤，防止杂质进入第三管路4中；还需要说明的是，如图1所示，第一出液口与第三管路4连通，第一管路3中工作介质通过第一出液口汇入第三管路4，然后通过第三出液口进入介质箱8中；此外，还需要说明的是，如图1所示，第二换向阀32设置于泵马达34与第三进液口之间，第二换向阀32为二位二通换向阀，控制其上下连接口之间的连通组合及导流方向。当第二换向阀32处于左位状态时，其上下连接口A₁、P₁之间工作介质可自由流通；当第二换向阀32处于右位状态时，其上下连接口A₁、P₁处于单向导通状态，工作介质只可以从下连接口P₁流向上连接口A₁，无法反向导通，且其能够承受使用深度下外部液体压力造成的反向背压而不损坏。

上述水下滑翔机浮力驱动系统中，如图1-图6所示，第四管路7的一端设有第四进液口，第四管路7的另一端设有第四出液口，第四进液口与第三换向阀37连接，第四出液口与第一换向阀33连接，第三换向阀37设置于第一出液口处，介质箱8与第三换向阀37连接，第三换向阀37通过第四管路7与第一换向阀33连接；需要说明的是，第三换向阀37为二位三通换向阀，控制其右上连接口P₃、左下连接口A₃、右下连接口B₃之间的连通组合及导流方向,当第三换向阀37处于左位状态时，左下连接口A₃封闭，右上连接口P₃和右下连接口B₃连通；当第三换向阀37处于右位状态时，右下连接口B₃封闭，左下连接口A₃与右上连接口P₃连通；还需要说明的是，第四管路7中设有单向阀71，以防止工作介质沿其所在管路倒流回泵马达34，并且能够承受使用深度下外界液体压力造成的反向背压而不损坏，保证系统安全。

上述水下滑翔机浮力驱动系统中，如图1-图6所示，蓄能器6连接有压力传感器61，通过压力传感器61可检测蓄能器6中压力；蓄能器6通过第二管路5与第一管路3连接，第二管路5的一端设有第二出液口，第二管路5的另一端设有第二进液口，第二出液口与蓄能器6连通，第二进液口与第一换向阀33连接，第一换向阀33为三位四通换向阀，控制其左上连接口A₂、左下连接口P₂、右上连接口B₂、右下连接口T₂之间的连通组合及导流方向。当第一换向阀33处于中位状态时，左上连接口A₂和左下连接口P₂封闭，右上连接口B₂和右下连接口T₂连通；当第一换向阀33处于左位状态时，左上连接口A₂和左下连接口P₂连通，右上连接口B₂和右下连接口T₂连通；当第一换向阀33处于右位状态时，左上连接口A₂与右下连接口T₂连通，左下连接口P₂与右上连接口B₂连通；需要说明的是，蓄能器6优选是充气式蓄能器，可储存流到蓄能器6的高压工作介质完成能量的输入，也可将其内部储存的高压工作介质释放，完成能量的输出，蓄能器6通过第二管路5连接在第一换向阀33左上连接口A₂。

以水下滑翔机工作于海洋中，且工作介质选用液压油为例，具体介绍上述水下滑翔机浮力驱动系统。

上述水下滑翔机浮力驱动系统包括水面回油工作模式、水下浮力补偿回油发电工作模式、水下浮力调节回油发电工作模式、水下主动排油工作模式、释能排油发电工作模式。上述水下滑翔机浮力驱动系统的工作原理为：

当水下滑翔机漂浮于海面上收到下潜指令后，进入水面回油工作模式。如图2所示，电磁阀41开启，第二换向阀32处于右位状态，外皮囊2中的液压油在外界大气压与舱内负压的压差的驱动下流动，液压油从第一进液口进入第一管路3中，在第一管路3中经过第一过滤器31的过滤从第三进液口进入第三管路4，最后从第三出液口流入介质箱8中。外皮囊2中的液压油减少，外皮囊2收缩，水下滑翔机排水体积减小，浮力减小，水下滑翔机开始下潜。介质箱8中的油量到达设定值后，电磁阀41关闭。

水下滑翔机下潜过程中，当外界海水压力与介质箱8之间的压差超过驱动泵马达34发挥马达作用的压力后，可以选择进入水下浮力调节回油发电工作模式。如图3所示，此时，电磁阀41关闭，第二换向阀32切换为左位状态，其上下连接口之间工作介质可自由流通，第一换向阀33处于中位状态、第三换向阀37处于左位状态，在外界海水与介质箱8之间压差的作用下，外皮囊2中的液压油依次流经第一过滤器31、第二换向阀32、第一换向阀33、泵马达34、第二过滤器35、第三换向阀37，最终流入介质箱8中。泵马达34发挥马达作用，电机发电机36起发电机作用，液压油流经泵马达34时，驱动泵马达34旋转并驱动电机发电机36发电，电机发电机36产生的电能储存在储能器件中。由于发电的能量来源根本上来源于水下滑翔机自身携带的电量，因此可以认为，此过程为利用压差实现了节能的目的，能够提高续航能力。需要说明的是，当水下滑翔机需要在水下提高速度或出于其他需求，需要在水下进一步主动降低浮力时，通过该模式的方法进行水下浮力调节，即使深度大外界海水压力大时，依旧能够实现回油过程的精准可控和稳定可靠，能显著降低高压液压油对浮力驱动系统内部的冲击以及带来的严重发热。

水下滑翔机继续下潜过程中或，当外界海水压力与蓄能器6之间的压差超过驱动泵马达34发挥马达作用的压力后，可以选择进入水下浮力补偿回油发电工作模式。如图4所示，此时，电磁阀41关闭、第二换向阀32切换为中位状态、第一换向阀33切换为左位状态、第三换向阀37切换为右位状态，电机发电机36发挥发电机作用进行发电机。在外界海水压力与蓄能器6之间的压差的作用下，外皮囊2中的液压油依次流经第一过滤器31、第二换向阀32、第一换向阀33、泵马达34、第二过滤器35、第三换向阀37、第一换向阀33，最终流入蓄能器6中。泵马达34发挥马达的作用，在液压油的作用下旋转，驱动电机发电机36旋转发电，电机发电机36起发电机作用，电机发电机36产生的电能储存在储能器件中。此过程的节能原理与前述水下浮力调节回油发电工作模式相同。

当水下滑翔机到达目标潜浮转换排油深度时，优先进入水下主动排油工作模式。如图5所示，所有换向阀回到初始位置，电磁阀41关闭、第二换向阀32处于右位状态、所述第一换向阀33处于中位状态、第三换向阀37处于左位状态；电机发电机36发挥电动机的作用，泵马达34发挥泵的作用。电机发电机36带动泵马达34旋转驱动液压油流动，介质箱8中的液压油依次流经第三换向阀37、第二过滤器35、泵马达34、第一换向阀33、第二换向阀32、第一过滤器31，最终流入外皮囊2中。外皮囊2中的液压油增多，外皮囊2体积增大，水下滑翔机排水体积增大，浮力增大，水下滑翔机可逐渐转换为上浮运动状态。介质箱8中的油量到达设定值后，电机发电机36停止工作。

水下滑翔机上浮过程中，当蓄能器6与外界海水之间的压力差超过驱动泵马达34发挥马达作用的压力后，可以选择进入释能排油发电工作模式。如图6所示，此时，电磁阀41关闭、第二换向阀32、第一换向阀33、第三换向阀37均切换为右位状态，对电机发电机36发挥发电机作用，蓄能器6中的液压油在蓄能器6与外界海水压力差的作用下，依次流经第一换向阀33、泵马达34、第二过滤器35、第三换向阀37、第一换向阀33、第二换向阀32、第一过滤器31，最终流入外皮囊2中。此过程中，通过发电实现的节能的原理与前述相同。除此之外，该模式下液压油可以在蓄能器6与外界海水的压力差的作用下进入外皮囊2，增大浮力，此模式利用其储存的液压能直接对外皮囊2进行了驱动，相比利用压差进行发电来实现节能，此模式中的能量利用过程中能量转换形式更少，因而会具有更高的能量利用效率。同样的，此模式中的能量利用方式的能量根本来源仍然是水下滑翔机自身携带的电量，因此，同样将其理解为此过程为利用压差实现了节能的目的，能够提高续航能力。

上述水下滑翔机浮力驱动系统能够存储、回收利用海水压力能，并且能够利用海水压力能进行发电，而且适用范围广，可适用于不同种类的水下滑翔机或需要进行浮力调节的其他类型的水下潜器。

需要说明的是，考虑到阀门状态的切换属于本领域的公知常识，以及阀门状态不便于在附图表示，图2-图6表示了油液在不同工作模式下的流向，而未表示阀门在不同工作模式下的工作状态，即图2-图6中展示的阀门状态并非对应工作模式下实际的工作状态。

最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.水下滑翔机浮力驱动系统，其安装于外壳，所述外壳内部设有容置腔；其特征在于，所述浮力驱动系统包括：

外皮囊，所述外皮囊设置于所述外壳外侧；

第一管路，所述第一管路设置于所述容置腔中，所述第一管路中流通有工作介质，所述第一管路的一端设有第一进液口，所述第一管路的另一端设有第一出液口，所述第一进液口与所述外皮囊连通；

泵马达，所述泵马达设置于所述第一管路中；

电动发电机，所述电动发电机与所述泵马达连接，在所述工作介质流经所述泵马达时，所述泵马达驱动所述电动发电机发电；

蓄能器，所述蓄能器设置于所述容置腔中，所述蓄能器通过第二管路与所述第一管路连接，所述第二管路的一端设有第二出液口，所述第二管路的另一端设有第二进液口，所述第二出液口与所述蓄能器连通，所述第二进液口通过第一换向阀与所述第一管路连通，所述第一换向阀设置于所述第一进液口与所述泵马达之间，所述第一出液口与所述第一换向阀连接；

其中，当海水压力大于所述蓄能器压力时，所述外皮囊的工作介质进入所述第一管路中，在所述第一管路中依次经过所述第一换向阀、所述泵马达，然后又经过所述第一换向阀流入所述蓄能器进行能量储蓄；当海水压力小于所述蓄能器压力时，所述蓄能器的工作介质从所述第二管路经过所述第一换向阀进入所述第一管路，在所述第一管路中经过所述泵马达后，又经过所述第一换向阀流入所述外皮囊，以释放能量。

2.根据权利要求1所述的水下滑翔机浮力驱动系统，其特征在于，所述第一管路中设有第一过滤器和第二过滤器，所述第一过滤器设置于所述第一进液口与所述泵马达之间，所述第二过滤器设置于所述泵马达与所述第一出液口之间。

3.根据权利要求2所述的水下滑翔机浮力驱动系统，其特征在于，所述浮力驱动系统还包括第三管路，所述第三管路的一端设有第三进液口，所述第三管路的另一端设有第三出液口，所述第三进液口与所述第一管路连通，所述第三出液口连接有介质箱；所述第三管路中设有电磁阀，当所述电磁阀开启时，所述工作介质从所述外皮囊经过所述第三管路流向所述介质箱。

4.根据权利要求3所述的水下滑翔机浮力驱动系统，其特征在于，所述第一管路还设有第二换向阀，所述第二换向阀位于所述第一过滤器与所述第一换向阀之间，所述第二进液口位于所述第一过滤器与所述第二换向阀之间。

5.根据权利要求4所述的水下滑翔机浮力驱动系统，其特征在于，所述第一出液口处设有第三换向阀，所述介质箱与所述第三换向阀连接，所述第三换向阀通过第四管路与所述第一换向阀连接。

6.根据权利要求5所述的水下滑翔机浮力驱动系统，其特征在于，所述第四管路的一端设有第四进液口，所述第四管路的另一端设有第四出液口，所述第四进液口与所述第三换向阀连接，所述第四出液口与所述第一换向阀连接。

7.根据权利要求6所述的水下滑翔机浮力驱动系统，其特征在于，所述第四管路中设有单向阀。

8.根据权利要求5所述水下滑翔机浮力驱动系统，其特征在于，所述第一换向阀为三位四通换向阀，所述第二换向阀为二位二通换向阀，所述第三换向阀为二位三通换向阀。

9.根据权利要求1所述的水下滑翔机浮力驱动系统，其特征在于，所述蓄能器连接有压力传感器。

10.根据权利要求1-9任一项所述水下滑翔机浮力驱动系统，其特征在于，所述工作介质为液压油、海水或气体。

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