CN102941915A - 一种海洋环境监测设备双油囊浮力调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海洋环境监测设备双油囊浮力调节装置。所述装置包括壳体连接件、管路连接件、油囊支撑件、低压油囊、低压油囊密封板、高压油囊连接件、高压油囊密封板、高压油囊、密封圈，以及***设备储油箱、低压驱动***、高压驱动***；可以通过高压油囊实现海洋环境监测设备在水下的沉浮运动，通过高压油囊和低压油囊的共同作用实现设备在水面的沉浮运动。其中高压油囊和低压油囊各自独立，结构简单，无需粘接及硫化，解决了油气囊整体结构形式在高压、气囊反复充放气及长时间工作后容易引起橡胶粘接处开裂、油室与气室联通等问题，设备工作可靠性得到了保证。

Description

一种海洋环境监测设备双油囊浮力调节装置

技术领域

本发明涉及一种海洋环境监测设备双油囊浮力调节装置。

背景技术

随着内陆矿产的不断开发，其储存量越来越少，为确保战争储备需求，世界各国逐步向海洋发展。为了使探测设备下沉到需要监测的海洋深度层，通常有二种方法，一种是通过锚系将设备固定在监测海域某一深度上进行监测，但监测范围有限；另一种方法是通过设备自身的沉浮运动来实现。对第二种方法，任何海洋监测设备在水中实现沉浮运动通常有三种途径，一是改变设备的体积而重量保持不变；二是改变设备的重量而体积不变；三是增加或减少对设备施加的外力。目前海洋监测设备通常采用第一种方式，即改变设备浮力调节装置的体积来实现设备在水下的沉浮。所述浮力调节装置的结构形式主要有以下二种，一是采用油气囊整体式结构，将油囊和气囊做成一个整体，分上下两个容腔，上容腔为油室，下容腔为气室。采用这种结构对橡胶自身材料特性、橡胶的粘接性能、硫化技术等要求很高，在水下高压、气囊反复充放气及长时间工作后容易引起橡胶粘接处开裂、油室与气室联通等问题，从而导致设备无法正常工作；二是采用单油囊结构，此种结构形式简单，但是在满足设备高压沉浮驱动能力的要求下，与其相连的高压驱动装置注油及抽油速度慢，设备体积变化慢，当设备要在水面通信时，将通信模块托出水面耗费的时间长、功耗大，对设备的安全也没有保障。为此，有必要研制一种双油囊结构即高压油囊与低压油囊相结合的浮力调节装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种海洋环境监测设备双油囊浮力调节装置，该装置采用双油囊结构形式，解决了油气囊整体结构形式在高压、气囊反复充放气及长时间工作后容易引起橡胶粘接处开裂、油室与气室联通等问题；同时通过低压油囊在水面的快速充油，大大节省了功耗，提高了海洋环境监测设备的安全性能。

本发明的目的是这样实现的：

一种海洋环境监测设备双油囊浮力调节装置，所述装置包括壳体连接件、管路连接件、油囊支撑件、低压油囊、低压油囊密封板、高压油囊连接件、高压油囊密封板、高压油囊、密封圈，***设备包括储油箱、低压驱动***和高压驱动***；

其中，管路连接件上端面设有第一接头和第二接头，在第一接头和第二接头内分别开有贯穿管路连接件的通孔；管路连接件下端面与油囊支撑件上端面固定连接；管路连接件上端面与壳体连接件固定连接，第一接头和第二接头伸入壳体连接件内；

油囊支撑件为长方体结构，在油囊支撑件的四个侧面上对称开有四个半圆形凹槽，低压油囊固定在半圆形凹槽内，低压油囊的边缘通过低压油囊密封板与油囊支撑件固定密封；

高压油囊连接件固定在油囊支撑件底部，通过高压油囊密封板将高压油囊与高压油囊连接件固定连接，实现高压油囊与高压油囊连接件和高压油囊密封板配合面上的密封；

在油囊支撑件内部开有高压油路和低压油路；所述高压油路在竖直方向上贯穿油囊支撑件，上端与第一接头内的通孔对应，下端贯通高压油囊连接件和高压油囊密封板并与高压油囊相通；

所述低压油路包括在油囊支撑件内部开有的竖直通道，以及在水平方向上相互贯通的井字形通道；所述竖直通道上端与第二接头内的通孔对应，下端延伸至高压油路和半圆形凹槽之间；所述井字形通道分别与竖直通道和四个低压油囊相通；井字形通道与低压油囊的联通端为管路出口；

在油囊支撑件与壳体连接件的结合面上，壳体连接件和管路连接件的结合面上，高压油囊连接件和油囊支撑件的结合面上，以及油囊支撑件与高压油路、低压油路的结合面上均设有密封圈；

储油箱、低压驱动***、高压驱动***均位于装置外部，高压驱动***通过输油管路，一端与储油箱连接，另一端与第一接头连接，为高压油囊供油；低压驱动***通过输油管路，一端与储油箱连接，另一端与第二接头连接，为低压油囊供油；

优选将井字形通道的管路出口堵住，在每个管路出口旁均布设有3个斜孔，所述斜孔将低压油路和低压油囊联通，从而使低压驱动***的液压油通过斜孔注入到低压油囊内，这样设计的目的是当低压油囊受到较大外部压力时，由于与低压油囊联通的管路出口直径变小，降低了低压油囊的受力，从而确保低压油囊在较高的压力下不损坏；

优选斜孔与相邻单根井字形通道之间的夹角为10~15°；

优选3个斜孔的截面积之和等于单根井字形通道的截面积；

在壳体连接件上部搭载海洋环境监测设备，实现通信需要。

有益效果

1.本发明提供了一种海洋环境监测设备双油囊浮力调节装置，所述装置采用了高压油囊与低压油囊相结合进行供油，可以通过高压油囊实现海洋环境监测设备在水下的沉浮运动，通过高压油囊和低压油囊的共同作用实现设备在水面的沉浮运动。其中高压油囊和低压油囊各自独立，结构简单，无需粘接及硫化，解决了油气囊整体结构形式在高压、气囊反复充放气及长时间工作后容易引起橡胶粘接处开裂、油室与气室联通等问题，设备工作可靠性得到了保证。

2.所述装置将高压驱动***设计的液压缸直径较小，抽油速度慢；低压驱动***的液压缸直径较大，在微型直流电机驱动下，其抽油或注油速度快、油量变化大，能实现海洋环境监测设备在水面的快速沉浮功能，大大节省了功耗，且节省了设备在水面停留的时间，提高了设备的安全性。

3.所述装置在油囊支撑件的横截面上设有网格状的井字形通道，末端与四个低压油囊联通；并将管路出口堵住，在每个管路出口旁均布设置斜孔将低压油路和低压油囊联通，使低压驱动***的液压油通过斜孔注入到低压油囊内，这样设计的目的是当低压油囊受到较大外部压力时，由于与低压油囊联通的管路出口直径变小，降低了低压油囊的受力，从而确保低压油囊在高压下不损坏。

附图说明

图1是本发明所述的海洋环境监测设备双油囊浮力调节装置的剖视图；

图2是本发明所述的油囊支撑件的剖视图；

图3是图2的A-A向视图；

图4是图2的B-B向视图；

图5是本发明所述的管路连接件的剖视图；

图6是本发明所述的低压油囊的剖视图；

图7是本发明所述的高压油囊的剖视图；

其中，1-壳体连接件、2-管路连接件、3-油囊支撑件、4-低压油囊、5-低压油囊密封板、6-高压油囊连接件、7-高压油囊密封板、8-高压油囊、9-标准O形圈、10-密封垫、11-管路出口、12-斜孔、13-第二接头、14-第一接头。

具体实施方式

下面通过实施例，对本发明作进一步详细说明。

实施例

图1为本发明所述的一种海洋环境监测设备双油囊浮力调节装置，所述装置包括壳体连接件1、管路连接件2、油囊支撑件3、低压油囊4、低压油囊密封板5、高压油囊连接件6、高压油囊密封板7、高压油囊8、密封圈9、密封垫10，其中所述密封圈为标准O形圈；***设备包括储油箱、低压驱动***和高压驱动***；

其中，管路连接件2上端面设有第一接头14和第二接头13，在第一接头14和第二接头13内分别开有贯穿管路连接件2的通孔；管路连接件2下端面与油囊支撑件3上端面固定连接；管路连接件2上端面与壳体连接件1固定连接，第一接头14和第二接头13伸入壳体连接件1内；

为减轻装置总体重量，油囊支撑件3采用非金属加工制造，所述油囊支撑件3为长方体结构，在油囊支撑件3的四个侧面上对称开有四个半圆形凹槽，低压油囊4固定在半圆形凹槽内，低压油囊4的边缘通过低压油囊密封板5与油囊支撑件3固定密封；

高压油囊连接件6固定在油囊支撑件3底部，通过高压油囊密封板7将高压油囊8与高压油囊连接件6固定连接，实现高压油囊8与高压油囊连接件6和高压油囊密封板7配合面上的密封；

图6、7是低压油囊4和高压油囊8的结构示意图，其中低压油囊4和高压油囊8的开口密封处的凸出部分，是按照标准O形密封圈的功能设计的，是静密封结合面的典型结构，并通过螺钉压紧的方式实现低压油囊4和高压油囊8在水下的密封。

在油囊支撑件3内部开有高压油路和低压油路；所述高压油路在竖直方向上贯穿油囊支撑件3，上端与第一接头14内的通孔对应，下端贯通高压油囊连接件6和高压油囊密封板7并与高压油囊8相通；

所述低压油路包括在油囊支撑件3内部开有的竖直通道，以及图4所示的在水平方向上相互贯通的井字形通道；所述竖直通道上端与第二接头13内的通孔对应，下端延伸至高压油路和半圆形凹槽之间；所述井字形通道分别与竖直通道和四个低压油囊4相通；井字形通道与低压油囊4的联通端为管路出口11；将井字形通道的管路出口11堵住，在每个管路出口11旁均布设有3个斜孔12，所述斜孔12将低压油路和低压油囊4联通，从而使低压驱动***的液压油通过斜孔12注入到低压油囊4内，这样设计的目的是当低压油囊4受到较大外部压力时，由于与低压油囊4联通的管路出口11直径变小，降低了低压油囊4的受力，从而确保低压油囊4在较高的压力下不损坏；斜孔12与相邻单根井字形通道之间的夹角为10~15°；3个斜孔12的截面积之和=单根井字形通道的截面积；

在油囊支撑件3与壳体连接件1的结合面上，壳体连接件1和管路连接件2的结合面上，高压油囊连接件6和油囊支撑件3的结合面上，以及油囊支撑件3与高压油路、低压油路的结合面上均设有密封圈9；

储油箱、低压驱动***、高压驱动***均位于装置外部，图5是管路连接件2的结构示意图，高压驱动***通过输油管路，一端与储油箱连接，另一端与第一接头14连接，为高压油囊8供油；低压驱动***通过输油管路，一端与储油箱连接，另一端与第二接头13连接，为低压油囊4供油；在壳体连接件1上搭载通信设备，这样就使双油囊浮力调节装置与整个设备联接成为一体。

该装置是这样实现的：如图1所示，为防止在高压、油气囊反复充放以及长时间工作后引起的橡胶粘接处开裂、油室与气室联通等问题的现象，本发明的装置采用双油囊结构形式，即高压油囊8和低压油囊4各自独立，结构简单，无需粘接及硫化，其中低压油囊4与低压驱动***共同实现设备水面沉浮功能，高压油囊8与高压驱动***共同实现设备水下沉浮功能；为使设备在水面能有足够的浮力将通信模块托出水面，设计有4个低压油囊4，且通过油囊支撑件3使4个低压油囊4相互联通，如图4（B-B）剖面所示，同时为确保低压油囊4在水下一定深度下的密封，其结构设计如图6所示，低压油囊4的开口外圆环设计成标准O形圈形状，并通过模具压铸成型为一整体，安装时将低压油囊4的外圆环凸出部分安放在油囊支撑件3对应的凹槽内，然后通过低压油囊密封板5将低压油囊4固定在油囊支撑件3上，实现密封。低压油囊4在高压下的状态如图1所示，完全与油囊支撑件3的凹面贴合，此时低压油囊4受外压力（水下一定深度压力）与内压力（油囊支撑件3管路内油压）造成的压差，在长时间在内外压差的作用下，油囊支撑件3管路出口处的低压油囊4存在压破的可能，导致海水进入到装置内部，使装置损坏。为防止上述现象发生，本发明采取以下方法：一是在油囊支撑件3的每个管路出口11旁均布设计了3个直径为￠0.5mm的斜孔12，其与油囊支撑件3的内部管路连通，从而低压驱动***的液压油可通过斜孔12注入到低压油囊4内，这样设计的目的是为了当低压油囊4内外压差一定时，管路出口直径变小，其受力将大大减少，从而可确保低压油囊4在高压下不损坏；二是将油囊支撑件3的每个管路出口11堵住，方法如下：首先在管路出口11处加工螺纹，然后再用与油囊支撑件3相同材料的专用螺钉安装好，最后再通过机加工将油囊支撑件3加工到图纸要求，确保低压油囊4与油囊支撑件3在高压状态下能完全贴合。为确保高压油囊8在高压环境下密封性能良好，将高压油囊8设计成碗口性，碗口处的圆环同样采用标准O形圈外形设计，通过高压油囊连接件6、高压油囊密封板7将三者连接成一整体，然后再通过螺钉与油囊支撑件3固定，使高压油囊8通过油囊支撑件3与高压驱动***联通。设计时为确保油囊支撑件3内的两路油路不串通，设计了两道标准O形圈9将高压油路与低压油路隔开。油囊支撑件3与壳体连接件1间同样采用标准O形圈进行密封。为防止采用单油囊整体结构形式导致装置注油或抽油速度慢，体积变化慢，引起设备在水面耗费的时间长、功耗大，安全存在隐患等问题，采用的具体实施方式：采用独立的低压油囊4来实现海洋环境监测设备在水面的快速沉浮功能，为确保设备的通信模块能正常通信，需要将装置上的通信模块托出水面一定高度，此时启动低压驱动***（包括液压缸）将液压油注入到4个低压油囊4内，使装置的浮力增大，将通信模块托出水面进行海洋监测数据的传输工作及与陆上工作站间的信息交互；当设备的数据传输完成需要进行海洋监测时，则此时通过低压驱动***将4个低压油囊4内的油抽完，使装置浮力减小，设备自动下沉到水面以下。当需要继续下沉时，通过高压驱动***将高压油囊8内的油抽完，实现装置和通信模块的进一步下沉。将高压驱动***设计的液压缸直径较小，抽油速度慢；低压驱动***在水面工作，其受到的外界压力小，所以设计的液压缸直径较大，在微型直流电机驱动下，其抽油或注油速度快、油量变化大，能实现设备通信模块在水面的快速沉浮功能，大大节省了功耗，且节省了设备在水面停留的时间，提高了设备的安全性。

所述海洋环境监测设备双油囊浮力调节装置的工作原理是：装置布放入水前，通过低压驱动***向4个低压油囊4内注满液压油，同时通过高压驱动***向高压油囊8内注满液压油，此时装置在水下受到正浮力，装置将通信模块托出水面一定高度，实现通信模块与地面工作站之间的信息交互；完成信息传输后，低压驱动***将4个低压油囊4内的液压油抽回液压缸，使装置浮力减少，实现装置水面下沉功能。然后启动高压驱动***，抽回高压油囊8内的液压油，使装置下沉到设定的工作深度。装置上浮过程与下沉过程相反。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种海洋环境监测设备双油囊浮力调节装置，其特征在于：所述装置包括壳体连接件（1）、管路连接件（2）、油囊支撑件（3）、低压油囊（4）、低压油囊密封板（5）、高压油囊连接件（6）、高压油囊密封板（7）、高压油囊（8）、密封圈（9），***设备包括储油箱、低压驱动***和高压驱动***；

其中，管路连接件（2）上端面设有第一接头（14）和第二接头（13），在第一接头（14）和第二接头（13）内分别开有贯穿管路连接件（2）的通孔；管路连接件（2）下端面与油囊支撑件（3）上端面固定连接；管路连接件（2）上端面与壳体连接件（1）固定连接，第一接头（14）和第二接头（13）伸入壳体连接件（1）内；

油囊支撑件（3）为长方体结构，在油囊支撑件（3）的四个侧面上对称开有四个半圆形凹槽，低压油囊（4）固定在半圆形凹槽内，低压油囊（4）的边缘通过低压油囊密封板（5）与油囊支撑件（3）固定密封；

高压油囊连接件（6）固定在油囊支撑件（3）底部，通过高压油囊密封板（7）将高压油囊（8）与高压油囊连接件（6）固定连接，实现高压油囊（8）与高压油囊连接件（6）和高压油囊密封板（7）配合面上的密封；

在油囊支撑件（3）内部开有高压油路和低压油路；所述高压油路在竖直方向上贯穿油囊支撑件（3），上端与第一接头（14）内的通孔对应，下端贯通高压油囊连接件（6）和高压油囊密封板（7）并与高压油囊（8）相通；

所述低压油路包括在油囊支撑件（3）内部开有的竖直通道，以及在水平方向上相互贯通的井字形通道；所述竖直通道上端与第二接头（13）内的通孔对应，下端延伸至高压油路和半圆形凹槽之间；所述井字形通道分别与竖直通道和四个低压油囊（4）相通；井字形通道与低压油囊（4）的联通端为管路出口（11）；

在油囊支撑件（3）与壳体连接件（1）的结合面上，壳体连接件（1）和管路连接件（2）的结合面上，高压油囊连接件（6）和油囊支撑件（3）的结合面上，以及油囊支撑件（3）与高压油路、低压油路的结合面上均设有密封圈（9）；

储油箱、低压驱动***、高压驱动***均位于装置外部，高压驱动***通过输油管路，一端与储油箱连接，另一端与第一接头（14）连接，为高压油囊（8）供油；低压驱动***通过输油管路，一端与储油箱连接，另一端与第二接头（13）连接，为低压油囊（4）供油。

2.根据权利要求1所述的一种海洋环境监测设备双油囊浮力调节装置，其特征在于：将井字形通道的管路出口（11）堵住，在每个管路出口（11旁均布设有3个斜孔（12），所述斜孔（12）将低压油路和低压油囊（4）联通。

3.根据权利要求3所述的一种海洋环境监测设备双油囊浮力调节装置，其特征在于：3个斜孔（12）的截面积之和等于单根井字形通道的截面积。

4.根据权利要求2或3所述的一种海洋环境监测设备双油囊浮力调节装置，其特征在于：斜孔（12）与相邻单根井字形通道之间的夹角为10~15°。

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