[发明专利]一种深海装备浮力调节系统及其工作方法

权利要求书

1.一种深海装备浮力调节系统的工作方法，其特征在于，所述深海装备浮力调节系统包括浮力油囊、出油口常开式电磁换向阀、溢流阀、液压马达、节流阀、出油口常闭式电磁换向阀、储油油囊、控制器、进油口常开式电磁换向阀、液压泵、减压阀、进油口常闭式电磁换向阀、单向阀、压力变送器和流量计；

所述储油油囊分别与出油口常闭式电磁换向阀和进油口常开式电磁换向阀连接，所述液压泵的进油口分别连接进油口常开式电磁换向阀和减压阀，所述液压泵的出油口与单向阀连接，液压泵连接有电机，所述单向阀分别与出油口常开式电磁换向阀、液压马达和溢流阀连接，所述液压马达连接有发电机，所述液压马达和溢流阀均与节流阀连接，所述节流阀经出油口常闭式电磁换向阀与储油油囊连接，所述减压阀与进油口常闭式电磁换向阀连接，所述进油口常闭式电磁换向阀和出油口常开式电磁换向阀均通过油管连接至浮力油囊，该油管上设置有流量计和压力变送器；

所述控制器通过信号线分别与流量计、压力变送器、出油口常开式电磁换向阀、溢流阀、节流阀、出油口常闭式电磁换向阀、进油口常闭式电磁换向阀、电机和进油口常开式电磁换向阀连接；

在海面处，当液压系统的阻尼较小时，控制器驱动出油口常闭式电磁换向阀换向，并向溢流阀发送溢流信号、向节流阀发送节流信号，使液压油在负压的作用下从浮力油囊经过溢流阀进入储油油囊；当液压系统的阻尼较大时，控制器驱动出油口常开式电磁换向阀、出油口常闭式电磁换向阀、进油口常开式电磁换向阀和进油口常闭式电磁换向阀执行换向动作，同时向电机发送转速信号、向溢流阀发送溢流信号、向节流阀发送节流信号，电机驱动液压泵转动，将液压油从浮力油囊输送到储油油囊，浮力油囊内液压油减少，浮力油囊体积减小，排开海水的体积减小，使深海装备受到的浮力减小，装备下潜；

在深海处，浮力油囊受到海水压力的挤压，控制器驱动出油口常闭式电磁换向阀换向，并向溢流阀发送溢流信号、向节流阀发送节流信号，液压油在海水压力的作用下从浮力油囊经过液压马达进入储油油囊，驱动液压马达转动，液压马达驱动发电机发电，浮力油囊体积继续减小；

当深海装备需要上浮时，控制器向电机发送转速信号，电机驱动液压泵转动，将液压油从储油油囊排入浮力油囊，浮力油囊体积增大，排开海水的体积增大，使深海装备受到的浮力增加；

深海装备在水面时，完成下潜深度、液压泵转速和液压泵工作时间的设定；

液压泵开始工作后，液压油从浮力油囊进入储油油囊，浮力油囊体积收缩，装备排水体积减小，受到的浮力减小，装备下潜，到达设定的液压泵工作时间后，液压泵停止工作，此时深海装备获得了一定的下降速度，继续执行下潜运动，浮力调节系统中的流量计记录进入储油油囊的液压油流速，通过积分运算得到浮力油囊的体积，积分计算如公式(1)：

其中，V为浮力油囊的体积，Q为流量计记录到的液压油流量，t为液压油进入浮力油囊的时间；

进而计算出装备受到的浮力：

F_浮＝ρg(V+V₀) (2)

其中，F_浮为装备受到的浮力，ρ为海水密度，V₀为深海装备的体积；

浮力调节系统中的压力变送器记录深海装备所处位置的海水压力值，并通过海水压力值与深度的换算关系计算装备所处水深：

p＝ρgh (3)

其中，p为海水压力值，h为海水深度；

再通过微分运算获得装备的运行速度：

其中，v为运行速度，t为运行时间；

从而能够计算出装备受到的流体阻力：

其中，F_阻为设备受到的流体阻力，C_d为设备的流体阻力系数，S为设备的迎流面积；

结合装备自身的质量，得到装备在水下运动时受到的合力，进而能够得到装备的加速度值：

其中，a为设备的加速度；

实时判断装备的下潜速度，若装备的下潜速度为0，则控制器驱动出油口常闭式电磁换向阀工作，使液压油在海水压力的作用下从浮力油囊经过液压马达进入储油油囊，在此过程中，液压马达驱动发电机发电，实现能量回收。

2.根据权利要求1所述的深海装备浮力调节系统的工作方法，其特征在于，所述储油油囊为活塞式结构，一端为储油腔，另一端为真空负压腔。