用于深海浮力调节的外油囊装置及水下作业平台的制作方法

本发明涉及水下作业技术领域，特别涉及一种用于深海浮力调节的外油囊装置及水下作业平台。

背景技术：

目前在水下作业技术领域，浮力调节是水下作业平台常用的一种功能，主要有质量式和容积式两种调节方式。质量式浮力调节是在平台排水体积不变的情况下，通过向耐压容器中注水或排水改变自身重量来达到浮力调节的目的。容积式浮力调节则是在平台质量不变的情况下，通过将液压油在可自由变形的外油囊和体积不可变的内油囊之间转移，改变其总排水体积达到浮力调节的目的。质量式浮力调节系统具有较大的调节能力，但随着作业深度增加，技术难度和制造成本急剧增加，因此容积式浮力调节系统在深海作业平台上更为经济有效。

容积式浮力调节系统的调节能力主要取决于外油囊的容积，目前常用的外油囊装置容积普遍较小，浮力调节能力十分有限，而对于容积较大的橡胶皮囊，其容积变化难以精确控制。对浮力调节量有较大需求的水下作业平台，如深海可移动着陆器、深海基站等，急需容积大、精确可控的外油囊装置。

技术实现要素：

鉴于此，有必要提供可满足水下作业平台在深海环境中有较大浮力调节量的应用需求的用于深海浮力调节的外油囊装置。

一种用于深海浮力调节的外油囊装置，包括：底部盖板、波纹管式皮囊、滑动盖板、滑动导杆、顶部限位架、弹簧导向杆、压缩弹簧及液压快速接头，其中：

所述底部盖板、波纹管式皮囊和滑动盖板形成密闭封腔，所述波纹管式皮囊的底部和顶部分别与所述底部盖板和滑动盖板固定连接，所述滑动导杆穿过所述滑动盖板，所述滑动导杆的两端分别与所述底部盖板和所述顶部限位架固定连接，所述滑动盖板可沿所述滑动导杆滑动，所述弹簧导向杆穿过所述顶部限位架并安装于所述滑动盖板上，所述弹簧导向杆可随所述滑动盖板滑动，所述压缩弹簧安装于所述弹簧导向杆与所述顶部限位架之间，所述液压快速接头安装在所述底部盖板上，并与所述波纹管式皮囊的内部油液连通。

在其中一些实施例中，所述波纹管式皮囊的材质为橡胶。

在其中一些实施例中，所述滑动导杆为四根，且分别穿过位于所述滑动盖板的四个角落的通孔。

在其中一些实施例中，还包括直线电位计，所述直线电位计包括电阻体和滑片，所述电阻体与固定在所述底部盖板上的直线电位计支座固定连接，所述滑片与固定在所述滑动盖板上的直线电位计封腔固定连接，所述滑片可随所述滑动盖板的运动而沿所述电阻体滑动。

在其中一些实施例中，所述直线电位计封腔与所述波纹管式皮囊的内部连通，其顶部通过排气阀与外界海水形成密封。

在其中一些实施例中，还包括分布在所述底部盖板上的多个漏水检测传感器。

在其中一些实施例中，还包括安装在所述底部盖板上的水密接插件，所述水密接插件的一端通过电缆与所述直线电位计及所述多个漏水检测传感器连接，另一端通过水密电缆与外部水下作业平台连接，通过所述水下作业平台完成对所述直线电位计和所述多个漏水检测传感器的实时检测。

在其中一些实施例中，所述滑动盖板还设置有排气阀。

另外，本发明还提供了一种包括外油囊装置的水下作业平台。

本发明提供的用于深海浮力调节的外油囊装置，通过液压快速接头向波纹管式皮囊注入液压油，波纹管式皮囊内部受压，液压油推动滑动盖板沿着滑动导杆直线向上运动，波纹管式皮囊排水体积变大，完成注油；通过液压快速接头将波纹管式皮囊液压油排出，波纹管式皮囊内部压力减小，滑动盖板沿着滑动导杆直线向下运动，波纹管式皮囊排水体积减小，完成排油，本发明提供的用于深海浮力调节的外油囊装置，采用波纹管式皮囊作为油囊，可实现较大的容积变化，最大可超过130l，能够在深海环境中给浮力调节系统提供充足的调节量。

此外，本发明提供的用于深海浮力调节的外油囊装置，波纹管式皮囊具有容积大、径向变形小等优点，当液压油通过液压快速接头进入外油囊时，波纹管式皮囊内部受压，由于滑动导杆的导向作用，会推动滑动盖板向上直线运动，使波纹管式皮囊容积变化具有较好的线性度；滑动盖板产生的位移可通过直线电位计实时测量，由直线电位计的测量值可计算出外油囊的排水体积，从而达到外油囊排水体积精确可控的目的。

另外，本发明提供的用于深海浮力调节的外油囊装置，在滑动盖板与顶部限位架之间安装有压缩弹簧，压缩弹簧安装时即使其具有一定预紧力，使得外油囊的内部压力始终高于环境压力，有效避免了海水渗入的情况，提高了外油囊装置的可靠性；同时，在底部盖板的上端面安装了多个漏水检测传感器，当极端情形下海水由外部液压系统进入外油囊时，也可及时被检测出来，有效提高了液压系统工作的安全性。

本发明还提供了包括外油囊装置的水下作业平台，外油囊装置在水下作业平台上的安装位置、方向不限，具有使用方便、通用性好的优点，同时也可根据实际需求选择大小不同的波纹管式皮囊进行设计，可应用于不同浮力调节需求的水下作业平台，具有很好的推广性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的用于深海浮力调节的外油囊装置的结构示意图；

图2表示为实施例提供的用于深海浮力调节的外油囊装置的a-a剖视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

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。

请参阅图1及图2，为本发明一实施方式提供的用于深海浮力调节的外油囊装置的结构示意图，包括：底部盖板1、波纹管式皮囊2、滑动盖板3、滑动导杆4、顶部限位架5、弹簧导向杆6、压缩弹簧7、直线电位计支座8、直线电位计9、直线电位计封腔10、漏水检测传感器11、水密穿舱件12、液压快速接头13和排气阀14。以下详细说明各个部件之间的连接关系。

所述底部盖板1、波纹管式皮囊2和滑动盖板3形成密闭封腔，所述波纹管式皮囊2的底部和顶部分别与所述底部盖板1和滑动盖板3固定连接。

具体地，波纹管式皮囊2的底部和顶部分别与滑动盖板3、底部盖板1通过螺栓连接紧固。

进一步地，所述波纹管式皮囊2的材质为橡胶，具有容积大、径向变形小等优点，其内部充满液压油。

可以理解，采用波纹管式皮囊2作为油囊，可实现较大的容积变化，最大可超过130l，能够在深海环境中给浮力调节系统提供充足的调节量。

所述滑动导杆4穿过所述滑动盖板3，所述滑动导杆4的两端分别与所述底部盖板1和所述顶部限位架5固定连接，所述滑动盖板3可沿所述滑动导杆4滑动。

具体地，滑动盖板3的四角均开设有通孔，滑动导杆4可穿过通孔其上下分别通过顶部限位架5和底部盖板1限位及固定。

进一步地，所述滑动盖板还设置有排气阀，可用于外油囊装置内部残余气体的排出。

所述弹簧导向杆6穿过所述顶部限位架5并安装于所述滑动盖板3上，所述弹簧导向杆6可随所述滑动盖板3滑动，所述压缩弹簧7安装于所述弹簧导向杆6与所述顶部限位架5之间，所述液压快速接头13安装在所述底部盖板1上，并与所述波纹管式皮囊2的内部油液连通。

进一步地，顶部限位架5上设置有凸起的导管，弹簧导向杆固定在滑动盖板上并穿过该凸起的导管，由于压缩弹簧7安装于弹簧导向杆6与顶部限位架5之间，这样可沿着弹簧导向杆6直线伸缩，压缩弹簧7的两端受弹簧导向杆6与顶部限位架5的约束。

进一步地，所述弹簧导向杆6的长度，应大于滑动盖板3与顶部限位架5上导管的最大间距；所述压缩弹簧7的自由长度，应大于弹簧导向杆6与顶部限位架5上导管的最大间距。

可以理解，压缩弹簧7在安装时即有一定的预紧力，并作用在滑动盖板3上，且随着滑动盖板3向上运动，弹簧力不断增加，使得外油囊的内部压力始终高于环境压力，从而避免海水进入外油囊中。

可以理解，由于波纹管式皮囊2具有容积大、径向变形小等优点，当液压油通过液压快速接头13进入外油囊时，波纹管式皮囊2内部受压，由于滑动导杆4的导向作用，会推动滑动盖板3向上直线运动，使波纹管式皮囊2容积变化具有较好的线性度。

可以理解，液压快速接头13与内部油液连通，通常情况下为闭合状态，可通过配套的液压快速接头与水下作业平台浮力调节系统连通。

请再参阅图1及图2，上述用于深海浮力调节的外油囊装置还包括直线电位计9，所述直线电位计9包括电阻体和滑片，所述电阻体与固定在所述底部盖板1上的直线电位计支座8固定连接，所述滑片与固定在所述滑动盖板3上的直线电位计封腔10固定连接，所述滑片可随所述滑动盖板3的运动而沿所述电阻体滑动。

可以理解，滑动盖板3产生的位移可通过直线电位计9实时测量，由直线电位计9的测量值可计算出外油囊的排水体积，从而达到外油囊排水体积精确可控的目的。

进一步地，所述直线电位计封腔10与所述波纹管式皮囊2的内部连通，其顶部通过排气阀14与外界海水形成密封，且通过该排气阀可用于外油囊装置内部残余气体的排出。

请再参阅图1及图2，上述用于深海浮力调节的外油囊装置还包括分布在所述底部盖板1上的多个漏水检测传感器11。

具体地，多个漏水检测传感器11均匀分布在底部盖板1上，并紧贴其上端面，漏水检测传感器11的两个电极分别并联在一起，当极端情形下海水由外部液压系统进入外油囊时，也可及时被检测出来，有效提高了液压系统工作的安全性。

上述用于深海浮力调节的外油囊装置还包括安装在所述底部盖板1上的水密接插件12，所述水密接插件12的一端通过电缆与所述直线电位计9及所述多个漏水检测传感器11连接，另一端通过水密电缆与外部水下作业平台连接，通过所述水下作业平台完成对所述直线电位计9和所述多个漏水检测传感器11的实时检测。

上述用于深海浮力调节的外油囊装置的工作原理如下：

通过液压快速接头13向波纹管式皮囊2注入液压油，波纹管式皮囊2内部受压，液压油推动滑动盖板3沿着滑动导杆4直线向上运动，波纹管式皮囊2排水体积变大，完成注油；通过液压快速接头13将波纹管式皮囊2液压油排出，波纹管式皮囊2内部压力减小，滑动盖板3沿着滑动导杆4直线向下运动，波纹管式皮囊2排水体积减小，完成排油。上述外油囊装置通过波纹管式皮囊2的注油和排油实现排水体积的增加和减小。

本发明提供的用于深海浮力调节的外油囊装置，采用波纹管式皮囊作为油囊，可实现较大的容积变化，最大可超过130l，能够在深海环境中给浮力调节系统提供充足的调节量。

本发明还提供了包括外油囊装置的水下作业平台，外油囊装置可通过底部盖板1或顶部限位架5固定到水下作业平台，安装位置、方向不限，具有使用方便、通用性好的优点，同时也可根据实际需求选择大小不同的波纹管式皮囊进行设计，可应用于不同浮力调节需求的水下作业平台，具有很好的推广性。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，仅具体描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，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，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式，均应包含在本发明的保护范围之内。

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