[发明专利]一种气囊式水下定深悬浮系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种气囊式水下定深悬浮系统，适用于水下作业的搭载平台，属于水中悬浮器材领域。

背景技术

在对海洋资源开发的过程中，时常需要作业设备能够悬浮在水下预定的深度范围，这就要求设备应具有水下定深悬浮功能。水下定深悬浮技术在民用和军用领域均已有着非常广泛的应用，如潜艇、水下机器人、定深水雷等。现有的悬浮技术通常分为升力调节和浮力调节两种方式。升力调节是指悬浮体依靠螺旋桨旋转时桨叶产生的升力来控制深度变化。为了维持悬浮深度，螺旋桨需要持续的工作，这就造成了悬浮体较高的能耗；同时，由于桨叶提供的升力有限，悬浮体要尽量减小自身的比重，这使得悬浮体的体积较大。浮力调节常以海水泵或油囊作为调节装置，通过改变悬浮体自身的比重来实现悬浮。由于调节装置需要克服外界较高的水压做功，因此悬浮体的工作能耗较高；同时，为了实现对自身比重的调节，悬浮体要求具有足够的储备浮力，这使得悬浮体的体积较大。由此可见，现有的定深悬浮技术普遍具有能耗大、比重小的特点。而对于体积受限、比重大或携带能源有限的水下设备，现有悬浮技术则不能满足其定深悬浮的要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有定深悬浮装置储备浮力大、工作能耗较高、体积大的技术问题。本发明公开了一种气囊式水下定深悬浮系统，具有可自由设定悬浮水深，结构简单，工作能耗较低，体积小等优点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种气囊式水下定深悬浮系统，包括执行机构、深度传感器、控制系统和电源。

所述执行机构包括排气装置、气囊、气囊连接附件和充气装置。

所述排气装置用于将气囊内的气体向外界水域排出，使气囊体积减小，从而减小系统浮力。所述排气装置为一种电机驱动的气阀，由阀盖、阀体、阀芯弹簧、阀芯，胶垫、电机、减速齿轮组、齿轮、齿条、齿条弹簧组成。

阀盖连接于气囊的开口处，阀盖的下端带有凸缘；

阀芯置于阀盖内部，阀芯上部固定连接阀芯弹簧；胶垫粘接于阀芯的下端端面处；

阀体位于气囊内部，阀体的上半部分为带凸缘的管状结构，阀体的管状部分与阀盖对应螺纹连接，阀体的凸缘与阀盖的凸缘通过密封圈将气囊的开口边缘夹紧；

阀体的下半部分为平板结构，用于安装电机等部件；平板上开有滑槽，滑槽与阀芯的中心位置相对应；电机安装于阀体的平板上，电机的转轴与减速齿轮组连接，减速齿轮组的输出轴与齿轮连接，齿轮与齿条啮合，齿条安装于阀体的滑槽内，齿条的一端指向胶垫的中心，另一端与齿条弹簧连接；齿条弹簧固定连接于平板的底部。

减速齿轮组将电机输出的扭矩放大；再通过齿轮齿条的配合，将转动转换为直线运动推动阀芯的开启或闭合。

排气装置的初始状态为未排气状态，此时胶垫受阀芯弹簧弹力作用，封住阀体的排气口；排气时，电机持续正转，齿条推动胶垫与阀体的排气口分离开始排气；停止排气时，电机反转后停止，齿条退回，胶垫受阀芯弹簧弹力作用，封住阀体的排气口；当气囊内的气压过大时，气体将克服阀芯弹簧的弹力，推动胶垫开启进行排气泄压。齿条弹簧的作用是保证齿轮与齿条的可靠啮合。

所述气囊用于为系统提供浮力。

所述气囊连接附件用于气囊与悬浮系统壳体的连接。所述气囊连接附件包括压紧套和气囊接头，压紧套为一端带有凸缘的管状结构，压紧套位于气囊的内部；气囊接头为环状结构，气囊接头连接于气囊下方的开口处；压紧套的管状部分与气囊接头的内表面对应螺纹连接，压紧套的凸缘部分与气囊接头的上端面通过密封圈将气囊下方开口处的边缘夹紧。气囊接头的外表面与充气装置外部的壳体固定连接。

所述充气装置用于向气囊充气，使气囊体积增大，增加悬浮系统浮力。充气装置包括高压气瓶及其相应的开瓶机构，所述开瓶机构由击针管座、击针管、电点火头和击针组成；击针管座为环形结构，击针管座下端面开有若干圆形孔槽，孔槽底部开有小孔；击针管座位于气囊接头的下方，由气囊接头压紧固定；击针管为管状结构，击针管的下端侧壁上开有气孔；击针管内部的顶端安装有电点火头，电点火头下方与击针连接；高压气瓶固定于击针管的下端；击针管与击针管座的孔槽螺纹连接；电点火头的引线从击针管座的孔槽底部的小孔引出。

当电点火头起爆，生成的气体产物驱动击针运动，刺破高压气瓶的封口膜片，使高压气体迅速释放充满气囊。

充气装置、深度传感器与控制系统由上至下依次连接。电源位于控制系统两侧，用来为系统的正常工作提供稳定的电能。

所述深度传感器用于实时测量悬浮系统所在的水下深度，并将深度信号传送至控制系统。所述深度传感器可采用压力变送器。