CN112960089B - 一种水下姿态自适应的注水装置及其工作过程 - Google Patents
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Abstract
一种水下姿态自适应的注水装置及其工作过程,一种水下姿态自适应的注水装置,包括水舱,所述水舱的一端中部位置安装有与水舱内部连通的注水管,所述注水管上安装有注水电磁阀,注水电磁阀与外部的海水连通,所述水舱的另一端中部位置安装有与水舱内部连通的排气管,排气管上安装有排气电磁阀;位于水舱内部的排气管前后延伸有排气支管,排气支管的长度方向与水舱的长度方向平行,排气支管的前后两侧分别套有支撑圈,所述支撑圈的外壁面与水舱的内壁面抵接,排气支管的两端部分别安装有端口连接件,提升了水下装备的环境适应性,减少了水下装备在水面风、浪、流条件下逗留的时间,降低了水下装备受水面恶劣工况的不利影响。
Description
技术领域
本发明涉及水下装备配套装置技术领域,尤其是一种水下姿态自适应的注水装置及其工作过程。
背景技术
注水装置是水下载人装备及部分水下无人装备的重要组成部分,水下装备未开始下潜时处于水面状态,由于此时水下装备的重量小于水下装备整体可提供的浮力,水下装备浮于水面,当水下装备完成水面状态的准备工作后,使用注水装置向水舱中注入海水,改变水下装备的重量,注水过程中当重量等于或大于水下装备整体可提供的浮力时,水下装备完成注水过程,可进行下一步的下潜动作。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点,提供一种水下姿态自适应的注水装置及其工作过程,从而可不受水下装备纵倾的影响实现正常注水,提升了水下装备对海洋环境的适应能力。
本发明所采用的技术方案如下:
一种水下姿态自适应的注水装置,包括水舱,所述水舱的一端中部位置安装有与水舱内部连通的注水管,所述注水管上安装有注水电磁阀,所述注水电磁阀与外部的海水连通,所述水舱的另一端中部位置安装有与水舱内部连通的排气管,所述排气管上安装有排气电磁阀;
位于水舱内部的排气管前后延伸有排气支管,所述排气支管的长度方向与水舱的长度方向平行,所述排气支管的前后两侧分别套有支撑圈,所述支撑圈的外壁面与水舱的内壁面抵接,
所述排气支管的两端部分别安装有端口连接件,
所述端口连接件的结构为:包括锁紧套,所述锁紧套通过螺纹连接在排气支管的端部,所述锁紧套内部与排气支管之间还安装有垫块,所述垫块通过垫圈和密封圈组成,所述垫圈的截面呈凸字型结构,垫圈的大头与锁紧套配合,垫圈的小头伸入至排气支管的内部,并延伸有密封圈,排气支管内部设置有一个重球,所述密封圈与重球抵接。
其进一步技术方案在于:
所述垫圈与密封圈在圆周方向设置有沉槽。
所述垫块为一体式结构。
所述锁紧套内部从左往右依次设置有第一通孔、第二通孔和第三通孔,所述第一通孔的内径与垫圈的内径相同,所述第二通孔内配合安装垫块和排气支管,所述第三通孔的内壁面设置有内螺纹,内螺纹与排气支管的外壁面配合。
第二通孔、第三通孔和第一通孔的直径由大到小依次递减。
所述排气支管为空心管,与排气管焊接连接。
所述重球采用球形滚珠,所述重球的直径小于排气支管的内径。
所述注水电磁阀和排气电磁阀均为水密耐压型电磁阀。
所述水舱为水下装备注水后存储海水的容器。
一种水下姿态自适应的注水装置的工作过程,
一)、当水下装备处于水面状态准备开始下潜时,打开注水电磁阀和排气电磁阀,使得水舱在水下装备的自重的作用下开始注水,在注水过程中水舱中的空气经过垫圈、密封圈、排气支管、排气电磁阀排出水舱,海水通过注水电磁阀、注水管进入水舱;在这一过程中水下装备因水舱中不断注水,自身重力逐渐上升,水下装备逐渐下潜,若在此过程中无海洋环境中的风、浪、流的影响,水下装备无纵倾,此注水过程将持续到水下装备注水完成;
二)、若在注水过程中存在海洋环境中的风、浪、流的影响使得水下装备存在纵倾,
首先,水下装备艉倾状态时,排气支管后端的高度低于前端的高度,重球在重力的作用下滚动到排气支管的后端,重球在重力作用下抵住后端的密封圈并与之贴合后密封;在重球挤压作用下密封圈与垫圈贴合后密封;在设备安装完好的情况下,锁紧套与排气支管螺纹连接后压紧垫圈,锁紧套与排气支管连接处也形成密封,在重球以及垫块共同作用下,排气支管的后端形成密封,水舱中的水或空气不会沿着排气支管的后端进入到排气支管中;
若排气支管中存在部分水,因重球与排气支管之间的设计间隙小,在重球因重力作用向排气支管一端滚动时,可将排气支管一端可能存在的水排出排气支管,防止排气支管中存在过多的水封住排气管空气出口;
在排气支管的后端形成密封后,水舱前端空气经过排气支管前端的垫圈、密封圈、排气支管、排气管、排气电磁阀与大气相通,海水可以继续通过注水电磁阀、注水管2进入至水舱1,水下装备的注水过程继续进行;
当海洋环境中的风、浪、流的继续影响水下装备使得水下装备由艉倾状态改变为艏倾状态,重球将在重力的作用下滚动到排气支管的前端,使得排气支管的前端形成密封,水舱后端的空气将于大气相通,水下装备的注水过程可继续进行;
无论处于哪一种纵倾状态,水舱前端或后端的空气均通过排气支管排出水舱,当排气过程结束,注水过程也相应结束,水下装备完成注水。
本发明的有益效果如下:
本发明结构紧凑、合理,操作方便,通过在水舱内设置与外部连通的排气支管,并在排气支管的两端分别安装堵头组件,根据实际姿态情况,改变重球位置,不影响注水工作,大大提高了水舱的工作可靠性。
实现了水下装备的注水过程不受水下装备姿态的影响,
本发明还具备以下优点:
1、与常规的注水装置相比,一种水下姿态自适应的注水装置更能适应海洋环境下的风、浪、流条件,提升了水下装备的环境适应性,拓宽了水下装备的应用区域。
2、本发明可在水下装备发生纵倾的条件下持续注水下潜,下潜的持续时间不会延长,防止水下装备在水面风、浪、流条件下逗留的时间过长,减少了水下装备受到水面恶劣工况影响的时间,降低了水下装备受损的风险。
3、本发明在实现水下姿态自适应的同时,在常规的注水装置上并没有增加穿舱管路以及相应的控制器件,本发明提出的一种水下姿态自适应的注水装置结构简单,不需要额外的电气控制设备,可靠性高。
4、本发明为水下装备调节自身重力时所使用的注水装置,使用本发明中的注水装置可以使得水下装备适应风、浪、流等外部条件引起的纵倾变化,使得注水过程不受姿态的影响。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中A部的局部放大图。
图3为本发明锁紧套的结构示意图。
图4为本发明另一种工作状态下的结构示意图。
其中:1、水舱;2、注水管;3、注水电磁阀;4、排气管;5、排气电磁阀;6、排气支管;7、支撑圈;8、锁紧套;9、垫圈;10、密封圈;11、重球;12、垫块;
801、第一通孔;802、第二通孔;803、第三通孔;804、内螺纹。
具体实施方式
下面结合附图,说明本发明的具体实施方式。
如图1-图4所示,本实施例的水下姿态自适应的注水装置,包括水舱1,水舱1的一端中部位置安装有与水舱1内部连通的注水管2,注水管2上安装有注水电磁阀3,注水电磁阀3与外部的海水连通,水舱1的另一端中部位置安装有与水舱1内部连通的排气管4,排气管4上安装有排气电磁阀5;
位于水舱1内部的排气管4前后延伸有排气支管6,排气支管6的长度方向与水舱1的长度方向平行,排气支管6的前后两侧分别套有支撑圈7,支撑圈7的外壁面与水舱1的内壁面抵接,
排气支管6的两端部分别安装有端口连接件,
端口连接件的结构为:包括锁紧套8,锁紧套8通过螺纹连接在排气支管6的端部,锁紧套8内部与排气支管6之间还安装有垫块12,垫块12通过垫圈9和密封圈10组成,垫圈9的截面呈凸字型结构,垫圈9的大头与锁紧套8配合,垫圈9的小头伸入至排气支管6的内部,并延伸有密封圈10,排气支管6内部设置有一个重球11,密封圈10与重球11抵接。
垫圈9与密封圈10在圆周方向设置有沉槽。
垫块12为一体式结构。
锁紧套8内部从左往右依次设置有第一通孔801、第二通孔802和第三通孔803,第一通孔801的内径与垫圈9的内径相同,第二通孔802内配合安装垫块12和排气支管6,第三通孔803的内壁面设置有内螺纹804,内螺纹804与排气支管6的外壁面配合。
第二通孔802、第三通孔803和第一通孔801的直径由大到小依次递减。
排气支管6为空心管,与排气管4焊接连接。
重球11采用球形滚珠,重球11的直径小于排气支管6的内径。
注水电磁阀3和排气电磁阀5均为水密耐压型电磁阀。
水舱1为水下装备注水后存储海水的容器。
本实施例的水下姿态自适应的注水装置的工作过程,
一)、当水下装备处于水面状态准备开始下潜时,打开注水电磁阀3和排气电磁阀5,使得水舱1在水下装备的自重的作用下开始注水,在注水过程中水舱1中的空气经过垫圈9、密封圈10、排气支管6、排气电磁阀5排出水舱1,海水通过注水电磁阀3、注水管2进入水舱1;在这一过程中水下装备因水舱1中不断注水,自身重力逐渐上升,水下装备逐渐下潜,若在此过程中无海洋环境中的风、浪、流的影响,水下装备无纵倾,此注水过程将持续到水下装备注水完成;
二)、若在注水过程中存在海洋环境中的风、浪、流的影响使得水下装备存在纵倾,
首先,水下装备艉倾状态时,排气支管6后端的高度低于前端的高度,重球11在重力的作用下滚动到排气支管6的后端,重球11在重力作用下抵住后端的密封圈10并与之贴合后密封;在重球11挤压作用下密封圈10与垫圈9贴合后密封;在设备安装完好的情况下,锁紧套8与排气支管6螺纹连接后压紧垫圈9,锁紧套8与排气支管6连接处也形成密封,在重球11以及垫块12共同作用下,排气支管6的后端形成密封,水舱1中的水或空气不会沿着排气支管6的后端进入到排气支管6中;
若排气支管6中存在部分水,因重球11与排气支管6之间的设计间隙小,在重球11因重力作用向排气支管6一端滚动时,可将排气支管6一端可能存在的水排出排气支管6,防止排气支管6中存在过多的水封住排气管4空气出口;
在排气支管6的后端形成密封后,水舱1前端空气经过排气支管6前端的垫圈9、密封圈10、排气支管6、排气管4、排气电磁阀5与大气相通,海水可以继续通过注水电磁阀3、注水管2进入至水舱1,水下装备的注水过程继续进行;
当海洋环境中的风、浪、流的继续影响水下装备使得水下装备由艉倾状态改变为艏倾状态,重球11将在重力的作用下滚动到排气支管6的前端,使得排气支管6的前端形成密封,水舱1后端的空气将于大气相通,水下装备的注水过程可继续进行;
无论处于哪本实施例的纵倾状态,水舱1前端或后端的空气均通过排气支管6排出水舱1,当排气过程结束,注水过程也相应结束,水下装备完成注水。
本发明的具体结构和功能如下:
水舱1--水舱1是用于水下装备注水后存储海水的容器,通过改变注入水舱1中海水质量的多少达到改变水下装备自身重量的目的,在水下装备整体可提供的浮力不变的情况下,改变了水下装备自身重力可调整水下装备的潜浮状态;水下姿态自适应的注水装置的所有设备均安装在水舱1上。
注水管2--在水下装备注水时,海水通过注水管2进入到水舱1中;
注水管2通过焊接的方式与水舱1固定,注水管2的管路接口连接注水电磁阀3。
注水电磁阀3--注水电磁阀3为水密耐压型电磁阀,在水下装备注水时,打开注水电磁阀3并保持开启状态,水舱1经过注水管2、注水电磁阀3与外部的海水联通,当排气电磁阀5开启时,海水即可通过注水电磁阀3、注水管2流入到水舱1中;注水电磁阀3的管路接口连接注水管2,并处于海水环境中。
排气管4--在水下装备注水时,海水通过水舱1底部的注水管2进入,进入的海水压迫水舱1中的空气,被压迫的空气通过水舱1顶部的排气管4排出去;排气管4通过焊接方式与水舱1连接,排气管4的管路接口连接排气电磁阀5。
排气电磁阀5--排气电磁阀5为水密耐压型电磁阀,在水下装备注水时,打开排气电磁阀5,水舱1通过排气管4与外部的大气联通后,海水才能从底部的注水管2进入水舱1;排气电磁阀5的管路接口连接排气管4,在开始注水时处于空气环境中。
排气支管6--排气支管6是排气管4在水舱1内部的前后延伸,当水下装备因环境影响发生纵倾时,通过锁紧套8、垫圈9、密封圈10及重球11组合的作用,可将水舱1中的空气持续排出;排气支管6与排气管4焊接连接。
支撑圈7--支撑圈7分别套在排气支管6的前后两侧,用于将排气支管6与水舱1抵住,防止水下装备在风、浪、流等外部条件下引起的频繁纵摇导致排气支管6产生的惯性力频繁作用在排气管4与水舱1的焊缝上,防止焊缝产生裂纹。
锁紧套8--锁紧套8与排气支管6的端部通过螺纹连接,锁紧套8与排气支管6通过螺纹锁紧时压紧垫圈9,对垫圈9起到固定作用。
垫圈9--垫圈9同时起到两处密封的作用:一是,在锁紧套8与排气支管6螺纹连接时,垫圈9被压紧后起到密封作用,垫圈9密封了锁紧套8与排气支管6的连接处;二是,垫圈9是密封圈10的密封支撑面,当垫圈9与密封圈10在挤压作用下贴合后密闭;垫圈9与密封圈10在顶部硫化连接。
密封圈10--在重球11的作用下,密封圈10与垫圈9配套使用。见图1,外部风、浪、流影响下水下装备发生纵倾(图1中的示意为艉倾),排气支管6后端(图1中左侧)位置低,重球11在重力作用下抵住密封圈10,使得密封圈10与垫圈9在挤压作用下密闭;密封圈10与重球11的接触面设计成与重球11贴合的球面结构,当重球11在重力作用下压迫密封圈10时,重球11与密封圈10的密封面贴合形成密封;支管前端(图1中右侧)因没有重球11的作用形成密封,水舱1中被压迫空气经过排气支管6前端(图1中右侧部分)的垫圈9、密封圈10以及排气支管6、排气管4、排气电磁阀5排出水舱1,海水可持续通过注水管2进入到水舱1中;密封圈10与垫圈9在顶部硫化连接,密封圈10与垫圈9采用分体设计使得密封圈10具有一定的浮动性,以便于重球11与密封圈10更好地贴合密封。
重球11--重球11为球形滚珠,当水下装备发生纵倾时,重球11在重力作用下滚向排气支管6位置较低的一端,并抵住位置较低一端的密封圈10并与之密封,并使得密封圈10与垫圈9在挤压作用下密封,使得水舱1中的流体无法进入到排气支管6较低的一端;同时重球11与排气支管6之间的设计间隙小,在重球11因重力作用向排气支管6的一端滚动时,可将排气支管6一端可能存在的水排出排气支管6,防止排气支管6中存在过多的水封住排气管4空气出口;重球11直接放置在排气支管6中,不固定安装。
工作过程如下:
水下装备下潜过程中因受到外部环境影响或自身原因,将带着一定的纵倾下潜,若不采用本发明所涉及的排气支管6及配套的部件设计,而是采用常规的单排气通道设计(无排气支管6及配套的部件),在图1所示的水位1位置,水舱1中的空气还可以排出,在水舱1中的水位上升至图中水位2的位置时,由于海水封住了排气管4的出口,导致右上角的空气被“憋”在水舱1中,不能排出水舱,海水将不能继续通过注水管2进入水舱1,水下装备的自身重力将不再上升,因为水舱1中“憋”住了部分空气,水下装备的自身重力有可能会小于水下装备整体可提供的浮力,水下装备未完成整个下潜过程;当水下装备纵倾姿态变化后水舱1中的海水可能不再封住排气管4的出口,注水过程才可以继续。在纵倾变化的影响下上述过程可能会持续多次,影响了水下装备下潜的进程,增加了水下装备受到水面恶劣工况影响的时间,增大了水下装备受损的风险。
鉴于上述原因,本发明的工作过程说明如下:
一)、当水下装备处于水面状态准备开始下潜时,打开注水电磁阀3和排气电磁阀5,使得水舱1在水下装备的自重的作用下开始注水。在注水过程中水舱1中的空气经过垫圈9、密封圈10、排气支管6、排气电磁阀5排出水舱1,海水通过注水电磁阀3、注水管2进入水舱1。在这一过程中水下装备因水舱1中不断注水,自身重力逐渐上升,水下装备逐渐下潜。若在此过程中无海洋环境中的风、浪、流的影响,水下装备无纵倾,此注水过程将持续到水下装备注水完成。
二)、若在注水过程中存在海洋环境中的风、浪、流的影响使得水下装备存在纵倾,使用本发明的排气支管6及配套的部件设计,可以使得水下装备的注水过程不受纵倾的影响,实现顺利下潜。在纵倾状态(以图1中艉倾过程为例)进行说明:
①、水下装备艉倾状态时,如图1所示,排气支管6的后端(图1中左侧)的高度低于前端的高度,重球11在重力的作用下滚动到排气支管6的后端,重球11在重力作用下抵住后端的密封圈10并与之贴合后密封;在重球11挤压作用下密封圈10与垫圈9贴合后密封;在设备安装完好的情况下,锁紧套8与排气支管6螺纹连接后压紧垫圈9,锁紧套8与排气支管6连接处也形成密封。在重球11以及锁紧套8等的共同作用下,排气支管6的后端形成密封,水舱1中的水或空气不会沿着排气支管6的后端进入到排气支管6中。
②、若排气支管6中存在部分水,因重球11与排气支管6之间的设计间隙小,在重球11因重力作用向排气支管6一端滚动时,可将排气支管6一端可能存在的水排出排气支管6,防止排气支管6中存在过多的水封住排气管4空气出口。
③、在排气支管6的后端形成密封后,水舱1前端(图1中右侧)的空气经过排气支管6前端的垫圈9、密封圈10、排气支管6、排气管4、排气电磁阀5与大气相通,海水可以继续通过注水电磁阀3、注水管2进入至水舱1,水下装备的注水过程继续进行。
④、当海洋环境中的风、浪、流的继续影响水下装备使得水下装备由艉倾状态改变为艏倾状态,重球11将在重力的作用下滚动到排气支管6的前端,使得排气支管6的前端形成密封,水舱1后端的空气将于大气相通,水下装备的注水过程可继续进行。
⑤、无论处于哪一种纵倾状态,水舱1前端或后端的空气均通过排气支管6排出水舱1,当排气过程结束,注水过程也相应结束,水下装备完成注水。
以上描述是对本发明的解释,不是对发明的限定,本发明所限定的范围参见权利要求,在本发明的保护范围之内,可以作任何形式的修改。
Claims (9)
1.一种水下姿态自适应的注水装置,其特征在于:包括水舱(1),所述水舱(1)的一端中部位置安装有与水舱(1)内部连通的注水管(2),所述注水管(2)上安装有注水电磁阀(3),所述注水电磁阀(3)与外部的海水连通,所述水舱(1)的另一端中部位置安装有与水舱(1)内部连通的排气管(4),所述排气管(4)上安装有排气电磁阀(5);
位于水舱(1)内部的排气管(4)前后延伸有排气支管(6),所述排气支管(6)的长度方向与水舱(1)的长度方向平行,所述排气支管(6)的前后两侧分别套有支撑圈(7),所述支撑圈(7)的外壁面与水舱(1)的内壁面抵接,
所述排气支管(6)的两端部分别安装有端口连接件,
所述端口连接件的结构为:包括锁紧套(8),所述锁紧套(8)通过螺纹连接在排气支管(6)的端部,所述锁紧套(8)内部与排气支管(6)之间还安装有垫块(12),所述垫块(12)通过垫圈(9)和密封圈(10)组成,所述垫圈(9)的截面呈凸字型结构,垫圈(9)的大头与锁紧套(8)配合,垫圈(9)的小头伸入至排气支管(6)的内部,并延伸有密封圈(10),排气支管(6)内部设置有一个重球(11),所述密封圈(10)与重球(11)抵接;所述锁紧套(8)内部从左往右依次设置有第一通孔(801)、第二通孔(802)和第三通孔(803),所述第一通孔(801)的内径与垫圈(9)的内径相同,所述第二通孔(802)内配合安装垫块(12)和排气支管(6),所述第三通孔(803)的内壁面设置有内螺纹(804),内螺纹(804)与排气支管(6)的外壁面配合。
2.如权利要求1所述的一种水下姿态自适应的注水装置,其特征在于:所述垫圈(9)与密封圈(10)在圆周方向设置有沉槽。
3.如权利要求1所述的一种水下姿态自适应的注水装置,其特征在于:所述垫块(12)为一体式结构。
4.如权利要求1所述的一种水下姿态自适应的注水装置,其特征在于:第二通孔(802)、第三通孔(803)和第一通孔(801)的直径由大到小依次递减。
5.如权利要求1所述的一种水下姿态自适应的注水装置,其特征在于:所述排气支管(6)为空心管,与排气管(4)焊接连接。
6.如权利要求1所述的一种水下姿态自适应的注水装置,其特征在于:所述重球(11)采用球形滚珠,所述重球(11)的直径小于排气支管(6)的内径。
7.如权利要求1所述的一种水下姿态自适应的注水装置,其特征在于:所述注水电磁阀(3)和排气电磁阀(5)均为水密耐压型电磁阀。
8.如权利要求1所述的一种水下姿态自适应的注水装置,其特征在于:所述水舱(1)为水下装备注水后存储海水的容器。
9.利用权利要求1所述的一种水下姿态自适应的注水装置的工作过程,其特征在于:
一)、当水下装备处于水面状态准备开始下潜时,打开注水电磁阀(3)和排气电磁阀(5),使得水舱(1)在水下装备的自重的作用下开始注水,在注水过程中水舱(1)中的空气经过垫圈(9)、密封圈(10)、排气支管(6)、排气电磁阀(5)排出水舱(1),海水通过注水电磁阀(3)、注水管(2)进入水舱(1);在这一过程中水下装备因水舱(1)中不断注水,自身重力逐渐上升,水下装备逐渐下潜,若在此过程中无海洋环境中的风、浪、流的影响,水下装备无纵倾,此注水过程将持续到水下装备注水完成;
二)、若在注水过程中存在海洋环境中的风、浪、流的影响使得水下装备存在纵倾,
首先,水下装备艉倾状态时,排气支管(6)后端的高度低于前端的高度,重球(11)在重力的作用下滚动到排气支管(6)的后端,重球(11)在重力作用下抵住后端的密封圈(10)并与之贴合后密封;在重球(11)挤压作用下密封圈(10)与垫圈(9)贴合后密封;在设备安装完好的情况下,锁紧套(8)与排气支管(6)螺纹连接后压紧垫圈(9),锁紧套(8)与排气支管(6)连接处也形成密封,在重球(11)以及垫块(12)共同作用下,排气支管(6)的后端形成密封,水舱(1)中的水或空气不会沿着排气支管(6)的后端进入到排气支管(6)中;
若排气支管(6)中存在部分水,因重球(11)与排气支管(6)之间的设计间隙小,在重球(11)因重力作用向排气支管(6)一端滚动时,可将排气支管(6)一端可能存在的水排出排气支管(6),防止排气支管(6)中存在过多的水封住排气管(4)空气出口;
在排气支管(6)的后端形成密封后,水舱(1)前端空气经过排气支管(6)前端的垫圈(9)、密封圈(10)、排气支管(6)、排气管(4)、排气电磁阀(5)与大气相通,海水可以继续通过注水电磁阀(3)、注水管(2)进入至水舱(1),水下装备的注水过程继续进行;
当海洋环境中的风、浪、流继续影响水下装备使得水下装备由艉倾状态改变为艏倾状态,重球(11)将在重力的作用下滚动到排气支管(6)的前端,使得排气支管(6)的前端形成密封,水舱(1)后端的空气将与大气相通,水下装备的注水过程可继续进行;
无论处于哪一种纵倾状态,水舱(1)前端或后端的空气均通过排气支管(6)排出水舱(1),当排气过程结束,注水过程也相应结束,水下装备完成注水。
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