一种基于双泵的浮力调节系统的制作方法

本发明属于水下航行技术领域，更具体地，涉及一种基于双泵的浮力调节系统。

背景技术：

水下潜航器由于机动灵活，能够在水下长时间工作等优点，可以用于海洋深处的探测以及海底打捞，已经渐渐成为人类开发利用海洋资源的重要工具。海水液压浮力调节系统是水下潜航器的重要组成部分，可补偿潜器结构变形、海水密度和盐度变化以及负载改变所带来的浮力和重量的变化，而且可在复杂的海洋环境下取代垂向推进器，其通过向载水舱注入或排出海水来改变航行体重量，从而实现潜航器的无动力深沉、定深和姿态调节。

平衡阀与安全阀是浮力调节系统中的作为潜水器的重要零件组成，在浮力调节系统中平衡阀与安全阀的阀芯动作频繁，对两阀的动静态启闭特性要求高。常用的阀芯结构形式具有球阀式与锥阀式，由于球型阀芯自适应阀口的特性，球阀式具有密封性好的优点，但是由于球阀芯与阀芯座分离，球阀式阀芯在开启时的动态响应差，甚至可能会导致球阀芯与阀座脱离导致阀口密封失效。而锥阀式阀芯的动态性能好，但是由于阀芯与阀口不具备自适应功能，密封性差。

现有的单泵式的浮力调节系统，通常将海水的注入与排出通过一个单向泵与截止阀组控制来调节，而且截止阀组中的管路连接复杂，需要由液控或电控来控制截止阀的开关。而在深海中压力大、条件复杂，对于浮力调节系统的稳定性和快速响应性要求高，并且系统中的截至阀组对于密封要求高。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于双泵的浮力调节系统，其对于密封要求低，可靠性高适用于大深度海洋。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于双泵的浮力调节系统，包括平衡安全阀组、第一进排水管、单向阀、第二进排水管、第一电机泵组和第二电机泵组，其中，

所述平衡安全阀组包括阀体、平衡阀组件、安全阀组件和阀盖，该阀体具有第一通孔和第二通孔，其中，

所述平衡阀组件设置在所述第一通孔处，该平衡阀组件包括第一阀杆、第一阀座、螺堵、第一阀芯组件和第一弹簧，所述第一通孔的上端和下端分别密封安装该螺堵和第一阀座，该第一阀座具有第一通道，该第一阀杆位于该螺堵和该第一阀座之间，该第一阀杆密封安装在该阀体的第一内壁上从而将该第一通孔分隔出平衡阀上腔和平衡阀下腔，该第一阀杆可相对该第一内壁上下移动，该第一阀杆的下端伸入该平衡阀下腔内且该第一阀杆的下端设置该第一阀芯组件，以控制该平衡阀下腔与该第一通道的通断，该第一弹簧套接在该第一阀杆上并且位于该第一内壁的下方，该第一弹簧的下端抵靠在该第一阀杆的凸肩上而上端抵靠在该阀体的第二内壁上；

所述安装阀组件设置在所述第二通孔处，该安全阀组件包括第二阀杆、第二阀座、第二弹簧座、第二阀芯组件、第二弹簧、封盖和调节螺杆，该第二弹簧座和第二阀座分别安装在该第二通孔的上端和下端，从而在第二弹簧座和第二阀座之间形成安全阀腔，该安全阀腔通过阀体上的第三通道与平衡阀上腔连通，该第二阀杆位于该安全阀腔内，并且该第二阀杆的侧面与该阀体的内壁存在间隙以让水流流过该第二阀杆的侧面，该第二弹簧座和该第二阀杆均可相对该阀体上下移动，该第二阀座具有第二通道，该第二弹簧的上端抵靠在该第二弹簧座上而下端抵靠在该第二阀杆上，该第二阀杆的下端设置该第二阀芯组件，以控制该安全阀腔与该第二通道的通断，该封盖连接在该阀体的上端，该调节螺杆螺纹连接在该封盖上并且下端穿过该封盖后抵靠该第二弹簧座的顶端；

所述阀盖固定安装在该阀体的下端，并且该阀盖的内腔与第一通道和第二通道分别连通，该阀盖的内腔、第一通道和第二通道共同形成主阀腔；

所述阀盖上设置有与阀盖的内腔连通的第一管道接口，所述阀体上设置有第二管道接口、第三管道接口和第四管道接口，该第二管道接口和第三管道接口均与该安全阀腔连通，该第四管道接口与该平衡阀下腔连通；

所述第一进排水管的一端分别连接单向阀的出水口和第二管道接口而另一端用于进排水，所述第一电机泵组的入口和出口连接所述第三管道接口和所述第一管道接口，该单向阀的进水口连接第二电机泵组的出水口，所述第二进排水管的一端分别连接第四管道接口和第二电机泵组的进水口而另一端用于连接载水舱。

优选地，所述第一电机泵组包括第一电机及由第一电机驱动的第一海水泵，并且所述第一海水泵为低压泵。

优选地，所述第二电机泵组包括第二电机及由第二电机驱动的第二海水泵，并且所述第二海水泵为高压泵。

优选地，所述第一阀芯组件包括第一阀芯和第一限位球铰，所述第一阀杆的下端设置有第一球窝，该第一限位球铰中空，该第一阀芯为一球体并且该第一阀芯的上端伸入该第一球窝内，该第一限位球铰的上端连接在该第一阀杆的下端，并且该第一限位球铰的下端托住所述第一阀芯的下部。

优选地，所述第一阀杆上的第一球窝的直径大于该第一阀芯的直径。

优选地，所述第二阀芯组件包括第二阀芯和第二限位球铰，所述第二阀杆的下端设置有第二球窝，该第二限位球铰中空，该第二阀芯为一球体并且该第二阀芯的上端伸入该第二球窝内，该第二限位球铰的上端连接在该第二阀杆的下端，并且该第二限位球铰的下端托住所述第二阀芯的下部。

优选地，所述第二阀杆上的第二球窝的直径大于该第二阀芯的直径。

优选地，所述第二限位球铰的上端螺纹连接在该第二阀杆的下端。

优选地，通过控制所述第二限位球铰与第二阀杆之间的安装第二阀芯的空间，使第二阀芯与第二阀杆之间保持设定间隙，从而使第二阀芯在第二球窝处可自动调心。

优选地，所述第一进排水管上设置有过滤器。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明将平衡阀组件与安全阀组件集成在一起，即能起到平衡两侧压力的作用，又能起到安全溢流的作用，在保证了浮力调节系统的额定压力稳定的同时有效的减少了平衡阀组件与安全阀组件的总体体积，可简化浮力调节系统管路的连接。

2)本发明可以通过控制第一限位球铰与第一阀杆之间的第一阀芯的安装空间，使第一阀芯在第一阀座与第一限位球铰之间有微量的活动空间，而第一限位球铰托住第一阀芯，与第一阀杆配合对第一阀芯的限位避免了第一阀芯的脱落，第一阀芯具有比较高的精度，在第一阀芯与第一阀座接触闭合时，第一阀芯可以灵活转动以便更好的与第一阀座配合，这种自适应调心功能有效的提高第一阀芯与第一阀座的密封性能，降低了由于加工误差和材料特性所造成的影响，同时又避免了由于第一阀芯与第一阀杆之间无约束而导致阀芯动态性能差，甚至第一阀芯脱落的现象出现。同理，安全阀组件的第二阀芯组件也能达到此效果。

3)、本发明的控制依靠两个电机泵组完成，分别由两个电机泵组独立控制来实现系统的注水与排水过程，从而省略了电控阀组，简化了管路连接，提升了系统的可控性。

4)、本发明未使用电控阀组，简化了系统的电气连接，并且避免了使用带有电磁铁控制这一类不能接触海水的液压元件，降低了系统对密封性的要求，提高了系统的可靠性，可适用于更大深度的海洋环境。

附图说明

图1是本发明连接载水舱的结构示意图；

图2是本发明中平衡安全阀组的结构示意图；

图3是本发明中平衡阀组件的第一阀芯的安装示意图；

图4是本发明中安全阀组件的第二阀芯的安装示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1～图4所示，一种基于双泵的浮力调节系统，包括平衡安全阀组500、第一进排水管600、单向阀300、第二进排水管700、第一电机泵组800和第二电机泵组900，其中，

所述平衡安全阀组500包括阀体5、平衡阀组件24、安全阀组件25和阀盖10，该阀体5具有第一通孔和第二通孔，其中，

所述平衡阀组件24设置在所述第一通孔处，该平衡阀组件24包括第一阀杆15、第一阀座11、螺堵16、第一阀芯13组件和第一弹簧14，所述第一通孔的上端和下端分别密封安装该螺堵16和第一阀座11，该第一阀座11具有第一通道17，以让水流可以从该第一通道17流过该第一阀座11，该第一阀杆15位于该螺堵16和该第一阀座11之间，该第一阀杆15密封安装在该阀体5的第一内壁上从而将该第一通孔分隔出平衡阀上腔22和平衡阀下腔23，该平衡阀上腔22和平衡阀下腔23不连通，该第一阀杆15的侧面可以安装动密封圈来实现密封，该第一阀杆15可相对该第一内壁上下移动，也即该第一阀杆15可沿自身的纵向移动，该第一阀杆15的下端伸入该平衡阀下腔23内且该第一阀杆15的下端设置该第一阀芯13组件，以控制该平衡阀下腔23与该第一通道17的通断，该第一弹簧14套接在该第一阀杆15上并且位于该第一内壁的下方，该第一弹簧14的下端抵靠在该第一阀杆15的凸肩上而上端抵靠在该阀体5的第二内壁上；在水流的作用下，第一阀杆15可克服第一弹簧14的弹力来带动第一阀芯13向上移动，从而打开第一通道17；第一弹簧14也可以在自身弹力的作用下带动第一阀杆15和第一阀芯13回位。

所述安装阀组件设置在所述第二通孔处，该安全阀组件25包括第二阀杆6、第二阀座9、第二弹簧4座3、第二阀芯8组件、第二弹簧4、封盖2和调节螺杆1，该第二弹簧4座3和第二阀座9分别安装在该第二通孔的上端和下端，从而在第二弹簧4座3和第二阀座9之间形成安全阀腔20，该安全阀腔20通过阀体5上的第三通道19与平衡阀上腔22连通，该第二阀杆6位于该安全阀腔20内，并且该第二阀杆6的侧面与该阀体5的内壁存在间隙以让水流流过该第二阀杆6的侧面，该第二弹簧4座3和该第二阀杆6均可相对该阀体5上下移动，该第二阀座9具有第二通道18，该第二弹簧4的上端抵靠在该第二弹簧4座3上而下端抵靠在该第二阀杆6上，该第二阀杆6的下端设置该第二阀芯8组件，以控制该安全阀腔20与该第二通道18的通断，在水流的作用下，第二阀杆6可克服第二弹簧4的弹力来带动第二阀芯8向上移动，从而打开第二通道18；第二弹簧4也可以在自身弹力的作用下带动第二阀杆6和第二阀芯8回位，该封盖2连接在该阀体5的上端，该调节螺杆1螺纹连接在该封盖2上并且下端穿过该封盖2后抵靠该第二弹簧4座3的顶端，拧动调节螺杆1，可以调整第二弹簧4的预紧力，从而控制安全阀组件25的第二阀芯8的开启压力；

所述阀盖10固定安装在该阀体5的下端，并且该阀盖10的内腔21与第一通道17和第二通道18分别连通，该阀盖10的内腔21、第一通道17和第二通道18共同形成主阀腔；

所述阀盖10上设置有与阀盖10的内腔21连通的第一管道接口501，所述阀体5上设置有第二管道接口502、第三管道接口503和第四管道接口504，该第二管道接口502和第三管道接口503均与该安全阀腔20连通，该第四管道接口504与该平衡阀下腔23连通；

所述第一进排水管600的一端分别连接单向阀400的出水口和第二管道接口502而另一端用于进排水，所述第一电机泵组800的入口连接所述第三管道接口503而所述第一电机泵组800的出口连接所述第一管道接口501，该单向阀400的进水口连接第二电机泵组900的出水口，所述第二进排水管700的一端分别连接第四管道接口504和第二电机泵组900的进水口而另一端用于连接载水舱300。

进一步，所述第一阀芯13组件包括第一阀芯13和第一限位球铰12，所述第一阀杆15的下端设置有第一球窝，该第一限位球铰12中空，该第一阀芯13为一球体并且该第一阀芯13的上端伸入该第一球窝内，该第一限位球铰12的上端连接在该第一阀杆15的下端，并且该第一限位球铰12的下端托住所述第一阀芯13的下部，这样第一阀芯13就不容易从第一限位球铰12上脱落，而且所述第一阀杆15上的第一球窝的直径大于该第一阀芯13的直径，使得第一阀芯13能够在第一球窝内有微量的活动空间，通过控制第一限位球铰12与第一阀杆15之间用于安装第一阀芯13的空间，使第一阀芯13与第一阀杆15之间保持设定间隙，从而使第一阀芯13在第一球窝处可自动调心。

进一步，所述第一限位球铰12的上端螺纹连接在该第一阀杆15的下端，这样便于第一限位球铰12和第一阀芯13的安装和拆卸。

进一步，所述第二阀芯8组件包括第二阀芯8和第二限位球铰7，所述第二阀杆6的下端设置有第二球窝，该第二限位球铰7中空，该第二阀芯8为一球体并且该第二阀芯8的上端伸入该第二球窝内，该第二限位球铰7的上端连接在该第二阀杆6的下端，并且该第二限位球铰7的下端托住所述第二阀芯8的下部，这样第二阀芯8就不容易从第二限位球铰7上脱落，而且所述第二阀杆6上的第二球窝的直径大于该第二阀芯8的直径，使得第二阀芯8能够在第二球窝内有微量的活动空间，通过控制第二限位球铰7与第二阀杆6之间用于安装第二阀芯8的空间，使第二阀芯8与第二阀杆6之间保持设定间隙，从而使第二阀芯8在第二球窝处可自动调心。

进一步，所述第二限位球铰7的上端螺纹连接在该第二阀杆6的下端，这样便于第二限位球铰7和第二阀芯8的安装和拆卸。

进一步，所述第一电机泵组800包括第一电机及由第一电机驱动的第一海水泵，并且所述第一海水泵为低功率的低压泵，所述第二电机泵组900包括第二电机及由第二电机驱动的第二海水泵，并且所述第二海水泵为高功率的高压泵。这是因为在注水过程中，浮力调节系统将海水由外界高压向本系统内的低压泵入，第一海水泵主要起计量作用，故使用小功率的低压泵驱动，而在排水过程中，浮力调节系统将海水由本系统内的低压向外界高压泵出，故第二海水泵使用大功率的高压泵驱动，其中单向阀400避免了排水时大功率的第二海水泵直接带高压负载启动

在本系统向载水舱300注水时，第一电机泵组800打开而第二电机泵组900关闭，由第一电机泵组800的第一电机直接驱动第一海水泵，海水通过第一进排水管600上的过滤器200过滤后，然后进入平衡安全阀组500中的安全阀腔20内，由于安全阀腔20通过第三通道19与平衡阀上腔22相连通，因此海水也会经过第三通道19进入到平衡阀上腔22内，然后海水又会从第三管道接口503流出到第一电机泵组800的入口，经第一电机泵组800的出口流到主阀腔内，当主阀腔的第一通道17的压力大于平衡阀上腔22的压力并且这个压差在设定范围内时，平衡阀组件24就开启(第一阀芯13向上移动连通平衡阀下腔23和第一通道17)，海水经过平衡阀下腔23和第四管道接口504流出，并经第二进排水管700后并进入载水舱300实现注水过程。当系统压力大于安全阀组件25设定的安全压力时，安全阀组件25的阀口开启溢流。在本系统对载水舱300排水时，第二电机泵组900打开而第一电机泵组800关闭，由第二电机泵组900的第二电机直接驱动第二海水泵，使载水舱300内的海水克服外界压力推开单向阀400的阀芯，单向阀400开启载水舱300内海水排出到外界实现排水过程。

本发明通过直接控制电机和由电机控制的海水泵来调节所述载水舱300内的海水体积，从而调节潜航器的浮力，不仅简化了浮力调节系统的管路连接，同时避免了使用电磁阀这一类接触海水容易失效的液压元件来控制系统的注排水，提高了系统的稳定性，可适用于大深度海洋环境。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。