CN102927269A - 一种压力容器变容积恒压保持装置 - Google Patents

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王玉甲
赵文德
贾瑞栋
张铭钧
徐建安
姚峰
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Abstract

本发明的目的在于提供一种压力容器变容积恒压保持装置，包括依次相连的加压***、压力容器***、变容积恒压保持***，加压***包括水箱、试压泵，压力容器***包括压力容器，试压泵分别连通水箱和压力容器，在试压泵与压力容器之间安装单向阀，在试压泵与单向阀之间设置管道连通水箱，该管道上安装溢流阀，压力容器连通变容积恒压保持***。本发明占用很小的空间实现压力容器对被测试设备的打压试验；压力容器内压力大小不随被测试设备体积变化而变化；通过活塞的移动实现容积的变化，能够进行精确调节；构成闭环控制回路，压力调节速度快；还可以通过变容积恒压保持***实现精确定压；装置操作简单，使用方便。

Description

一种压力容器变容积恒压保持装置
技术领域
本发明涉及的是一种压力容器装置。
背景技术
随着人类对海洋的不断开发，对深海作业装备的要求也越来越高，这就促使我们不断研制性能更高的深海作业装备。对研制出来的装备必须进行试验以检验其性能，然而进行实际的深海试验不仅费时费力，而且较难实现数据的采集。因此各研究单位大都采用深海环境模拟装置在实验室环境下进行打压试验。通常将待测设备安放在压力容器内，然后通过高压泵把液体打入压力容器内，以模拟深海环境的高压力。
通常压力容器容积不可能太大，又由于水的可压缩性很小，当待测设备运动时，有时会使设备自身体积发生变化，从而导致压力容器内液体体积变化，比如水下作业机械手关节由液压缸伸缩带动转动时，液压缸的活塞杆伸出时自身体积增大使压力容器内液体容积变小，水受到压缩，压力容器内压力急剧升高，而当活塞杆缩回时自身体积缩小使压力容器内液体容积增大，压力容器内压力又会大幅下降。然而在深度一定的海洋中，不论机械手如何运动，其海水压力是基本不变的，对于此类试验其实验室深海环境模拟装置（压力容器）与实际深海中的情况有很大差异。其原因在于深海中的高压是由于海水重力引起，而压力容器中的高压是由有限密闭空间充入液体使其压缩引起。密闭压力容器内压力波动的大小与容器容积成反比。
目前大多数压力容器都是直接通过加压***为压力容器打压，很少有考虑压力容器内液体容积变化引起的压力变化。发表在《海洋工程》的作者为费毓芳，谢开俊的文章“深海液压***及元件的模拟试验”中提到依靠重力式蓄压器保持压力容器压力稳定，但重力式蓄压器的中午因为本身的惯性，在压力高速变化时响应滞后明显，且容易引起压力的震荡。
发明内容
本发明的目的在于提供克服压力容器内被测设备自身体积变化时引起的压力大幅变化的一种压力容器变容积恒压保持装置。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种压力容器变容积恒压保持装置，其特征是：包括依次相连的加压***、压力容器***、变容积恒压保持***，加压***包括水箱、试压泵，压力容器***包括压力容器，试压泵分别连通水箱和压力容器，在试压泵与压力容器之间安装单向阀，在试压泵与单向阀之间设置管道连通水箱，该管道上安装溢流阀，压力容器连通变容积恒压保持***。
本发明还可以包括：
1、所述的变容积恒压保持***包括活塞液压腔、蓄能器、液压泵、油箱，活塞液压腔一端连通压力容器、另一端分别连通蓄能器、液压泵、油箱，活塞液压腔与油箱之间设置保持***溢流阀，液压泵连通油箱。
2、所述的压力容器***还包括压力传感器，压力传感器安装在压力容器上，变容积恒压保持***包括活塞液压缸、螺母、丝杠、驱动电机、驱动电机控制器，活塞液压缸一端连通压力容器、另一端与螺母固连，螺母连接丝杠，驱动电机连接并驱动丝杠，驱动电机控制器分别连接压力传感器和驱动电机，驱动电机控制器接收压力传感器信号并控制驱动电机转向和转速。
本发明的优势在于：
（1）占用很小的空间实现压力容器对被测试设备的打压试验；
（2）压力容器内压力大小不随被测试设备体积变化而变化；
（3）通过活塞的移动实现容积的变化，能够进行精确调节；
（4）构成闭环控制回路，压力调节速度快；
（5）还可以通过变容积恒压保持***实现精确定压；
（6）装置操作简单，实用方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2是加压***；
图3是压力容器；
图4是变容积恒压保持系；
图5是电机做动力源时的压力容器恒压保持装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
实施方式1：
结合图1～4，该装置由压力容器***2、加压***1和变容积恒压保持***3三部分组成。压力容器***主要为压力容器9，还包括一些仪表阀门等辅件；加压***1由打水压用试压泵6、溢流阀5和单向阀7组成；变容积恒压保持***3由活塞液压缸10、蓄能器11、溢流阀12、液压泵13和油箱14组成。加压***1通过高压胶管和压力容器***2一侧连通，变容积恒压保持***3通过高压胶管和压力容器***2另一侧连通。压力容器9与活塞液压缸10的无杆腔连通，活塞液压缸10的有杆腔与蓄能器11连通，蓄能器11需要预先充入一定压力的气体，液压缸有杆腔同时通过管路分别连接到溢流阀12的进油口和液压泵13出油口，溢流阀12的出油口和液压泵13进油口与油箱14相连。压力容器9另一侧通过管路与打水压用试压泵6连接，打水压用试压泵6由电机7带动。
压力容器9内安装被测设备，压力容器9打压进水口与打水压用试压泵6通过高压胶管连接，打水压用试压泵6将水箱4中的水注入压力容器9内。压力容器9与活塞液压缸10连接所用高压胶管直径应选较大值，这样压力容器9与活塞液压缸10内的液体可以迅速流动。活塞液压缸10的无杆腔内是水，有杆腔内是油，活塞杆直径应选较大值，此时有杆腔的压力大于无杆腔，即使水的黏度小于油，也不会出现内泄，且增大活塞杆直径还能使由于活塞杆运动造成额外从溢流阀12流出的油液减少，这样可以减小压力平衡前的波动。蓄能器11与活塞液压缸10有杆腔连通，当活塞发生突然移动时，多余的油液首先进入蓄能器11，而后通过溢流阀12流回油箱14。蓄能器11预先充入的气体应与试验压力匹配，且蓄能器应选用较大容积，容积越大吸收压力波动越好。水箱4为普通盛水容器即可，同时注意水的清洁，以免堵塞打水压用试压泵6。打水压用试压泵6连接溢流阀5与单向阀7，打压时旋紧单向阀7，然后先将溢流阀5旋松使水从溢流口流出，再慢慢旋紧溢流阀5并同时注意压力容器9压力表示数，当压力表示数快要达到所需试验压力时立即旋松溢流阀5。接着旋松溢流阀12，启动液压泵13，然后慢慢旋动溢流阀12，使试压泵压力表示数上升至预定值。油箱14为液压泵13提供油液，液压泵13由电机15带动。由溢流阀的流量-压力特性可知，正常工作时，溢流阀12应处于开启状态，且选用大流量溢流阀，此时当溢流阀流量发生变化时，引起的压力波动较小。
本发明的具体工作过程如下：首先将被测试设备放入压力容器9，紧闭压力容器上盖，打开顶部排气阀，打开打水压用试压泵6往罐内充水，待罐内充满水并由排气孔排出水后关闭排气孔，然后调节打水压用试压泵6出水口连接的溢流阀5和压力容器9另一侧油液回路的溢流阀12，使压力容器内压力达到试验压力并使活塞液压缸10中活塞处于中间位置，此时活塞两侧所受液体推力相等。此时便可以让被测试设备运动以进行试验。当被测试设备体积增大时，压力容器9内容积减小液体压力上升，活塞液压缸10无杆腔一侧液压由于通过管路与压力容器9连通所以压力同时上升，此时活塞液压缸活塞两侧受力不平衡，活塞液压缸无杆腔中液体对活塞的推力大于有杆腔中液体对活塞的推力，此时活塞向有杆腔方向移动，压力容器9内多余的液体经过管路进入活塞液压缸10无杆腔，而活塞液压缸10有杆腔的油液首先进入蓄能器11，然后通过溢流阀12逐渐流回油箱14。由于溢流阀12调定压力不变，所以活塞液压缸10有杆腔一侧的液体压力保持初始压力大小基本不变，压力容器9内由于液体流出压力减小，即活塞液压缸10无杆腔一侧液体对活塞推力减小，当活塞运动到某一位置时，活塞两侧受力平衡，若活塞继续向有杆腔方向运动，则无杆腔压力继续减小从而使活塞无杆腔受力小于有杆腔，活塞运动方向与受力方向相反，活塞此时将减速直至停止然后反向运动，由于阻尼的作用，活塞最终停止在平衡位置。此时活塞两侧所受液体推力相等，而活塞有杆腔内压力与初始时刻基本相同，可知活塞液压缸10无杆腔内压力等于初始时刻压力，即压力容器9中的压力与初始时刻相同。同理，当被测试设备体积减小时，压力容器9中的压力也与初始时刻相同。此过程即实现了压力容器9的变容积恒压保持。
实施方式2：
结合图5，本发明创造的另一种实现方式：活塞液压缸10的活塞杆与螺母16固定连接，螺母16与丝杠17配合。丝杠17两端通过轴承、轴承座连接于底板，丝杠17伸出轴通过联轴器与电机18的轴连接（电机前可加减速器）。丝杠17由电机18带动旋转，丝杠17的旋转运动转变为螺母16的直线运动。螺母16连同活塞一起左右移动，实现对压力容器9的压力调节。压力容器9内的压力大小通过压力传感器21传给控制器20，控制器20对信号进行检测比较，然后控制电机驱动器19，电机驱动器19驱动电机18按一定的转向和转速转动。

Claims (3)

1.一种压力容器变容积恒压保持装置，其特征是：包括依次相连的加压***、压力容器***、变容积恒压保持***，加压***包括水箱、试压泵，压力容器***包括压力容器，试压泵分别连通水箱和压力容器，在试压泵与压力容器之间安装单向阀，在试压泵与单向阀之间设置管道连通水箱，该管道上安装溢流阀，压力容器连通变容积恒压保持***。
2.根据权利要求1所述的一种压力容器变容积恒压保持装置，其特征是：所述的变容积恒压保持***包括活塞液压腔、蓄能器、液压泵、油箱，活塞液压腔一端连通压力容器、另一端分别连通蓄能器、液压泵、油箱，活塞液压腔与油箱之间设置保持***溢流阀，液压泵连通油箱。
3.根据权利要求1所述的一种压力容器变容积恒压保持装置，其特征是：所述的压力容器***还包括压力传感器，压力传感器安装在压力容器上，变容积恒压保持***包括活塞液压缸、螺母、丝杠、驱动电机、驱动电机控制器，活塞液压缸一端连通压力容器、另一端与螺母固连，螺母连接丝杠，驱动电机连接并驱动丝杠，驱动电机控制器分别连接压力传感器和驱动电机，驱动电机控制器接收压力传感器信号并控制驱动电机转向和转速。
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