申请/专利权人：兰州理工大学

申请日：2020-01-16

公开（公告）日：2024-04-26

公开（公告）号：CN111114712B

主分类号：B63B39/04

分类号：B63B39/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.26#授权;2020.06.02#实质审查的生效;2020.05.08#公开

摘要：一种基于表面激流旋转平衡仪，本发明涉及运输行业中用于水下居住或作业的设备技术领域，每个绕线下支架的下端均固定有平衡叶片，正向锥形空腔结构的顶壁开设有通过孔，该通过孔与绕线中心轴以及绕线手柄均贯通设置，其中绕线中心轴的下端固定在正向锥形空腔结构的顶壁，正向锥形空腔结构的底边缘固定有镂空支架。当平衡仪在水中调整放置方向及平衡后，当平衡仪在遭遇激荡水流时，平衡仪受到激流的冲击，由于平衡仪整体为轴对称设计、顶部的正向锥形空腔结构、平衡叶片均匀圆周分布在正向锥形空腔结构外侧，当激流冲击平衡仪时，正向锥形空腔结构和平衡叶片四周所受的冲击力相互平衡，使平衡仪保持旋转平衡。

主权项：1.一种基于表面激流旋转平衡仪，其特征在于：它包含上部结构和下部结构；其中，上部结构包含调整锥固定螺栓（1）、绕线手柄（2）、绕线支撑环（4）、绕线上支架（5）、绕线盘线轴（6）、绕线下支架（7）、下部挡板（8）、接线耳（9）、固定螺栓柔性钢丝接线耳（11）、绕线支撑轴承（12）、上部挡板（15）、绕线上轴承（16）、绕线中心轴（17）、绕线下轴承（18）；调整锥固定螺栓（1）的底部固定有固定螺栓柔性钢丝接线耳（11），调整锥固定螺栓（1）穿设固定在绕线手柄（2）的顶壁，绕线手柄（2）为空心结构，其设置于绕线支撑环（4）中，绕线支撑环（4）内嵌设有绕线支撑轴承（12），绕线支撑轴承（12）中开设有穿线孔（3）；绕线支撑环（4）的底表面等角度连接有数个绕线上支架（5），每个绕线上支架（5）的下端均连接有绕线下支架（7）；上述绕线手柄（2）的下端固定有绕线盘线轴（6），绕线盘线轴（6）的下端外壁固定有接线耳（9），绕线中心轴（17）的上下两端分别利用绕线上轴承（16）、绕线下轴承（18）旋接在绕线盘线轴（6）内部；绕线盘线轴（6）的上下两端分别固定有上部挡板（15）和下部挡板（8）；上述下部结构包含平衡叶片（10）、叶形平衡器（19）、叶形平衡器连接杆（20）、平衡仪空腔（21）、外侧内嵌叶片（22）、平衡球（23）、调整锥（24）、调整锥柔性钢丝接线耳（25）、镂空支架（26）、调整锥柔性钢丝（27）；每个绕线下支架（7）的下端均固定有平衡叶片（10），若干个平衡叶片（10）等角度固定在平衡仪空腔（21）的顶壁，平衡仪空腔（21）由顶部的正向锥形空腔结构（21-1）、中部的圆柱形空腔结构（21-2）和下部的倒锥形空腔结构（21-3）构成；圆柱形空腔结构（21-2）的上下两端分别一体成型有正向锥形空腔结构（21-1）、倒锥形空腔结构（21-3）；正向锥形空腔结构（21-1）的顶壁开设有通过孔（28），该通过孔（28）与绕线中心轴（17）以及绕线手柄（2）均贯通设置，其中绕线中心轴（17）的下端固定在正向锥形空腔结构（21-1）的顶壁，正向锥形空腔结构（21-1）的底边缘固定有镂空支架（26），且镂空支架（26）设置于圆柱形空腔结构（21-2）内，上述调整锥（24）悬设于圆柱形空腔结构（21-2）内，且其顶壁上固定有调整锥柔性钢丝接线耳（25），上述平衡球（23）活动设置于倒锥形空腔结构（21-3）内，上述调整锥柔性钢丝（27）的下端连接固定在调整锥柔性钢丝接线耳（25）上，调整锥柔性钢丝（27）的上端依次穿过镂空支架（26）、通过孔（28）、绕线中心轴（17）以及绕线手柄的底壁后，固定在固定螺栓柔性钢丝接线耳（11）上；所述的叶形平衡器（19）利用若干个叶形平衡器连接杆（20）套设并固定在圆柱形空腔结构（21-2）的外壁上；平衡仪空腔（21）的外环壁上圆周等角度设置有若干个外侧内嵌叶片（22），若干个外侧内嵌叶片（22）之间呈非交叉式结构设置，且位于圆柱形空腔结构（21-2）和倒锥形空腔结构（21-3）上的同一个外侧内嵌叶片（22）相贯通设置；所述的绕线手柄（2）的上端外环壁圆周等角度开设有螺纹槽（13）；所述的正向锥形空腔结构（21-1）的上端与绕线中心轴（17）的连接处填设有密封胶（14）；水中调整放置方向及平衡：平衡仪放置于水中后，由于平衡仪空腔（21）、叶形平衡器（19）和外侧内嵌叶片（22）相结合，在浮力作用下自动漂浮于水面，由于平衡仪空腔（21）顶部为正向锥形构造、下部是倒锥形设计、侧壁沿着圆周铅垂设计，进入水体后的平衡球（23）处于运动状态，在平衡仪空腔（21）内壁结构引导下，不能停留在空腔上部，最终停留在空腔下部的倒锥体底部，平衡球（23）和平衡仪空腔（21）的构造共同完成平衡仪自动调整在水面的位置调整；同时，由于平衡仪整体呈轴对称设置，叶形平衡器（19）外侧的边界在平衡仪位置调整的过程中，与水流进行作用，朝下的叶形面产生向上的推力，向上的叶形面面积较朝下的叶型面小，在水流的作用下产生向下压力，此时向上的推力大于向下的压力，加之向上的推力和向下的压力作用线不过平衡仪的中心线，且不共线，两个力在空间上形成与轴有不同夹角的，且大小不等旋转力矩，因此在这两个旋转力矩的作用下平衡仪倾斜方向上产生低速旋转，此旋转为平衡仪空腔（21）中的平衡球（23）向下运动创造条件，进而加快了平衡仪在水中放置位置的调整，即平衡仪空腔（21）的构造、平衡球（23）的运动规律和叶形平衡器（19）促进平衡仪位置调整，最终平衡球（23）停留在平衡仪空腔（21）中倒锥形空腔结构（21-3）的底部，平衡仪的结构设计保持了平衡仪在水中的短暂平衡，不倾斜处于正向放置；由于叶形平衡器（19）与圆柱形空腔结构（21-2）外侧连接，当平衡仪在流体中调整好位置后，叶形平衡器（19）以下的结构全部浸入流体中，增强了平衡仪整体的平衡性；水流对外侧内嵌叶片（22）作用，产生旋转和浮力：流体对外侧内嵌叶片（22）的作用，其水平分力（F3）通过对外侧内嵌叶片（22）的作用，产生与平衡仪相切的旋转力矩，对平衡仪产生旋转的机械能使平衡仪在水面上旋转，其向上分力（F4）与沿平衡仪放置方向相同且与外侧内嵌叶片（22）相切产生浮力，与平衡仪空腔（21）、叶形平衡器（19）配合提升平衡仪漂浮性能；外侧内嵌叶片（22）在平衡仪空腔（21）的外侧体型的变化规律，使平衡仪在流体作用下旋转时更加平稳；水中旋转绕线：在水流作用下，外侧内嵌叶片（22）获得旋转力矩，平衡仪空腔（21）的外部结构形成旋转运动，由于平衡仪整体为轴对称设计，其旋转受到外侧内嵌叶片（22）的位置和大小、平衡仪的尺寸、叶形平衡器（19）和平衡球（23）的几何空间布置及其尺寸关系因素影响，旋转的平衡仪中调整锥（24）由于惯性的作用与旋转的平衡仪存在转动不同步，利用不同步特征进行绕线可知操作，即将绕线的下端由穿线孔（3）向下引出，并绑设在接线耳（9）上，再该平衡仪置于水中，其漂浮于水面，水流对外侧内嵌叶片（22）具有冲击力，从而对外侧内嵌叶片（22）具有一定的施力，外侧内嵌叶片（22）受力之后，带动平衡仪空腔（21）旋转，在平衡仪空腔（21）内部的平衡球（23）以及位于圆柱形空腔结构（21-2）外侧的为环形结构的叶形平衡器（19）共同作用下，使得平衡仪在进行旋转的同时保持平衡，消除旋转过程中产生的涡流，整个旋转过程中，绕线手柄（2）、绕线盘线轴（6）、上部挡板（15）、下部挡板（8）以及接线耳（9）均保持不动，平衡仪空腔（21）旋转的同时，带动绕线卷绕于绕线盘线轴（6）上，通过调整锥柔性钢丝（27）来调整调整锥（24）的高度，用来调整整个平衡仪位于水中的下沉量；调整锥的角速度与平衡仪的角速度不相等时，产生绕线功能；激流表面实现平衡仪旋转平衡：当平衡仪在水中调整放置方向及平衡后，当平衡仪在遭遇激荡水流时，平衡仪受到激流的冲击，由于平衡仪整体为轴对称设计、顶部的正向锥形空腔结构（21-1）、平衡叶片（10）均匀圆周分布在正向锥形空腔结构（21-1）外侧，当激流冲击平衡仪时，正向锥形空腔结构（21-1）和平衡叶片（10）四周所受的冲击力相互平衡，使平衡仪保持旋转平衡。

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百度查询： 兰州理工大学 一种基于表面激流旋转平衡仪

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