CN105292407A - 应用于群岛海域的可升沉潜水装置 - Google Patents

Abstract

应用于群岛海域的可升沉潜水装置，包括潜水器、支撑及传动系统和供电系统，所述潜水器包括载人舱，所述支撑及传动系统包括一位于海岛上的首桩、一位于海岛或岛礁上的尾桩以及至少一个位于海床上的中间桩，环绕首桩、尾桩及中间桩设置传动缆绳系统；所述潜水器还包括水舱，水舱与载人舱之间可拆卸，水舱体内设置有进排水系统；所述载人舱通过升沉限位制动系统安装在缆绳上。本发明适用于海岛、岛礁等下潜水深不大的海域，充分利用风能、太阳能、波浪能、潮流能等可再生清洁能源，充分发挥岛礁优势，为海洋科考、水下观光旅游提供便利。

Description

应用于群岛海域的可升沉潜水装置

技术领域

本发明涉及一种潜水装置，具体的说，涉及一种应用于群岛海域的潜水装置。

背景技术

随着人类对海洋认识的不断深入，对海洋的探索逐渐由海面转向水下和海底，潜水器成为海洋水下科考的必要装备。目前，潜水器一般依靠推进器运动，可由蓄电池供能，也可通过电缆连接由海上母船供能。但潜水器的造价昂贵，海下作业的费用高，一般适用于执行高精尖的科研项目，在普通的科学研究、涉海专业教学或科普教育中难以得到应用。

根据“全国海岛资源综合调查”的结果，我国面积500平方米以上的海岛接近7000多个，但是小岛多、大岛少，无人岛多、有人岛少，导致海岛的利用率偏低。作为独特的海洋空间资源，海岛可以作为科研、旅游的综合性基地，且近年来波浪能、潮流能、海上风能及太阳能等可再生能源发电装置逐步进入海试阶段或产业化阶段，在偏远海岛或海域使用多种海洋可再生能源多能互补的独立供电系统发电将逐步成为现实，这为边远海岛的综合利用奠定了基础。

目前的潜水观光项目多集中在滨海地区，在海岛和岛礁建设潜水观光系统的仍不多。

申请号为201110038112.2的专利公开了一种观光潜水系统，包括潜水舱、起吊装置和旋转机构，该装置类似于城市高层建筑中的观光电梯，通过起吊装置将潜水舱垂直送入水下，游客通过舱体观光窗观景。这种结构，潜水舱的运动形式单一，游客的观光视野有限，仅能满足简单的观光需求。

专利号为201010102740.8的专利公开了一种水底观光潜水系统，包括行车道、动力装置和潜水观光车，其行车道采用轨道或索道，潜水车厢在轨道上行走，或通过索道牵引行走。但，若采用轨道行走的方式，需要在海底铺设不间断的行走轨道，对海底海况的要求高，施工困难，造价高，若采用索道行走的方式，

虽然专利号为201010102740.8的专利中提到了采用索道驱动潜水器的运动形式，但并未公开其具体结构。采用索道驱动潜水器的结构具有特殊性，若潜水器和索道之间的连接结构不稳定，潜水器进入水下后，易发生晃动，造成乘客不适。此外，现有的潜水观光装置多没有安全应急结构，一旦发生意外，只能等待救援。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构稳定，安全系数高，舒适性强的，适用于群岛海域的潜水装置。

本发明的技术方案是：应用于群岛海域的可升沉潜水装置，包括潜水器、支撑及传动系统和供电系统，潜水器包括载人舱，载人舱体上设置有密封门及观察窗，载人舱体内设置有供氧装置；供电系统为支撑及传动系统供电；还包括控制终端，支撑及传动系统包括一位于海岛上的首桩、一位于海岛或岛礁上的尾桩以及至少一个位于海床上的中间桩，环绕首桩、尾桩及中间桩设置传动缆绳系统；

潜水器还包括水舱，水舱与载人舱之间可拆卸，水舱体内设置有进排水系统；

载人舱通过升沉限位制动系统安装在缆绳上；

升沉限位制动系统包括制动齿轮、固定板、升沉绳索及升沉伸缩架；载人舱舱顶装有一支撑结构，制动齿轮轴装在支撑结构上，支撑结构底部装有可伸缩的制动销，制动销伸出后可与制动齿轮卡和；升沉绳索一端缠绕在制动齿轮上，另一端与固定板相接；固定板与支撑结构之间安装升沉伸缩架；固定板与缆绳相连；升沉绳索用于维持潜水器竖直的稳定性，升沉伸缩架用于维持潜水器水平的稳定性，二者结合使用，避免潜水器在水下摇晃。

优选的是：传动缆绳系统包括缆绳、水平安装在首桩上的驱动圆盘、水平安装在尾桩上的随动圆盘及水平安装在中间桩上的支撑架；驱动圆盘接驱动电机，供电系统为驱动电机供电；支撑架呈“工”型，其平行的两个臂为滑轮固定臂，沿滑轮固定臂侧边排列安装多个滑轮，滑轮轴固定在滑轮固定臂的侧边；缆绳环绕驱动圆盘和随动圆盘，缆绳搭接在滑轮轮槽中。

优选的是：水舱舱顶与载人舱舱底相对，水舱舱顶设置有至少一个凸起杆，载人舱舱底相应位置设置有杆槽，凸起杆插入杆槽内，凸起杆和杆槽侧壁上均开有销孔，固定销穿过销孔，一端与电磁铁相接，另一端与固定装在载人舱舱体上的弹簧相接；控制终端控制电磁铁是否通电。电磁铁默认为通电状态，弹簧默认为拉伸状态，若检测到发生意外，则切断对电磁铁的供电，电磁铁断开与固定销的连接，弹簧恢复原长，拉出固定销，此时，凸起杆与杆槽之间的连接脱开，水舱被卸下。

优选的是：弹簧、电磁铁、杆槽均位于一密封罩内，防止海水渗入载人舱内。

优选的是：固定板上方及缆绳上均安装铰接接头，两个铰接接头之间通过刚性杆连接。潜水器在水中移动的过程中，由于受到海水的水平阻力，会产生相对向前倾斜的趋势，由于采用铰接的结构，刚性杆可绕铰接处转动，刚性杆将与水平面呈一定夹角，但固定板及载人舱本体仍平行于缆绳，坐在载人舱内的乘客不会产生不适感。

优选的是：制动齿轮、制动销及升沉绳索的结构具有两套。

优选的是：潜水器前端设置机械手，接收控制终端的控制指令。

优选的是：供电系统包括风能供电装置、太阳能供电装置及波浪能供电装置。采用多种供电方式冗余供电的方法，保证系统运行的稳定性。

优选的是：首桩或尾桩与中间桩之间缆绳与水平面的夹角小于15°。通过调整首桩、尾桩及中间桩的高度，可控制这个夹角，为保证潜水器入水的平稳性，该夹角不易过大。

优选的是：载人舱舱体轮廓为弧形，有利于减少运动阻力。

优选的是：固定板下方安装有减震器，减少升沉伸缩架伸缩过程中的震动。

本发明的有益效果是：

(1)本发明适用于海岛、岛礁等下潜水深不大的海域，充分利用风能、太阳能、波浪能、潮流能等可再生清洁能源，充分发挥岛礁优势，为海洋科考、水下观光旅游提供便利。

(2)发生意外情况下，可采用两套方案紧急救援：一是通过救援船拉起升沉绳索，将潜水器从海底打捞上水面；二是通过在载人舱底部设计可拆卸的水舱，发生意外情况下，卸下水舱，潜水器将在浮力作用下自动上浮。系统安全性高。

(3)升沉限位制动系统在潜水器下沉、上浮的情况下保持潜水器水平和竖直的稳定性；缆绳、驱动圆盘和支撑架的结构使传动缆绳保持稳定性；载人舱和缆绳之间采用铰接的方式，避免载人舱倾斜；升沉潜水装置总体稳定性高，舒适性好。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为载人舱结构示意图。

图3为传动缆绳系统结构示意图。

图4为传动缆绳系统结构示意图。

图5为水舱与载人舱安装结构示意图。

图6为水舱与载人舱安装结构示意图。

图7为升沉限位制动系统压缩结构示意图。

图8为升沉限位制动系统拉伸结构示意图。

图9为固定板与缆绳连接，水上运动时结构示意图。

图10为固定板与缆绳连接，水下运动时结构示意图。

其中：1-潜水器，101-载人舱，102-密封门，103-观察窗，104-机械手，105-水舱，2-风能供电装，3-太阳能供电装置，4-浪能供电装置，5-首桩，6-尾桩，7-中间桩，8-传动缆绳系统,801-缆绳，802-驱动圆盘，803-支撑架，804-滑轮，805-辅助支撑架，9-电梯及登潜平台，10-电缆，11-升沉限位制动系统，1101-制动齿轮，1102-固定板，1103-升沉绳索，1104-升沉伸缩架，1105-支撑结构，1106-制动销,1107-减震器，12-铰接接头，13-刚性杆

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的描述。

实施例1

如图1所示，应用于群岛海域的可升沉潜水装置，包括潜水器1、支撑及传动系统和供电系统，供电系统为支撑及传动系统供电；包括风能供电装置2、太阳能供电装置3及波浪能供电装置4，海岛处铺设电缆10，用于为整体可升沉潜水装置的耗能装置供电。采用多种供电方式冗余供电的方法，保证系统运行的稳定性；还包括控制终端。

支撑及传动系统包括一位于海岛上的首桩5、一位于岛礁上的尾桩6以及至少一个位于海床上的中间桩7，环绕首桩5、尾桩6及中间桩7设置传动缆绳系统8。首桩5处设置有电梯及登潜平台9，平台与运行到此处的潜水器1在同一高度，人员可在此处进入潜水器1。

首桩5或尾桩6与中间桩7之间缆绳与水平面的夹角小于15°。通过调整首桩5、尾桩6及中间桩7的高度，可控制这个夹角，为保证潜水器1入水的平稳性，该夹角不易过大。

如图3和图4所示，传动缆绳系统包括缆绳801、水平安装在首桩5上的驱动圆盘802、水平安装在尾桩6上的随动圆盘及水平安装在中间桩7上的支撑架803；驱动圆盘802接驱动电机，供电系统为驱动电机供电，从而带动驱动圆盘802转动；支撑架803的柱体呈“工”型，其平行的两个臂为滑轮固定臂，沿滑轮固定臂侧边排列安装多个滑轮804，滑轮轴固定在滑轮固定臂的侧边。沿滑轮固定臂和中间桩7之间还安装有辅助支撑架805，用于维持整个支撑架803结构的稳定性。缆绳801环绕驱动圆盘802和随动圆盘，缆绳801中间部搭接在滑轮轮槽上，驱动圆盘802转动带动缆绳801传动。

如图2所示，潜水器1包括载人舱101，载人舱101体上设置有密封门102及观察窗103，载人舱体内设置有供氧装置；载人舱101前端设置机械手104，接收控制终端的控制指令，用于科考取样。载人舱101舱体轮廓为弧形，有利于减少运动阻力。潜水器1还包括水舱105，水舱105与载人舱之间可拆卸，水舱105体内设置有进排水系统，在潜水器1下沉或上升时，控制水舱105的进水和排水。

如图5和图6所示，水舱105舱顶与载人舱101舱底相对，水舱105舱顶设置有至少一个凸起杆106，载人舱101舱底相应位置设置有杆槽107，凸起杆106插入杆槽107内，凸起杆106和杆槽107侧壁上均开有销孔，二者之上的销孔相对。固定销108穿过销孔，一端与电磁铁109相接，另一端与固定装在载人舱101舱体上的弹簧110相接；控制终端控制电磁铁109是否通电。电磁铁109默认为通电状态，吸住固定销108，弹簧110默认为拉伸状态，若检测到发生意外，则切断对电磁铁109的供电，电磁铁109断开与固定销108的连接，弹簧110恢复原长，拉出固定销108，此时，凸起杆106与杆槽107之间的连接脱开，水舱105被卸下。

载人舱101通过升沉限位制动系统安装在缆绳801上，用于控制潜水器1上升和下潜过程中的制动。

如图7和图8所示，升沉限位制动系统11包括制动齿轮1101、固定板1102、升沉绳索1103及升沉伸缩架1104；载人舱101舱顶装有一支撑结构1105，制动齿轮1101轴装在支撑结构1105上，支撑结构1105底部装有可伸缩的制动销1106，制动销1106伸出后可与制动齿轮1101卡和，制动销1106接收控制系统的制动指令，控制潜水器1制动；升沉绳索1103一端缠绕在制动齿轮1101轴上，另一端与固定板1102相接；固定板1102与支撑结构1105之间安装升沉伸缩架1104；固定板1102与缆绳801相连；升沉绳索1103用于维持潜水器1竖直的稳定性，升沉伸缩架1104用于维持潜水器1水平的稳定性，二者结合使用，避免潜水器1在水下摇晃。固定板1102下方安装有减震器1107，减少升沉伸缩架1104伸缩过程中潜水器1的震动。

当潜水器1在水下运行时，缆绳801处于张紧状态，升沉伸缩架1104保持收缩状态；当对潜水器1下达下潜命令后，缆绳801停止运动，潜水器1水平方向的速度为0,。此时，制动销1106收缩，脱开与制动齿轮1101的制动关系，潜水器1在中立作用下下沉，制动齿轮1101转动，升沉绳索1103逐渐放开，升沉伸缩架1104伸展，当潜水器下潜到预定深度后，制动销1106突出，卡在制动齿轮1101的齿间，潜水器1停止下潜，保持在固定深度。

当对潜水器1下达上浮命令后，水舱105排水，至潜水器1的浮力大于中立，制动销1106收缩，脱开对制动齿轮1101的制动，潜水器1在浮力作用下缓缓上升。制动齿轮1101轴转动，将升沉绳索1103缠绕在制动齿轮1101轴上。升沉伸缩架1104被压缩。上浮到指定位置后，制动销1106插入齿轮，水舱1105吸水至重力大于浮力，潜水器1到达固定深度。

潜水器1依靠升沉限位制动系统11和水舱105共同作用实现下潜和上浮有以下特点：(1)潜水器1在某一深度静止时，重力大于浮力，依靠升沉绳索1103的拉力维持竖向稳定，依靠升沉伸缩架1104维持水平稳定。(2)潜水器1下沉时，放开升沉绳索1103，依靠重力实现下沉；潜水器1上升时，水舱105排水，依靠浮力实现上升。潜水器1上升与下沉，利用了重力与浮力的关系，升沉伸缩架1104不需要液压、电力等方式提供动力，只是其水平固定潜水器1的作用，因此在海水中不易损坏。

若潜水器下沉过程不受控制，即潜水器下沉过程中，下达制动指令后，制动销1106不能伸出，视为制动系统发生故障，潜水器1发生意外，此时可使电磁铁109断电，卸掉水舱105，使载人舱101上浮。若潜水器的进排水系统发生故障，也视为潜水器1发生意外，卸掉水舱105，使载人舱101上浮。

实施例2

固定板1102上方及缆绳801上均安装铰接接头12，两个铰接接头12之间通过刚性杆13连接。刚性杆13可绕铰接接头12转动。

如图9所示，潜水器1在水上移动时，受到竖直方向下的重力及刚性杆13的拉力(忽略横向空气阻力)，刚性杆13处于竖直状态，固定板1102及潜水器1平行于缆绳801，保持水平平衡；如图10所示，潜水器1在水中移动时，由于受到海水的水平阻力，会产生相对向前倾斜的趋势，由于采用铰接的结构，刚性杆可绕铰接处转动，刚性杆13转动与水平面有一定夹角，但固定板1102与潜水器1仍然平行于缆绳801，保持水平平衡。因此，不论在水上还是水下运动，刚性杆13的铰接设计可以使刚性杆13对潜水器1受到的水平阻力做出反应而倾斜，但潜水器1可以始终保持水平平衡状态。坐在载人舱101内的乘客不会产生不适感。

实施例3

制动齿轮1101、制动销1106及升沉绳索1103的结构具有两套，保证升沉的稳定性。

Claims (10)

1.应用于群岛海域的可升沉潜水装置，包括潜水器、支撑及传动系统和供电系统，所述潜水器包括载人舱，载人舱体上设置有密封门及观察窗，载人舱体内设置有供氧装置；供电系统为支撑及传动系统供电；其特征在于：还包括控制终端，所述支撑及传动系统包括一位于海岛上的首桩、一位于海岛或岛礁上的尾桩以及至少一个位于海床上的中间桩，环绕首桩、尾桩及中间桩设置传动缆绳系统；

所述潜水器还包括水舱，水舱与载人舱之间可拆卸，水舱体内设置有进排水系统；

所述载人舱通过升沉限位制动系统安装在缆绳上；

所述升沉限位制动系统包括制动齿轮、固定板、升沉绳索及升沉伸缩架；载人舱舱顶装有一支撑结构，制动齿轮轴装在支撑结构上，支撑结构底部装有可伸缩的制动销，制动销伸出后可与制动齿轮卡和；升沉绳索一端缠绕在制动齿轮上，另一端与固定板相接；固定板与支撑结构之间安装伸缩架；固定板与缆绳相连。

2.如权利要求1所述的应用于群岛海域的可升沉潜水装置，其特征在于：所述传动缆绳系统包括缆绳、水平安装在首桩上的驱动圆盘、水平安装在尾桩上的随动圆盘及水平安装在中间桩上的支撑架；驱动圆盘接驱动电机；所述支撑架呈“工”型，其平行的两个臂为滑轮固定臂，沿滑轮固定臂侧边排列安装多个滑轮，滑轮轴固定在滑轮固定臂的侧边；所述缆绳环绕驱动圆盘和随动圆盘，缆绳搭接在滑轮轮槽中。

3.如权利要求1所述的应用于群岛海域的可升沉潜水装置，其特征在于：水舱舱顶与载人舱舱底相对，水舱舱顶设置有至少一个凸起杆，载人舱舱底相应位置设置有杆槽，凸起杆插入杆槽内，凸起杆和杆槽侧壁上均开有销孔，固定销穿过销孔，一端与电磁铁相接，另一端与固定装在载人舱舱体上的弹簧相接；控制终端控制电磁铁是否通电。

4.如权利要求3所述的应用于群岛海域的可升沉潜水装置，其特征在于：所述弹簧、电磁铁、杆槽均位于一密封罩内。

5.如权利要求1所述的应用于群岛海域的可升沉潜水装置，其特征在于：所述固定板上方及缆绳上均安装铰接接头，两个铰接接头之间通过刚性杆连接。

6.如权利要求1所述的应用于群岛海域的可升沉潜水装置，其特征在于：制动齿轮、制动销及升沉绳索的结构具有两套。

7.如权利要求1所述的应用于群岛海域的可升沉潜水装置，其特征在于：所述潜水器前端设置机械手，接收控制终端的控制指令。

8.如权利要求1所述的应用于群岛海域的可升沉潜水装置，其特征在于：所述供电系统包括风能供电装置、太阳能供电装置及波浪能供电装置。

9.如权利要求1所述的应用于群岛海域的可升沉潜水装置，其特征在于：首桩或尾桩与中间桩之间缆绳与水平面的夹角小于15°。

10.如权利要求1所述的应用于群岛海域的可升沉潜水装置，其特征在于：所述固定板下方安装有减震器。