一種封閉式電液浮力驅動系統的製作方法
2023-06-24 10:22:06
專利名稱：一種封閉式電液浮力驅動系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種封閉式電液浮力驅動系統，屬於海洋工程技術領域。它通過改變浮力來為深海水下航行載體提供動力，作為以浮力為驅動的水下航行載體和水下觀測平臺的動力系統。
背景技術：
海洋環境觀測是人類認識和了解海洋的重要手段，也是開發利用海洋資源的前提。水下觀測平臺技術是提高海洋環境觀測與海洋資源開發能力的基礎。目前長期、連續和大範圍的水下環境觀測內容，包括物理學參數、海洋地質學和地球物理學參數、海洋化學參數、海洋生物學參數以及海洋工程方面的現場接近觀測。
目前能滿足上述觀測需求的水下觀測平臺，主要有水下潛標、水下無人潛水器、水下滑翔潛水器等，其中水下無人潛水器採用螺旋槳驅動，水下潛標和水下滑翔潛水器採用浮力驅動。水下滑翔潛水器是一種新型的水下觀測平臺。水下滑翔潛水器與水下潛標相比，具有機動性和可控性好等優點。水下滑翔潛水器與水下無人潛水器相比，具有作業時間長、作業範圍廣、航行距離長、作業費用低、對母船依靠性小和投放與回收簡便等優點。水下滑翔潛水器可以在海洋環境立體監測系統中發揮重要的作用，既可以作為海洋環境立體監測網絡的重要節點，也可以獨立作為一個水下觀測平臺完成水下作業。
在專利號為01100006.6的滑翔潛艇發明專利中，滑翔潛艇的驅動系統採用人力作為驅動動力，縮短了滑翔潛艇的作業時間，也減小了作業範圍，無法滿足實際水下觀測需求。另外滑翔潛艇的驅動系統採用的是非封閉式的驅動系統，它是把耐壓殼體中的外界介質(如水和海水等)排出和吸入耐壓殼體，以便使滑翔潛艇的浮力發生變化從而產生驅動動力。採用非封閉式驅動系統會極大地降低滑翔潛艇的下潛深度，無法下潛到深海完成作業任務。另外外界介質與驅動系統內部直接接觸而腐蝕驅動系統，降低驅動系統的使用壽命。
在專利號為200420109950.X的利用海洋溫差能驅動烷烴發動機的滑翔式潛水器的實用新型專利中，利用海洋溫差作為滑翔式潛水器動力能源，這樣受外界環境因素影響大。
目前水下滑翔潛水器也可以採用二次能源(電池)作為動力能源，但是這類潛水器必須自身攜帶電源供電，而載體耐壓艙空間狹小，只能攜帶有限的能源，這樣限制了它的使用範圍和應用領域，無法滿足長期、連續、大範圍和大深度的水下環境觀測作業任務。
發明內容
為了克服以浮力為驅動的水下航行載體的能源不足和耐壓艙空間的限制，以及增加水下航行載體下潛深度。本發明提供一種高度集成和高效率的封閉式電液浮力驅動系統。系統內部的液體介質處於完全封閉狀態，通過調整內部液體介質箱和外部液體介質囊中的液體介質體積來改變載體的浮力大小，為深海水下航行載體提供航行動力。
本發明包括密閉耐壓殼體、內部液體介質箱、外部液體介質囊、液體介質，內部液體介質箱位於密閉殼體內部，外部液體介質囊位於密閉殼體外部，內部液體介質箱和外部液體介質囊內部均置有液體介質，它們之間通過液體介質管路連通，管路上設有液壓泵、截止式電磁換向閥、溢流閥和流量計，且都集成在集成液壓塊上，集成液壓塊上還集成有直流電機，直流電機與液壓泵在集成液壓塊內部連接，直流電源與直流電機連接。
所述的液壓泵採用雙向液壓泵時，截止式電磁換向閥採用無洩漏的二位二通閥；其管路連接關係液壓泵的一個口分別與截止式電磁換向閥的一個口和溢流閥的入口相連，截止式電磁換向閥的另一個口通過流量計與外部液體介質囊相連，液壓泵的另一個口分別與溢流閥的出口和內部液體介質箱相連。
當液壓泵採用單向液壓泵時，截止式電磁換向閥採用無洩漏的三位四通閥；其管路連接關係液壓泵的出口分別與截止式電磁換向閥的一個口和溢流閥的入口相連，通過截止式電磁換向閥、流量計與外部液體介質囊相連，液壓泵的入口分別與溢流閥的出口和截止式電磁換向閥的另一個口相連，通過截止式電磁換向閥與內部液體介質箱相連。
所述的直流電機和液壓泵集成在集成液壓塊上，在集成液壓塊內部，通過半聯軸器和十字型聯軸節聯接直流電機和液壓泵，直流電機的輸出軸端安裝有半聯軸器置於集成液壓塊內部，液壓泵輸入軸端安裝有十字型聯軸節，與集成液壓塊內部的半聯軸器相配合。直流電機驅動液壓泵，使液體介質在內部液體介質箱和外部液體介質囊之間流動。
所述內部液體介質箱的結構，內部液體介質箱內部置有活塞，兩端分別通過密封圈與內部液體介質箱箱體相接，在活塞與內部液體介質箱箱體之間固定有活塞回復彈簧，在活塞與連接液體介質管路的內部液體介質箱箱體之間置有液體介質。
直流電源採用鎳氫電池、鋰電池和燃料電池，液體介質採用液壓油、燃料油、酒精或水，內部液體介質箱箱體和外部液體介質囊的容積都是可變的，其中外部液體介質囊用軟質和耐壓強度高的橡膠或塑料材料製成。
將系統外部液體介質囊的液體介質輸送到內部液體介質箱中，外部液體介質囊的體積變小，則系統體積變小，從而系統受到浮力減小。在系統重量不變情況下，系統將受到向下的負浮力(系統的浮力小於重力)而下潛。反之，將外部液體介質囊中的液體介質輸送到內部液體介質箱中，外部液體介質囊的體積變大，則系統體積變大，從而系統受到浮力增加。在系統重量不變情況下，系統將受到向上的正浮力(系統的浮力大於重力)而上浮。這樣交替的改變系統的正浮力和負浮力來為深海水下航行載體提供驅動力。在系統中的電磁換向閥採用具有無洩漏功能的截止式電磁換向閥，由換向閥的中位機能截止液體迴路，從而達到長時間保持壓力以及提高保持壓力的目的，提高系統的保持壓力可以增加深海水下航行載體的下潛深度。當切換中位後，切斷電機的電源，以便節省能源。
本發明的優點是結構緊湊，體積小，重量輕，效率高，節約能源，保持壓力時間長，保持壓力高，控制性能好，製造成本低等特點。本發明可為利用浮力作為驅動的深海水下航行載體提供航行動力，確保其完成長期、連續、大範圍和大深度的水下環境觀測作業任務。
圖1是本發明的總體結構示意圖，圖2是圖1中實施例1的液壓原理圖，圖3是圖1中實施例2的液壓原理圖，圖4是圖1中直流電機和液壓泵的聯接結構圖，圖5是圖1的內部液體介質箱結構圖；其中1.密閉耐壓殼體，2.直流電源，3.直流電機，4.液壓泵，5.集成液壓塊，6.截止式電磁換向閥，7.溢流閥，8.流量計，9.內部液體介質箱，10.外部液體介質囊，11.液體介質管路，12.液體介質，13.支撐架，14.內部液體介質箱箱體，15.活塞，16.活塞回復彈簧，17.活塞密封圈，18.半聯軸器，19.十字型聯軸節。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的具體實施作進一步描述。
實施例1如圖1所示，包括密閉耐壓殼體1、內部液體介質箱9、外部液體介質囊10、液體介質12，內部液體介質箱9位於密閉殼體1內部，外部液體介質囊10位於密閉殼體1外部，直接暴露在外界水下環境中；內部液體介質箱9和外部液體介質囊10內部均置有液體介質12，之間通過液體介質管路11連通，液體介質12可以在內部液體介質箱9和外部液體介質囊10之間流動，在液體介質管路11上設有液壓泵4、截止式電磁換向閥6、溢流閥7和流量計8，且都集成在集成液壓塊5上，在集成液壓塊5內的液體介質管路11連通，集成液壓塊5上還集成有直流電機3，直流電機3與液壓泵4在集成液壓塊5內部連接，直流電源與直流電機連接。
所述的泵為液壓泵4，閥為截止式電磁換向閥6，液壓泵4和截止式電磁換向閥6、溢流閥7和流量計8之間通過集成液壓塊5內的液體介質管路11連通，為了減小封閉式電液浮力驅動系統的體積，直流電機3、液壓泵4、截止式電磁換向閥6、溢流閥7、流量計8都集成在集成液壓塊5上，直流電機3與液壓泵4在集成液壓塊5內部連接，直流電源2與直流電機3連接。
本例中的液壓泵4採用雙向泵，截止式電磁換向閥6為無洩漏的二位二通閥，具體管路連接關係，如圖2所示其管路連接關係液壓泵的一個口分別與截止式電磁換向閥的一個口和溢流閥的入口相連，截止式電磁換向閥6的另一個口通過流量計8與外部液體介質囊10相連，液壓泵4的另一個口分別與溢流閥7的出口和內部液體介質箱9相連。此結構能有效地截止液體迴路，從而達到長時間保持壓力以及提高保持壓力的目的；系統的保持壓力大可以增加水下航行載體的下潛深度，當系統截止液體介質迴路後，系統進入保持壓力狀態，可以切斷直流電機2的直流電源3，以便節省能源。在系統中溢流閥7起到限制系統壓力和卸載的作用。
內部液體介質箱9的結構，如圖4所示內部液體介質箱9內部置有活塞15，兩端分別通過2個密封圈17與內部液體介質箱箱體14相接，在活塞15與內部液體介質箱箱體14之間固定有活塞回復彈簧16，在活塞15與連接液體介質管路11的內部液體介質箱箱體14之間置有液體介質12。
如圖5所示，在集成液壓塊5內部，用半聯軸器18和十字型聯軸節19，將直流電機3與液壓泵4相聯，直流電機3的輸出軸端安裝有半聯軸器18置於集成液壓塊5內部，液壓泵4輸入軸端安裝有十字型聯軸節19，與集成液壓塊5內部的半聯軸器18相配合。
本例中的直流電源2採用鎳氫電池，液體介質12採用液壓油，內部液體介質箱箱體14和外部液體介質囊10的容積都是可變的，外部液體介質囊10採用軟質和耐壓強度高的橡膠製成。
本發明採用直流電機3來驅動液壓泵4，直流電機3轉速恆定，使用截止式電磁換向閥6控制液體介質12的流向，從而控制內部液體介質箱9和外部液體介質囊10的體積大小，再通過截止式電磁換向閥6截止液體介質管路11，以便保持系統內部有足夠的壓力抵抗外界環境對外部液體介質囊的壓力。這樣系統通過調整內部液體介質箱9和外部液體介質囊10中的液體介質12體積來改變系統浮力。
具體工作過程通過調整內部液體介質箱9和外部液體介質囊10中的液體介質12體積來改變系統浮力。將外部液體介質囊10的液體介質12輸送到內部液體介質箱9中，外部液體介質囊10的體積變小，則系統體積變小，從而系統受到的浮力減小。在重量不變情況下，將受到向下的負浮力(系統的浮力小於重力)而下潛。反之，將外部液體介質囊10中的液體介質12輸送到內部液體介質箱9中，外部液體介質囊10體積變大，則系統體積變大，從而系統受到的浮力增加。在重量不變情況下，將受到向上的正浮力(系統的浮力大於重力)而上浮。系統交替的改變系統的正浮力和負浮力來為水下載體航行提供驅動力。
實施例2其結構如圖1所示，與實施例1相同。本例中的液壓泵4採用單向泵，截止式電磁換向閥6為無洩漏的三位四通閥，具體管路連接關係，如圖3所示其管路連接關係液壓泵4的出口分別與截止式電磁換向閥6的一個口和溢流閥7的入口相連，通過截止式電磁換向閥6、流量計8與外部液體介質囊10相連，液壓泵4的入口分別與溢流閥7的出口和截止式電磁換向閥6的另一個口相連，通過截止式電磁換向閥6與內部液體介質箱9相連。此結構能有效地截止液體迴路，從而達到長時間保持壓力以及提高保持壓力的目的；系統的保持壓力大可以增加水下航行載體的下潛深度，當系統截止液體介質迴路後，系統進入保持壓力狀態，可以切斷直流電機3的直流電源2，以便節省能源。在系統中溢流閥7起到限制系統壓力和卸載的作用。本例中內部液體介質箱9的結構、及直流電機3與液壓泵4在集成液壓塊5內部的連接結構與實施例1相同，如圖4、圖5所示。本例中的直流電源2採用燃料電池，液體介質12採用水，內部液體介質箱箱體14和外部液體介質囊10的容積都是可變的，外部液體介質囊10採用軟質和耐壓強度高的塑料製成。
權利要求
1.一種封閉式電液浮力驅動系統，包括密閉耐壓殼體、內部液體介質箱、外部液體介質囊、液體介質，內部液體介質箱位於密閉殼體內部，外部液體介質囊位於密閉殼體外部，內部液體介質箱和外部液體介質囊之間通過液體介質管路連通，其特徵在於管路上設有液壓泵、截止式電磁換向閥、溢流閥和流量計，且都集成在集成液壓塊上，集成液壓塊上還集成有直流電機，直流電機與液壓泵在集成液壓塊內部連接，直流電源與直流電機連接。
2.根據權利要求1所述的封閉式電液浮力驅動系統，其特徵在於所述的液壓泵為雙向液壓泵時，截止式電磁換向閥為無洩漏的二位二通閥，其管路連接關係液壓泵的一個口分別與截止式電磁換向閥的一個口和溢流閥的入口相連，截止式電磁換向閥的另一個口通過流量計與外部液體介質囊相連，液壓泵的另一個口分別與溢流閥的出口和內部液體介質箱相連。
3.根據權利要求1所述的封閉式電液浮力驅動系統，其特徵在於所述的液壓泵為單向液壓泵時，截止式電磁換向閥為無洩漏的三位四通閥，其管路連接關係液壓泵的出口分別與截止式電磁換向閥的一個口和溢流閥的入口相連，通過截止式電磁換向閥、流量計與外部液體介質囊相連，液壓泵的入口分別與溢流閥的出口和截止式電磁換向閥的另一個口相連，通過截止式電磁換向閥與內部液體介質箱相連。
4.根據權利要求1所述的封閉式電液浮力驅動系統，其特徵在於所述的直流電機和液壓泵在集成液壓塊內部通過半聯軸器和十字型聯軸節聯接，直流電機的輸出軸端安裝有半聯軸器置於集成液壓塊內部，液壓泵輸入軸端安裝有十字型聯軸節，與集成液壓塊內部的半聯軸器相配合。
5.根據權利要求1所述的封閉式電液浮力驅動系統，其特徵在於所述的內部液體介質箱內部置有活塞，兩端分別通過密封圈與內部液體介質箱箱體相接，在活塞與內部液體介質箱箱體之間固定有活塞回復彈簧，在活塞與連接液體介質管路的內部液體介質箱箱體之間置有液體介質。
6.根據權利要求1所述的封閉式電液浮力驅動系統，其特徵在於所述的直流電源為鎳氫電池、或鋰電池、或燃料電池；液體介質為液壓油、或燃料油、或酒精、或水；內部液體介質箱箱體和外部液體介質囊的容積都是可變的，外部液體介質囊為軟質、耐壓強度高的橡膠或塑料材料。
全文摘要
一種封閉式電液浮力驅動系統，屬於海洋工程技術領域。其結構包括密閉耐壓殼體、內部液體介質箱、外部液體介質囊、液體介質，內部液體介質箱位於密閉耐壓殼體內部，外部液體介質囊位於密閉耐壓殼體外部，內部液體介質箱和外部液體介質囊之間通過液體介質管路連通，管路上設有液壓泵、截止式電磁換向閥、溢流閥和流量計，且都集成在集成液壓塊上，集成液壓塊上還集成有直流電機，直流電機與液壓泵在集成液壓塊內部連接，直流電源與直流電機連接。本發明的優點是結構緊湊，體積小，重量輕，效率高，節約能源，保持壓力時間長，保持壓力高，控制性能好，製造成本低。
文檔編號B63G8/24GK1951762SQ20061013432
公開日2007年4月25日 申請日期2006年11月21日 優先權日2006年11月21日
發明者張禹, 王世傑, 蘇東海, 胡俊宏 申請人:瀋陽工業大學