一种深海蓄能式浮力调节装置及其调节方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供的深海蓄能式浮力调节装置，所述蓄能器(1)的出油口经所述控制阀箱(5)内部油路分为两路，其中一路油路连接至所述第一开关阀(6)的一端，所述第一开关阀(6)另一端连接至所述双向齿轮泵(3)的一端，所述双向齿轮泵(3)的另一端连接至所述外油囊(2)；另一路油路连接至所述第三开关阀(10)的一端，所述第三开关阀(10)的另一端连接至所述调速阀(11)的出口端，所述调速阀(11)的入口端与所述外油囊(2)连接，上述深海蓄能式浮力调节装置，利用蓄能器(1)事先蓄积与工作水深压力相当的气体，使得系统在由蓄能器(1)向外油囊(2)注油时，由于所述双向齿轮泵(3)的进出口压差很小，从而显著减少了能源的消耗。另外，本发明专利技术还提供了深海蓄能式浮力调节方法。深海蓄能式浮力调节方法。深海蓄能式浮力调节方法。

【技术实现步骤摘要】
一种深海蓄能式浮力调节装置及其调节方法


[0001]本专利技术涉及水下作业
，特别涉及一种深海蓄能式浮力调节装置及其调节方法。

技术介绍

[0002]深海基站式作业平台是基于深海着陆器技术发展而来的一类新型水下作业装备，既具备深海着陆器长时间、定点作业的能力，还可以携带ROV或AUV进行协同作业，同时可在海底运动，实现作业位点的转移，能够满足更多元化的深海探测任务，是对当前水下作业装备体系的重要补充。
[0003]深海基站式作业平台在海底定点作业时，需具备较大的负浮力以抵抗海流等外界的扰动，从而保持一个固定的位置和姿态。当开始转移作业位点时，首先要从坐底状态切换至悬浮状态，一种方法是通过推进器提供向上的动力，该方法简单直接、容易控制，但能耗较大，且随时间不断累加；另一种是采用浮力调节的方法，其优点在于每移动一个位点只需进行一次浮力调节，而与运动的时间和距离无关，因此是一种更常用的技术方案。对于常规的浮力调节系统，无论是质量式或容积式调节，系统工作压力即为深海环境压力，作业深度越大消耗的能源则越多。由于深海基站式作业平台浮力调节范围大、调节次数多，降低浮力调节系统的能耗具有重要的意义。同时，该项技术对于其他作业装备也具有很好的适用性。

技术实现思路

[0004]鉴于此，有必要提供一种为解决常规浮力调节系统在深海环境中工作能耗大的问题的深海蓄能式浮力调节装置。
[0005]为解决上述问题，本专利技术采用下述技术方案：
[0006]一方面本申请提供了一种深海蓄能式浮力调节装置，包括：蓄能器(1)、外油囊(2)、双向齿轮泵(3)、直流电机(4)、控制阀箱(5)、第一开关阀(6)、第二开关阀(7)、溢流阀(9)、第三开关阀(10)及调速阀(11)，所述双向齿轮泵(3)与所述直流电机(4)固定连接，所述第一开关阀(6)、所述第二开关阀(7)、所述压力传感器(8)、所述溢流阀(9)、所述第三开关阀(10)及所述调速阀(11)均安装在所述控制阀箱(5)的内部；其中：
[0007]所述蓄能器(1)的出油口经所述控制阀箱(5)内部油路分为两路，其中一路油路连接至所述第一开关阀(6)的一端，所述第一开关阀(6)另一端连接至所述双向齿轮泵(3)的一端，所述双向齿轮泵(3)的另一端连接至所述外油囊(2)；另一路油路连接至所述第三开关阀(10)的一端，所述第三开关阀(10)的另一端连接至所述调速阀(11)的出口端，所述调速阀(11)的入口端与所述外油囊(2)连接；
[0008]所述双向齿轮泵(3)的两个端口分别与所述第二开关阀(7)的两个端口及所述溢流阀(9)的两个端口连接，以构成卸荷启动回路。
[0009]在其中一些实施例中，所述蓄能器(1)若干个并联设置的皮囊式单元组成，任意一皮囊式单元采用碳纤维缠绕式壳体。
[0010]在其中一些实施例中，还包括与所述皮囊式单元对应设置的手动截止阀(13)及所述转接阀块(12)，任意一所述皮囊式单元的出油口经对应的所述手动截止阀(13)后连接所述转接阀块(12)的一端，所述转接阀块(12)的另一端连接至所述控制阀箱(5)。
[0011]在其中一些实施例中，所述外油囊(2)为可沿直线伸缩的波纹管式皮囊装置，所述皮囊装置暴露于海水中，内充液压油，并采用弹簧预紧，使内部油压始终略大于环境海水压力。
[0012]在其中一些实施例中，所述外油囊(2)还内置直线电位计(201)，所述直线电位计(201)引线通过穿舱接插件(19)、水密电缆(18)连接至所述控制阀箱(5)内部的所述控制电路板(22)上。
[0013]在其中一些实施例中，所述直流电机(4)的引线通过走线管接头(21)、油管(14)连接至所述控制阀箱(5)内部的控制电路板(22)上。
[0014]在其中一些实施例中，所述控制阀箱(5)内部还包括压力传感器(8)，所述压力传感器(8)压力检测端口位于所述蓄能器(1)出油口与所述第一开关阀(6)之间的管路上，用于实时检测所述蓄能器(1)内部的压力。
[0015]在其中一些实施例中，所述控制电路板(22)通过所述控制阀箱(5)左侧的穿舱接插件(19)及水密电缆(18)与水下作业平台连接，所述控制电路板(22)可控制上述各开关阀的开关动作、所述直流电机(4)的开关和调速，以及获取所述压力传感器(8)和所述直线电位计201的测量数据，执行作业平台的控制指令，实现深海环境下的浮力调节。
[0016]在其中一些实施例中，所述控制阀箱(5)的侧边还设置有堵头(20)及排气阀(23)，所述堵头(20)用于所述控制阀箱(5)阀体工艺孔的封堵；所述排气阀(23)用于所述控制阀箱(5)封舱时内部气体的排出。
[0017]在其中一些实施例中，所述蓄能器(1)、所述外油囊(2)、所述双向齿轮泵(3)、所述直流电机(4)及所述控制阀箱(5)均可独立安装于水下作业平台上，并可通过卡套式管接头(17)、液压钢管(15)与三通管接头(16)进行任意组合，实现油路的连接。
[0018]另一方面，本申请还提供了一种所述的深海蓄能式浮力调节装置的调节方法，包括：
[0019]所述蓄能器(1)内部允许最低油量为V
a
，所述外油囊(2)允许最低油量为V
b
，系统所需调节量为ΔV，则向所述蓄能器(1)中注入液压油的量为V
I
＝V
a
+ΔV，向所述外油囊(2)中注入液压油的量为V
E
＝V
b
；
[0020]根据系统海底作业的环境条件，计算所述蓄能器(1)的预充压力为：P0＝P1T0/T1，其中，T0为所述蓄能器(1)充气时的室温，P1为系统海底作业时的环境压力，T1为系统海底作业时的环境温度；
[0021]系统在海底作业期间，当需要调节浮力增加时，开启所述双向齿轮泵(3)、所述直流电机(4)和所述第一开关阀(6)，所述蓄能器(1)内部的液压油流向所述外油囊(2)，系统排水体积增加；
[0022]通过所述外油囊(2)可得到系统的浮力调节量，进而通过控制所述直流电机(4)的开关和转速、所述第一开关阀(6)的开关，实现浮力调节的闭环控制；
[0023]所述蓄能器(1)内部液压油的排出，导致内部压力逐渐减小，当完成系统的最大调节量时，所述蓄能器(1)内部压力为：P2＝P1V1/V2，其中，V1＝V
T
‑
V
I
，V2＝V1+ΔV，V
T
为所述蓄
能器(1)的有效容积；为浮力调节系统最大工作压力；
[0024]系统在海底作业期间，当需要调节浮力减小时，开启所述第三开关阀(10)，所述外油囊(2)中的液压油经所述调速阀(11)以恒定流速回流至所述蓄能器(1)内部，系统排水体积减小；同时，所述蓄能器(1)内部压力逐渐增加，实现了再次蓄能；
[0025]通过所述外油囊的油量，可得到系统的浮力调节量，进而通过控制所述第三开关阀(10)实现浮力调本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深海蓄能式浮力调节装置，其特征在于，包括：蓄能器(1)、外油囊(2)、双向齿轮泵(3)、直流电机(4)、控制阀箱(5)、第一开关阀(6)、第二开关阀(7)、溢流阀(9)、第三开关阀(10)及调速阀(11)，所述双向齿轮泵(3)与所述直流电机(4)固定连接，所述第一开关阀(6)、所述第二开关阀(7)、所述压力传感器(8)、所述溢流阀(9)、所述第三开关阀(10)及所述调速阀(11)均安装在所述控制阀箱(5)的内部；其中：所述蓄能器(1)的出油口经所述控制阀箱(5)内部油路分为两路，其中一路油路连接至所述第一开关阀(6)的一端，所述第一开关阀(6)另一端连接至所述双向齿轮泵(3)的一端，所述双向齿轮泵(3)的另一端连接至所述外油囊(2)；另一路油路连接至所述第三开关阀(10)的一端，所述第三开关阀(10)的另一端连接至所述调速阀(11)的出口端，所述调速阀(11)的入口端与所述外油囊(2)连接；所述双向齿轮泵(3)的两个端口分别与所述第二开关阀(7)的两个端口及所述溢流阀(9)的两个端口连接，以构成卸荷启动回路。2.如权利要求1所述的深海蓄能式浮力调节装置，其特征在于，所述蓄能器(1)若干个并联设置的皮囊式单元组成，任意一皮囊式单元采用碳纤维缠绕式壳体。3.如权利要求2所述的深海蓄能式浮力调节装置，其特征在于，还包括与所述皮囊式单元对应设置的手动截止阀(13)及所述转接阀块(12)，任意一所述皮囊式单元的出油口经对应的所述手动截止阀(13)后连接所述转接阀块(12)的一端，所述转接阀块(12)的另一端连接至所述控制阀箱(5)。4.如权利要求1所述的深海蓄能式浮力调节装置，其特征在于，所述外油囊(2)为可沿直线伸缩的波纹管式皮囊装置，所述皮囊装置暴露于海水中，内充液压油，并采用弹簧预紧，使内部油压始终略大于环境海水压力。5.如权利要求1所述的深海蓄能式浮力调节装置，其特征在于，所述外油囊(2)还内置直线电位计(201)，所述直线电位计(201)引线通过穿舱接插件(19)、水密电缆(18)连接至所述控制阀箱(5)内部的所述控制电路板(22)上。6.如权利要求1所述的深海蓄能式浮力调节装置，其特征在于，所述直流电机(4)的引线通过走线管接头(21)、油管(14)连接至所述控制阀箱(5)内部的控制电路板(22)上。7.如权利要求1所述的深海蓄能式浮力调节装置，其特征在于，所述控制阀箱(5)内部还包括压力传感器(8)，所述压力传感器(8)压力检测端口位于所述蓄能器(1)出油口与所述第一开关阀(6)之间的管路上，用于实时检测所述蓄能器(1)内部的压力。8.如权利要求5或6或7所述的深海蓄能式浮力调节装置，其特征在于，所述控制电路板(22)通过所述控制阀箱(5)左侧的穿舱接插件(19)及水密电缆(18)与水下作业平台连接，所述控制电路板(22)可控制上述各开关阀的开关动作、所述直流电机(4)的开关和调速，以及获取所述压力传感器(8)和所述直线电位计201的测量数据，执行作业平台的控制指令，实现深海...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊，黄文健，辛永智，蔡笃思，杨文才，
申请(专利权)人：中国科学院深海科学与工程研究所，
类型：发明
国别省市：