一种浮力调节柱塞泵装置的制作方法

本实用新型属于潜水器技术领域，涉及浮力调节装置，具体涉及一种浮力调节柱塞泵装置。

背景技术：

随着科技的不断发展，人类对海洋的探索越来越深入，经常需要用到大深度潜水器。就目前而言，大深度潜水器特别是大深度无缆载人潜水器和无人潜水器都需要浮力调节系统来调节潜水器在水下运动过程中的浮力情况，以调节潜水器的上浮或者下潜，补偿因外界环境变化引起的浮力变化。利用海水来调节潜水器的浮力状态是一种非常简单实用的方式，但是全海深潜水器的浮力调节却面临着泵体受到外部巨大的工作环境海水压力的影响，外部海水压力的作用甚至可以达到115MPa以上；另外，由于通常的大深度载人潜水器通过电池供给能源，因而其能源供给总是受限的。为此就需要一种机械效率和容积效率都高的，能在全海深环境下可靠工作的全海深浮力调节装置。

现有潜水器浮力调节装置主要存在以下问题：(1)工作水深不够深，基本上在70MPa以内的环境下工作，无法到达全海深115MPa的工作环境；(2)实现复杂，可靠性低。采用阀配流或者轴配流型的高压海水泵，内部零件数量特别多，设备结构复杂，配合件过多，在外部高压环境下，零件本身容易产生变形，造成设备过快磨损，甚至无法工作；(3)机械效率和容积效率太低。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种浮力调节柱塞泵装置，该装置能够工作于全海深，主要运动结构通过承压部件来承受外部巨大的海水压力，可以保证系统可靠工作，设备简单，机械效率和容积效率较高。

为此，本实用新型采用了以下技术方案：

一种浮力调节柱塞泵装置，包括输入阀组、输出阀组、抗压缸体和往复驱动活塞机构；所述抗压缸体包括输入插装孔、输出插装孔和驱动插装孔，所述输入插装孔和输出插装孔位于同一个轴线上，所述驱动插装孔与该轴线垂向相交，形成一个T型的通道；三个插装孔内均设有内螺纹；所述输入阀组位于抗压缸体的输入插装孔内，通过螺纹进行固定，并通过输入阀组上的O型圈进行密封；所述输出阀组位于抗压缸体的输出插装孔内，通过螺纹进行固定，并通过输出阀组上的O型圈进步密封；所述往复驱动活塞机构位于抗压缸体的驱动插装孔内，通过螺纹进行固定，并通过抗压缸体的驱动插装孔上的O型圈进行密封。

优选地，所述输入阀组连接到潜水器的可调压载水舱，用于将潜水器可调压载水舱的常压压载水吸入到柱塞泵体内，同时提供可调压载水舱和柱塞泵体之间的密封；所述输出阀组与外界海水连通，用于将柱塞泵体内的水排到外界海水中，同时提供柱塞泵体和外部海水之间的密封；所述往复驱动活塞机构与带动力源的往复驱动机构连接，用于驱动活塞运动；所述抗压缸体通过螺栓孔与动力源的壳体连接。

优选地，所述输入阀组包括接头、输入阀座、输入阀芯复位弹簧下支撑座、输入阀芯复位弹簧、输入阀芯复位弹簧上支撑座、输入阀芯、O型圈，它们沿轴向依次排列；所述输入阀座上的外螺纹与抗压缸体的输入插装孔上的内螺纹配合固定，其另外一侧轴端与输入插装孔的内孔上台阶紧贴，该轴端与输入插装孔台阶构成一个凹槽，凹槽上放置O型圈；所述接头在轴向通过螺纹与输入阀座紧固连接，接头的一个端面上设有一个凹槽O型圈，O型圈的另外一边与输入阀座紧贴；所述输入阀芯复位弹簧上支撑座的上侧与输入阀座内部一个锥面紧贴，其上面设有一个内凹槽，用于放置输入阀芯复位弹簧；所述输入阀芯复位弹簧的另外一侧与输入阀芯复位弹簧下支撑座紧贴；所述输入阀芯复位弹簧下支撑座轴向的螺纹与输入阀芯一侧轴端的螺纹紧固；所述输入阀芯轴端另外一侧设有一凸出锥面，该锥面与输入阀座顶部轴端的内凹锥面配合。

进一步地，所述输入阀芯的凸出锥面具有89°的夹角；所述输入阀座的内凹锥面具有90°的夹角。

进一步地，所述输入阀座和输入阀芯之间的洛氏硬度差至少大于5HRC。

优选地，所述输出阀组包括接头、输出阀座、输出阀芯复位弹簧支撑座、输出阀芯复位弹簧、输出阀芯、O型圈，它们沿轴向依次排列；所述输出阀座上的外螺纹与抗压缸体的输出插装孔上的内螺纹配合固定，其另外一侧轴端与输出插装孔的内孔上台阶紧贴；该轴端与输出插装孔台阶构成一个凹槽，凹槽上放置O型圈；所述接头在轴向通过螺纹与输出阀座紧固连接，接头的一个端面上设有一个凹槽O型圈，O型圈的另外一边与输出阀座紧贴；所述输出阀芯复位弹簧支撑座的一侧轴向上的螺纹与输出阀座里的螺纹紧固；所述输出阀芯复位弹簧支撑座的另外一侧设有一个内凹槽，用于放置输出阀芯复位弹簧；所述输出阀芯复位弹簧的另外一侧与输出阀芯一侧上的轴肩紧贴；所述输出阀芯轴端另外一侧设有一凸出锥面，该锥面与输出阀座底部内孔处的一内凹锥面配合。

进一步地，所述输出阀芯的凸出锥面具有89.5°的夹角；所述输出阀座的内凹锥面具有90°的夹角。

进一步地，所述输出阀座和输出阀芯之间的洛氏硬度差至少大于5HRC。

优选地，所述往复驱动活塞机构包括耐磨环、O型圈、支撑环、活塞和活塞密封组件，它们沿轴向依次排列；所述支撑环通过其上的外螺纹与抗压缸体上的驱动插装孔的内螺纹配合固定，其另外一侧轴端与耐磨环的内孔上的台阶紧贴；所述耐磨环设有一段凸出的环形轴与抗压缸体上的驱动插装孔配合，驱动插装孔在该位置的凹槽上设置有O型圈，O型圈的内侧与耐磨环的环形轴配合；所述耐磨环的一侧轴端设有一外圆弧面，该圆弧面与驱动插装孔上的内圆弧面配合；所述耐磨环上凸出环形轴与外圆弧面之间一段轴的外径比该位置处的驱动插装孔略小；所述耐磨环设有一内孔，该内孔与活塞相配合，活塞能够在耐磨环内孔沿轴向上灵活运动；所述活塞上设有一凹槽，凹槽内放置有活塞密封组件，所述活塞密封组件的外径与耐磨环的内孔相配合；所述活塞密封组件内侧为O型圈，外侧套一个聚氨酯外环。

进一步地，所述耐磨环和活塞之间的洛氏硬度差至少大于5HRC。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)可以工作于全海深，能够为全海深潜水器提供浮力调节能力，工作水深远远高于目前已有同类型的浮力调节装置。

(2)机械效率和容积效率较高。

(3)可以实现灵活的配置。多个柱塞泵可同时并联工作，来提供系统的流量；或者通过串联工作提供系统的输出压力。

(4)设备简单，可靠性高。在设备润滑充足的情况下，运动件的磨损基本可以忽略；主要运动结构通过承压部件来承受外部巨大的海水压力，可保证系统可靠工作。

附图说明

图1是本实用新型所提供的一种浮力调节柱塞泵装置的整体结构示意图。

图2是本实用新型所提供的一种浮力调节柱塞泵装置的整体结构总装图。

图3是输入阀座结构示意图。

图4是输入阀芯结构示意图。

图5是输出阀座结构示意图。

图6是输出阀芯结构示意图。

附图标记说明：Ⅰ、输入阀组；Ⅱ、抗压缸体；Ⅲ、输出阀组；Ⅳ、往复驱动活塞机构；1、接头；2、O型圈；3、输入阀座；4、O型圈；5、O型圈；6、支撑环；7、活塞；8、活塞密封组件；9、耐磨环；10、抗压缸体本体；11、输出阀座；12、输出阀芯复位弹簧；13、输出阀芯复位弹簧支撑座；14、输出阀芯；15、输入阀芯；16、输入阀芯复位弹簧上支撑座；17、输入阀芯复位弹簧；18、输入阀芯复位弹簧下支撑座。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

如图1所示，本实用新型公开了一种浮力调节柱塞泵装置，包括输入阀组Ⅰ、输出阀组Ⅲ、抗压缸体Ⅱ和往复驱动活塞机构Ⅳ；所述抗压缸体Ⅱ包括输入插装孔、输出插装孔和驱动插装孔，所述输入插装孔和输出插装孔位于同一个轴线上，所述驱动插装孔与该轴线垂向相交，形成一个T型的通道；三个插装孔内均设有内螺纹；所述输入阀组Ⅰ位于抗压缸体Ⅱ的输入插装孔内，通过螺纹进行固定，并通过输入阀组Ⅰ上的O型圈进行密封；所述输出阀组Ⅲ位于抗压缸体Ⅱ的输出插装孔内，通过螺纹进行固定，并通过输出阀组Ⅲ上的O型圈进步密封；所述往复驱动活塞机构Ⅳ位于抗压缸体Ⅱ的驱动插装孔内，通过螺纹进行固定，并通过抗压缸体Ⅱ的驱动插装孔上的O型圈进行密封。

具体地，所述输入阀组Ⅰ连接到潜水器的可调压载水舱，用于将潜水器可调压载水舱的常压压载水吸入到柱塞泵体内，同时提供可调压载水舱和柱塞泵体之间的密封；所述输出阀组Ⅲ与外界海水连通，用于将柱塞泵体内的水排到外界海水中，同时提供柱塞泵体和外部海水之间的密封；所述往复驱动活塞机构Ⅳ与带动力源的往复驱动机构连接，用于驱动活塞运动；所述抗压缸体Ⅱ通过螺栓孔与动力源的壳体连接。

具体地，如图2所示，所述输入阀组Ⅰ包括接头1、输入阀座3、输入阀芯复位弹簧下支撑座18、输入阀芯复位弹簧17、输入阀芯复位弹簧上支撑座16、输入阀芯15、O型圈4，它们沿轴向依次排列；所述输入阀座3上的外螺纹与抗压缸体本体10的输入插装孔上的内螺纹配合固定，其另外一侧轴端与输入插装孔的内孔上台阶紧贴，该轴端与输入插装孔台阶构成一个凹槽，凹槽上放置O型圈4；所述接头1在轴向通过螺纹与输入阀座3紧固连接，接头1的一个端面上设有一个凹槽O型圈2，O型圈2的另外一边与输入阀座3紧贴；所述输入阀芯复位弹簧上支撑座16的上侧与输入阀座3内部一个锥面紧贴，其上面设有一个内凹槽，用于放置输入阀芯复位弹簧17；所述输入阀芯复位弹簧17的另外一侧与输入阀芯复位弹簧下支撑座18紧贴；所述输入阀芯复位弹簧下支撑座18轴向的螺纹与输入阀芯15一侧轴端的螺纹紧固；所述输入阀芯15轴端另外一侧设有一凸出锥面，该锥面与输入阀座3顶部轴端的内凹锥面配合。

具体地，如图3和图4所示，所述输入阀芯15的凸出锥面具有89°的夹角；所述输入阀座3的内凹锥面具有90°的夹角。

具体地，所述输入阀座3和输入阀芯15之间的洛氏硬度差至少大于5HRC。

具体地，如图2所示，所述输出阀组Ⅲ包括接头1、输出阀座11、输出阀芯复位弹簧支撑座13、输出阀芯复位弹簧12、输出阀芯14、O型圈4，它们沿轴向依次排列；所述输出阀座11上的外螺纹与抗压缸体本体10的输出插装孔上的内螺纹配合固定，其另外一侧轴端与输出插装孔的内孔下台阶紧贴；该轴端与输出插装孔台阶构成一个凹槽，凹槽上放置O型圈4；所述接头1在轴向通过螺纹与输出阀座11紧固连接，接头的一个端面上设有一个凹槽O型圈2，O型圈2的另外一边与输出阀座11紧贴；所述输出阀芯复位弹簧支撑座13的一侧轴向上的螺纹与输出阀座11里的螺纹紧固；所述输出阀芯复位弹簧支撑座13的另外一侧设有一个内凹槽，用于放置输出阀芯复位弹簧12；所述输出阀芯复位弹簧12的另外一侧与输出阀芯14一侧上的轴肩紧贴；所述输出阀芯14轴端另外一侧设有一凸出锥面，该锥面与输出阀座11底部内孔处的一内凹锥面配合。

具体地，如图5和图6所示，所述输出阀芯14的凸出锥面具有89.5°的夹角；所述输出阀座11的内凹锥面具有90°的夹角。

具体地，所述输出阀座11和输出阀芯14之间的洛氏硬度差至少大于5HRC。

具体地，如图2所示，所述往复驱动活塞机构Ⅳ包括耐磨环9、O型圈5、支撑环6、活塞7和活塞密封组件8，它们沿轴向依次排列；所述支撑环6通过其上的外螺纹与抗压缸体本体10上的驱动插装孔的内螺纹配合固定，其另外一侧轴端与耐磨环9的内孔上的台阶紧贴；所述耐磨环9设有一段凸出的环形轴与抗压缸体本体10上的驱动插装孔配合，驱动插装孔在该位置的凹槽上设置有O型圈5，O型圈5的内侧与耐磨环9的环形轴配合；所述耐磨环9的一侧轴端设有一外圆弧面，该圆弧面与驱动插装孔上的内圆弧面配合；所述耐磨环9上凸出环形轴与外圆弧面之间一段轴的外径比该位置处的驱动插装孔略小；所述耐磨环9设有一内孔，该内孔与活塞7相配合，活塞7能够在耐磨环9内孔沿轴向上灵活运动；所述活塞7上设有一凹槽，凹槽内放置有活塞密封组件8，所述活塞密封组件8的外径与耐磨环9的内孔相配合；所述活塞密封组件8内侧为O型圈，外侧套一个聚氨酯外环。

具体地，所述耐磨环9和活塞7之间的洛氏硬度差至少大于5HRC。

实施例

全海深潜水器中使用到的一种浮力调节柱塞泵装置，该浮力调节柱塞泵可以在电机、油马达或者油缸等驱动下的往复运动所驱动，从而将潜水器中可调压载水舱的常压海水排到潜水器工作水深的环境里，达到调节潜水器浮力的目的。该装置主要包括输入阀组、输出阀组、往复驱动活塞机构以及抗压缸体。所述抗压缸体包括输入插装孔、输出插装孔和驱动插装孔，输入插装孔和输出插装孔在一个轴线上，驱动插装孔与该轴线垂向相交，形成一个T型的通道。所述输入阀组安装到抗压缸体的输入插装孔內，通过螺纹拧紧固定，并利用输入阀组上的O型圈提供密封；所述输出阀组安装到抗压缸体的输出插装孔内，通过螺纹拧紧固定，并利用输出阀组上的O型圈提供密封；所述往复活塞机构安装到抗压缸体的驱动插装孔内，通过螺纹拧紧固定，并利用抗压缸体驱动插装孔上的O型圈提供密封。所述输入阀组一般直接或者间接连接到潜水器的可调压载水舱，输入阀组可将潜水器可调压载水舱的常压压载水通过柱塞泵内的往复驱动活塞产生的负压吸入到柱塞泵体内，同时在往复驱动活塞机构的活塞挤入柱塞泵体时提供可调压载水舱和柱塞泵体之间的密封；所述输出阀组一般直接或者间接的与外界海水连通，往复驱动活塞机构的活塞挤入柱塞泵体时柱塞泵体内的水通过输出阀组直接或者间接排到外界海水中，在往复驱动活塞机构的活塞抽出柱塞泵体时提供柱塞泵体和外部海水之间的密封；所述往复驱动活塞机构一般与电机、油马达或者油缸等动力源的往复驱动机构连接；所述抗压缸体可以通过其上的四个螺栓孔与电机、油马达或者油缸等动力源的壳体连接。本实用新型结构紧凑，维护简单，可实现多泵并联或者串联达到增加系统排量或者提供系统压力的目的，柱塞泵各部分配合工作实现潜水器在全海深范围内浮力调节的目的。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。