CN114659900B - 一种模拟万米深海潜浮过程的压力试验装置及操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种模拟万米深海潜浮过程的压力试验装置及操作方法，包括反力框架，所述反力框架的结构为：包括上下平行间隔的上横梁和下横梁，所述上横梁和下横梁之间四根导向柱连接，所述下横梁上表面安装有液压缸，所述下横梁上表面通过支撑件固定有滑道，所述滑道上安装有沿滑道滑移的移动小车，所述移动小车上安装压力舱，压力舱内放入试件和液体，压力舱通过移动小车滑移到液压缸的上方，液压缸的活塞杆与压力舱底部接触，压力舱顶面与上横梁接触。采用增减压力舱内容积的方式实现压力的升降，通过液压缸输出载荷进行压力升降速度的控制，大幅提高了压力循环试验效率，取消了超高压泵、阀等易损元件，提高了设备可靠性。

Description

一种模拟万米深海潜浮过程的压力试验装置及操作方法
技术领域
本发明涉及深海试验装置技术领域，尤其是一种模拟万米深海潜浮过程的压力试验装置及操作方法。
背景技术
海洋世界蕴藏着丰富的资源，是人类目前最现实和最有发展潜力的战略空间。近几十年来，人类对海洋的探索工作在不断地深入，研制了不同规格、功能的深海潜器，满足了海洋研究、开发需求。
深海潜器属于多次使用的装备，在正式海试前，浮力材、液压元件、结构件等关键设备需要进行长周期多频次的压力循环试验考核，以确保其性能满足总体要求。为了满足试验需求，需要开发相应的试验装置和方法。
现有技术中的试验装置多采用高压泵与压力舱组合的原理，通过高压泵向压力舱内注水或排水，实现压力舱内的水压环境的升降，从而模拟整个潜浮过程。这种方案对管路***的要求较高，易导致压力元件故障，影响工作效率。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种模拟万米深海潜浮过程的压力试验装置及操作方法，从而通过改变压力舱内容积实现超高压力循环的试验装置和方法，大大提高了试验效率和工作可靠性。
本发明所采用的技术方案如下：
一种模拟万米深海潜浮过程的压力试验装置，包括反力框架，所述反力框架的结构为：包括上下平行间隔的上横梁和下横梁，所述上横梁和下横梁之间四根导向柱连接，所述下横梁上表面安装有液压缸，所述下横梁上表面通过支撑件固定有滑道，所述滑道上安装有沿滑道滑移的移动小车，所述移动小车上安装压力舱，压力舱内放入试件和液体，压力舱通过移动小车滑移到液压缸的上方，液压缸的活塞杆与压力舱底部接触，压力舱顶面与上横梁接触。
其进一步技术方案在于：
所述压力舱的结构为：包括空心圆筒的舱体，所述的舱体的外壁与基座固定，基座与移动小车固定，所述舱体的底部通过密封件安装下舱盖，舱体的顶部通过密封件安装上舱盖，上舱盖上安装有拆盖机构。
所述舱体上下两端的内径大于中间部位的内径。
所述上舱盖和下舱盖均采用饼形实心构件。
所述上舱盖顶部设置有限位环，上舱盖下端为光圆柱体，嵌入舱体内部。
所述下舱盖底部设置限位环，下舱盖上端设有密封沟槽。
还包括压力控制模块，所述压力控制模块通过管路与上舱盖连通。
一种模拟万米深海潜浮过程的压力试验装置的操作方法，包括如下操作步骤：
第一步：检查工作，检查各部件是否完备；
第二步：准备工作，将压力舱放置在移动小车上，并固定；
第三步：安装工作，将试件放入压力舱中；
第四步：向压力舱内注水，水位线到达指定位置，打开截止阀；
第五步：安装上舱盖，采用拆盖机构将上舱盖向下压，当指针下落至“开始加压线”标记时，关闭截止阀；
第六步：将移动小车移送至试验机工作位置；
第七步：根据试验压力和载荷-压力曲线设置试验机最高输出载荷，该载荷低于对应值；
第八步：启动试验机，按照试验要求设置加压历程；
第九步：试验完毕后，试验机卸载；
第十步：压力舱内压力降为0后，移出压力舱，开盖，然后将试件取下；
第十一步：打印报告。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明在采用增减舱内容积的方式实现压力的升降，取消了高压泵、阀等易损元件，提高了整套装置的可靠性；
(2)本发明中舱内容积的增减通过液压缸的伸缩来实现，并通过液压缸输出载荷间接控制压力舱内压力升降速度，提高了控制精度。
(3)压力舱中设置拆盖机构，通过丝杠拆装上舱盖，提高了作业便捷性，降低了劳动强度。
(4)本发明主要用于模拟全海深压力环境，针对深海装备在多次潜浮过程中的性能变化进行测试，经过一定的拓展，也可应用于结构疲劳性能检测。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的结构示意图(压力舱移出状态)。
图3为本发明的主视图。
图4为图3的侧视图。
图5为本发明压力舱的内部结构示意图。
图6为本发明压力舱移出状态的结构示意图。
图7为本发明压力舱到位，准备加压状态的结构示意图。
图8为本发明压力舱加压状态的结构示意图。
其中：1、上横梁；2、导向柱；3、压力舱；4、移动小车；5、液压缸；6、下横梁；7、滑道；8、挡板；
301、拆盖机构；302、上舱盖；303、舱体；304、管路；305、压力控制模块；306、下舱盖；307、基座。
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8所示，本实施例的模拟万米深海潜浮过程的压力试验装置，包括反力框架，反力框架的结构为：包括上下平行间隔的上横梁1和下横梁6，上横梁1和下横梁6之间四根导向柱2连接，下横梁6上表面安装有液压缸5，下横梁6上表面通过支撑件固定有滑道7，滑道7上安装有沿滑道7滑移的移动小车4，移动小车4上安装压力舱3，压力舱3内放入试件和液体，压力舱3通过移动小车4滑移到液压缸5的上方，液压缸5的活塞杆与压力舱3底部接触，压力舱3顶面与上横梁1接触。
压力舱3的结构为：包括空心圆筒的舱体303，的舱体303的外壁与基座307固定，基座307与移动小车4固定，舱体303的底部通过密封件安装下舱盖306，舱体303的顶部通过密封件安装上舱盖302，上舱盖302上安装有拆盖机构301。
舱体303上下两端的内径大于中间部位的内径。
上舱盖302和下舱盖306均采用饼形实心构件。
上舱盖302顶部设置有限位环，上舱盖302下端为光圆柱体，嵌入舱体303内部。
下舱盖306底部设置限位环，下舱盖306上端设有密封沟槽。
还包括压力控制模块305，压力控制模块305通过管路304与上舱盖302连通。
移动小车4上设置有一块挡板8，挡板8上开有与压力舱3配合的通孔。
本实施例的模拟万米深海潜浮过程的压力试验装置的操作方法，包括如下操作步骤：
第一步：检查工作，检查各部件是否完备；
第二步：准备工作，将压力舱3放置在移动小车4上，并固定；
第三步：安装工作，将试件放入压力舱3中；
第四步：向压力舱3内注水，水位线到达指定位置，打开截止阀；
第五步：安装上舱盖302，采用拆盖机构301将上舱盖302向下压，当指针下落至“开始加压线”标记时，关闭截止阀；
第六步：将移动小车4移送至试验机工作位置；
第七步：根据试验压力和载荷-压力曲线设置试验机最高输出载荷，该载荷低于对应值；
第八步：启动试验机，按照试验要求设置加压历程；
第九步：试验完毕后，试验机卸载；
第十步：压力舱3内压力降为0后，移出压力舱3，开盖，然后将试件取下；
第十一步：打印报告。
本发明的具体结构和功能如下：
主要包括压力舱3、反力框架、液压缸5等部件。
压力舱3是本发明的核心部件，包括舱体303、上舱盖302、下舱盖306、密封件、压力控制模块305、拆盖结构301等，上舱盖302、下舱盖306均部分嵌入舱体303的内部，并通过密封件形成密闭空间，下舱盖306与舱体303轴向固定。反力框架由导向柱2、上横梁1、下横梁6组成，主要用于承担压力舱轴向载荷，同时作为各类设备安装底座。
在正常工作状态下，上舱盖302与反力框架的上横梁1接触，下舱盖306与液压缸5的活塞杆接触；液压缸5向上伸出时，推动下舱盖306和舱体303整体向上移动，上舱盖302向舱体303内部滑移，从而减小了压力舱3内的容积，提高了舱内水压力，即为升压过程，模拟深海装备的下潜过程；液压缸5向下缩回时，即为降压过程，模拟深海装备的上浮过程。
舱体303为空心圆筒，上下两端内径略大于中间部位，便于制造。
上舱盖302为饼形实心构件，顶部设置限位环，下端为光圆柱体，嵌入舱体303内侧，与舱体303内表面啮合，底部设有密封沟槽，用于安装密封件。
下舱盖306为饼形实心构件，底部设置限位环，另一端设有密封沟槽，用于安装密封件。
密封件设置于上舱盖302、下舱盖306与舱体303之间，每组密封件由挡圈、J形环、密封圈和限位环组成。
压力控制模块305的安装结构为：上舱盖302内安装L形高压钢管，两端分别与上舱盖302和四通连接，接口为内螺纹；与1/4高压钢管连接的四通另外两端分别接手动截止阀、安全阀、压力表，压力等级不低于200MPa与1/4压钢管连接的四通另外两端分别接手动截止阀、安全阀、压力表。
拆盖机构301用于上舱盖302的安装和拆卸，由支架、对接拉耳、丝杠、挡板、限位板、六角扳手构成。支架为U形，两端与舱体铰接，横撑处安装丝杠螺母。对接拉耳与固定拉耳配合，对接拉耳为T形结构，固定拉耳为内凹形结构，两者装配后可实现轴向约束且转动自由。同时，在固定拉耳一侧设置限位孔，与限位板配合，可组织固定拉耳的转动。在使用时，对接拉耳与上舱盖固定拉耳对接，通过丝杠的旋转实现上舱盖的升降，从而完成其拆装动作。
本发明的压力控制方法：
压力舱内的压力升降采用力控制模式，也即通过控制液压缸的输出载荷而间接控制舱内压力。在正式使用前，需针对液压缸输出载荷和舱内压力进行标定，检测出在不同输出载荷Fi(i＝1～n)下的舱内压力Pj(j＝1～n)，根据上述检测数据拟合得到载荷-压力曲线，然后基于该曲线设定加卸压参数。
本发明操作使用流程如下：
检查各部件是否完备，完备后开展下一步工作；
将压力舱3整体放置于移动小车4上，并固定；
安装模型或试件；
向压力舱3内注水，水位线距离筒体上端面一定距离；
打开截止阀；
安装上舱盖302，采用拆盖机构301将上舱盖302向下压，当上舱盖302的指针下落至“开始加压线”标记时，关闭截止阀；
将移动小车4移送至试验机工作位置；
根据试验压力和载荷-压力曲线设置试验机最高输出载荷，该载荷不得高于对应值；
启动试验机，按照试验要求设置加压历程；
试验完毕后，试验机卸载；
压力舱内压力降为0后，移出压力舱3，开盖，然后将被测件取下；
打印报告。
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。

Claims (7)

1.一种模拟万米深海潜浮过程的压力试验装置，其特征在于：包括反力框架，所述反力框架的结构为：包括上下平行间隔的上横梁（1）和下横梁（6），所述上横梁（1）和下横梁（6）之间四根导向柱（2）连接，所述下横梁（6）上表面安装有液压缸（5），所述下横梁（6）上表面通过支撑件固定有滑道（7），所述滑道（7）上安装有沿滑道（7）滑移的移动小车（4），所述移动小车（4）上安装压力舱（3），压力舱（3）内放入试件和液体，压力舱（3）通过移动小车（4）滑移到液压缸（5）的上方，液压缸（5）的活塞杆与压力舱（3）底部接触，压力舱（3）顶面与上横梁（1）接触；所述压力舱（3）的结构为：包括空心圆筒的舱体（303），所述的舱体（303）的外壁与基座（307）固定，基座（307）与移动小车（4）固定，所述舱体（303）的底部通过密封件安装下舱盖（306），舱体（303）的顶部通过密封件安装上舱盖（302），上舱盖（302）上安装有拆盖机构（301）。
2.如权利要求1所述的一种模拟万米深海潜浮过程的压力试验装置，其特征在于：所述舱体（303）上下两端的内径大于中间部位的内径。
3.如权利要求1所述的一种模拟万米深海潜浮过程的压力试验装置，其特征在于：所述上舱盖（302）和下舱盖（306）均采用饼形实心构件。
4.如权利要求1所述的一种模拟万米深海潜浮过程的压力试验装置，其特征在于：所述上舱盖（302）顶部设置有限位环，上舱盖（302）下端为光圆柱体，嵌入舱体（303）内部。
5.如权利要求1所述的一种模拟万米深海潜浮过程的压力试验装置，其特征在于：所述下舱盖（306）底部设置限位环，下舱盖（306）上端设有密封沟槽。
6.如权利要求1所述的一种模拟万米深海潜浮过程的压力试验装置，其特征在于：还包括压力控制模块（305），所述压力控制模块（305）通过管路（304）与上舱盖（302）连通。
7.一种如权利要求1所述的模拟万米深海潜浮过程的压力试验装置的操作方法，其特征在于：包括如下操作步骤：
第一步：检查工作，检查各部件是否完备；
第二步：准备工作，将压力舱（3）放置在移动小车（4）上，并固定；
第三步：安装工作，将试件放入压力舱（3）中；
第四步：向压力舱（3）内注水，水位线到达指定位置，打开截止阀；
第五步：安装上舱盖（302），采用拆盖机构（301）将上舱盖（302）向下压，当指针下落至“开始加压线”标记时，关闭截止阀；
第六步：将移动小车（4）移送至试验机工作位置；
第七步：根据试验压力和载荷-压力曲线设置试验机最高输出载荷，该载荷低于对应值；
第八步：启动试验机，按照试验要求设置加压历程；
第九步：试验完毕后，试验机卸载；
第十步：压力舱（3）内压力降为0后，移出压力舱（3），开盖，然后将试件取下；
第十一步：打印报告。
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