CN102649468B - 一种水下气控皮囊式潜水设备 - Google Patents
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Abstract
一种水下气控皮囊式潜水设备，包括浮体框架，在浮体框架上设有气囊、配重、高压气瓶、低压气瓶以及阀仓，阀仓内设有与气囊连接的充气阀和排气阀、环境压力下限阀、环境压力上限阀、以及气动定时器，排气阀与低压气瓶相接，与充气阀相接的充气管与环境压力下限阀相接，与排气阀相接的排气驱动管装有环境速度方向阀和环境压力上限阀，环境压力上限阀与环境压力下限阀与高压气瓶相接，气动定时器的进气端与高压气瓶相接，气动定时器的出气端分别与环境压力下限阀和环境速度方向阀相接。通过充排气方式来控制弹性气囊体积，进而调节浮力的水下气控皮囊式气动潜水设备，使设备具有执行动作和行走的能力。具有结构简单、造价低廉和可靠性高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种海洋工程水下机器人领域，特别是一种水下气控皮囊式潜水设备。
背景技术
21世纪被称为海洋世纪，随着人们对海洋资源开发的深入，人们将会更多地从事水下作业，因此也就期待着在技术上提供更加便捷、廉价和可靠的受控潜水物。目前，实现潜水作业的机器人大都采用增加压仓物下潜，抛弃压仓物上浮和采用电涡轮驱动实现浮动和行走控制；军事上的潜艇采用的是数个金属仓压水或充气排水的方式来实现其下潜或上浮，和采用电涡轮机驱动方式实现行走的控制。上述无论有人或无人，有缆或者无缆的受控潜水物，从民用上来考虑，其设备普遍存在着结构和操作均复杂、造价高的缺点，难于获得普遍性的民用推广。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出了一种结构简单、造价低廉、可靠性高的水下气控皮囊式潜水设备。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，一种水下气控皮囊式潜水设备，其特点是：包括浮体框架，在浮体框架上设有气囊、配重、高压气瓶、低压气瓶以及阀仓，阀仓内设有与气囊连接的充气阀和排气阀、环境压力阀、以及气动定时器，环境压力阀包括环境压力下限阀和环境压力上限阀，排气阀通过低压气瓶连接管与低压气瓶相接，与充气阀相接的充气管与环境压力下限阀相接，与排气阀相接的排气驱动管与环境压力上限阀相接，在排气阀与环境压力上限阀之间的排气驱动管上装有环境速度方向阀，环境压力上限阀与环境压力下限阀通过高压气瓶连接管与高压气瓶相接，气动定时器的进气端与高压气瓶相接，气动定时器的出气端分别与环境压力下限阀的阀杆驱动腔和环境速度方向阀的阀杆驱动腔相接；环境压力阀包括设在阀体上的膜片加压室，膜片加压室设有感压膜片，通过感压膜片接受来自水下的外部压力实现对阀芯的开启；环境速度方向阀包括设在阀体上部的感速碗状物，通过感速碗状物接受环境速度方向阀上升所带来的压力实现对阀芯的开启。
本发明要解决的技术问题是还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述环境压力阀的阀体内设有进气腔和排气腔，在进气腔与排气腔之间设有阀座，排气腔内设有与阀座配合的阀芯，阀芯处设有调压弹簧，进气腔内设有与阀芯相接的阀杆，在进气腔的外壁上设有膜片加压室，所述阀杆的外端设置在膜片加压室内，膜片加压室设有与阀杆端头配合的感压膜片，在进气腔的阀杆上装有活塞，活塞与进气腔的外壁之间构成所述环境压力阀的阀杆驱动腔。
本发明要解决的技术问题是还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述环境速度方向阀的阀体内设有上排气腔和下进气腔，在下进气腔与上排气腔之间设有相互配合的中间阀座和下阀芯，下阀芯设置在下进气腔内，下阀芯与下进气腔的内壁之间设有调节弹簧，在上排气腔的上部设有感速碗状物，感速碗状物的底部通过阀杆与下阀芯相接，环境速度方向阀的阀杆驱动腔设置在下进气腔内。
本发明与现有技术相比，采用自带高、低压气瓶并通过充或排气方式来控制弹性气囊体积，进而调节浮力的水下气控皮囊式气动潜水设备，使设备具有执行动作和行走的能力。具有结构简单、造价低廉和可靠性高的优点，具有明显的民用推广潜力，它是海洋工程中水下机器人领域中的一种全新技术、方法和设备。
另外采用纯气控的控制方法，实现浮体的下潜、上浮和浮动定位控制，控制方法简单、可靠，工作时无电磁信号产生，为设备水下避开电磁侦测提供了根本性基础。若设备上采用电磁控制阀和电信号检测元件，就可采用计算机对其进行更加灵活和高精度的控制。
附图说明
图1为本发明的结构原理图。
图2为环境压力阀的原理图。
图3为环境速度方向阀的原理图。
具体实施方式
一种水下气控皮囊式潜水设备，包括浮体框架，在浮体框架上设有气囊3、配重、高压气瓶1、低压气瓶2以及阀仓，阀仓内设有与气囊连接的充气阀4和排气阀5、环境压力阀、以及气动定时器8，环境压力阀包括环境压力下限阀9和环境压力上限阀7，排气阀5通过低压气瓶连接管10与低压气瓶2相接，与充气阀4相接的充气管13与环境压力下限阀9相接，与排气阀5相接的排气驱动管14与环境压力上限阀7相接，在排气阀5与环境压力上限阀7之间的排气驱动管14上装有环境速度方向阀6，环境压力上限阀7与环境压力下限阀9通过高压气瓶连接管11与高压气瓶1相接，气动定时器8的进气端与高压气瓶1相接，气动定时器8的出气端分别与环境压力下限阀9的阀杆驱动腔和环境速度方向阀6的阀杆驱动腔相接，充气阀4通过气囊充气管12与气囊相接。
环境压力阀包括设在阀体上的膜片加压室，膜片加压室设有感压膜片，通过感压膜片接受来自水下的外部压力实现对阀芯的开启；环境速度方向阀包括设在阀体上部的感速碗状物，通过感速碗状物接受环境速度方向阀上升所带来的压力实现对阀芯的开启
所述环境压力阀的阀体内设有进气腔18和排气腔19，在进气腔18与排气腔19之间设有阀座，排气腔19内设有与阀座配合的阀芯，阀芯处设有调压弹簧20，进气腔18内设有与阀芯相接的阀杆17，在进气腔18的外壁上设有膜片加压室，所述阀杆的外端设置在膜片加压室内，膜片加压室设有与阀杆端头配合的感压膜片16，在进气腔18的阀杆上装有活塞，活塞与进气腔的外壁之间构成所述环境压力阀的阀杆驱动腔。阀杆驱动腔设有与气动定时器8的出气端相接进气口15。图中所示环境压力阀只是其中一种实施方式，只要是通过感压膜片实现对阀芯的开启都在本发明的保护范围之内。
所述环境速度方向阀6的阀体内设有上排气腔23和下进气腔24，在下进气腔24与上排气腔23之间设有相互配合的中间阀座和下阀芯，下阀芯设置在下进气腔24内，下阀芯与下进气腔的内壁之间设有调节弹簧25，在上排气腔的上部设有感速碗状物22，感速碗状物22的底部通过阀杆21与下阀芯相接。图中所示环境速度方向阀只是其中一种实施方式，只要是通过感速碗状物实现对阀芯的开启都在本发明的保护范围之内。
环境速度方向阀的阀杆驱动腔设置在下进气腔24内。在下进气腔24内设有与下阀芯相接的活塞，活塞与下进气腔的外壁之间构成所述环境速度方向阀的阀杆驱动腔。环境速度方向阀的阀杆驱动腔设有与气动定时器8的出气端相接的下进气口26。
下潜前，要通过设置在各管路上的手动开关阀将各控制阀复位，环境压力下限阀9通过调压弹簧设定下潜深度下限，环境压力上限阀7通过调压弹簧设定下潜深度上限，气动定时阀8通过开关设定定时工作时间，使气囊3处于未充高压气状态，将适当的配重加到各配重仓内，增加的配重要使潜水设备在此状态下失去束缚就能下潜。在下潜阶段，水压力作用在环境压力上限阀7和环境压力下限阀9的感压膜片上，当达到阀弹簧设定的压力后，膜片通过阀杆克服调压弹簧作用力，将阀芯打开。由于环境压力上限阀7设定的是潜水深度上限，因此它首先被打开，但由于串联在排气驱动管14上的环境速度方向阀6是随同设备下潜的，因此感应于设备运动方向的环境速度方向阀6并没有被打开，因此在第一次设备下潜到潜水深度上限时气囊并不排气，设备仍然继续下潜。当下潜到环境压力下限阀9设定的压力下限时，此时已经到达设备设定潜深，环境压力下限阀9被打开，高压气瓶1中的压缩气体通过充气管13，作用在充气阀4上并将其打开为气囊充气，气囊充气后体积增加，设备的浮力增加，当浮力增加到一定程度后，开始上浮，随着深度减少环境压力下限阀9将被关闭，但设备在惯性作用下依然上浮，此时环境速度方向阀6感应到向上的速度被打开， 环境压力上限阀7处在其设定的环境深度以下的打开状态，因此实际充气过程中，只要上浮开始，环境速度方向阀6感应到向上的速度就会打开，则排气减少浮力的过程就开始，因此设备就会被控制在设定的潜深下限和上限之间的动态位置上，实现了设备的液下定位控制，其定位控制精度主要取决设备的重量与环境压力上限阀7和环境压力下限阀9及环境速度方向阀6的控制精度。当下潜前已经确定的工作时间到达时，气动定时器8打开给出压缩空气，压缩空气驱动环境压力下限阀9打开为气囊充气，并向环境速度方向阀6提供气体，以克服上升速度所带来的开启力，环境速度方向阀6被关闭，气囊不排气，设备在浮力的作用下返回液面。
Claims (3)
1.一种水下气控皮囊式潜水设备，其特征在于：包括浮体框架，在浮体框架上设有气囊、配重、高压气瓶、低压气瓶以及阀仓，阀仓内设有与气囊连接的充气阀和排气阀、环境压力阀、以及气动定时器，环境压力阀包括环境压力下限阀和环境压力上限阀，排气阀通过低压气瓶连接管与低压气瓶相接，与充气阀相接的充气管与环境压力下限阀相接，与排气阀相接的排气驱动管与环境压力上限阀相接，在排气阀与环境压力上限阀之间的排气驱动管上装有环境速度方向阀，环境压力上限阀与环境压力下限阀通过高压气瓶连接管与高压气瓶相接，气动定时器的进气端与高压气瓶相接，气动定时器的出气端分别与环境压力下限阀的阀杆驱动腔和环境速度方向阀的阀杆驱动腔相接；环境压力阀包括设在阀体上的膜片加压室，膜片加压室设有感压膜片，通过感压膜片接受来自水下的外部压力实现对阀芯的开启；环境速度方向阀包括设在阀体上部的感速碗状物，通过感速碗状物接受环境速度方向阀上升所带来的压力实现对阀芯的开启。
2.根据权利要求1所述的水下气控皮囊式潜水设备，其特征在于：所述环境压力阀的阀体内设有进气腔和排气腔，在进气腔与排气腔之间设有阀座，排气腔内设有与阀座配合的阀芯，阀芯处设有调压弹簧，进气腔内设有与阀芯相接的阀杆，在进气腔的外壁上设有膜片加压室，所述阀杆的外端设置在膜片加压室内，膜片加压室设有与阀杆端头配合的感压膜片，在进气腔的阀杆上装有活塞，活塞与进气腔的外壁之间构成所述环境压力阀的阀杆驱动腔。
3.根据权利要求1所述的水下气控皮囊式潜水设备，其特征在于：所述环境速度方向阀的阀体内设有上排气腔和下进气腔，在下进气腔与上排气腔之间设有相互配合的中间阀座和下阀芯，下阀芯设置在下进气腔内，下阀芯与下进气腔的内壁之间设有调节弹簧，在上排气腔的上部设有感速碗状物，感速碗状物的底部通过阀杆与下阀芯相接，环境速度方向阀的阀杆驱动腔设置在下进气腔内。
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