專利名稱：一種封閉式電液浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種封閉式電液浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，屬于海洋工程技術(shù)領(lǐng)域。它通過(guò)改變浮力來(lái)為深海水下航行載體提供動(dòng)力，作為以浮力為驅(qū)動(dòng)的水下航行載體和水下觀測(cè)平臺(tái)的動(dòng)力系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
海洋環(huán)境觀測(cè)是人類認(rèn)識(shí)和了解海洋的重要手段，也是開(kāi)發(fā)利用海洋資源的前提。水下觀測(cè)平臺(tái)技術(shù)是提高海洋環(huán)境觀測(cè)與海洋資源開(kāi)發(fā)能力的基礎(chǔ)。目前長(zhǎng)期、連續(xù)和大范圍的水下環(huán)境觀測(cè)內(nèi)容，包括物理學(xué)參數(shù)、海洋地質(zhì)學(xué)和地球物理學(xué)參數(shù)、海洋化學(xué)參數(shù)、海洋生物學(xué)參數(shù)以及海洋工程方面的現(xiàn)場(chǎng)接近觀測(cè)。
目前能滿足上述觀測(cè)需求的水下觀測(cè)平臺(tái)，主要有水下潛標(biāo)、水下無(wú)人潛水器、水下滑翔潛水器等，其中水下無(wú)人潛水器采用螺旋槳驅(qū)動(dòng)，水下潛標(biāo)和水下滑翔潛水器采用浮力驅(qū)動(dòng)。水下滑翔潛水器是一種新型的水下觀測(cè)平臺(tái)。水下滑翔潛水器與水下潛標(biāo)相比，具有機(jī)動(dòng)性和可控性好等優(yōu)點(diǎn)。水下滑翔潛水器與水下無(wú)人潛水器相比，具有作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、作業(yè)范圍廣、航行距離長(zhǎng)、作業(yè)費(fèi)用低、對(duì)母船依靠性小和投放與回收簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。水下滑翔潛水器可以在海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用，既可以作為海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點(diǎn)，也可以獨(dú)立作為一個(gè)水下觀測(cè)平臺(tái)完成水下作業(yè)。
在專利號(hào)為01100006.6的滑翔潛艇發(fā)明專利中，滑翔潛艇的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用人力作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，縮短了滑翔潛艇的作業(yè)時(shí)間，也減小了作業(yè)范圍，無(wú)法滿足實(shí)際水下觀測(cè)需求。另外滑翔潛艇的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用的是非封閉式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它是把耐壓殼體中的外界介質(zhì)(如水和海水等)排出和吸入耐壓殼體，以便使滑翔潛艇的浮力發(fā)生變化從而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。采用非封閉式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)會(huì)極大地降低滑翔潛艇的下潛深度，無(wú)法下潛到深海完成作業(yè)任務(wù)。另外外界介質(zhì)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部直接接觸而腐蝕驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，降低驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命。
在專利號(hào)為200420109950.X的利用海洋溫差能驅(qū)動(dòng)烷烴發(fā)動(dòng)機(jī)的滑翔式潛水器的實(shí)用新型專利中，利用海洋溫差作為滑翔式潛水器動(dòng)力能源，這樣受外界環(huán)境因素影響大。
目前水下滑翔潛水器也可以采用二次能源(電池)作為動(dòng)力能源，但是這類潛水器必須自身攜帶電源供電，而載體耐壓艙空間狹小，只能攜帶有限的能源，這樣限制了它的使用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域，無(wú)法滿足長(zhǎng)期、連續(xù)、大范圍和大深度的水下環(huán)境觀測(cè)作業(yè)任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服以浮力為驅(qū)動(dòng)的水下航行載體的能源不足和耐壓艙空間的限制，以及增加水下航行載體下潛深度。本發(fā)明提供一種高度集成和高效率的封閉式電液浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)部的液體介質(zhì)處于完全封閉狀態(tài)，通過(guò)調(diào)整內(nèi)部液體介質(zhì)箱和外部液體介質(zhì)囊中的液體介質(zhì)體積來(lái)改變載體的浮力大小，為深海水下航行載體提供航行動(dòng)力。
本發(fā)明包括密閉耐壓殼體、內(nèi)部液體介質(zhì)箱、外部液體介質(zhì)囊、液體介質(zhì)，內(nèi)部液體介質(zhì)箱位于密閉殼體內(nèi)部，外部液體介質(zhì)囊位于密閉殼體外部，內(nèi)部液體介質(zhì)箱和外部液體介質(zhì)囊內(nèi)部均置有液體介質(zhì)，它們之間通過(guò)液體介質(zhì)管路連通，管路上設(shè)有液壓泵、截止式電磁換向閥、溢流閥和流量計(jì)，且都集成在集成液壓塊上，集成液壓塊上還集成有直流電機(jī)，直流電機(jī)與液壓泵在集成液壓塊內(nèi)部連接，直流電源與直流電機(jī)連接。
所述的液壓泵采用雙向液壓泵時(shí)，截止式電磁換向閥采用無(wú)泄漏的二位二通閥；其管路連接關(guān)系液壓泵的一個(gè)口分別與截止式電磁換向閥的一個(gè)口和溢流閥的入口相連，截止式電磁換向閥的另一個(gè)口通過(guò)流量計(jì)與外部液體介質(zhì)囊相連，液壓泵的另一個(gè)口分別與溢流閥的出口和內(nèi)部液體介質(zhì)箱相連。
當(dāng)液壓泵采用單向液壓泵時(shí)，截止式電磁換向閥采用無(wú)泄漏的三位四通閥；其管路連接關(guān)系液壓泵的出口分別與截止式電磁換向閥的一個(gè)口和溢流閥的入口相連，通過(guò)截止式電磁換向閥、流量計(jì)與外部液體介質(zhì)囊相連，液壓泵的入口分別與溢流閥的出口和截止式電磁換向閥的另一個(gè)口相連，通過(guò)截止式電磁換向閥與內(nèi)部液體介質(zhì)箱相連。
所述的直流電機(jī)和液壓泵集成在集成液壓塊上，在集成液壓塊內(nèi)部，通過(guò)半聯(lián)軸器和十字型聯(lián)軸節(jié)聯(lián)接直流電機(jī)和液壓泵，直流電機(jī)的輸出軸端安裝有半聯(lián)軸器置于集成液壓塊內(nèi)部，液壓泵輸入軸端安裝有十字型聯(lián)軸節(jié)，與集成液壓塊內(nèi)部的半聯(lián)軸器相配合。直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵，使液體介質(zhì)在內(nèi)部液體介質(zhì)箱和外部液體介質(zhì)囊之間流動(dòng)。
所述內(nèi)部液體介質(zhì)箱的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部液體介質(zhì)箱內(nèi)部置有活塞，兩端分別通過(guò)密封圈與內(nèi)部液體介質(zhì)箱箱體相接，在活塞與內(nèi)部液體介質(zhì)箱箱體之間固定有活塞回復(fù)彈簧，在活塞與連接液體介質(zhì)管路的內(nèi)部液體介質(zhì)箱箱體之間置有液體介質(zhì)。
直流電源采用鎳氫電池、鋰電池和燃料電池，液體介質(zhì)采用液壓油、燃料油、酒精或水，內(nèi)部液體介質(zhì)箱箱體和外部液體介質(zhì)囊的容積都是可變的，其中外部液體介質(zhì)囊用軟質(zhì)和耐壓強(qiáng)度高的橡膠或塑料材料制成。
將系統(tǒng)外部液體介質(zhì)囊的液體介質(zhì)輸送到內(nèi)部液體介質(zhì)箱中，外部液體介質(zhì)囊的體積變小，則系統(tǒng)體積變小，從而系統(tǒng)受到浮力減小。在系統(tǒng)重量不變情況下，系統(tǒng)將受到向下的負(fù)浮力(系統(tǒng)的浮力小于重力)而下潛。反之，將外部液體介質(zhì)囊中的液體介質(zhì)輸送到內(nèi)部液體介質(zhì)箱中，外部液體介質(zhì)囊的體積變大，則系統(tǒng)體積變大，從而系統(tǒng)受到浮力增加。在系統(tǒng)重量不變情況下，系統(tǒng)將受到向上的正浮力(系統(tǒng)的浮力大于重力)而上浮。這樣交替的改變系統(tǒng)的正浮力和負(fù)浮力來(lái)為深海水下航行載體提供驅(qū)動(dòng)力。在系統(tǒng)中的電磁換向閥采用具有無(wú)泄漏功能的截止式電磁換向閥，由換向閥的中位機(jī)能截止液體回路，從而達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間保持壓力以及提高保持壓力的目的，提高系統(tǒng)的保持壓力可以增加深海水下航行載體的下潛深度。當(dāng)切換中位后，切斷電機(jī)的電源，以便節(jié)省能源。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，效率高，節(jié)約能源，保持壓力時(shí)間長(zhǎng)，保持壓力高，控制性能好，制造成本低等特點(diǎn)。本發(fā)明可為利用浮力作為驅(qū)動(dòng)的深海水下航行載體提供航行動(dòng)力，確保其完成長(zhǎng)期、連續(xù)、大范圍和大深度的水下環(huán)境觀測(cè)作業(yè)任務(wù)。


圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1中實(shí)施例1的液壓原理圖，圖3是圖1中實(shí)施例2的液壓原理圖，圖4是圖1中直流電機(jī)和液壓泵的聯(lián)接結(jié)構(gòu)圖，圖5是圖1的內(nèi)部液體介質(zhì)箱結(jié)構(gòu)圖；其中1.密閉耐壓殼體，2.直流電源，3.直流電機(jī)，4.液壓泵，5.集成液壓塊，6.截止式電磁換向閥，7.溢流閥，8.流量計(jì)，9.內(nèi)部液體介質(zhì)箱，10.外部液體介質(zhì)囊，11.液體介質(zhì)管路，12.液體介質(zhì)，13.支撐架，14.內(nèi)部液體介質(zhì)箱箱體，15.活塞，16.活塞回復(fù)彈簧，17.活塞密封圈，18.半聯(lián)軸器，19.十字型聯(lián)軸節(jié)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步描述。
實(shí)施例1如圖1所示，包括密閉耐壓殼體1、內(nèi)部液體介質(zhì)箱9、外部液體介質(zhì)囊10、液體介質(zhì)12，內(nèi)部液體介質(zhì)箱9位于密閉殼體1內(nèi)部，外部液體介質(zhì)囊10位于密閉殼體1外部，直接暴露在外界水下環(huán)境中；內(nèi)部液體介質(zhì)箱9和外部液體介質(zhì)囊10內(nèi)部均置有液體介質(zhì)12，之間通過(guò)液體介質(zhì)管路11連通，液體介質(zhì)12可以在內(nèi)部液體介質(zhì)箱9和外部液體介質(zhì)囊10之間流動(dòng)，在液體介質(zhì)管路11上設(shè)有液壓泵4、截止式電磁換向閥6、溢流閥7和流量計(jì)8，且都集成在集成液壓塊5上，在集成液壓塊5內(nèi)的液體介質(zhì)管路11連通，集成液壓塊5上還集成有直流電機(jī)3，直流電機(jī)3與液壓泵4在集成液壓塊5內(nèi)部連接，直流電源與直流電機(jī)連接。
所述的泵為液壓泵4，閥為截止式電磁換向閥6，液壓泵4和截止式電磁換向閥6、溢流閥7和流量計(jì)8之間通過(guò)集成液壓塊5內(nèi)的液體介質(zhì)管路11連通，為了減小封閉式電液浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的體積，直流電機(jī)3、液壓泵4、截止式電磁換向閥6、溢流閥7、流量計(jì)8都集成在集成液壓塊5上，直流電機(jī)3與液壓泵4在集成液壓塊5內(nèi)部連接，直流電源2與直流電機(jī)3連接。
本例中的液壓泵4采用雙向泵，截止式電磁換向閥6為無(wú)泄漏的二位二通閥，具體管路連接關(guān)系，如圖2所示其管路連接關(guān)系液壓泵的一個(gè)口分別與截止式電磁換向閥的一個(gè)口和溢流閥的入口相連，截止式電磁換向閥6的另一個(gè)口通過(guò)流量計(jì)8與外部液體介質(zhì)囊10相連，液壓泵4的另一個(gè)口分別與溢流閥7的出口和內(nèi)部液體介質(zhì)箱9相連。此結(jié)構(gòu)能有效地截止液體回路，從而達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間保持壓力以及提高保持壓力的目的；系統(tǒng)的保持壓力大可以增加水下航行載體的下潛深度，當(dāng)系統(tǒng)截止液體介質(zhì)回路后，系統(tǒng)進(jìn)入保持壓力狀態(tài)，可以切斷直流電機(jī)2的直流電源3，以便節(jié)省能源。在系統(tǒng)中溢流閥7起到限制系統(tǒng)壓力和卸載的作用。
內(nèi)部液體介質(zhì)箱9的結(jié)構(gòu)，如圖4所示內(nèi)部液體介質(zhì)箱9內(nèi)部置有活塞15，兩端分別通過(guò)2個(gè)密封圈17與內(nèi)部液體介質(zhì)箱箱體14相接，在活塞15與內(nèi)部液體介質(zhì)箱箱體14之間固定有活塞回復(fù)彈簧16，在活塞15與連接液體介質(zhì)管路11的內(nèi)部液體介質(zhì)箱箱體14之間置有液體介質(zhì)12。
如圖5所示，在集成液壓塊5內(nèi)部，用半聯(lián)軸器18和十字型聯(lián)軸節(jié)19，將直流電機(jī)3與液壓泵4相聯(lián)，直流電機(jī)3的輸出軸端安裝有半聯(lián)軸器18置于集成液壓塊5內(nèi)部，液壓泵4輸入軸端安裝有十字型聯(lián)軸節(jié)19，與集成液壓塊5內(nèi)部的半聯(lián)軸器18相配合。
本例中的直流電源2采用鎳氫電池，液體介質(zhì)12采用液壓油，內(nèi)部液體介質(zhì)箱箱體14和外部液體介質(zhì)囊10的容積都是可變的，外部液體介質(zhì)囊10采用軟質(zhì)和耐壓強(qiáng)度高的橡膠制成。
本發(fā)明采用直流電機(jī)3來(lái)驅(qū)動(dòng)液壓泵4，直流電機(jī)3轉(zhuǎn)速恒定，使用截止式電磁換向閥6控制液體介質(zhì)12的流向，從而控制內(nèi)部液體介質(zhì)箱9和外部液體介質(zhì)囊10的體積大小，再通過(guò)截止式電磁換向閥6截止液體介質(zhì)管路11，以便保持系統(tǒng)內(nèi)部有足夠的壓力抵抗外界環(huán)境對(duì)外部液體介質(zhì)囊的壓力。這樣系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整內(nèi)部液體介質(zhì)箱9和外部液體介質(zhì)囊10中的液體介質(zhì)12體積來(lái)改變系統(tǒng)浮力。
具體工作過(guò)程通過(guò)調(diào)整內(nèi)部液體介質(zhì)箱9和外部液體介質(zhì)囊10中的液體介質(zhì)12體積來(lái)改變系統(tǒng)浮力。將外部液體介質(zhì)囊10的液體介質(zhì)12輸送到內(nèi)部液體介質(zhì)箱9中，外部液體介質(zhì)囊10的體積變小，則系統(tǒng)體積變小，從而系統(tǒng)受到的浮力減小。在重量不變情況下，將受到向下的負(fù)浮力(系統(tǒng)的浮力小于重力)而下潛。反之，將外部液體介質(zhì)囊10中的液體介質(zhì)12輸送到內(nèi)部液體介質(zhì)箱9中，外部液體介質(zhì)囊10體積變大，則系統(tǒng)體積變大，從而系統(tǒng)受到的浮力增加。在重量不變情況下，將受到向上的正浮力(系統(tǒng)的浮力大于重力)而上浮。系統(tǒng)交替的改變系統(tǒng)的正浮力和負(fù)浮力來(lái)為水下載體航行提供驅(qū)動(dòng)力。
實(shí)施例2其結(jié)構(gòu)如圖1所示，與實(shí)施例1相同。本例中的液壓泵4采用單向泵，截止式電磁換向閥6為無(wú)泄漏的三位四通閥，具體管路連接關(guān)系，如圖3所示其管路連接關(guān)系液壓泵4的出口分別與截止式電磁換向閥6的一個(gè)口和溢流閥7的入口相連，通過(guò)截止式電磁換向閥6、流量計(jì)8與外部液體介質(zhì)囊10相連，液壓泵4的入口分別與溢流閥7的出口和截止式電磁換向閥6的另一個(gè)口相連，通過(guò)截止式電磁換向閥6與內(nèi)部液體介質(zhì)箱9相連。此結(jié)構(gòu)能有效地截止液體回路，從而達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間保持壓力以及提高保持壓力的目的；系統(tǒng)的保持壓力大可以增加水下航行載體的下潛深度，當(dāng)系統(tǒng)截止液體介質(zhì)回路后，系統(tǒng)進(jìn)入保持壓力狀態(tài)，可以切斷直流電機(jī)3的直流電源2，以便節(jié)省能源。在系統(tǒng)中溢流閥7起到限制系統(tǒng)壓力和卸載的作用。本例中內(nèi)部液體介質(zhì)箱9的結(jié)構(gòu)、及直流電機(jī)3與液壓泵4在集成液壓塊5內(nèi)部的連接結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，如圖4、圖5所示。本例中的直流電源2采用燃料電池，液體介質(zhì)12采用水，內(nèi)部液體介質(zhì)箱箱體14和外部液體介質(zhì)囊10的容積都是可變的，外部液體介質(zhì)囊10采用軟質(zhì)和耐壓強(qiáng)度高的塑料制成。
權(quán)利要求
1.一種封閉式電液浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括密閉耐壓殼體、內(nèi)部液體介質(zhì)箱、外部液體介質(zhì)囊、液體介質(zhì)，內(nèi)部液體介質(zhì)箱位于密閉殼體內(nèi)部，外部液體介質(zhì)囊位于密閉殼體外部，內(nèi)部液體介質(zhì)箱和外部液體介質(zhì)囊之間通過(guò)液體介質(zhì)管路連通，其特征在于管路上設(shè)有液壓泵、截止式電磁換向閥、溢流閥和流量計(jì)，且都集成在集成液壓塊上，集成液壓塊上還集成有直流電機(jī)，直流電機(jī)與液壓泵在集成液壓塊內(nèi)部連接，直流電源與直流電機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉式電液浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述的液壓泵為雙向液壓泵時(shí)，截止式電磁換向閥為無(wú)泄漏的二位二通閥，其管路連接關(guān)系液壓泵的一個(gè)口分別與截止式電磁換向閥的一個(gè)口和溢流閥的入口相連，截止式電磁換向閥的另一個(gè)口通過(guò)流量計(jì)與外部液體介質(zhì)囊相連，液壓泵的另一個(gè)口分別與溢流閥的出口和內(nèi)部液體介質(zhì)箱相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉式電液浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述的液壓泵為單向液壓泵時(shí)，截止式電磁換向閥為無(wú)泄漏的三位四通閥，其管路連接關(guān)系液壓泵的出口分別與截止式電磁換向閥的一個(gè)口和溢流閥的入口相連，通過(guò)截止式電磁換向閥、流量計(jì)與外部液體介質(zhì)囊相連，液壓泵的入口分別與溢流閥的出口和截止式電磁換向閥的另一個(gè)口相連，通過(guò)截止式電磁換向閥與內(nèi)部液體介質(zhì)箱相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉式電液浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述的直流電機(jī)和液壓泵在集成液壓塊內(nèi)部通過(guò)半聯(lián)軸器和十字型聯(lián)軸節(jié)聯(lián)接，直流電機(jī)的輸出軸端安裝有半聯(lián)軸器置于集成液壓塊內(nèi)部，液壓泵輸入軸端安裝有十字型聯(lián)軸節(jié)，與集成液壓塊內(nèi)部的半聯(lián)軸器相配合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉式電液浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述的內(nèi)部液體介質(zhì)箱內(nèi)部置有活塞，兩端分別通過(guò)密封圈與內(nèi)部液體介質(zhì)箱箱體相接，在活塞與內(nèi)部液體介質(zhì)箱箱體之間固定有活塞回復(fù)彈簧，在活塞與連接液體介質(zhì)管路的內(nèi)部液體介質(zhì)箱箱體之間置有液體介質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉式電液浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述的直流電源為鎳氫電池、或鋰電池、或燃料電池；液體介質(zhì)為液壓油、或燃料油、或酒精、或水；內(nèi)部液體介質(zhì)箱箱體和外部液體介質(zhì)囊的容積都是可變的，外部液體介質(zhì)囊為軟質(zhì)、耐壓強(qiáng)度高的橡膠或塑料材料。
全文摘要
一種封閉式電液浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，屬于海洋工程技術(shù)領(lǐng)域。其結(jié)構(gòu)包括密閉耐壓殼體、內(nèi)部液體介質(zhì)箱、外部液體介質(zhì)囊、液體介質(zhì)，內(nèi)部液體介質(zhì)箱位于密閉耐壓殼體內(nèi)部，外部液體介質(zhì)囊位于密閉耐壓殼體外部，內(nèi)部液體介質(zhì)箱和外部液體介質(zhì)囊之間通過(guò)液體介質(zhì)管路連通，管路上設(shè)有液壓泵、截止式電磁換向閥、溢流閥和流量計(jì)，且都集成在集成液壓塊上，集成液壓塊上還集成有直流電機(jī)，直流電機(jī)與液壓泵在集成液壓塊內(nèi)部連接，直流電源與直流電機(jī)連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，效率高，節(jié)約能源，保持壓力時(shí)間長(zhǎng)，保持壓力高，控制性能好，制造成本低。
文檔編號(hào)B63G8/24GK1951762SQ20061013432
公開(kāi)日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2006年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月21日
發(fā)明者張禹, 王世杰, 蘇東海, 胡俊宏 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)