油气囊浮力调节装置的制作方法

1.本发明属于水下浮力调节技术领域，尤其涉及油气囊浮力调节装置。


背景技术：

2.海洋垂直剖面测量平台是一种具备自动升降功能的锚系剖面升降系统。海洋垂直剖面测量平台可搭载多种传感器，观测数据可通过水声通讯机、卫星通讯定期传送。海洋垂直剖面测量平台采用浮力调节装置控制平台升降，它直接关系到测量平台自动升降这一标志性功能的实现，对整套测量平台工作中的安全性、可靠性等关键性能均起到决定性作用。
3.国内外目前的海洋垂直剖面测量平台都是通过一套液压系统向装置外部的油囊充油，从而改变系统整体的体积，进而得到相应的浮力来实现在海水中的上浮与下潜动作。但是现有的液压系统多为柱塞泵结构，柱塞泵的质量和体积都偏大。少数使用齿轮泵结构，虽然质量有所下降，但是在将液压油全部充入到油囊过程中能耗依然较高。因此，亟需一种将液压油和气体结合使用来改变油囊体积，通过使用较小的液压系统和气泵，在获得稳定且较大浮力的同时，可以有效减小质量和功耗的油气囊浮力调节装置。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种油气囊浮力调节装置，以解决上述问题，达到将液压油和气体结合使用来改变油囊体积，在获得稳定且较大浮力的同时，可以有效减小质量和功耗的目的。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种油气囊浮力调节装置，包括：
6.壳体，所述壳体的顶部外侧固定连接有油气复合囊，所述油气复合囊的内部分为油腔和气腔两个腔室；
7.液压油流通单元，所述壳体内设置有液压油流通单元，所述液压油流通单元与所述油腔连通，所述液压油流通单元用于向所述油腔内注入或排出液压油；
8.气体流通单元，所述壳体内设置有气体流通单元，所述气体流通单元与所述气腔连通，所述气体流通单元用于向所述气腔内注入或排出气体；
9.控制模块，所述控制模块分别与所述液压油流通单元和气体流通单元电性连接，所述控制模块控制所述液压油流通单元向所述油腔内注入或排出液压油，控制所述气体流通单元向所述气腔内注入或排出气体，所述控制模块通过电线电性连接有电源。
10.优选的，所述液压油流通单元包括固定连接在所述壳体内侧底部的油箱和油液调控部，所述油箱的出液端与所述油液调控部的进液端、所述油液调控部的出液端与所述油腔之间分别连通有油路,所述控制模块与所述油液调控部电性连接。
11.优选的，所述油液调控部包括固定连接在所述壳体内的油泵、第一电磁换向阀和直流电机，所述油泵的进液端和出液端分别与所述第一电磁换向阀连通，所述油箱的出液端和所述油腔分别通过所述油路与所述第一电磁换向阀连通，所述第一电磁换向阀上连通有压力传感器，所述直流电机的输出轴与所述油泵的输入轴同轴线固定连接，所述压力传
感器、第一电磁换向阀和所述直流电机分别与所述控制模块电性连接。
12.优选的，所述气体流通单元包括固定连接在所述壳体内的气瓶和气体调控部，所述气瓶的出气端与所述气体调控部的进气端、所述气体调控部的出气端与所述气腔之间连通有气路，所述控制模块与所述气体调控部电性连接。
13.优选的，所述气体调控部包括固定连接在所述壳体内的气泵和第二电磁换向阀，所述气泵的进气端和出气端分别与所述第二电磁换向阀连通，所述气瓶的出气端和所述气腔分别通过所述气路与所述第二电磁换向阀连通，所述气泵和所述第二电磁换向阀分别与所述控制模块电性连接。
14.优选的，所述油腔的容积小于所述气腔的容积。
15.优选的，所述油箱的内侧固定连接有气囊，所述气囊上连通有充气口，所述充气口固定贯穿所述油箱的顶壁，所述油箱的底部与所述油路连通。
16.优选的，所述油箱、气瓶和所述电源分别位于所述壳体的内侧下部。
17.与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：壳体的主要作用是作为本装置的主体结构，为油气复合囊、液压油流通单元、气体流通单元、控制模块和电源提供可靠的水下工作环境，同时可提供一定的浮力供装置潜伏在水中；油气复合囊的主要作用是通过设置油腔和气腔，在水下被注入或排出液压油，在水面上被注入或排出气体，在改变自身体积进而改变整个装置的浮力大小的同时，还可使液压油流通单元和气体流通单元的体积和功耗减小；液压油流通单元的主要作用是在本装置需要从水中上浮时将液压油注入油气复合囊中以增加其体积从而增加浮力上浮，需要在水中下沉时将液压油从油气复合囊中排出以减小其体积从而减小浮力下沉；气体流通单元的主要作用是在本装置浮出水面时将气体注入油气复合囊中使其充分膨胀，产生较大的浮力使本装置充分的浮出水面，在本装置需要从水面下沉时首先将气体从油气复合囊中吸出，使其体积减小，使本装置可以快速下沉。整体上，本发明通过在水下和水面分别使用液压油和气体来改变油气复合囊的体积，实现了使用较小的液压系统和气泵即可使本发明的装置进行浮力调节，在获得稳定且较大浮力的同时，可以有效减小质量和功耗，并能有效应对复杂多变的环境压力。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明浮力调节装置的主视剖视图；
20.图2为本发明油气复合囊的俯视图；
21.图3为本发明油气复合囊的主视剖视图；
22.图4为本发明油箱的主视剖视图；
23.其中，1、壳体；2、油气复合囊；3、第一电磁换向阀；4、压力传感器；5、气泵；6、控制模块；7、油箱；8、油路；9、气瓶；10、电源；11、充气口；12、直流电机；13、油泵；14、气囊；15、隔膜；16、气路；17、第二电磁换向阀。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
25.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
26.参照图1-4所示，本发明提供了一种油气囊浮力调节装置，包括：
27.壳体1，壳体1的顶部外侧固定连接有油气复合囊2，油气复合囊2的内部分为油腔和气腔两个腔室；
28.液压油流通单元，壳体1内设置有液压油流通单元，液压油流通单元与油腔连通，液压油流通单元用于向油腔内注入或排出液压油；
29.气体流通单元，壳体1内设置有气体流通单元，气体流通单元与气腔连通，气体流通单元用于向气腔内注入或排出气体；
30.控制模块6，控制模块6分别与液压油流通单元和气体流通单元电性连接，控制模块6控制液压油流通单元向油腔内注入或排出液压油，控制气体流通单元向气腔内注入或排出气体，控制模块6通过电线电性连接有电源10。
31.壳体1竖向设置并采用薄壁焊接铝合金结构，主要作用是作为本装置的主体结构，为油气复合囊2、液压油流通单元、气体流通单元、控制模块和电源10提供可靠的水下工作环境，同时可提供一定的浮力供装置潜伏在水中；油气复合囊2的主要作用是通过设置油腔和气腔，在水下被注入或排出液压油，在水面上被注入或排出气体，在改变自身体积进而改变整个装置的浮力大小的同时，还可使液压油流通单元和气体流通单元的体积和功耗减小；液压油流通单元的主要作用是在本装置需要从水中上浮时将液压油注入油气复合囊2中以增加其体积从而增加浮力上浮，需要在水中下沉时将液压油从油气复合囊2中排出以减小其体积从而减小浮力下沉；气体流通单元的主要作用是在本装置浮出水面时将气体注入油气复合囊2中使其充分膨胀，产生较大的浮力使本装置充分的浮出水面，在本装置需要从水面下沉时首先将气体从油气复合囊2中吸出，使其体积减小，使本装置可以快速下沉。整体上，本发明通过在水下和水面分别使用液压油和气体来改变油气复合囊的体积，实现了使用较小的液压系统和气泵即可使本发明的装置进行浮力调节，在获得稳定且较大浮力的同时，可以有效减小质量和功耗，并能有效应对复杂多变的环境压力。
32.进一步优化方案，壳体1为圆柱结构，壳体1的上端和下端分别安装有接口。
33.壳体1的外形横剖面设置为圆形可使壳体1在水下受到的水压均匀，使壳体1具有良好的承压能力。壳体1的上端接口可安装功能模块段(图中未示出)，壳体1的下端接口可连接可收放络车段(图中未示出)。
34.功能模块段可设置有诸如北斗通讯装置，由于北斗天线工作时需要处于非水下工作环境，从而避免海水对高频信号的衰减，通过设置本浮力装置，保证北斗通讯装置处于海面之上，且提高作业稳定性，使其正常工作。收放络车是一种安装在水下主浮体或海底平台上的无人值守机电一体化装置，内置电机驱动实现电缆收放，从而控制通信浮标以及其本体的升降。其主要功能是使通信浮标藏匿于水中不受人为、台风、海浪等的破坏，并且在完
成信息收集或测量后将通信浮标升至海面。
35.进一步优化方案，油气复合囊2的内侧壁之间设置有隔膜15，隔膜15用来将油气复合囊2的内部分为油腔和气腔两个腔室，油气复合囊2采用橡胶材料制作，油气复合囊2与壳体1的安装面上固定连接有加强环(图中未示出)。
36.橡胶材料具有伸缩率高的特性，同时选用的橡胶材料应具有高强度、抗磨损、耐腐蚀的特点。加强环可以增加油气复合囊2的抗拉能力，提高装置的稳定性。
37.进一步优化方案，液压油流通单元包括固定连接在壳体1内侧底部的油箱7和油液调控部，油箱7的出液端与油液调控部的进液端、油液调控部的出液端与油腔之间分别连通有油路8，控制模块6与油液调控部电性连接。
38.进一步优化方案，油液调控部包括固定连接在壳体1内的油泵13、第一电磁换向阀3和和直流电机12，油泵13的进液端和出液端分别与第一电磁换向阀3连通，油箱7的出液端和油腔分别通过油路8与第一电磁换向阀3连通，第一电磁换向阀3上连通有压力传感器4，直流电机12的输出轴与油泵13的输入轴同轴线固定连接，压力传感器4、第一电磁换向阀3和直流电机12分别与控制模块6电性连接。
39.进一步优化方案，第一电磁换向阀3采用we5型湿式三位四通直流电磁铁换向阀。
40.湿式电磁铁具有使用寿命长、散热性能好等优点；直流电磁铁的优点是换向频率高、换向性好，对低电压、短时超电压、超载和机械卡住反应不敏感，工作可靠性高。使用其内装整流器的z5型插头，可直接使用直流电源。
41.当浮力调节装置在水下需要上浮时，控制模块6在接收到遥控指令后，控制第一电磁换向阀3动作，从中位移到左位，并启动直流电机12转动，直流电机12转动带动油泵13转动，油泵13将油箱7中的液压油经过油路8和第一电磁换向阀3注入油气复合囊2的油腔中，使油气复合囊2缓慢膨胀进而产生额外浮力使浮力调节装置上浮。在上浮的过程中，外界水压逐渐减小，压力传感器4将压差信息反馈给控制模块6，控制模块6通过控制第一电磁换向阀3动作和直流电机12的转速以保持油气复合囊2内外压力的相对平衡，以应对水压多变的环境。
42.在完成向油气复合囊2中充液压油后，控制模块6控制第一电磁换向阀3移到中位并使直流电机12停止工作，防止液压油倒流，对油气复合囊2进行保压以保证浮力稳定。当需要下沉时，控制模块6通过控制第一电磁换向阀3从中位移到右位，并启动直流电机12，使油气复合囊2中的液压油回流到油箱7中，使油气复合囊2体积减小，使装置下沉。
43.进一步优化方案，气体流通单元包括固定连接在壳体1内的气瓶9和气体调控部，气瓶9的出气端与气体调控部的进气端、气体调控部的出气端与气腔之间连通有气路16，控制模块6与气体调控部电性连接。
44.进一步优化方案，气体调控部包括固定连接在壳体1内的气泵5和第二电磁换向阀17，气泵5的进气端和出气端分别与第二电磁换向阀17连通，气瓶9的出气端和气腔分别通过气路16与第二电磁换向阀17连通，气泵5和第二电磁换向阀17分别与控制模块6电性连接。
45.第二电磁换向阀17采用we5型湿式三位四通直流电磁铁换向阀。当浮力调节装置上升到水面上后，控制模块6控制第二电磁换向阀17从中位移到左位，并启动气泵5，气泵5工作将气瓶9中的气体经过气路16和第二电磁换向阀17充入到油气复合囊2中的气腔中，使
油气复合囊2继续缓慢膨胀，以产生较大的浮力。当充气结束后，控制模块6控制第二电磁换向阀17移到中位并使气泵5停止工作，防止气体回流，对油气复合囊2进行保压以保证浮力稳定。当需要下沉时，控制模块6首先控制第二电磁换向阀17从中位移到左位，并启动气泵5，使油气复合囊2中的气体回流到气瓶9中，使油气复合囊2的体积减小。
46.进一步优化方案，油腔的容积小于气腔的容积。
47.油腔充起时可产生额外的约50n的浮力，气腔充起时可产生额外的约450n的浮力。
48.浮力调节装置在水中时所受的水压较大，由于气体的压缩性很大而液体几乎不可压缩，所以在水中调节浮力采用液压油，而且一般液压油泵的输出压力较大，可以很容易的满足使用需求。由于液压系统相较于气压系统，质量大、能耗大，所以油腔的容积较小可以减小油泵的泵送量，进而减小液压系统的体积和功耗。在浮出水面后，此时油气复合囊2的背压较小且恒定，在水面使用气体调节浮力，所选用的气泵的功率也较小，在减小尺寸和功耗的同时，可以取得较大的浮力。
49.进一步优化方案，油箱7的内侧固定连接有气囊14，气囊14上连通有充气口11，充气口11固定贯穿油箱7的顶壁，油箱7的底部与油路8连通。
50.气囊14起到蓄能器的作用，在起到蓄能作用的同时可以实现油气隔离，油不易氧化，油中不易混入气体，保证工作用油的清洁，不会造成对液压管路的污染、堵塞，且反应灵敏，尺寸小。
51.油箱7使用时，通过充气口11向气囊内充入一定压力的空气，可以充分保证油泵13吸入的备压，减少对泵自吸能力的要求。
52.进一步优化方案，油箱7、气瓶9和电源10分别位于壳体1的内侧下部。
53.油箱7、气瓶9和电源10位于壳体1的最下方，配合油气复合囊2位于上端的结构设置，可以调整浮心位置，保证浮力调节装置系留时的稳定性。
54.本实施例的工作过程如下：浮力调节装置通常以500n的浮力潜浮在水中。当控制模块6接到到远程遥控指令需要上浮时，可收放络车开释放索，与壳体1断开连接，浮力调节装置开始上浮。同时，控制模块6控制第一电磁换向阀3和直流电机12运转，使油箱7中的液压油进入到油气复合囊2的油腔中，不断增多的液压油使油气复合囊2逐渐膨胀，使浮力调节装置增加了额外的浮力，加速上升过程。当浮力调节装置浮出水面后，控制模块6控制第一电磁换向阀3移至中位，使油腔内保压，同时控制第二电磁换向阀17和气泵5运转，使气瓶9中的气体充入到油气复合囊2的气腔中，使油气复合囊2充分膨胀，产生较大的浮力，使壳体1上的功能模块充分浮出水面。在充气完成后，控制模块6控制第二电磁换向阀17移至中位，使气腔内保压。
55.当控制模块6接到到远程遥控指令需要下沉时，控制模块6控制第二电磁换向阀17和气泵5运转，使气腔中的气体回流到气瓶9中。在气体回流完成后，控制模块6控制第二电磁换向阀17移至中位，关闭气泵5，并控制第一电磁换向阀3和直流电机12运转，使油腔中的液压油回流至油箱7中，浮力调节装置下沉。当下沉到预定深度后，控制模块6控制第一电磁换向阀3移至中位并关闭直流电机12。通过上述操作即可实现该浮力调节装置在水下0～100m范围内的升降。
56.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“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发明，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发明的限制。
57.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.油气囊浮力调节装置，其特征在于，包括：壳体(1)，所述壳体(1)的顶部外侧固定连接有油气复合囊(2)，所述油气复合囊(2)的内部分为油腔和气腔两个腔室；液压油流通单元，所述壳体(1)内设置有液压油流通单元，所述液压油流通单元与所述油腔连通，所述液压油流通单元用于向所述油腔内注入或排出液压油；气体流通单元，所述壳体(1)内设置有气体流通单元，所述气体流通单元与所述气腔连通，所述气体流通单元用于向所述气腔内注入或排出气体；控制模块(6)，所述控制模块(6)分别与所述液压油流通单元和气体流通单元电性连接，所述控制模块(6)控制所述液压油流通单元向所述油腔内注入或排出液压油，控制所述气体流通单元向所述气腔内注入或排出气体，所述控制模块(6)通过电线电性连接有电源(10)。2.根据权利要求1所述的油气囊浮力调节装置，其特征在于：所述液压油流通单元包括固定连接在所述壳体(1)内侧底部的油箱(7)和油液调控部，所述油箱(7)的出液端与所述油液调控部的进液端、所述油液调控部的出液端与所述油腔之间分别连通有油路(8)，所述控制模块(6)与所述油液调控部电性连接。3.根据权利要求2所述的油气囊浮力调节装置，其特征在于：所述油液调控部包括固定连接在所述壳体(1)内的油泵(13)、第一电磁换向阀(3)和直流电机(12)，所述油泵(13)的进液端和出液端分别与所述第一电磁换向阀(3)连通，所述油箱(7)的出液端和所述油腔分别通过所述油路(8)与所述第一电磁换向阀(3)连通，所述第一电磁换向阀(3)上连通有压力传感器(4)，所述直流电机(12)的输出轴与所述油泵(13)的输入轴同轴线固定连接，所述压力传感器(4)、第一电磁换向阀(3)和所述直流电机(12)分别与所述控制模块(6)电性连接。4.根据权利要求2所述的油气囊浮力调节装置，其特征在于：所述气体流通单元包括固定连接在所述壳体(1)内的气瓶(9)和气体调控部，所述气瓶(9)的出气端与所述气体调控部的进气端、所述气体调控部的出气端与所述气腔之间连通有气路(16)，所述控制模块(6)与所述气体调控部电性连接。5.根据权利要求4所述的油气囊浮力调节装置，其特征在于：所述气体调控部包括固定连接在所述壳体(1)内的气泵(5)和第二电磁换向阀(17)，所述气泵(5)的进气端和出气端分别与所述第二电磁换向阀(17)连通，所述气瓶(9)的出气端和所述气腔分别通过所述气路(16)与所述第二电磁换向阀(17)连通，所述气泵(5)和所述第二电磁换向阀(17)分别与所述控制模块(6)电性连接。6.根据权利要求1所述的油气囊浮力调节装置，其特征在于：所述油腔的容积小于所述气腔的容积。7.根据权利要求2所述的油气囊浮力调节装置，其特征在于：所述油箱(7)的内侧固定连接有气囊(14)，所述气囊(14)上连通有充气口(11)，所述充气口(11)固定贯穿所述油箱(7)的顶壁，所述油箱(7)的底部与所述油路(8)连通。8.根据权利要求4所述的油气囊浮力调节装置，其特征在于：所述油箱(7)、气瓶(9)和所述电源(10)分别位于所述壳体(1)的内侧下部。

技术总结
本发明属于水下浮力调节技术领域，提供油气囊浮力调节装置,包括壳体，壳体的顶部外侧固定连接有油气复合囊，油气复合囊的内部分为油腔和气腔两个腔室；液压油流通单元，壳体内设置有液压油流通单元，液压油流通单元与油腔连通；气体流通单元，壳体内设置有气体流通单元，气体流通单元与气腔连通；控制模块，控制模块分别与液压油流通单元和气体流通单元电性连接，控制模块控制液压油流通单元向油腔内注入或排出液压油，控制气体流通单元向气腔内注入或排出气体，控制模块通过电线电性连接有电源。本发明将液压油和气体结合使用来改变油囊体积，在获得稳定且较大浮力的同时，可以有效减小质量和功耗。减小质量和功耗。减小质量和功耗。


技术研发人员：李国栋 葛松洁 甄海涛 吕明利 吴鹏 宋振海
受保护的技术使用者：山东北溟科技有限公司
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/6/27