CN102094872A - 用于测试柔性分隔器的测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对设置在测试循环频率能够加快的条件下的柔性分隔器的可靠性测试，尤其涉及一种用于测试柔性分隔件的测试设备。根据本发明，两个分隔器(10)被装入两个刚性腔室(12a、12b)中，每个腔室各自限定了一液体容腔(51)和一气体容腔(52)。两个气体容腔(52)彼此连通，而各液体容腔则与用于使每个液体容腔的容积交替变化的装置连通。

Description

用于测试柔性分隔器的测试设备

技术领域

本发明涉及一种用于测试柔性分隔器的可靠性的方法及设备，该柔性分隔器与刚性腔室关联并且将该腔室分成容积可变的液体容腔(capacity)和气体容腔，特别地，该柔性分隔器例如是用于将所谓的“液压”蓄能器中的液体和气体分隔开的柔性分隔器。

背景技术

液体容腔和气体容腔各自的容积变化导致柔性分隔器的反复变形，因而在一定时间段之后会导致柔性分隔器破裂。因此，柔性分隔器的可靠性决定了与柔性分隔器关联的装置的可靠性。

为了评估例如液压蓄能器的可靠性，公知的是将这种装配有柔性分隔器的蓄能器安装在包括用于使液体的体积周期性变化的装置的测试台上，从而使柔性分隔器变形。这种测试分隔器的可靠性的方法要求将该测试台与复杂且相对易受损的液压回路配合，特别是因为需要配备此类装置：例如四通阀，其用于使流经蓄能器的液体的流向逆转以便改变分隔器的容积并使分隔器变形。此外，这种液压回路固有的惯性和压头损失(head loss)会限制变形循环可交替的速率。因此，用于大次数循环的可靠性测试的持续时间非常长。此即为出于产业和经济性的动机而经常被迫限制循环的次数的原因。尽管由于以上提到的原因，目前的测试经常被限制为不超过2,000,000次循环，但是这在需要有极高的可靠性和期望的是连续测试超过10,000,000次循环的某些应用中会出现问题，即总是会发生破裂。

发明内容

设计本发明的方法的目的之一在于避免对复杂的液压回路的需求并且能够加快循环频(速)率(4赫兹(Hz)至6Hz，而非1Hz或2Hz)，由此大幅缩短当连续地测试直到分隔器破裂为止时的测试持续时间。此外，由于本发明的方法的“推-拉”操作方式，该方法使其能量消耗远低于如上文所指出的现有技术的系统的能量消耗，并且该方法可通过相对简单且成本低廉的结构来实现。

此外，本发明的方法所使用的压力远低于在使用中分隔器的应用压力。在这方面，应指出的是，某些使用柔性分隔器(例如弹性囊)的液压蓄能器被设计成其应用压力可以超过700bar，而本发明的设备能够在2bar至3bar量级的压力下操作。

使用较低的、但使得液体/气体压缩比大体相同的压力，可在能够以较高的频率(几赫兹)执行变形循环的同时得到具可比性的分隔器变形量，由此使得该分隔器本身的寿命能够通过以作为较短且可接受的、指定的产业约束的持续时间来进行测试直到分隔器破裂为止来更好地被评估。本发明使该目的能够得以实现。

更具体而言，本发明提供一种用于测试柔性分隔器的测试设备，所述分隔器具有被设计为用于构成液压蓄能器中的囊的类型，所述设备的特征在于：其包括至少两个相似的刚性腔室，每个腔室容置一个上述分隔器，该分隔器以密封方式安设，以限定处于该刚性腔室与该分隔器的外壁之间的一液体容腔，以及由分隔器自身的内部所构成的一气体容腔；在整个测试过程中，两个气体容腔始终相连通；并且两个液体容腔与相应的用于使每个液体容腔中的液体体积以相同的量交替且反相地变化的装置连通。

两个液体容腔的每一个之中的液体体积的变化大体相同。

对上文所指类型的两个相似的分隔器进行测试。在破坏性测试中，对循环进行计数，直到一个分隔器破裂为止。

上文所限定的设置通过控制囊状分隔器的外部及内部的液态和气态流体的传送来提供良好且可重复的对分隔器的变形的控制。由此，确保了在从一个循环到另一个循环的过程中，分隔器总是以相同的方式变形，并且总是处于与正常应用条件相一致的条件之下。通过以推-拉的操作方式使用两个相似的分隔器，能够以简单的方式获得对于分隔器的变形的良好的控制，但应领会的是，任何装置，即使其更为复杂，但只要其适于从这种分隔器的两侧中的任一侧重复地控制气体和液体的传送从而使分隔器的变形从一个循环到另一个循环大体上相同，并且使其变形与处于正常使用条件下的分隔器的变形相一致，就应被视为与本发明相符。

在运行测试的整个过程中，由于交替地进入一个容腔及随后进入另一容腔的气体的流动，使得两个气体容腔之间的相互作用产生一驱动反作用力，从而无需借助复杂的额外的装置(例如气动调节环路)就可确保柔性分隔器的变形特性以期望方式(例如确定两个囊实际上执行次数相同的循环)保持不变。

在一个实施例中，所述设备的特征在于，每个液体容腔直接与一可变形腔室连通，各所述可变形腔室具有相同的容积并联结于适于对所述可变形腔室反相地施加相似变形的致动装置。

例如，各可变形腔室采用与对应的刚性腔室的一端连通的可变形袋的形式，所述袋联结于一杠杆，该杠杆的支点位于所述袋的轴线之间并与之等距(equidistant)。

优选地，每个袋具有与杠杆铰接的刚性底部。

在另一个可行的变型中，所述设备的特征在于，两个液体容腔与双杆致动器的相应的腔室连通。设置有用于使活塞在中间位置的两侧中的任一侧交替地以相同振幅(行程)运动的装置。

在一个可行的实施例中，杠杆的一端连接于以可调节的幅度摆动的驱动机构，该驱动机构例如包括由马达驱动并且与一连接杆关联的盘形件，该连接杆铰接在盘形件与杠杆之间。在盘形件与连接杆之间设置有不同的可用铰接点，以便能够调节幅度的变化，从而能够调节压缩量的变化，以便能够调节可变形的容腔、进而调节在每一循环中运动的液体的量。

在一个可行的实施例中，两个气体容腔彼此连通并且与共用的刚性中间容腔连通。该中间容腔的容积优选地被确定为使系统的加热被限定成随着循环频率的变化而变化(即循环频率的函数)。

在一种可行的实施例中，刚性中间容腔包括液体探测器。该探测器由此被用于探测因分隔器破裂而导致的液体泄漏。探测器优选为可操作地同时连接于用于停止该设备的系统以及相关联的循环计数器。在这种方式下，可执行变形循环直到分隔器破裂并且统计分隔器在破裂之前承受的变形次数。

上述设备不局限于一对以推-拉方式操作的分隔器。这种测试设备可以包括多对容置有上述分隔器的上述刚性腔室，其中每对相对应的气体容腔彼此连通。

例如，所述刚性腔室可以围绕一个圆并排设置，上述用于使每对液体容腔中的液体体积交替且反相地变化的装置可以包括共用的致动机构，该致动机构包括凸轮形的环(例如正弦凸轮)，所述凸轮被驱动为围绕穿过该圆的中心的轴线旋转，其中所述刚性腔室围绕该圆设置。

附图说明

参照以下仅以例举方式给出的、结合附图所做的针对能够测试柔性薄膜分隔器的耐用性的设备的实施例的说明，可以更好地理解本发明，并且本发明的其它优点可更为显而易见，在附图中：

图1为本发明的测试设备的示意性正视图；

图2为示出当分隔器在液体的作用下变形时该分隔器的形状的详图；

图3为图2的分隔器的平面图；

图4为用于使图1的设备中的每个液体容腔中的液体的体积交替且反相地变化的装置的一种变型的示意图；以及

图5为根据本发明的设备的另一实施例的示意性立体图。

具体实施方式

图1至图3所示的设备11容置有呈“囊”状的两个相同的柔性分隔器10。在该示例中，柔性分隔器包括两个刚性腔室12a、12b，这些刚性腔室通常为圆筒状和管状并且分别适合于容置一个分隔器10。各腔室12a、12b在其顶端包括一密封的连接装置14，该连接装置使分隔器10的管状末段15能够以密封的方式配合至所述顶端。设备11还可以具有用于以预定的压力将气体封闭到该分隔器内(即该“囊”内侧)的装置17和用于使液体周期性地流入和流出各刚性腔室12a、12b(即接合在这些腔室中的分隔器的外侧)的装置19。液体的这种周期性运动的结果是，使得填充有受压气体的分隔器进行能够用于评估其寿命的变形循环。

在该示例中，两个刚性腔室12a、12b竖直地固定在水平的中间板21上。该中间板本身安装在基部22之上以便构成中空的台架，该台架容纳用于使液体交替进入刚性腔室12a、12b的装置19的一部分。

各刚性腔室12a、12b的顶端包括盖25，该盖的中心被穿孔以使分隔器的管状末段15穿过。该末段连接至相应的管件29a、29b。分隔器10以不透油的方式安设在相应的刚性腔室12a、12b中，由此使得所述刚性腔室中的在压力下使用的液体不会在末段15附近逸出。至少在耐用性测试所用的压力(约为1bar)下，该组件是密封的。这种压力远小于分隔器的设计应用压力。这使得能够对分隔器施加高频率(即几赫兹的频率)的变形循环。

用于在分隔器10中容纳预定压力的气体的装置17包括经由隔离阀36与该分隔器连通的处于压力下的氮气源。该阀经由相应的管件29a、29b与各分隔器的管状末段15连通。

换言之，由于两个管件29a、29b均与控制阀36连通，因此两个刚性腔室12a、12b的所述连接装置14通过容积不变的共用连接件被连接，以便共用处于压力下的相同量的气体。当控制阀36开启时，一定量的气体可被吸入到两个分隔器10中。随后，控制阀关闭以使得两个分隔器之间共用处于压力下的预定量的气体。

根据一个有利的特征，所述共用连接件包括两个管件29a、29b和适于容纳液体的刚性中间容腔40。各管件29a、29b分别连接至所述中间容腔40以及连接至相应的刚性腔室12a、12b的所述连接装置14。阀36的出口经由管42与中间容腔40连通。此外，该容腔优选地包括液体探测器44，该液体探测器可操作地连接至警报系统41和/或用于停止变形循环计数器43的装置。当液体(油)渗透到中间容腔或中间贮存器中时，液体探测器显示一个分隔器10已经损坏，并且适合的是，将分隔器破裂之前经受的循环次数加以存储。

气体排放管45连接至中间容腔40。该气体排放管包括排出阀47。该阀在测试期间关闭。

中间容腔40有利地为透明的，从而该容腔或贮存器中的任何油的存在(其标志着分隔器之一已经失效)既能够被目测发现，也能够借助由探测器44提供的信号而以电子方式被探测。

封闭板49用于将管件29a、29b和两个管42、45连接至所述中间容腔。两个腔室12a、12b的顶端连同它们的盖25一起被固定至封闭板49。

如上文所述，预定量的液体被保持在柔性分隔器10周围以及被保持在用于使液体周期性运动的所述装置19中。有利地，液体充满上文所限定的所有可用空间。

由此，对于每个分隔器10而言，液体容腔51被限定在该分隔器的外壁与刚性腔室之间，而气体容腔52则由该分隔器自身的内侧所构成。在整个测试过程中两个气体容腔52始终互相连接，并且它们还与中间容腔40连通。因此，在整个测试过程中，这些互相连接的元件容纳处于压力下的指定量的气体，并且在分隔器之间所有的交换的整个过程中，被保持的气体的总体积均大体上维持不变。

在一个可行的实施例中，用于使液体周期性移动的装置19包括：两个可变形腔室50a、50b，其分别与相应的刚性腔室12a、12b连通；以及致动机构55，其被设置成用于周期性且交替地改变可变形腔室的容积。如在附图中可看到的，各刚性腔室12a、12b通过相应的上述可变形腔室50a、50b延伸超过其底端。这些可变形腔室连接至共用的致动机构55以使它们反相地操作。

在该示例中，分别与两个刚性腔室12a、12b连通的两个可变形腔室50a、50b借助于共用的杠杆59而被致动，该杠杆的支点58位于所述可变形腔室之间并与之等距。在该示例中，各个可变形腔室50a、50b采用与对应的刚性腔室12a、12b直接连通的柔性袋的形式。每个袋被连接至铰接于杠杆59的板53。板53铰接于杠杆59的两侧中的每一侧并且与支点58距离相同。杠杆59的一端60连接至以可调节的幅度和频率操作的驱动机构，该驱动机构包括由马达62驱动的盘形件61，该盘形件61具有铰接在该盘形件与该杠杆之间的连接杆63。盘形件61具有多个用于与连接杆63连接的连接位置，这些连接位置以不同的径向距离设置，以便能够调节杠杆59的运动的振幅(幅度)。存在于各个腔室12a、12b中的液体的变化量是时间的正弦函数。液体可经由截止阀54和穿过板53的管而被引入到各个袋中。当然，其它等同的致动机构也是可行的。

例如，袋和杠杆可以被具有两个杆的致动器70替代，如图4所示。

致动器的腔室71和72分别直接地连接至液体容腔51。当活塞74沿一个方向运动并随后沿相反方向以相同的振幅(行程)运动时，腔室的容积以相同的变化量反相地变化。

在整个耐用性测试期间，各个分隔器10相继地且周期性地从外部被压缩(由此其容积减小)，随后被释放以使其返回正常容积。图1中，在左侧示出了从外部被压缩的分隔器，而在右侧示出了保持其正常容积的分隔器。由于分别在各个循环期间运动的油的总体积大体上保持不变，并且由于两个分隔器通过容积不变的共用连接件(29a、29b、40)始终连接在一起，因此这两个分隔器内的气体的压力大体上保持不变。如图2和图3所示，分隔器10通过限定多个纵向叶状部(lobe)65而以特定的方式变形，这些叶状部形成局部化的疲劳区域。在大次数的循环之后，分隔器由于沿这些疲劳区域之一破裂而寿命终结。当探测到破裂时，记录已执行的循环次数，该次数用于评估囊状的分隔器的寿命。

图5示出了另一种可行的设备80，其值得注意之处在于具有围绕一个圆并排设置的多对上述类型的刚性腔室112。在此示例中，该设备具有三对刚性容腔。这些容腔以与参照图1所述的方式相同的方式气动地连接在一起，即所有分隔器10成对地连通，并且每一对分隔器连接在一起以便分配处于压力下的共用量的气体。

在此实施例中，用于使液体在容腔112中周期性运动的装置连接至共用的致动机构115，该致动机构115具有形成为一种正弦凸轮116的环。该凸轮被一马达围绕穿过该圆的中心的轴线驱动(刚性容腔112围绕该圆设置)。更确切地说，正弦凸轮与所有和所述刚性腔室112关联的可变形腔室150协同操作。

在该设备的中心设有中间容腔140，该中间容腔具有三个分开的隔间。每个隔间均与由一对分隔器构成的气体容腔连通，该对分隔器通过致动机构115反相地操作。

Claims (14)

1.一种用于测试柔性分隔器的可靠性的设备，所述柔性分隔器用于分隔液态流体和气态流体，所述设备的特征在于：所述设备包括两个相同的刚性腔室，每个所述腔室均被一个相同的柔性分隔器分成液体容腔和气体容腔，其中两个气体容腔彼此连通，并且两个液体容腔与用于使这两个液体容腔的每一个之中的容积交替变化的装置连通。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述两个液体容腔(51)中的每一个中的液体体积的变化大体相同。

3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述两个液体容腔中的每一个分别与相应的可变形容腔连通，两个可变形容腔具有相同的容积并且交替地承受变化相同的变形。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述可变形容腔采用袋的形式，每个所述袋经由板状的刚性底部承受围绕一轴线摆动的杠杆的作用，所述轴线位于所述袋之间并与所述袋等距，并且所述杠杆交替地在所述袋上施加相似的压缩力。

5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述杠杆的一端(60)连接至具有可调节的幅度和频率的驱动机构。

6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述驱动机构包括马达(62)，该马达驱动一盘形件(61)，该盘形件具有多个径向距离不同的连接位置；并且所述杠杆以铰接方式选择性地联结于所述连接位置中选定的一个连接位置以调节所述幅度。

7.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述两个液体容腔分别与双杆致动器(70)的两个腔室连通。

8.如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述两个气体容腔(52)彼此连通并且均与一共用的刚性中间容腔(40)连通。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，在每个气体容腔(10)与所述刚性中间容腔(40)之间均连接有管(29a，29b)。

10.如权利要求8或9所述的设备，其特征在于，所述刚性中间容腔(40)包括液体探测器(44)，用以探测因分隔器破裂而导致的液体泄漏。

11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述液体探测器(44)可操作地连接至用于停止所述设备和/或用于使变形循环计数器停止的系统。

12.如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括多个成对的容置所述分隔器的刚性腔室(112)，每对刚性腔室中的对应的气体容腔彼此连通。

13.如权利要求12所述的设备，其中每对刚性腔室的所述气体容腔经由一刚性中间容腔而彼此连通，所述刚性中间容腔与多个对应成对的气体容腔中的每一对关联。

14.如权利要求12或13所述的设备，其特征在于，所述刚性腔室(112)沿着一个圆并排设置，并且用于使每对液体容腔中的液体体积交替且反相地变化的上述装置包括共用的致动机构(115)，该致动机构对应于一凸轮形的环，所述凸轮被驱动为围绕穿过所述圆的中心的轴线旋转，其中所述刚性腔室围绕所述圆设置。

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