一种水下姿态自适应的注水装置及其工作过程

技术领域

本发明涉及水下装备配套装置技术领域，尤其是一种水下姿态自适应的注水装置及其工作过程。

背景技术

注水装置是水下载人装备及部分水下无人装备的重要组成部分，水下装备未开始下潜时处于水面状态，由于此时水下装备的重量小于水下装备整体可提供的浮力，水下装备浮于水面，当水下装备完成水面状态的准备工作后，使用注水装置向水舱中注入海水，改变水下装备的重量，注水过程中当重量等于或大于水下装备整体可提供的浮力时，水下装备完成注水过程，可进行下一步的下潜动作。

目前，人类进入了大规模开发利用海洋的时期，海洋在经济发展格局和对外开放中的作用更加重要，从浅海向深水推进，从近海向远洋拓展，战略部署要从浅海进入深海，从领海、专属经济区、大陆架，走向公海、国际海底区域和两极，扩大中国生存发展和安全空间。

水下载人装备及水下无人装备是探索海洋、开发海洋以及进行海洋防御等活动的重要手段，针对海洋战略，从浅海进入深海、从近海拓展远洋对水下装备的环境适应能力提出了更高的要求，提升水下装备各装置、系统的环境适应能力对拓展水下装备的应用区域具有重要的推动作用。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种水下姿态自适应的注水装置及其工作过程，从而可不受水下装备纵倾的影响实现正常注水，提升了水下装备对海洋环境的适应能力。

本发明所采用的技术方案如下：

一种水下姿态自适应的注水装置，包括水舱，所述水舱的一端中部位置安装有与水舱内部连通的注水管，所述注水管上安装有注水电磁阀，所述注水电磁阀与外部的海水连通，所述水舱的另一端中部位置安装有与水舱内部连通的排气管，所述排气管上安装有排气电磁阀；

位于水舱内部的排气管前后延伸有排气支管，所述排气支管的长度方向与水舱的长度方向平行，所述排气支管的前后两侧分别套有支撑圈，所述支撑圈的外壁面与水舱的内壁面抵接，

所述排气支管的两端部分别安装有端口连接件，

所述端口连接件的结构为：包括锁紧套，所述锁紧套通过螺纹连接在排气支管的端部，所述锁紧套内部与排气支管之间还安装有垫块，所述垫块通过垫圈和密封圈组成，所述垫圈的截面呈凸字型结构，垫圈的大头与锁紧套配合，垫圈的小头伸入至排气支管的内部，并延伸有密封圈，排气支管内部设置有一个重球，所述密封圈与重球抵接。

其进一步技术方案在于：

所述垫圈与密封圈在圆周方向设置有沉槽。

所述垫块为一体式结构。

所述锁紧套内部从左往右依次设置有第一通孔、第二通孔和第三通孔，所述第一通孔的内径与垫圈的内径相同，所述第二通孔内配合安装垫块和排气支管，所述第三通孔的内壁面设置有内螺纹，内螺纹与排气支管的外壁面配合。

第二通孔、第三通孔和第一通孔的直径由大到小依次递减。

所述排气支管为空心管，与排气管焊接连接。

所述重球采用球形滚珠，所述重球的直径小于排气支管的内径。

所述注水电磁阀和排气电磁阀均为水密耐压型电磁阀。

所述水舱为水下装备注水后存储海水的容器。

一种水下姿态自适应的注水装置的工作过程，

一)、当水下装备处于水面状态准备开始下潜时，打开注水电磁阀和排气电磁阀，使得水舱在水下装备的自重的作用下开始注水，在注水过程中水舱中的空气经过垫圈、密封圈、排气支管、排气电磁阀排出水舱，海水通过注水电磁阀、注水管进入水舱；在这一过程中水下装备因水舱中不断注水，自身重力逐渐上升，水下装备逐渐下潜，若在此过程中无海洋环境中的风、浪、流的影响，水下装备无纵倾，此注水过程将持续到水下装备注水完成；

二)、若在注水过程中存在海洋环境中的风、浪、流的影响使得水下装备存在纵倾，

首先，水下装备艉倾状态时，排气支管后端的高度低于前端的高度，重球在重力的作用下滚动到排气支管的后端，重球在重力作用下抵住后端的密封圈并与之贴合后密封；在重球挤压作用下密封圈与垫圈贴合后密封；在设备安装完好的情况下，锁紧套与排气支管螺纹连接后压紧垫圈，锁紧套与排气支管连接处也形成密封，在重球以及垫块共同作用下，排气支管的后端形成密封，水舱中的水或空气不会沿着排气支管的后端进入到排气支管中；

若排气支管中存在部分水，因重球与排气支管之间的设计间隙小，在重球因重力作用向排气支管一端滚动时，可将排气支管一端可能存在的水排出排气支管，防止排气支管中存在过多的水封住排气管空气出口；

在排气支管的后端形成密封后，水舱前端空气经过排气支管前端的垫圈、密封圈、排气支管、排气管、排气电磁阀与大气相通，海水可以继续通过注水电磁阀、注水管2进入至水舱1，水下装备的注水过程继续进行；

当海洋环境中的风、浪、流的继续影响水下装备使得水下装备由艉倾状态改变为艏倾状态，重球将在重力的作用下滚动到排气支管的前端，使得排气支管的前端形成密封，水舱后端的空气将于大气相通，水下装备的注水过程可继续进行；

无论处于哪一种纵倾状态，水舱前端或后端的空气均通过排气支管排出水舱，当排气过程结束，注水过程也相应结束，水下装备完成注水。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过在水舱内设置与外部连通的排气支管，并在排气支管的两端分别安装堵头组件，根据实际姿态情况，改变重球位置，不影响注水工作，大大提高了水舱的工作可靠性。

实现了水下装备的注水过程不受水下装备姿态的影响，

本发明还具备以下优点：

1、与常规的注水装置相比，一种水下姿态自适应的注水装置更能适应海洋环境下的风、浪、流条件，提升了水下装备的环境适应性，拓宽了水下装备的应用区域。

2、本发明可在水下装备发生纵倾的条件下持续注水下潜，下潜的持续时间不会延长，防止水下装备在水面风、浪、流条件下逗留的时间过长，减少了水下装备受到水面恶劣工况影响的时间，降低了水下装备受损的风险。

3、本发明在实现水下姿态自适应的同时，在常规的注水装置上并没有增加穿舱管路以及相应的控制器件，本发明提出的一种水下姿态自适应的注水装置结构简单，不需要额外的电气控制设备，可靠性高。

4、本发明为水下装备调节自身重力时所使用的注水装置，使用本发明中的注水装置可以使得水下装备适应风、浪、流等外部条件引起的纵倾变化，使得注水过程不受姿态的影响。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中A部的局部放大图。

图3为本发明锁紧套的结构示意图。

图4为本发明另一种工作状态下的结构示意图。

其中：1、水舱；2、注水管；3、注水电磁阀；4、排气管；5、排气电磁阀；6、排气支管；7、支撑圈；8、锁紧套；9、垫圈；10、密封圈；11、重球；12、垫块；

801、第一通孔；802、第二通孔；803、第三通孔；804、内螺纹。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1-图4所示，本实施例的水下姿态自适应的注水装置，包括水舱1，水舱1的一端中部位置安装有与水舱1内部连通的注水管2，注水管2上安装有注水电磁阀3，注水电磁阀3与外部的海水连通，水舱1的另一端中部位置安装有与水舱1内部连通的排气管4，排气管4上安装有排气电磁阀5；

位于水舱1内部的排气管4前后延伸有排气支管6，排气支管6的长度方向与水舱1的长度方向平行，排气支管6的前后两侧分别套有支撑圈7，支撑圈7的外壁面与水舱1的内壁面抵接，

排气支管6的两端部分别安装有端口连接件，

端口连接件的结构为：包括锁紧套8，锁紧套8通过螺纹连接在排气支管6的端部，锁紧套8内部与排气支管6之间还安装有垫块12，垫块12通过垫圈9和密封圈10组成，垫圈9的截面呈凸字型结构，垫圈9的大头与锁紧套8配合，垫圈9的小头伸入至排气支管6的内部，并延伸有密封圈10，排气支管6内部设置有一个重球11，密封圈10与重球11抵接。

垫圈9与密封圈10在圆周方向设置有沉槽。

垫块12为一体式结构。

锁紧套8内部从左往右依次设置有第一通孔801、第二通孔802和第三通孔803，第一通孔801的内径与垫圈9的内径相同，第二通孔802内配合安装垫块12和排气支管6，第三通孔803的内壁面设置有内螺纹804，内螺纹804与排气支管6的外壁面配合。

第二通孔802、第三通孔803和第一通孔801的直径由大到小依次递减。

排气支管6为空心管，与排气管4焊接连接。

重球11采用球形滚珠，重球11的直径小于排气支管6的内径。

注水电磁阀3和排气电磁阀5均为水密耐压型电磁阀。

水舱1为水下装备注水后存储海水的容器。

本实施例的水下姿态自适应的注水装置的工作过程，

一)、当水下装备处于水面状态准备开始下潜时，打开注水电磁阀3和排气电磁阀5，使得水舱1在水下装备的自重的作用下开始注水，在注水过程中水舱1中的空气经过垫圈9、密封圈10、排气支管6、排气电磁阀5排出水舱1，海水通过注水电磁阀3、注水管2进入水舱1；在这一过程中水下装备因水舱1中不断注水，自身重力逐渐上升，水下装备逐渐下潜，若在此过程中无海洋环境中的风、浪、流的影响，水下装备无纵倾，此注水过程将持续到水下装备注水完成；

二)、若在注水过程中存在海洋环境中的风、浪、流的影响使得水下装备存在纵倾，

首先，水下装备艉倾状态时，排气支管6后端的高度低于前端的高度，重球11在重力的作用下滚动到排气支管6的后端，重球11在重力作用下抵住后端的密封圈10并与之贴合后密封；在重球11挤压作用下密封圈10与垫圈9贴合后密封；在设备安装完好的情况下，锁紧套8与排气支管6螺纹连接后压紧垫圈9，锁紧套8与排气支管6连接处也形成密封，在重球11以及垫块12共同作用下，排气支管6的后端形成密封，水舱1中的水或空气不会沿着排气支管6的后端进入到排气支管6中；

若排气支管6中存在部分水，因重球11与排气支管6之间的设计间隙小，在重球11因重力作用向排气支管6一端滚动时，可将排气支管6一端可能存在的水排出排气支管6，防止排气支管6中存在过多的水封住排气管4空气出口；

在排气支管6的后端形成密封后，水舱1前端空气经过排气支管6前端的垫圈9、密封圈10、排气支管6、排气管4、排气电磁阀5与大气相通，海水可以继续通过注水电磁阀3、注水管2进入至水舱1，水下装备的注水过程继续进行；

当海洋环境中的风、浪、流的继续影响水下装备使得水下装备由艉倾状态改变为艏倾状态，重球11将在重力的作用下滚动到排气支管6的前端，使得排气支管6的前端形成密封，水舱1后端的空气将于大气相通，水下装备的注水过程可继续进行；

无论处于哪本实施例的纵倾状态，水舱1前端或后端的空气均通过排气支管6排出水舱1，当排气过程结束，注水过程也相应结束，水下装备完成注水。

本发明的具体结构和功能如下：

水舱1--水舱1是用于水下装备注水后存储海水的容器，通过改变注入水舱1中海水质量的多少达到改变水下装备自身重量的目的，在水下装备整体可提供的浮力不变的情况下，改变了水下装备自身重力可调整水下装备的潜浮状态；水下姿态自适应的注水装置的所有设备均安装在水舱1上。

注水管2--在水下装备注水时，海水通过注水管2进入到水舱1中；

注水管2通过焊接的方式与水舱1固定，注水管2的管路接口连接注水电磁阀3。

注水电磁阀3--注水电磁阀3为水密耐压型电磁阀，在水下装备注水时，打开注水电磁阀3并保持开启状态，水舱1经过注水管2、注水电磁阀3与外部的海水联通，当排气电磁阀5开启时，海水即可通过注水电磁阀3、注水管2流入到水舱1中；注水电磁阀3的管路接口连接注水管2，并处于海水环境中。

排气管4--在水下装备注水时，海水通过水舱1底部的注水管2进入，进入的海水压迫水舱1中的空气，被压迫的空气通过水舱1顶部的排气管4排出去；排气管4通过焊接方式与水舱1连接，排气管4的管路接口连接排气电磁阀5。

排气电磁阀5--排气电磁阀5为水密耐压型电磁阀，在水下装备注水时，打开排气电磁阀5，水舱1通过排气管4与外部的大气联通后，海水才能从底部的注水管2进入水舱1；排气电磁阀5的管路接口连接排气管4，在开始注水时处于空气环境中。

排气支管6--排气支管6是排气管4在水舱1内部的前后延伸，当水下装备因环境影响发生纵倾时，通过锁紧套8、垫圈9、密封圈10及重球11组合的作用，可将水舱1中的空气持续排出；排气支管6与排气管4焊接连接。

支撑圈7--支撑圈7分别套在排气支管6的前后两侧，用于将排气支管6与水舱1抵住，防止水下装备在风、浪、流等外部条件下引起的频繁纵摇导致排气支管6产生的惯性力频繁作用在排气管4与水舱1的焊缝上，防止焊缝产生裂纹。

锁紧套8--锁紧套8与排气支管6的端部通过螺纹连接，锁紧套8与排气支管6通过螺纹锁紧时压紧垫圈9，对垫圈9起到固定作用。

垫圈9--垫圈9同时起到两处密封的作用：一是，在锁紧套8与排气支管6螺纹连接时，垫圈9被压紧后起到密封作用，垫圈9密封了锁紧套8与排气支管6的连接处；二是，垫圈9是密封圈10的密封支撑面，当垫圈9与密封圈10在挤压作用下贴合后密闭；垫圈9与密封圈10在顶部硫化连接。

密封圈10--在重球11的作用下，密封圈10与垫圈9配套使用。见图1，外部风、浪、流影响下水下装备发生纵倾(图1中的示意为艉倾)，排气支管6后端(图1中左侧)位置低，重球11在重力作用下抵住密封圈10，使得密封圈10与垫圈9在挤压作用下密闭；密封圈10与重球11的接触面设计成与重球11贴合的球面结构，当重球11在重力作用下压迫密封圈10时，重球11与密封圈10的密封面贴合形成密封；支管前端(图1中右侧)因没有重球11的作用形成密封，水舱1中被压迫空气经过排气支管6前端(图1中右侧部分)的垫圈9、密封圈10以及排气支管6、排气管4、排气电磁阀5排出水舱1，海水可持续通过注水管2进入到水舱1中；密封圈10与垫圈9在顶部硫化连接，密封圈10与垫圈9采用分体设计使得密封圈10具有一定的浮动性，以便于重球11与密封圈10更好地贴合密封。

重球11--重球11为球形滚珠，当水下装备发生纵倾时，重球11在重力作用下滚向排气支管6位置较低的一端，并抵住位置较低一端的密封圈10并与之密封，并使得密封圈10与垫圈9在挤压作用下密封，使得水舱1中的流体无法进入到排气支管6较低的一端；同时重球11与排气支管6之间的设计间隙小，在重球11因重力作用向排气支管6的一端滚动时，可将排气支管6一端可能存在的水排出排气支管6，防止排气支管6中存在过多的水封住排气管4空气出口；重球11直接放置在排气支管6中，不固定安装。

工作过程如下：

水下装备下潜过程中因受到外部环境影响或自身原因，将带着一定的纵倾下潜，若不采用本发明所涉及的排气支管6及配套的部件设计，而是采用常规的单排气通道设计(无排气支管6及配套的部件)，在图1所示的水位1位置，水舱1中的空气还可以排出，在水舱1中的水位上升至图中水位2的位置时，由于海水封住了排气管4的出口，导致右上角的空气被“憋”在水舱1中，不能排出水舱，海水将不能继续通过注水管2进入水舱1，水下装备的自身重力将不再上升，因为水舱1中“憋”住了部分空气，水下装备的自身重力有可能会小于水下装备整体可提供的浮力，水下装备未完成整个下潜过程；当水下装备纵倾姿态变化后水舱1中的海水可能不再封住排气管4的出口，注水过程才可以继续。在纵倾变化的影响下上述过程可能会持续多次，影响了水下装备下潜的进程，增加了水下装备受到水面恶劣工况影响的时间，增大了水下装备受损的风险。

鉴于上述原因，本发明的工作过程说明如下：

一)、当水下装备处于水面状态准备开始下潜时，打开注水电磁阀3和排气电磁阀5，使得水舱1在水下装备的自重的作用下开始注水。在注水过程中水舱1中的空气经过垫圈9、密封圈10、排气支管6、排气电磁阀5排出水舱1，海水通过注水电磁阀3、注水管2进入水舱1。在这一过程中水下装备因水舱1中不断注水，自身重力逐渐上升，水下装备逐渐下潜。若在此过程中无海洋环境中的风、浪、流的影响，水下装备无纵倾，此注水过程将持续到水下装备注水完成。

二)、若在注水过程中存在海洋环境中的风、浪、流的影响使得水下装备存在纵倾，使用本发明的排气支管6及配套的部件设计，可以使得水下装备的注水过程不受纵倾的影响，实现顺利下潜。在纵倾状态(以图1中艉倾过程为例)进行说明：

①、水下装备艉倾状态时，如图1所示，排气支管6的后端(图1中左侧)的高度低于前端的高度，重球11在重力的作用下滚动到排气支管6的后端，重球11在重力作用下抵住后端的密封圈10并与之贴合后密封；在重球11挤压作用下密封圈10与垫圈9贴合后密封；在设备安装完好的情况下，锁紧套8与排气支管6螺纹连接后压紧垫圈9，锁紧套8与排气支管6连接处也形成密封。在重球11以及锁紧套8等的共同作用下，排气支管6的后端形成密封，水舱1中的水或空气不会沿着排气支管6的后端进入到排气支管6中。

②、若排气支管6中存在部分水，因重球11与排气支管6之间的设计间隙小，在重球11因重力作用向排气支管6一端滚动时，可将排气支管6一端可能存在的水排出排气支管6，防止排气支管6中存在过多的水封住排气管4空气出口。

③、在排气支管6的后端形成密封后，水舱1前端(图1中右侧)的空气经过排气支管6前端的垫圈9、密封圈10、排气支管6、排气管4、排气电磁阀5与大气相通，海水可以继续通过注水电磁阀3、注水管2进入至水舱1，水下装备的注水过程继续进行。

④、当海洋环境中的风、浪、流的继续影响水下装备使得水下装备由艉倾状态改变为艏倾状态，重球11将在重力的作用下滚动到排气支管6的前端，使得排气支管6的前端形成密封，水舱1后端的空气将于大气相通，水下装备的注水过程可继续进行。

⑤、无论处于哪一种纵倾状态，水舱1前端或后端的空气均通过排气支管6排出水舱1，当排气过程结束，注水过程也相应结束，水下装备完成注水。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。