一种基于气囊的水面快速救援装置及水面救援方法与流程

本发明属于救援装置技术领域，具体涉及一种基于气囊的水面快速救援装置及其救援方法。

背景技术：

目前，在一些海滨场合，往往需要救生衣对海面进行巡逻，防止溺水事件的发生。为此，需要投入大量的精力，如安排救生员在海上看护，随时待命。这种方法可能会导致无法及时救援。因此，需要一种可以快速救援装置，可以在溺水事件发生后及时对溺水人员进行救援，缓解救生员的工作量。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于气囊的水面快速救援装置及其救援方法。

本发明一种基于气囊的水面快速救援装置，包括浮标、快速推进装置、调向推进装置、定向翻倒装置和救生推出装置。所述的浮标包括基础外壳。基础外壳的侧部安装有调向推进装置。基础外壳内设置有排水腔、翻转腔组和救生安置腔。基础外壳的尾端开设有与排水腔连通的喷水口，头端设置有与救生安置腔连通的救生出口。翻转腔组由m个定向翻转腔组成，3≤m≤6。m个定向翻转腔沿基础外壳中心轴线的周向均布。翻转腔组位于浮标的重心远离喷水口的一侧。所述的定向翻倒装置包括抽水泵和m个第一通断阀。m个第一通断阀的输入口均与抽水泵的输出口通过多通接头连接，输出口与m个定向翻转腔分别连通。

所述的快速推进装置包括膨胀气囊、放电电极和输料气路。膨胀气囊固定在排水腔内。膨胀气囊内设置有放电电极。所述的输料气路包括氧气存储罐、甲烷存储罐、第一流量计、第二流量计、第一单向阀、第二单向阀、换向阀、第一通断阀、第三单向阀和气泵。氧气存储罐的出气口接入第一流量计的进气口。第一流量计的出气口接入第一单向阀的进气口。第一单向阀的出气口接入换向阀的第一工作气口。甲烷存储罐的出气口接入第二流量计的进气口。第二流量计的出气口接入第二单向阀的进气口。第二单向阀的出气口接入换向阀的第二工作气口。换向阀的第三工作气口与膨胀气囊连接。第一通断阀的输入端与膨胀气囊连接，输出端与气泵的进气端连接；气泵的出气端与第三单向阀的输入端连接。第三单向阀的输出端与外界环境连接。

所述的救生推出装置包括救生气囊、储气罐和第二通断阀。储气罐的输出气口与救生气囊的进气口通过第二通断阀连接。

作为优选，所述的调向推进装置包括沿基础外壳中心轴线的周向均布的四个螺旋驱动组件。螺旋驱动组件包括驱动电机和螺旋桨。驱动电机固定在基础外壳外侧面的中部，且输出轴与螺旋桨固定。螺旋桨朝向基础外壳的尾端。

作为优选，所述的基础外壳内还设置有气路安装腔。气路安装腔位于排水腔与救生安置腔之间。输料气路、储气罐和第二通断阀均设置在气路安装腔内。

所述的快速推进装置还包括安装套和第一安装盖。所述的排水腔与气路安装腔的连接处设置有第一固定环。第一固定环外侧面呈阶梯状。第一固定环外侧面上直径较大的部分设置有外螺纹。膨胀气囊的开口穿过第一固定环，且外翻至包裹住第一固定环状态。安装套套置在第一固定环外侧面上直径较小的部分。安装套的外侧面设置有外螺纹。第一安装盖上设置有内螺纹。第一固定环、安装套上的外螺纹与第一安装盖的内螺纹连接。第一安装盖上开设有进气口。

所述的救生推出装置还包括第二安装盖。救生安置腔与气路安装腔的连接处设置有第二固定环。第二固定环外侧面设置有外螺纹。救生气囊的进气口穿过第二固定环，且外翻至包裹住第二固定环的状态。第二安装盖上设置有内螺纹。第二固定环与第二安装盖的内螺纹连接。第二安装盖上开设有进气口。

作为优选，所述的输料气路还包括甲烷充气接头、氧气充气接头、第一气压计和第二气压计。氧气充气接头设置在氧气存储罐的进气口。甲烷充气接头设置在甲烷存储罐的进气口。第一气压计的检测头与氧气存储罐的气压口连接。第二气压计的检测头与甲烷存储罐的气压口连接。换向阀采用三位三通换向阀。换向阀在第一个工作位下，第一工作气口与第三工作气口连通，第二工作气口截止；第二个工作位下，第一工作气口、第二工作气口及第三工作气口均截止；第三个工作位下，第二工作气口与第三工作气口连通，第一工作气口截止。

作为优选，所述的浮标呈梭形，且重心位于浮标的中心轴线上。浮标还包括多个叶片张合组件。叶片张合组件包括张合叶片和复位弹簧。张合叶片的内侧边缘与基础外壳头端的边缘处铰接。复位弹簧的两端与张合叶片的内侧、基础外壳头端分别固定。

作为优选，所述的救生气囊由充气救生圈和伸长气柱。伸长气柱的外端与充气救生圈连接。伸长气柱与充气救生圈的内腔连通。救生气囊的进气口设置在伸长气柱的内端。

作为优选，所述的放电电极由间隔设置的正电极和负电极组成。

作为优选，m个定向翻转腔均未注入水的状态下，浮标竖直漂浮在水面上，且喷水口朝向正下方。其中一个定向翻转腔注入水的状态下，浮标水平漂浮在水面上，且注入水的定向翻转腔在m个定向翻转腔中位于最低处。

利用该基于气囊的水面快速救援装置的水面救援方法具体如下：

步骤一、将一个或多个基于气囊的水面快速救援装置分散设置在目标水域内；各进入目标水域的人员身上佩戴报警器。

步骤二、若目标水域内有人员溺水，则该溺水人员佩戴的报警器发出警报；以距离溺水人员最近的水面快速救援装置作为工作救援装置。

步骤三、工作救援装置最靠近溺水人员的定向翻转腔对应的第一通断阀导通，抽水泵启动，将目标水域中的水抽入该定向翻转腔。工作救援装置的重心发生偏移，向着溺水人员翻倒。

同时，换向阀运动，使得氧气存储罐、甲烷存储罐先后与膨胀气囊连通，将氧气和甲烷分别充入膨胀气囊。通过第一流量计、第二流量计分别检测氧气和甲烷的流量。充气完成后，换向阀切换至氧气存储罐、甲烷存储罐均与膨胀气囊隔断的状态。

步骤四、放电电极产生电弧，点燃膨胀气囊内的甲烷，甲烷燃烧产生热量，使得膨胀气囊膨胀，将排水腔内水从喷水口推出，对工作救援装置产生的反推力，推动工作救援装置向溺水人员运动。调向推进装置调整工作救援装置的运动方向。

步骤五、浮标进入以溺水人员为中心的救援范围内后，调向推进装置调整工作救援装置的朝向，使得工作救援装置内的救生气囊正对溺水人员。

步骤六、第二通断阀导通，使得储气管向救生气囊充气；救生气囊膨胀，伸向溺水人员。

步骤七、溺水人员抓住到达面前的救生气囊。

作为优选，步骤一中，各基于气囊的水面快速救援装置内的控制器通过第一气压计、第二气压计分别检测氧气存储罐、甲烷存储罐内的气压。若氧气存储罐、甲烷存储罐内的气压低于预设值，则发出警报信息，通知地面工作人员填充气体。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明通过快速推进装置、调向推进装置与定向翻倒装置相配合，能够快速向溺水人员靠近并施救，可以在一些海滨场合使用，缓解救生员的工作量。

2、本发明通过在膨胀气囊中的通入可反应气体后，通过电极放电，使之剧烈反应，并迅速膨胀，进而能够迅速在喷口向外传递一个较大的反推力，进而达到快速靠近溺水人员的目的。

3、本发明的救生气囊的头部设置有救生圈，能否方便溺水人员的抓持。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的立体图；

图3是本发明中输料气路的气路图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1和2所示，一种基于气囊的水面快速救援装置，包括浮标、快速推进装置、调向推进装置、定向翻倒装置、救生推出装置和控制器。浮标呈中间宽两头尖的梭形，包括基础外壳101和多个叶片张合组件。浮标的重心位于浮标的中心轴线上。叶片张合组件包括张合叶片102和复位弹簧103。张合叶片102的内侧边缘与基础外壳101头端的边缘处铰接。复位弹簧103的两端与张合叶片102的内侧、基础外壳101头端分别固定。各叶片张合组件内的张合叶片102在各复位弹簧103的拉力作用下合拢在一起，形成锥形。

基础外壳101内设置有排水腔301、翻转腔组、气路安装腔303和救生安置腔304。排水腔301、气路安装腔303、救生安置腔304沿基础外壳101长度方向依次排列的。基础外壳101的尾端开设有与排水腔301连通的喷水口305，头端设置有与救生安置腔304连通的救生出口。翻转腔组由m个定向翻转腔组成，m＝4。m个定向翻转腔302沿气路安装腔303的周向均布。翻转腔组位于浮标的重心远离喷水口305的一侧。

定向翻倒装置包括抽水泵和m个第一通断阀。m个第一通断阀的输入口均与抽水泵的输出口通过多通接头连接，输出口与m个定向翻转腔302分别连通。抽水泵的输入口与抽水管的一端连通。浮在水面上时，抽水管的另一端伸入水面以下。m个定向翻转腔302均未注入水的状态下，浮标竖直漂浮在水面上，且喷水口305朝向正下方。其中一个定向翻转腔302注入水的状态下，浮标水平漂浮在水面上，且注入水的定向翻转腔302在m个定向翻转腔302中位于最低处。通过定向翻倒装置能够向指定的定向翻转腔302注水，从而调节整个水面快速救援装置的重心，使得水面快速救援向注水的一侧翻转横倒。

快速推进装置包括膨胀气囊104、安装套105、第一安装盖106、放电电极和输料气路。排水腔301与气路安装腔303的连接处设置有第一固定环。第一固定环外侧面呈阶梯状。第一固定环外侧面上直径较大的部分设置有外螺纹。膨胀气囊104的开口穿过第一固定环，且外翻至包裹住第一固定环状态。安装套105套置在第一固定环外侧面上直径较小的部分，从而压住膨胀气囊104的开口处。安装套105的外侧面设置有外螺纹。第一安装盖106上设置有内螺纹。第一固定环、安装套105上的外螺纹与第一安装盖106的内螺纹连接，从而实现了对膨胀气囊104的固定。第一安装盖106上开设有进气口。输料气路设置在气路安装腔303内。第一安装盖106的内侧面设置有放电电极。放电电极由间隔设置的正电极和负电极组成。当正电极、负电极被输入电压后，将会产生电火花，从而实现点火。

如图3所示，输料气路包括氧气存储罐201、甲烷存储罐202、第一流量计203、第二流量计204、第一单向阀205、第二单向阀206、换向阀207、第一通断阀208、第三单向阀209、气泵210、甲烷充气接头211、氧气充气接头212、放气接头213、第一气压计214和第二气压计215。当膨胀气囊104迅速膨胀时，将基础外壳101的尾端的排水腔301内的水从喷水口305挤出。水从喷水口305排出的同时，对基础外壳101产生的反推力，推动基础外壳101快速加速。

氧气存储罐201的进气口处设置有氧气充气接头212，出气口接入第一流量计203的进气口。第一流量计203的出气口接入第一单向阀205的进气口。第一单向阀205的出气口接入换向阀207的第一工作气口。甲烷存储罐202的进气口211处设置有甲烷充气接头211，出气口接入第二流量计204的进气口。第二流量计204的出气口接入第二单向阀206的进气口。第二单向阀206的出气口接入换向阀207的第二工作气口。换向阀207的第三工作气口与第一安装盖106上的进气口连接，从而接入膨胀气囊104。第一气压计214的检测头与氧气存储罐201的气压口连接。第二气压计215的检测头与甲烷存储罐202的气压口连接。换向阀207采用三位三通换向阀。换向阀207在第一个工作位下，第一工作气口与第三工作气口连通，第二工作气口截止；第二个工作位下，第一工作气口、第二工作气口及第三工作气口均截止；第三个工作位下，第二工作气口与第三工作气口连通，第一工作气口截止。第一通断阀208的输入端与第一安装盖106上的进气口连接，输出端与气泵的进气端连接；气泵的出气端与第三单向阀209的输入端连接。第三单向阀209的输出端与外界环境通过放气接头213连接。放气接头213安装在基础壳体上。

救生推出装置包括救生气囊107、第二安装盖108、储气罐和第二通断阀。救生气囊107由充气救生圈和伸长气柱。伸长气柱的外端与充气救生圈连接。伸长气柱与充气救生圈的内腔连通。救生气囊107的进气口设置在伸长气柱的内端。救生安置腔304与气路安装腔303的连接处设置有第二固定环。第二固定环外侧面设置有外螺纹。救生气囊107的进气口穿过第二固定环，且外翻至包裹住第二固定环的状态。第二安装盖108上设置有内螺纹。第二固定环与第二安装盖108的内螺纹连接，从而实现了对救生气囊107的固定。第二安装盖108上开设有进气口。储气罐和第二通断阀均设置在气路安装腔303内。储气罐的输出气口与救生气囊107的进气口通过第二通断阀连接。储气罐用于为救生气囊107充气。

调向推进装置包括沿基础外壳101中心轴线的周向均布的四个螺旋驱动组件109。螺旋驱动组件109包括驱动电机和螺旋桨。驱动电机固定在基础外壳101外侧面的中部，且输出轴与螺旋桨固定。螺旋桨朝向基础外壳101的尾端。

控制器的两个通断控制接口与第一通断阀、第二通断阀的控制接口分别连接，换向控制接口与换向阀的控制接口连接，两个流量信号输入接口与第一流量计203、第二流量计204的信号输出接口分别连接，两个气压信号输入接口与第一气压计214、第二气压计215的信号输出接口分别连接，点火控制接口与放电电极通过继电器连接，四个电机控制接口与四个驱动电机分别通过电机驱动器连接。控制器采用单片机。

利用该基于气囊的水面快速救援装置的水面救援方法具体如下：

步骤一、在目标水域的四周设置四个uwb定位基站；在基于气囊的水面快速救援装置上均设置定位标签和无线通讯芯片，并将一个或多个基于气囊的水面快速救援装置分散漂浮在目标水域内；各进入目标水域的人员身上佩戴报警器；报警器内设置定位标签。报警器采用具有溺水检测报警功能的可穿戴报警器。uwb定位基站、基于气囊的水面快速救援装置上的无线通讯芯片以及各报警器均与上位机无线通信。

各基于气囊的水面快速救援装置内的控制器通过第一气压计214、第二气压计215分别检测氧气存储罐201、甲烷存储罐202内的气压。若氧气存储罐201、甲烷存储罐202内的气压低于预设值，则发出警报信息，通知地面工作人员填充气体。

步骤二、若目标水域内有人员溺水，则该溺水人员佩戴的报警器向上位机发出警报；上位机通过四个uwb定位基站确定溺水人员的位置，并以距离溺水人员最近的水面快速救援装置作为工作救援装置。

步骤三、控制器控制工作救援装置最靠近溺水人员的定向翻转腔302对应的第一通断阀导通，抽水泵启动，将目标水域中的水抽入该定向翻转腔302。工作救援装置的重心发生偏移，向着溺水人员翻倒；调向推进装置内的螺旋桨转动，调整工作救援装置的朝向，使得救生气囊107的朝向靠近且不直接正对溺水人员的状态。避免工作救援装置撞伤溺水人员。工作救援装置翻倒后，第一通断阀截止，抽水泵关闭。

同时，控制器控制换向阀207运动，使得氧气存储罐201、甲烷存储罐202先后与膨胀气囊104连通，将氧气和甲烷分别充入膨胀气囊104。通过第一流量计203、第二流量计204分别检测氧气和甲烷的流量，从而控制甲烷和氧气的充入量。甲烷和氧气的充入量根据工作救援装置与溺水人员的距离确定，确定的标准为：使得工作救援装置被推进至溺水人员5米范围内。充气完成后，换向阀207切换至第二工作位。

步骤四、控制器控制放电电极通电产生电弧，点燃膨胀气囊104内的甲烷，甲烷燃烧产生大量的热量，膨胀气囊104快速发生膨胀，将基础外壳101的排水腔301内水从喷水口305推出，从而对工作救援装置产生的反推力，推动工作救援装置快速加速，并向溺水人员运动。调向推进装置内的螺旋桨转动，调整外基础壳101的运动方向。

步骤五、浮标进入以溺水人员为中心的救援范围内后，调向推进装置内的螺旋桨转动，调整浮标的朝向，使得救生气囊107正对溺水人员。救援范围为半径等于救生气囊107充气后的长度的圆形区域。

步骤六、第二通断阀导通，使得储气管向救生气囊107充气；救生气囊107膨胀，顶开各张合叶片102，并伸向溺水人员。

步骤七、溺水人员抓住到达面前的救生气囊，并等待进一步救援。这保证了溺水人员的生命安全。

实施例2

利用该基于气囊的水面快速救援装置的水面救援方法，与实施例1的区别在于，在目标水域不设uwb定位基站；基于气囊的水面快速救援装置以及报警器上不设定位标签。基于气囊的水面快速救援装置以及报警器上设置gps芯片。步骤二中，通过gps芯片对溺水人员和基于气囊的水面快速救援装置进行定位。