[发明专利]一种深海蓄能式浮力调节装置及其调节方法

权利要求书

1.一种深海蓄能式浮力调节装置，其特征在于，包括：蓄能器(1)、外油囊(2)、双向齿轮泵(3)、直流电机(4)、控制阀箱(5)、第一开关阀(6)、第二开关阀(7)、溢流阀(9)、第三开关阀(10)及调速阀(11)，所述双向齿轮泵(3)与所述直流电机(4)固定连接，所述第一开关阀(6)、所述第二开关阀(7)、所述压力传感器(8)、所述溢流阀(9)、所述第三开关阀(10)及所述调速阀(11)均安装在所述控制阀箱(5)的内部；其中：

所述蓄能器(1)的出油口经所述控制阀箱(5)内部油路分为两路，其中一路油路连接至所述第一开关阀(6)的一端，所述第一开关阀(6)另一端连接至所述双向齿轮泵(3)的一端，所述双向齿轮泵(3)的另一端连接至所述外油囊(2)；另一路油路连接至所述第三开关阀(10)的一端，所述第三开关阀(10)的另一端连接至所述调速阀(11)的出口端，所述调速阀(11)的入口端与所述外油囊(2)连接；

所述双向齿轮泵(3)的两个端口分别与所述第二开关阀(7)的两个端口及所述溢流阀(9)的两个端口连接，以构成卸荷启动回路。

2.如权利要求1所述的深海蓄能式浮力调节装置，其特征在于，所述蓄能器(1)若干个并联设置的皮囊式单元组成，任意一皮囊式单元采用碳纤维缠绕式壳体。

3.如权利要求2所述的深海蓄能式浮力调节装置，其特征在于，还包括与所述皮囊式单元对应设置的手动截止阀(13)及所述转接阀块(12)，任意一所述皮囊式单元的出油口经对应的所述手动截止阀(13)后连接所述转接阀块(12)的一端，所述转接阀块(12)的另一端连接至所述控制阀箱(5)。

4.如权利要求1所述的深海蓄能式浮力调节装置，其特征在于，所述外油囊(2)为可沿直线伸缩的波纹管式皮囊装置，所述皮囊装置暴露于海水中，内充液压油，并采用弹簧预紧，使内部油压始终略大于环境海水压力。

5.如权利要求1所述的深海蓄能式浮力调节装置，其特征在于，所述外油囊(2)还内置直线电位计(201)，所述直线电位计(201)引线通过穿舱接插件(19)、水密电缆(18)连接至所述控制阀箱(5)内部的所述控制电路板(22)上。

6.如权利要求1所述的深海蓄能式浮力调节装置，其特征在于，所述直流电机(4)的引线通过走线管接头(21)、油管(14)连接至所述控制阀箱(5)内部的控制电路板(22)上。

7.如权利要求1所述的深海蓄能式浮力调节装置，其特征在于，所述控制阀箱(5)内部还包括压力传感器(8)，所述压力传感器(8)压力检测端口位于所述蓄能器(1)出油口与所述第一开关阀(6)之间的管路上，用于实时检测所述蓄能器(1)内部的压力。

8.如权利要求5或6或7所述的深海蓄能式浮力调节装置，其特征在于，所述控制电路板(22)通过所述控制阀箱(5)左侧的穿舱接插件(19)及水密电缆(18)与水下作业平台连接，所述控制电路板(22)可控制上述各开关阀的开关动作、所述直流电机(4)的开关和调速，以及获取所述压力传感器(8)和所述直线电位计201的测量数据，执行作业平台的控制指令，实现深海环境下的浮力调节。

9.如权利要求1所述的深海蓄能式浮力调节装置，其特征在于，所述控制阀箱(5)的侧边还设置有堵头(20)及排气阀(23)，所述堵头(20)用于所述控制阀箱(5)阀体工艺孔的封堵；所述排气阀(23)用于所述控制阀箱(5)封舱时内部气体的排出。

10.如权利要求1所述的深海蓄能式浮力调节装置，其特征在于，所述蓄能器(1)、所述外油囊(2)、所述双向齿轮泵(3)、所述直流电机(4)及所述控制阀箱(5)均可独立安装于水下作业平台上，并可通过卡套式管接头(17)、液压钢管(15)与三通管接头(16)进行任意组合，实现油路的连接。

11.一种如权利要求1所述的深海蓄能式浮力调节装置的调节方法，其特征在于，包括：

所述蓄能器(1)内部允许最低油量为V_a，所述外油囊(2)允许最低油量为V_b，系统所需调节量为ΔV，则向所述蓄能器(1)中注入液压油的量为V_I＝V_a+ΔV，向所述外油囊(2)中注入液压油的量为V_E＝V_b；

根据系统海底作业的环境条件，计算所述蓄能器(1)的预充压力为：其中，T₀为所述蓄能器(1)充气时的室温，P₁为系统海底作业时的环境压力，T₁为系统海底作业时的环境温度；

系统在海底作业期间，当需要调节浮力增加时，开启所述双向齿轮泵(3)、所述直流电机(4)和所述第一开关阀(6)，所述蓄能器(1)内部的液压油流向所述外油囊(2)，系统排水体积增加；

通过所述外油囊(2)可得到系统的浮力调节量，进而通过控制所述直流电机(4)的开关和转速、所述第一开关阀(6)的开关，实现浮力调节的闭环控制；

所述蓄能器(1)内部液压油的排出，导致内部压力逐渐减小，当完成系统的最大调节量时，所述蓄能器(1)内部压力为：其中，V₁＝V_T-V_I，V₂＝V₁+ΔV，V_T为所述蓄能器(1)的有效容积；为浮力调节系统最大工作压力；

系统在海底作业期间，当需要调节浮力减小时，开启所述第三开关阀(10)，所述外油囊(2)中的液压油经所述调速阀(11)以恒定流速回流至所述蓄能器(1)内部，系统排水体积减小；同时，所述蓄能器(1)内部压力逐渐增加，实现了再次蓄能；

通过所述外油囊(2)的油量，可得到系统的浮力调节量，进而通过控制所述第三开关阀(10)实现浮力调节的闭环控制；

系统在水面时，打开所述双向齿轮泵(3)、直流电机(4)和所述第一开关阀，将所述外油囊(2)中的液压油注入所述蓄能器(1)中，所述双向齿轮泵(3)两端并联所述第二开关阀(7)、所述溢流阀(9)构成的卸荷启动回路用于系统工作压力较大时的启动；打开第二开关阀(7)，再通过控制第一开关阀(6)的开关，可将所述蓄能器(1)中的液压油排入所述外油囊(2)中，实现对系统下潜浮力状态的事先调节。