一种深远海设备用节能浮力调节装置的制作方法

1.本发明涉及一种浮力调节装置，具体涉及一种深远海设备用节能浮力调节装置。


背景技术：

2.浮力调节装置是水下潜航器的重要组成部分，通过它可以方便的控制水下潜航器的升沉，浮力调节装置通常需要工作在深海中，它的主要工作原理如图1所示，虚线为金属壳体将其内部元件与海水隔绝，外皮囊内的压强随着水深的增加而增加，液压油在内皮囊和外皮囊中转换，造成整体体积变化，从而调节装置的浮力。
3.具体来说，现有的液压浮力调节装置一般采用单向泵，从内皮囊往外皮囊排油，整体体积增大，浮力增加；电磁阀开启后外皮囊内的液压油通过电磁阀进入内皮囊，浮力降低。这样做，每次泵排出油液均消耗功率，外部高压油液进入内皮囊的低压腔，液压能量转化成了热量。而对于深远海海洋探测来讲，由于携带的电池电量总是有限的并且难以得到补充，无论如何提高液压元件的效率，泵往外排油的功率都是被消耗掉的，此浮力调节装置的使用时间就会很有限。
4.同时，在浮力降低的过程中，由于外部压力高，液压油通过电磁阀进入到内皮囊的流速会非常快，导致体积难以精确控制，也就是设备下沉时的浮力难以精确控制。采用固定节流口的话，对于不同海深流速差距太大；采用比例节流阀则增加体积和耗电量，同时元件增多也降低系统可靠性。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种浮力调节装置，以减少深远海设备在下沉过程中的能量损耗，同时对下沉的浮力进行精确的控制。
6.为了达到上述目的，本方案提供一种深远海设备用节能浮力调节装置，包括密闭容器和位于密闭容器外的外皮囊，所述密闭容器内设置有盛装液压油的内皮囊、双向柱塞泵、以及电性连接的电机、电源和控制器，所述内皮囊与外皮囊通过管路连接，所述双向柱塞泵串接在内皮囊与外皮囊的管路上，所述电机与双向柱塞泵连接并相互驱动，所述外皮囊与双向柱塞泵间的管路上还设置有向外皮囊流通的单向阀，所述单向阀两端设置有电磁阀，该电磁阀与电源和控制器电性连接。
7.作为优选方案，所述双向柱塞泵为双向轴向柱塞泵。
8.作为优选方案，所述双向轴向柱塞泵采用斜盘柱塞泵，其进出油口对称设计，这样的设计可以实现实现四象限运转功能，即能正反向运转，并且每个旋向都能当作泵或者马达使用。
9.作为优选方案，所述电机为直流无刷伺服电机。
10.作为优选方案，还在密闭容器外设置有检测海水压力的压力传感器，所述压力传感器电性连接控制器，进而根据压力与水深的关系检测水深的变化。
11.作为优选方案，所述外皮囊在下沉开始后的升降循环中，其压力一直高于内皮囊。
这样内皮囊油液进入外皮囊增加浮力时，电机驱动泵消耗能量；外皮囊油液进入内皮囊降低浮力时，特别是外部压力达到一定程度如1mpa，即水深超过100米时，液压油均可驱动马达旋转，带动发电机发电。
12.本方案的有益效果在于：通过采用斜盘柱塞泵形式，进出油口对称设计，实现了正反向运转，并且每个旋向都能当作泵或者马达使用，当正向旋转时当作泵用，电机驱动泵将内皮囊内的低压油输送到高压外皮囊内，浮力增大；当需要减小浮力时，外皮囊内高压油经过双向柱塞泵流向低压内皮囊，驱动双向柱塞泵反向旋转，带动发电机旋转发电，其发的电对浮力调节装置的电源进行充电，实现能量回收。既能当作泵为外皮囊打油，也能被液压马达驱动作为电机使用。在泵工况下，整套设备往外打油的总效率约为60％，而在马达工况下，整套设备能量回收总效率50％。这样首轮能量回收为原本电量的30％，这30％的电量中又有30％是可以再次回收的。循环累积下来，能回收利用约42％的能量；此外，本技术通过控制器控制电机发电加载量，来控制外部油液进入内皮囊的速度，实现浮力精确调节。
附图说明
13.图1为背景技术中描述的产品的结构示意图。
14.图2为本发明实施例的结构示意图。
15.图3为本发明实施例的双向柱塞泵的四象限工作需求图。
16.其中包括，密闭容器1，外皮囊2，内皮囊3、双向柱塞泵4、电机5、电源6、电磁阀7、单向阀8、压力传感器9。
具体实施方式
17.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
18.如附图2、3所示，本实施例提供一种深远海设备用节能浮力调节装置，包括密闭容器1，即图2中的虚线方框，外皮囊2，内皮囊3、双向柱塞泵4、电机5、电源6和控制器，其中外皮囊2，内皮囊3中盛装有液压油，并通过管路连通，且内皮囊3和外皮囊2分别位于密闭容器1的内、外部，密闭容器1采用抗压金属外壳，电机5、电源6和控制器电性连接并设置有密闭容器1中，电机5优选为直流无刷伺服电机，双向柱塞泵4采用双向轴向柱塞泵，优选进出油口对称设计的斜盘柱塞泵，双向柱塞泵4位于密闭容器1中并串接在内皮囊3与外皮囊2之间的管路上，电机5与双向柱塞泵4机械连接并可以相互驱动，电机5可以驱动双向柱塞泵4做为泵使用，双向柱塞泵4也可以作为马达反向驱动电机5，外皮,2与双向柱塞泵4间的管路上还设置有向外皮囊流通的单向阀8，单向阀8的两端设置有电磁阀7，电磁阀7与电源和控制器电性连接。在密闭容器1的壁上还安装有压力传感器9，压力传感器9电性连接控制器用来感知所处海深位置，也就是感知此时外皮囊内油液的压强，此压强信号可以通过预先设定的程序，给电机5进行按外部压强的大小加载，从而得到比较稳定的油液流速，从而实现控制浮力调节的精确度。
19.本实施例方案的工作原理如下：虚线内元件置于一个密闭容器1内，外皮囊2置于海水中，外皮囊2内液压油的体积变化会导致外皮囊2体积变化，从而使外皮囊+设备外壳的总体积变化而产生浮力变化。具体来说，当需要增大浮力时，电机5带动双向柱塞泵4旋转，将内皮囊3中的低压液压油通过单向阀8输送到外皮囊2中；当需要减小浮力时，电磁阀7打
开，外皮囊2内的高压油经过电磁阀7进入到双向柱塞泵4，带动双向柱塞泵4旋转，从而带动电机5旋转，此时电机5工作为发电机模式，发出的电给电源6进行充电。在发电模式工作下，伺服驱动器对液压马达采用转速闭环的控制方法，使马达工作在一个稳定的转速，通过控制电磁阀7的通断时间来控制马达工作的时间，这样液压油从外皮囊2通过液压马达4进入内皮囊3的流速可以得到精确的控制，从而可以实现对外皮囊2与密闭容器1的总体积进行精确控制，实现浮力的精确调节。伺服驱动器在对液压马达进行转速闭环控制的同时，会自动根据外部压强的大小，自动给予电机相应的负值电流，这个负值电流即为发电机发电的电流，采用整流器整流后可以回收能量到电池电源。
20.在水下时，外皮囊2压力一直高于内皮囊3，内皮囊3油液进入外皮囊2增加浮力时，都是电机5驱动双向柱塞泵4做为泵消耗能量；外皮囊2油液进入内皮囊3降低浮力时，都是液压油驱动双向柱塞泵4作为马达旋转，带动电机5发电。例外的情形是当设备处于浅水位置如刚下水时，外皮囊2周围的海水压力还比较低(如低于1mpa)，外部压力不足以驱动液压马达来进行发电甚至不足以驱动液压马达旋转，因此需要双向柱塞泵4做为泵使用，以从外皮囊2吸油，来达到下沉的目的，当下沉到一定程度，双向柱塞泵4就可以当作马达来使用了，因此就需要一个能够四象限工作的泵，四象限工作需求如图3所示，本实施例中的双向轴向柱塞泵即可以实现实现四象限运转功能，即能正反向运转，并且每个旋向都能当作泵或者马达使用，双向柱塞泵4的详细结构已记载在申请人的中国专利申请cn201910785785.0中，不再赘述。
21.需要提前说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。