一種全海深超高壓海水採樣器自主浮力調節裝置的製作方法
2023-09-09 16:48:00
本實用新型涉及一種浮力調節裝置，具體地說是一種全海深超高壓海水採樣器自主浮力調節裝置。
背景技術：
21世紀是人類開發和利用海洋的世紀。深海，作為地球上人類最後一片未開發區域，蘊含了豐富的礦產、油氣和生物資源。然而，相關探測裝備的缺失，導致該區域的研究一直十分滯後。因此，本實用新型提出一種全海深超高壓海水採樣器自主浮力調節裝置，該裝置可以搭載全海深超高壓海水採樣器，調節全海深超高壓海水採樣器在水下的浮力大小，從而達到自主無人控制全海深超高壓海水採樣器的潛水深度。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於提供一種能夠深海主動懸停控制以及主動避障控制等功能的全海深超高壓海水採樣器自主浮力調節裝置，進而實現全海深超高壓海水採樣器實現自主下潛、上浮以及避障等動作的採樣全過程。
本實用新型技術方案的具體內容如下：
本實用新型主要包括外部支架、耐壓殼體、耐壓殼體端蓋、外部油囊、壓力傳感器、水下距離檢測儀以及浮力控制瓶，所述浮力控制瓶安裝在外部支架外側，耐壓殼體安裝在外部支架內腔，耐壓殼體薄壁圓筒結構，其兩端固定連接有耐壓殼體端蓋，液壓缸安裝在耐壓殼體上，外部油囊和液壓缸之間通過螺紋連接，耐壓殼體內的無刷電機通過減速器和絲杆螺母與液壓缸內的活塞連接；所述的外部支架還裝有壓力傳感器和水下距離檢測儀。
進一步說，外部支架整體外形為類圓柱桁架結構，其骨架是六根實心圓管，上下底蓋外形均是六邊形形狀。
進一步說，耐壓殼體內腔設置有金屬散熱片。
本實用新型的有益效果：
1.超高壓海水採樣器自主浮力調節裝置在設計時加入了壓力傳感器以及水下距離檢測儀，能夠實現深海主動懸停控制以及主動避障控制功能，具有定點採樣時的位置精確控制以及水下不明情況的預警和處理的能力。
2.超高壓海水採樣器自主浮力調節裝置在設計時加入了浮力控制瓶，作用是為整套裝置提供一定的正浮力，益處在於浮力控制瓶提供的正浮力能夠大大減少外部油囊所需要提供的最大正浮力，進一步降低了電機、液壓缸等功率，降低了整個裝置的幾何尺寸。
3.超高壓海水採樣器自主浮力調節裝置在作業時，電氣元器件等都封裝在耐壓殼體內腔，耐壓殼體內腔封閉，與外界熱交換性能差。電氣元件以及電機在工作時，會產生較大熱量，隨著時間的增加，耐壓殼體內腔熱量較大，對於電機以及電氣元器件等工作會產生不良影響。本實用新型在設計中添加環狀金屬散熱片，其可以安裝在耐壓殼體內腔中，加速耐壓殼體內腔與外界的熱交換速率，保證電氣元器件及電機的正常工作。
附圖說明
圖1是本實用新型的總裝外觀圖；
圖2是本實用新型的初始狀態圖；
圖3是本實用新型的工作狀態圖；
圖4是本實用新型驅動結構圖；
圖中：1-外部油囊，2-1、2-2、2-3-浮力控制瓶，3-外部支架，4-液壓缸，5-耐壓殼體，6-1、6-2-耐壓殼體端蓋，7-連接螺釘，8-散熱片，9-無刷電機，10-減速器，11-絲杆螺母，12-活塞，13-定位塊，14-蓄電池，15-O型圈，16-壓力傳感器，17-水下距離檢測儀，18-密封圈，19-液壓油。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。
如圖1所示為超高壓海水採樣器自主浮力調節裝置的總裝外觀圖，其主要是由外部油囊1，三個浮力控制瓶2-1、2-2、2-3，外部支架3，液壓缸4，耐壓殼體5，兩隻耐壓殼體端蓋6-1、6-2構成。其中耐壓殼體5以及耐壓殼體端蓋6之間通過連接螺釘7連接在一起，耐壓殼體5以及耐壓殼體端蓋6之間裝有O型圈15起到密封作用。液壓缸4安裝在耐壓殼體5上，外部油囊1和液壓缸4之間再通過螺紋連接。耐壓殼體5、耐壓殼體端蓋以及外部油囊1等組裝完成後，整體經由外部支架3開口一端放入外部支架3內腔，耐壓殼體5位置固定後再將外部支架3的該端開口用其端蓋蓋上，即完成耐壓殼體5在外部支架3 內腔的軸向固定。外部支架整體外形為類圓柱桁架結構，其骨架是6根實心圓管，上下底蓋外形均是六邊形形狀，六邊形六條邊採用6根矩形管焊接而成，六邊形內部連接有圓環，圓環與六邊形結構通過3根矩形管間隔焊接。外部支架作為整個系統的骨架，起到整個系統的固定以及保護保護作用。耐壓殼體端蓋採用半球形封頭的形狀，且在耐壓殼體端蓋端面加工有一定厚度的圓形法蘭，法蘭主要是用於耐壓殼體和耐壓殼體端蓋之間的對心作用。法蘭周向加工6個通孔，用於安裝和耐壓殼體端蓋之間的連接螺釘。耐壓殼體端蓋頂部加工有通孔，該通孔作用主要是用於通過電氣線纜以及液壓缸。
如圖2所示為本實用新型的初始狀態圖，耐壓殼體5內部主要有散熱片8，無刷電機9，減速器10，絲杆螺母11，活塞12，定位塊13，蓄電池14，壓力傳感器16，水下距離檢測儀17等元器件，耐壓殼體具有隔離海水，對內部元器件起到密封保護作用。耐壓殼體軸向開有6個通孔，用於安裝和耐壓殼體端蓋之間的連接螺釘。以該裝置下潛為例，裝置從入水開始，外部油囊1內部不充油，活塞12處在最大行程處，即絲杆螺母11停在靠近減速器10最近距離位置處。此時，由於外部油囊1內部不充油且整個腔體密閉，因此液壓油19會全部留在液壓缸4空腔內。這樣由於外部油囊1不充油，即外部油囊1不會提供正浮力，利於裝置的下浮過程。下潛過程中，可能會遇到大型的魚類或大型礁石群。解決思路是：當下潛至某一固定海深時，裝置下方若干米內出現大型魚類，裝置首先需要通過水下距離檢測儀17探測到此現象，結合採集到的壓力信號，判斷其是否遇到障礙物還是達到海底，若判斷其遇到障礙物，則激活浮力控制裝置，啟動懸停控制系統，使裝置與障礙物保持一定的距離，直到水下距離檢測儀17檢測到障礙物離去，則繼續下潛。在此過程中，還需要設置一個邊界條件，當裝置懸停的時間超過某臨界值時，裝置則放棄下潛過程，直接上浮，以避免裝置內能源消耗完全而導致的無法上浮。
如圖3所示為油囊1膨脹後裝置的工作狀態圖，以上浮為例，壓力傳感器16在檢測到裝置到達指定海深處，壓力傳感器16檢測到信號並驅動無刷電機9，無刷電機9開始工作運轉，通過無刷電機9——減速器10——活塞12將無刷電機9的旋轉運動轉換為活塞12的直線運動，進而通過控制液壓油的運動來改變外部油囊1的排水體積來達到浮力的控制。裝置在上浮過程即將到達指定採樣點時，壓力傳感器16提前將採集到的壓力信號交給無刷電機9。無刷電機9提前減速，減小外部油囊1的排水體積，減少裝置的浮力，從而達到浮力與重力平衡的狀態，使裝置懸停在採樣點出採樣。
如圖4所示為該裝置的驅動結構圖，無刷電機9和減速器10直連在一起，減速器10的輸出軸加工出螺紋，通過減速器10輸出軸與絲杆螺母11將無刷電機9的旋轉運動變成絲杆螺母11的直線往復運動。絲杆螺母11與活塞12通過內外螺紋連接，活塞12與液壓缸4之間裝有密封圈18，保證兩者之間的密封性。