一种多功能全海深电控集成阀组

本发明属于阀门领域，更具体地，涉及一种多功能全海深电控集成阀组。

背景技术：

潜水器是具有水下观察及进行水下作业的潜水设备，主要用来执行海底考察、海底勘探、海底开发和打捞、救生等任务，并可以作为潜水员活动的水下作业基底。

潜水器正在海洋中进行海洋考察、海洋探索以及资源勘探时，往往需要悬停于不同的深度。但是在海洋中，潜水器取样后或者释放勘探装备后，都将会导致潜水器的重量产生变化，从而使得潜水器悬停深度产生变化；同时，不同海域以及不同深度海水的理化性质以及密度都不同，将会导致潜水器受到的浮力产生变化，也会导致潜水器悬停深度产生变化；当潜水器下潜时，潜水器受到海洋压力将会使潜水器外形发生变化，导致潜水器体积减小，同样会导致潜水器受到的浮力减小，从而改变潜水器悬停深度。基于以上原因，潜水器需要浮力调节系统来调节潜水器的潜水深度。

潜水器浮力调节系统的注排水功能主要通过截止阀来实现。注水时，海水通过海水泵与截止阀或者直接通过截止阀以及自流注水阀从海洋环境进入压载水舱，增加潜水器重量，使潜水器下沉；排水时，海水通过海水泵与截止阀从压载水舱进入海洋环境，减小潜水器重量，使潜水器上浮。

目前深海潜水器以及全海深潜水器的截止阀使用的控制方式是液控，液控方式需要额外的液压源，液压源由油泵、换向阀以及多个接头组成，液压源与截止阀之间也需要多根油管进行连接来将油泵的压力引到截止阀的控制腔，液压源中布置多个换向阀来实现对截止阀的对角控制。这样的控制方式结构比较复杂，成本较高，故障点较多，另外设置的液压源本身体积和功率较大，将会占用潜水器有限的空间和能源。并且液压源的补偿油与动力油、液压源的动力油与截止阀的水路、液压源的补偿油与海洋环境之间都需要密封，导致密封位置较多，增加了泄漏风险。

基于以上原因，本领域中亟需设计一种可以极大地节约潜水器有限的空间、能源的集成度更高的集成阀组。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多功能全海深电控集成阀组，其目的在于解决现有截止阀由于采用液控方式而导致的集成度较低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种多功能全海深电控集成阀组，包括动力部件、安装部件和控制阀组；

其中，动力部件通过安装部件直接安装于控制阀组的一端；

动力部件包括扭矩电机、电机传动轴、主齿轮、副齿轮、梯形螺杆、梯形螺母和平键；扭矩电机通过电机传动轴与主齿轮连接，主齿轮与电机传动轴之间通过平键进行连接并传递转矩；副齿轮、梯形螺杆以及梯形螺母的个数均为四个，主齿轮与四个副齿轮接触放置；每个副齿轮分别与一个对应的梯形螺杆通过平键进行连接，每个梯形螺杆分别与一个对应的梯形螺母通过螺纹连接并传递动力；

控制阀组包括截止阀a、截止阀b、截止阀c、截止阀d和注水阀；注水阀设置在截止阀b与水舱之间；截止阀a-d均匀分布于扭矩电机中心轴线的四周，截止阀a、截止阀b、截止阀d和截止阀c依次首尾相连形成桥式回路，截止阀a和截止阀d相对放置，截止阀b和截止阀c相对放置；截止阀a-d控制口所在的一端分别对应放置一个梯形螺母和一个梯形螺杆；相对放置的截止阀所对应的梯形螺杆以及梯形螺母的螺纹旋向相同，相邻放置的截止阀所对应的梯形螺杆以及梯形螺母的螺纹旋向相反，以实现对截止阀启闭的对角控制；

安装部件包括四个定位螺堵；定位螺堵分别安装于截止阀a-d控制口所在的一端，定位螺堵限制对应位置处梯形螺母的转动，随着梯形螺杆的周向转动驱动梯形螺母进行轴向运动，控制各截止阀的开启和关闭。

进一步优选地，安装部件还包括：齿轮组上安装板、齿轮组下安装板、齿轮组安装板定位杆、电机定位环、电机安装板、控制机构壳体和控制机构安装板；

主齿轮和各副齿轮均安装于齿轮组上安装板和齿轮组下安装板之间，齿轮组上安装板通过齿轮组安装板定位杆进行定位，并与齿轮组下安装板相连；控制机构壳体将动力部件中除扭矩电机以外的部分收容于内部；扭矩电机通过电机定位环进行定位并安装于电机安装板上，且通过密封圈进行密封；电机安装板与控制机构壳体相连并通过密封圈进行密封；电机定位环与齿轮组上安装板呈阶梯型间隙配合；齿轮组下安装板与控制机构安装板相连，控制机构安装板安装于四个定位螺堵上；控制机构壳体与控制阀组相连且通过密封圈进行密封。

进一步优选地，安装部件还包括梯形螺杆定位螺堵，控制机构安装板通过梯形螺杆定位螺堵直接安装于四个定位螺堵上，以实现梯形螺杆定位螺堵的可靠定位。

进一步优选地，梯形螺杆定位螺堵上加工有凸台，齿轮组下安装板上加工有凹槽；齿轮组下安装板与梯形螺杆定位螺堵之间间隙配合，同时通过安装螺钉与控制机构安装板连接，以实现齿轮组下安装板的可靠定位。

进一步优选地，动力部件还包括角接触球轴承、隔离环和推力滚针轴承；角接触球轴承分别设置在电机传动轴与齿轮组上安装板以及电机传动轴与齿轮组下安装板之间，以对电机传动轴的径向定位和支撑；

隔离环设置在主齿轮与角接触球轴承之间，使得主齿轮与角接触球轴承隔离；

推力滚针轴承位于梯形螺杆与梯形螺杆定位螺堵之间，以降低梯形螺杆与梯形螺杆定位螺堵之间的摩擦力。

进一步优选地，安装部件还包括补偿接头，补偿接头的一端与控制机构壳体连接，另一端与一根软管连接，通过软管对控制机构壳体内部进行压力补偿。

进一步优选地，安装部件还包括限位板和定位螺钉，梯形螺杆和电机传动轴均为阶梯轴，并且梯形螺杆和电机传动轴的一端均加工有螺纹孔，通过限位板与定位螺钉实现梯形螺杆和电机传动轴的轴向定位。

进一步优选地，扭矩电机轴端安装有机械密封，防止扭矩电机内部的补偿油与控制机构壳体内部的补偿油互通。

进一步优选地，主齿轮与副齿轮的模数相同，四个所述副齿轮的齿数相同，主齿轮与副齿轮之间的齿数互质。

进一步优选地，动力部件和安装部件的材料均为耐蚀金属。

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、本发明提供了一种多功能全海深电控集成阀组，通过安装部件将动力部件直接与控制阀组集成于一体，形成一个可以完整实现可调压载装置注排水功能的一个整体，其中，集成阀组的注排水功能通过四个截止阀的启闭来实现，每个截止阀一端都布置有梯形螺杆与梯形螺母，对角位置的梯形螺杆与梯形螺母的螺纹旋向相同，相邻位置的梯形螺杆与梯形螺母的螺纹旋向相反，这样的布置方式使得截止阀b、截止阀c可以同时开启或者关闭，截止阀a、截止阀d可以同时开启或者关闭，因此使用一个扭矩电机即可控制四个截止阀，大大降低了控制方式的复杂性，并且节约了成本，与传统的运用于全海深可调压载装置的截止阀的液压控制方式相比，本发明中的控制机构可以直接取代液压源的功能，大大节省了液压源所需要占用的空间以及能源资源，极大的简化了结构，减小了体积，集成度较高。

2、本发明所提供的一种多功能全海深电控集成阀组中，在截止阀b与水舱之间设置有自流注水阀，同时舍弃了平衡阀以及安全阀；水面注水、水面排水以及深海排水通过海水泵来实现，深海注水时开启截止阀b、截止阀c，不需要开启海水泵，可以直接通过自流注水阀来控制流量；由于截止阀反向受压自动开启的特殊结构，安全阀保护系统回路的功能可以通过截止阀d来实现，如果海水泵出口压力过高，截止阀d将会开启，将海水泵出口与海洋环境相通；本发明所提供的多功能全海深电控集成阀组大大减少了其中所包含的水阀的数量，简化了可调压载装置的结构。

3、本发明所提供的一种多功能全海深电控集成阀组中，扭矩电机采用独立补偿的补偿方式，在扭矩电机动力轴上布置有机械密封；控制机构的壳体内部的压力与扭矩电机内部的压力相等，可以保证扭矩电机内部与控制机构壳体内部的有效隔离。

4、本发明所提供的一种多功能全海深电控集成阀组中，在梯形螺杆与梯形螺杆定位螺堵之间设置有体积较小的推力滚针轴承，极大地降低了梯形螺杆端面所收到的摩擦力，进而降低了驱动梯形螺杆转动所需要的扭矩，最终降低了所需要扭矩电机的功率与扭矩。

5、本发明所提供的一种多功能全海深电控集成阀组中，梯形螺杆与梯形螺母之间通过梯形螺纹进行连接，由于梯形螺纹可以自锁，因此，在进行注水或者排水工况过程中，扭矩电机可以关闭，截止阀将会保持开启状态，节省了潜水器上的能源，特别是对于注水工况或者排水工况时间较长的情况来说，节省的能源将会十分可观。

附图说明

图1是本发明实施例所提供的一种多功能全海深电控集成阀组的剖视图；

图2是本发明实施例所提供的多功能全海深电控集成阀组的原理图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-扭矩电机，2-电机安装板，3-控制机构壳体，4-齿轮组上安装板，5-齿轮组安装板定位杆，6-副齿轮，7-齿轮组下安装板，8-梯形螺杆，9-梯形螺母，10-控制阀组，11-推力滚针轴承，12-控制机构安装板，13-梯形螺杆定位螺堵，14-角接触球轴承，15-隔离环，16-主齿轮，17-平键，18-限位板，19-电机传动轴、20-电机定位环、21-截止阀a、22-截止阀b、23-截止阀c、24-截止阀d、25-注水阀、26-手动截止阀。

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。

为了实现上述目的，本发明提供了一种多功能全海深电控集成阀组，如图1所示，包括动力部件、安装部件和控制阀组10；其中，动力部件通过安装部件直接安装于控制阀组10的一端，与控制阀组10形成一个整体。本实施例中，动力部件和安装部件均采用耐蚀金属来进行制造。

动力部件包括扭矩电机1、电机传动轴19、主齿轮16、副齿轮6、梯形螺杆8、梯形螺母9和平键17；扭矩电机1通过电机传动轴19与主齿轮16连接，主齿轮16与电机传动轴19之间通过平键17进行连接；副齿轮6、梯形螺杆8以及梯形螺母9的个数均为四个，主齿轮16与四个副齿轮6接触放置，进而实现对四个副齿轮6的控制；本实施例中主齿轮16与副齿轮6的模数相同，四个副齿轮6的齿数相同，主齿轮16与副齿轮6之间的齿数互质；每个副齿轮6分别与一个对应的梯形螺杆8通过平键17进行连接四个副齿轮6的控制，每个梯形螺杆8分别与一个对应的梯形螺母9通过螺纹连接并传递动力；

控制阀组10包括截止阀a21、截止阀b22、截止阀c23、截止阀d24和注水阀25；注水阀25设置在截止阀b22与水舱之间；截止阀a-d均匀分布于扭矩电机中心轴线的四周，截止阀a21、截止阀b22、截止阀d24和截止阀c23依次首尾相连形成桥式回路，截止阀a21和截止阀d24相对放置，截止阀b22和截止阀c23相对放置；截止阀a-d控制口所在的一端分别对应放置一个梯形螺母9和一个梯形螺杆8；相对放置的截止阀所对应的梯形螺杆8以及梯形螺母9的螺纹旋向相同，相邻放置的截止阀所对应的梯形螺杆8以及梯形螺母9的螺纹旋向相反，以实现对截止阀启闭的对角控制。具体的，上述多功能全海深电控集成阀组的原理图如图2所示，在截止阀b22与水舱之间设置有自流注水阀25，同时舍弃了平衡阀以及安全阀；水面注水、水面排水以及深海排水通过海水泵来实现，深海注水时开启截止阀b22、截止阀c23，不需要开启海水泵，可以直接通过自流注水阀25来控制流量；由于截止阀的特殊结构，安全阀保护系统回路的功能可以通过截止阀d24来实现，如果海水泵出口压力过高，截止阀d24将会开启，将海水泵出口与海洋环境相通；本发明所涉及的全海深可调压载装置集成阀组大大减少了其中所包含的水阀的数量，简化了可调压载装置的结构。

安装部件包括：四个定位螺堵、齿轮组上安装板4、齿轮组下安装板7、齿轮组安装板定位杆5、电机定位环20、电机安装板2、控制机构壳体3和控制机构安装板12；具体的，定位螺堵分别安装于截止阀a-d控制口所在的一端，定位螺堵限制对应位置处梯形螺母的转动，随着梯形螺杆的周向转动驱动梯形螺母进行轴向运动，控制各截止阀的开启和关闭。主齿轮和各副齿轮均安装于齿轮组上安装板和齿轮组下安装板之间；齿轮组上安装板4通过齿轮组安装板定位杆5来进行定位，同时通过安装螺钉将齿轮组上安装板4与齿轮组下安装板7进行连接，以实现齿轮组上安装板4的可靠定位。控制机构壳体3将动力部件中除扭矩电机以外的部分收容于内部；扭矩电机1通过电机定位环20进行定位并安装于电机安装板2上，且通过密封圈进行密封；具体的，扭矩电机1通过电机定位环20来实现径向定位，同时通过电机安装板2来实现轴向定位，将扭矩电机1与电机安装板2之间通过安装螺钉进行连接，以实现扭矩电机1的可靠定位，并且扭矩电机1与所述电机安装板2之间通过密封圈进行密封；电机安装板2与控制机构壳体3之间通过安装螺钉进行连接，以实现所述电机安装板2的可靠定位，并且电机安装板2与控制机构壳体3之间通过密封圈进行密封，以实现控制机构壳体3内部与海洋环境之间的有效隔离；电机定位环20与齿轮组上安装板4呈阶梯型间隙配合，以实现所述电机定位环20的可靠定位；齿轮组下安装板7与控制机构安装板12相连，控制机构安装板12安装于四个定位螺堵上；控制机构壳体3与控制阀组10通过安装螺钉进行连接，以实现控制机构壳体3的可靠定位，并且控制机构壳体3与控制阀组10之间通过密封圈进行密封，以实现控制机构壳体3内部与海洋环境之间的有效隔离。

进一步地，安装部件还包括梯形螺杆定位螺堵13，控制机构安装板12通过梯形螺杆定位螺堵13直接安装于四个定位螺堵上，以实现梯形螺杆定位螺堵13的可靠定位。梯形螺杆定位螺堵13上加工有凸台，齿轮组下安装板7上加工有凹槽；齿轮组下安装板7与梯形螺杆定位螺堵13之间间隙配合，同时通过安装螺钉与控制机构安装板12连接，以实现齿轮组下安装板7的可靠定位。动力部件还包括角接触球轴承14、隔离环15和推力滚针轴承11；角接触球轴承14的体积较小，分别设置在电机传动轴19与齿轮组上安装板4以及电机传动轴19与齿轮组下安装板7之间，以对电机传动轴19的径向定位和支撑；隔离环15设置在主齿轮16与角接触球轴承14之间，使得主齿轮16与角接触球轴承14隔离；推力滚针轴承11位于梯形螺杆8与梯形螺杆定位螺堵13之间，以降低梯形螺杆8与梯形螺杆定位螺堵13之间的摩擦力，进而降低了驱动梯形螺杆8转动所需要的扭矩，最终降低了所需要扭矩电机1的功率与扭矩。进一步地，梯形螺杆8径向定位同样通过两个轴承来实现；同时梯形螺杆8的光杆部位与梯形螺杆定位螺堵13之间无配合关系，具有大间隙，防止梯形螺杆8在转动过程中与梯形螺杆定位螺堵13发生刮擦。

进一步地，安装部件还包括限位板18和定位螺钉，梯形螺杆8和电机传动轴19均为阶梯轴，并且梯形螺杆8和电机传动轴19的一端均加工有螺纹孔，通过限位板18与定位螺钉实现梯形螺杆8和电机传动轴19的轴向定位。

需要说明的是，上述扭矩电机1采用独立补偿的补偿方式，在扭矩电机1动力轴上布置有机械密封，保证扭矩电机1内部与控制机构壳体3内部的有效隔离，控制机构壳体3内部的压力与扭矩电机1内部的压力相等，防止扭矩电机1内部补偿油与控制机构壳体3内部的补偿油互通。另外，安装部件还包括补偿接头，补偿接头的一端与控制机构壳体3连接，另一端与一根软管连接，通过软管对控制机构壳体3内部进行压力补偿。

由上可知，上述多功能全海深电控集成阀组的注排水功能通过四个截止阀的启闭来实现，每个截止阀一端都布置有梯形螺杆8与梯形螺母9，梯形螺杆8与梯形螺母9之间通过螺纹进行连接以及传递动力，对角位置的梯形螺杆8与梯形螺母9的螺纹旋向相同，相邻位置的梯形螺杆8与梯形螺母9的螺纹旋向相反，即所述截止阀a21与所述截止阀d24上的所述梯形螺杆8与梯形螺母9的螺纹旋向相同，而所述截止阀b22与所述截止阀c23上的所述梯形螺杆8与梯形螺母9的螺纹旋向相同。这样的布置方式使得当梯形螺杆8转动时，驱动梯形螺母9前进或者后退，从而实现对截止阀的启闭的控制(截止阀b22、截止阀c23将会同时开启或者关闭，截止阀a21、截止阀d24将会同时开启或者关闭)，因此使用一个扭矩电机1即可控制四个截止阀，大大降低了控制方式的复杂性，并且节约了成本。与传统的运用于全海深可调压载装置的截止阀的液压控制方式相比，本发明所述的截止阀控制机构直接与集成阀组集成于一体，形成一个可以完整实现可调压载装置注排水功能的一个整体，直接取代了液压源，因此节省了液压源所需要占用的空间以及资源，极大的简化了结构。另外，由于梯形螺纹可以自锁，因此，在进行注水或者排水工况过程中，扭矩电机1可以关闭，截止阀将会保持开启状态，节省了潜水器上的能源，特别是对于注水工况或者排水工况时间较长的情况来说，节省的能源将会十分可观。

另外，需要说明的是，本发明所提供的的多功能全海深电控集成阀在不同工况下的工作情况分别为：

(1)水面注水工况

多功能全海深电控集成阀在水面时，海洋环境的压力较小，无法直接通过海洋环境的压力进行自流注水；启动所述扭矩电机1，使其正向转动360°，此时，将会使得所述截止阀a21、所述截止阀b22、所述截止阀c23与所述截止阀d24上的所述梯形螺杆8转动；其中，截止阀b22与截止阀c23上的梯形螺母9前进，推动截止阀b22与截止阀c23的推杆，使阀口开启；截止阀a21与所述截止阀d24上的梯形螺母9后退，远离推杆；然后开启海水泵电机，使得海水泵工作，进行水面注水；在水面注水时，由于梯形螺纹可以自锁，因此扭矩电机1可以关闭；水面注水结束后，关闭海水泵电机，启动扭矩电机1，使其回到初始位置，则截止阀a21、截止阀b22、截止阀c23与截止阀d24上的梯形螺杆8反向转动，回到初始位置，进而关闭截止阀b22与截止阀c23。

(2)深海注水工况

多功能全海深电控集成阀在深海时，海洋环境的压力较大，可以直接通过海洋环境的压力进行自流注水；启动扭矩电机1，使其正向转动360°，此时，将会使得截止阀a21、截止阀b22、截止阀c23与截止阀d24上的梯形螺杆8转动；其中，截止阀b22与截止阀c23上的梯形螺母9前进，推动截止阀b22与截止阀c23的推杆，使阀口开启；截止阀a21与截止阀d24上的梯形螺母9后退，远离推杆；不需要开启海水泵电机，在海洋环境的压力下，海水可以直接通过截止阀c23、海水泵、截止阀b22、自流注水阀25进入水舱；在深海注水时，由于梯形螺纹可以自锁，因此扭矩电机1可以关闭；深海注水结束后，启动扭矩电机1，使其回到初始位置，则截止阀a21、截止阀b22、截止阀c23与截止阀d24上的梯形螺杆8反向转动，回到初始位置，进而关闭截止阀b22与截止阀c23。

(3)水面或者深海排水工况

多功能全海深电控集成阀处于排水工况时，始终需要海水泵来完成；启动扭矩电机1，使其反向转动360°，此时，将会使得截止阀a21、截止阀b22、截止阀c23与截止阀d24上的梯形螺杆8转动；其中，截止阀a21与截止阀d24上的梯形螺母9前进，推动截止阀a21与截止阀d24的推杆，使阀口开启；截止阀b22与截止阀c23上的梯形螺母9后退，远离推杆；然后开启海水泵电机，使得海水泵工作，进行排水工况；在排水时，由于梯形螺纹可以自锁，因此扭矩电机1可以关闭；排水结束后，启动扭矩电机1，使其回到初始位置，则截止阀a21、截止阀b22、截止阀c23与截止阀d24上的梯形螺杆8反向转动，回到初始位置，进而关闭截止阀a21与截止阀d24。

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。