Argo浮标自动稳压泵站

张文良

（国家海洋技术中心，天津 300112）

Argo浮标自动稳压泵站

张文良

（国家海洋技术中心，天津 300112）

Argo浮标是靠浮标体底部一个可改变体积的盛油皮囊，使其获得不同的净浮力来实现下潜、上升和深度控制。盛油皮囊的膨胀和收缩又是通过液压柱塞泵向盛油皮囊内注入或抽出液压油来实现的，以液压柱塞泵为主的浮标注油系统的运转状况关系到整个Argo浮标的性能。因此，为了提高Argo浮标的工作可靠性，在Argo浮标的生产制作及其检测过程中，需要逐一检验浮标注油系统的长期工作性能，观察液压柱塞泵控制电路的电流变化情况，及其相应的盛油皮囊体积变化状况。介绍一种能够模拟Argo浮标水下压力环境的试验装置，该试验装置能够在Argo浮标皮囊体积变化时，始终保持皮囊外界压力不变，同时又能够观察浮标内部工作状况。

Argo浮标；稳压；皮囊

Argo浮标是在海洋中一定深度处跟随海流漂移，并且定期自动控制、完成垂直升沉运动，在海表面通过卫星系统传输数据和定位，从而实现温盐深等海洋参数剖面测量和海流测量的探测设备。

Argo浮标布放后，自动潜入预定深度，随海流保持中性自由漂浮，到达预定时间，柱塞泵向盛油皮囊内注油，使盛油皮囊膨胀，浮标的整体体积和浮力增大并上浮，在浮标的上浮过程中CTD测量传感器不断测量海水的温度、盐度和深度数据。当浮标到达海面后，由卫星发射机通过天线将采集的测量数据传送给用户。当完成测量数据传送后，Argo浮标又自动下沉并开始下一个自动循环探测过程。Argo浮标要在海中反复进行下沉、上浮的自动循环探测过程，可连续工作2 a以上。

剖面探测浮标是靠浮标体底部一个可改变体积的盛油皮囊，使其获得不同的净浮力来实现下潜、上升和深度控制。盛油皮囊的膨胀和收缩又是通过液压柱塞泵向盛油皮囊内注入或抽出液压油来实现的，以液压柱塞泵为主的浮标注油系统的运转状况关系到整个剖面探测浮标的性能。因此，为了提高Argo浮标的工作可靠性，在Argo浮标的制作及其检测过程中，需要逐一检验浮标注油系统的长期工作性能，观察液压柱塞泵控制电路的电流变化情况，及其相应的盛油皮囊体积变化状况。剖面探测浮标工作在海水中，观察浮标盛油皮囊体积变化状况，需要在水压条件下试验浮标皮囊膨胀和收缩的体积变化[1]。

1 Argo浮标自动稳压泵站设计

1.1 自动稳压泵站的组成

自动稳压泵站是Argo浮标生产制作过程中必不可少的测试装置。Argo浮标盛油皮囊放置在试验压力罐内，通过自动稳压系统使得在盛油皮囊体积变化过程中，皮囊外界水压始终保持不变。

自动稳压泵站由高压泵、油水分离平衡室、Argo浮标、水管、试验压力罐、储能器、溢流阀、油管、油箱等组成。系统示意如图1所示。

图1 自动稳压泵站的系统示意图

1.2 自动稳压泵站的作用

Argo浮标在水下膨胀皮囊，由于海洋的巨大，周围环境的压力是不变的，而实验室压力罐中的体积较小，随着皮囊的鼓胀，周围压力会急剧升高，给Argo浮标带来危险。但Argo浮标在制作过程必须对其工作环境下 （主要是压力环境）的工作状态进行检验，防止因注油系统的瑕疵造成浮标上升和下潜故障。为了检验Argo浮标注油系统在工作压力下的长期工作性能，需要有一个能够在皮囊体积变化时，始终保持皮囊外界压力不变，同时又能够观察浮标内部工作情况的试验设备。自动保压泵站可将浮标盛油皮囊密封在压力试验罐内，使皮囊的外界水压在皮囊体积变化时始终保持不变，为Argo浮标的试验和检测提供符合工作状态的水下压力环境条件。

另外，浮标在注油过程中，大量的空气混同油一起进入液压系统，这些空气必须排放干净，否则在压力下混在油内的气体占据油的空间，而气体在不同压力下呈现不同的体积，使浮标下沉深度不确定。自动保压泵站能够在注油过程中在皮囊周围建立压力环境，有助于油路系统的空气排干净[1]。

1.3 自动稳压设计

试验压力罐为密封盛水的可控压力试验罐，试验时浮标盛油皮囊密封在压力试验罐内。试验压力罐与自动稳压系统由管路连通。

自动稳压系统包括蓄能器、溢流阀、油水分离动平衡室、高压泵。高压泵通过溢流阀连接蓄能器，蓄能器通过油管连通油水分离动平衡室，油水分离动平衡室通过水管连通试验压力罐。

高压泵与油箱连接，负责将油箱内的油通过溢流阀和蓄能器压入油水分离动平衡室的油腔。

油水分离动平衡室包括两个密封腔室，分别盛有水和油，两个密封腔室中间由密封活塞相隔。油水分离动平衡室的水腔与试验压力罐内部连通，油腔与蓄能器相通。

蓄能器为钢制耐压罐体，内部有一皮囊，皮囊内充有一定量的氮气。自动稳压系统内没有压力时，氮气皮囊充满蓄能器，一旦系统内形成压力，氮气皮囊被压缩，油充进蓄能器，外界压力消失后，氮气皮囊膨胀，油被排出蓄能器。蓄能器的作用是增加保压系统内高压油量[1]。

溢流阀的作用是将高压泵压入的部分过量油溢流出，防止系统由于泵启动压力过冲。

2 Argo浮标自动稳压泵站的应用

应用Argo浮标自动稳压泵站进行浮标试验和检测时，浮标底端密封在试验压力罐腔体内，盛油皮囊置于试验压力罐的水中。试验压力罐内的水压，即盛油皮囊外部的水压，可以根据需要试验的水下深度进行设定，以便提供不同深度的水压环境进行盛油皮囊体积变化试验。

高压泵通过溢流阀、蓄能器将高压油打入油水分离动平衡室的油腔中，高压油推动密封腔室之间的密封活塞，使水腔体积缩小和压力升高。油水分离动平衡室的水腔与试验压力罐内部连通，随着水腔压力升高，试验压力罐内的水压也增加，试验压力罐内的水压达到设定值并与油水分离动平衡室的水腔和油腔压力平衡。

当盛油皮囊体积增大时，试验压力罐内的水压传递到油水分离动平衡室水腔中，水腔中水压增大，推动密封活塞压缩油腔内的油，油压升高，油被推进蓄能器，通过氮气压缩缓冲后，多余的油被溢流阀溢流。在试验压力罐内，盛油皮囊体积增大而欲增大的水压，通过溢流阀油的溢流出而消减，保持试验压力罐内的水压不变。

当盛油皮囊体积缩小时，油水分离动平衡室水腔的水压减小，较高的油压推动密封活塞压缩水腔内的水，水压升高。油腔的油被蓄能器的油补充，而蓄能器的油又被高压泵通过溢流阀源源不断地补充，保持整个系统的动态平衡。在试验压力罐内，盛油皮囊体积缩小而欲缩小的水压，通过溢流阀油的补充，保持试验压力罐内的水压不变。

Argo浮标自动保压泵站的另一个重要用途是在柱塞泵注油时，在盛油皮囊周围建立压力环境，这样有助于在浮标盛油皮囊注油时将油路系统的空气挤压干净，避免体积随压力变化的气体进入液压系统而造成浮标不能达到预定深度。

3 结语

Argo浮标自动保压泵站，通过自动稳压系统使试验压力罐内浮标盛油皮囊的外界水压在皮囊体积变化时始终保持不变，为Argo浮标的试验和检测提供符合海洋使用现场的水下压力环境条件，对Argo浮标的研究和提高Argo浮标长期工作的可靠性有很大帮助，是在Argo浮标制作过程中必不可少的设备。

[1]张文良，张少永，等.剖面浮标自动保压泵站：中国，ZL 2009 2 0096060.2[P].2010-2-17.

[2]张康达，洪起超.压力容器手册[Z]，北京：劳动人事出版社,1987.

[3]李景辰.压力容器基础知识[M].北京：劳动人事出版社，1986.

Automatic Stable Pressure Pump for Argo Float

ZHANG Wen-liang
（National Ocean Technology Center,Tianjin 300112,China）

The Argo float controls its buoyancy with a changeable volume oil bladder to realize the descending,ascending or hovering at a constant depth in the ocean.The float inflates or deflates the oil bladder by changing oil volume with an plunger pump.The operating conditions of the precision hydraulic system could influence the performance of the Argo float.Therefore,in order to improve the working reliability of the float,it need to test the long term performance of the hydraulic system in the production and test process one by one,meanwhile,the change of the current of the board that controls the hydraulic system and the adjustment of oil bladder volume should be observed.The test equipment simulating underwater pressure environment of the float is described,which could always maintain the same pressure outside bladder and observe the condition of the float when the bladder volume changes.

Argo float;stable pressure;bladder

P715.2

B

1003-2029（2011）03-0032-03

2011-04-26

国家863高科技研究发展计划资助项目——自持式剖面探测漂流浮标（2006AA09A306）。

张文良（1964～），男，高级工程师；研究方向：海洋观测技术。