CN102353505B - 振动试验设备压力补偿方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种振动试验设备压力补偿方法及装置。该方法为：采用至少一容积可随气室内部和外部的压力差而自动变化的密封气室与振动试验设备的内腔连通组成一密封系统，从而在不同压力环境中维持振动试验设备内部与外部压力的平衡，保障振动试验设备正常工作。该装置包括至少一容积可随气室内部和外部的压力差而自动变化的密封气室，所述密封气室与振动试验设备的内腔连通组成一密封系统。本发明方法简便易行，设备结构简单，成本低廉，可实现对振动试验设备内部和外部的气压进行自动补偿均衡处理，进而保障振动试验设备在各种压力环境中的正常工作。

Description

振动试验设备压力补偿方法及装置
技术领域
本发明涉及环境力学试验技术领域的一种振动试验设备，具体涉及一种振动试验设备自动压力补偿的方法及装置，其可有效保障振动试验设备在水下，特别是深水区正常工作。
背景技术
电动振动台是将电能转换为机械能的转换器。基本工作原理基于载流导体在磁场中要受到电磁力作用的安培定律。载流导体所受电磁力与导体中电流，导体在磁场中有效长度以及导体所处磁场的磁感应强度成正比，电磁力方向用左手定则决定。电动振动台推力为：F＝BLI，式中B为磁感应强度，L为动圈绕线有效长度，I为动圈绕线中的电流。驱动线圈置于磁体的空气隙中，当在驱动线圈中通一交变电流时，它将使工作台面在磁场中产生相应的交变运动(即振动)。
由于电动振动台的工作是依靠电磁转换的原理，决定了它只能在空气环境中进行，而不能完全暴露在水里。因为通常情况水是导体，会严重影响电磁转换的正常工作。如果电动台要在水下工作，必须将其完全密封，但密封后会造成内外压力差，此压力差将对台面产生一个作用力，使台面向内偏离，压力差随着水深的增加而增加，台面向内偏离越大。电动台要在水下振动必须先克服这种压力差，当压力差较大时电动台将无法工作。参阅图1，以台面直径为400mm的电动振动台1为例，其整体须密封在一外壳体4’中，而其动圈，尤其是台面部经柔性密封圈3与外壳体4环绕密封连接，使电动振动台的导电体与水不直接接触。该电动振动台在50M水深处振动时所承载的水压为3.14×20×20×5＝6280kg，如此大的水压会导致振动台完全无法正常工作。
目前通常采用的方法是在电动振动台的密封结构中充入压缩气体，以抵消电动振动台在深水中压强对台面的作用力，使振动台动圈处于中心位置，此方法只能用于振动台在固定水深中工作，通过计算该深度的压强，在电动振动台的密封结构中充入相同压强的压缩气体，使内外压力相等才能保证振动台正常工作。当工作深度发生变化时，必须改变密封结构内压缩气体的压强，只能在密封体上设置一压缩空气注入口，在入口连接气管引到水面以外来改变气体压强。振动台工作深度越深，此方法实现的难度越大(参阅图1)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种振动试验设备压力补偿方法及装置，其通过改变振动试验设备密封腔体的容积，使内部和外部的气压进行自动补偿均衡处理，保障了振动试验设备在各种压力环境中的正常工作，从而克服了现有技术中的不足。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种振动试验设备压力补偿方法，其特征在于，该方法为：采用至少一容积可随气室内部和外部的压力差而自动变化的密封气室与振动试验设备的内腔连通组成一密封系统，从而在不同压力环境中维持振动试验设备内部与外部压力的平衡，保障振动试验设备正常工作。
作为优选实施方案，所述密封气室包括一壳体，所述振动试验设备设于该壳体中，且振动试验设备的工作台面与壳体一端柔性环绕密封连接，该壳体另一端设有移动活塞或密封连接有弹性气囊。
更优选的，所述壳体另一端还固定连接有气室盖，所述移动活塞或弹性气囊设置于气室盖与壳体之间，且所述气室盖上分布有一个以上通孔。
所述振动试验设备采用电动振动台。
一种振动试验设备压力补偿装置，包括振动试验设备，其特征在于：该压力补偿装置还包括至少一容积可随气室内部和外部的压力差而自动变化的密封气室，所述密封气室与振动试验设备的内腔连通组成一密封系统。
优选的，所述密封气室包括一壳体，所述振动试验设备设于该壳体中，且振动试验设备的工作台面与壳体一端柔性环绕密封连接，该壳体另一端设有移动活塞或密封连接有弹性气囊。
进一步优选的，所述壳体另一端还固定连接有气室盖，所述移动活塞或弹性气囊设置于气室盖与壳体之间，且所述气室盖上分布有一个以上通孔。
所述振动试验设备采用电动振动台，且所述电动振动台的电缆通过密封接插件从所述壳体中引出。
所述壳体上还设有充气气嘴。
所述弹性气囊采用橡胶皮囊。
本发明通过在振动试验设备上连接至少一密封气室，且密封气室的容积可随着外部的压力变化而变化，从而能够自动保证气室内外压强的平衡，进而保障振动试验设备内部和外部压强的均衡，使振动试验设备在不同压力下均可正常工作。
本发明优选采用如下两种方案：
方案1：前述气室的容积变化可依靠一个移动活塞通过移动位置来完成，当外部的压力大于气室内部压力时，活塞向气室内部移动，从而使气室容积减少，压强增大，直至和外部压强相等，这样通过活塞移动不管处在多深的水中始终能够保证气室内外压强相等。反之，在外部压力小于气室内部压力时，活塞向气室外移动，气室内部压力逐渐降低至与外部压力相等，亦可保障振动试验设备在低压等环境中亦能正常运行。
方案2：前述气室的容积变化可依靠一个或若干橡胶皮囊来完成，当外部的压力大于气室内部压力时，橡胶皮囊将受到压缩，从而使气室容积减少，压强增大，直至和外部压强相等。这样通过橡胶皮囊的变形不管处在多深的水中始终能够保证气室内外压强相等，避免了振动试验设备因要克服水深的压力差而额外增加推力。反之，在外部压力小于气室内部压力时，橡皮气囊增大，气室内部压力逐渐降低至与外部压力相等，亦可保障振动试验设备在低压等环境中亦能正常运行。
与现有技术相比，本发明的优点在于：该补偿方法简便易行，补偿装置结构简单，可低成本的实现对振动试验设备内部和外部的气压进行自动补偿均衡处理，进而保障了振动试验设备在各种压力环境中的正常工作。
附图说明
图1是现有技术中在深水中工作的电动振动台的结构示意图；
图2是本发明实施例1的结构示意图；
图3是本发明实施例2的结构示意图；
图中，各附图标记及其所指示之组件分别为：1、电动振动台，2、动圈台面，3、密封圈，4、外壳体，5、气室壳体，6、气室盖，7、活塞，7’、橡胶皮囊，8、大气室，9、O型圈，10、充气气嘴。
具体实施方式
参阅图1，现有技术中，当振动台在水环境中应用时，通常采用在电动振动台1外安装一密封体，密封体由外壳体4、密封圈3和气室盖6’组成，外壳体4一端通过密封圈3与动圈台面2环绕密封连接，外壳体4另一端与气室盖6’连接，外壳体4与气室盖6’中间装有O型圈9进行密封。振动试验设备在深水中工作时，需预知具体的水深，知道水的深度就能得出水对动圈台面2的压力，通过与从水面处引入水下的输气管连接的充气气嘴10对密封体的内腔加压缩气体，使压缩气体的压力与所在水深位置的压力相等，从而保证动圈台面2处在正常起始位置并正常工作，但这种方案不易实施(尤其在深水环境中)，且在不同水深或不同水体中需工作频繁调整振动试验设备内气压，极为不便。
参阅图2，本实施例的电动振动台亦应用于水环境中，为保障其正常运行。采用了在该电动振动台上连接一压力自动补偿系统的方案，即：在电动振动台1外安装一密封体，密封体由外壳体4、密封圈3、O型圈9和活塞7组成，外壳体4一端通过密封圈3与动圈台面2环绕密封连接，外壳体4另一端与气室壳体5连接，外壳体4与气室壳体5连接处装有密封圈3，气室壳体5内装有活塞7，该气室壳体5内壁部与活塞7通过O型圈密封连接，在壳体5的另一端装有带孔的气室盖6，且由该气室壳体5和活塞组成的密闭大气室8与电动振动台1内部连通。同时，该电动振动台系密封于外壳体4中。
通过充气气嘴10在密闭大气室8中充入一定的压力，当将该电动振动台置于水中时，外部水的压力大于大气室8内部压力时，活塞7向大气室8内部移动，从而使大气室8容积减少，压强增大，直至和外部海水压强相等，这样通过活塞7移动，不管在多深的水中始终能够保证大气室8内外压强相等。反之，在外部压力小于大气室8内部压力时，活塞向大气室8外移动，大气室8内部压力逐渐降低至与外部压力相等，亦可保障振动试验设备在低压等环境中亦能正常运行。
参阅图3，该电动振动台应用于水环境中，为保障其正常运行，本实施例采用了在该电动振动台上连接一压力自动补偿系统的方案，即：在电动振动台1外安装一密封体，密封体由外壳体4、密封圈3、O型圈9和橡胶皮囊7’组成，外壳体4一端通过密封圈3与动圈台面2环绕密封连接，外壳体4另一端与气室壳体5连接，外壳体4与气室壳体5中间装有O型圈9进行密封，气室壳体5另一瑞装有橡胶皮囊7’，该气室壳体5与橡胶皮囊7’通过法兰圈密封连接，且由该气室壳体5和橡胶皮囊7’组成的密闭大气室8与电动振动台1内部连通。同时，该电动振动台系密封于外壳体4中。
进一步的，为保护橡胶皮囊7’免受外界损伤，在橡胶气囊7’上安装一气室盖6，该气室盖6与气室壳体5固定连接。气室盖上可分布若干通孔，以使水进入和橡胶皮囊接触。
通过充气气嘴10在密闭大气室8中充入一定的压力，当将该电动振动台置于水中时，电动振动台的外部压力大于气室内部压力，橡胶皮囊将受到压缩，从而使气室容积减少，压强增大，直至和外部压强相等。这样通过橡胶皮囊的变形，不管处在多深的水深始终能够保证气室内、外压强相等，避免了电动振动台因要克服水深的压力差而额外增加推力。
举例说明如下：
(1)当在气室内打入初始压力0.5kg/cm2，由于在水深5米处的压强也为0.5kg/cm2，振动台在该位置时橡胶皮囊处于自由状态，没有被压缩，参阅图2。
(2)在水深20米处压强为2kg/cm2时，橡胶皮囊压缩后气室压强也为2kg/cm2。
(3)在水深50米处压强为5kg/cm2时，橡胶皮囊被进一步压缩，其气室压强也为5kg/cm2。
藉上述设计，电动振动台系统内部压力能够实现自动补偿，可保证电动振动台在深水中正常工作。
需要说明的是，本发明的压力自动补偿系统的密封气室亦可采用其它结构，例如，前述气室壳体和外壳体可采用一体式结构；该气室壳体也可与电动振动台分体设置，而只需保证该气室壳体与振动试验设备内部连通，并保证气室壳体与振动试验设备处于同样外压的环境中即可。
因此，以上实施例不可解析为限定本发明的设计思想。在本发明的技术领域里持有相同知识者可以将本发明的技术性思想以多样的形态改良变更，这样的改良及变更应理解为属于本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种振动试验设备压力补偿方法，其特征在于，该方法为：采用至少一容积可随气室内部和外部的压力差而自动变化的密封气室与振动试验设备的内腔连通组成一密封系统，从而在不同压力环境中维持振动试验设备内部与外部压力的平衡，保障振动试验设备正常工作；
其中，所述密封气室包括一壳体，所述振动试验设备设于该壳体中，且振动试验设备的工作台面与壳体一端柔性环绕密封连接，该壳体另一端设有移动活塞或密封连接有弹性气囊。
2.根据权利要求1所述的振动试验设备压力补偿方法，其特征在于：所述壳体另一端还固定连接有气室盖，所述移动活塞或弹性气囊设置于气室盖与壳体之间，且所述气室盖上分布有一个以上通孔。
3.根据权利要求1所述的振动试验设备压力补偿方法，其特征在于：所述振动试验设备采用电动振动台。
4.一种振动试验设备压力补偿装置，包括振动试验设备，其特征在于：该压力补偿装置还包括至少一容积可随气室内部和外部的压力差而自动变化的密封气室，所述密封气室与振动试验设备的内腔连通组成一密封系统；
其中，所述密封气室包括一壳体，所述振动试验设备设于该壳体中，且振动试验设备的工作台面与壳体一端柔性环绕密封连接，该壳体另一端设有移动活塞或密封连接有弹性气囊。
5.根据权利要求4所述的振动试验设备压力补偿装置，其特征在于：所述壳体另一端还固定连接有气室盖，所述移动活塞或弹性气囊设置于气室盖与壳体之间，且所述气室盖上分布有一个以上通孔。
6.根据权利要求4所述的振动试验设备压力补偿装置，其特征在于：所述振动试验设备采用电动振动台，且所述电动振动台的电缆通过密封接插件从所述壳体中引出。
7.根据权利要求4所述的振动试验设备压力补偿装置，其特征在于：所述壳体上还设有充气气嘴。
8.根据权利要求4所述的振动试验设备压力补偿装置，其特征在于：所述弹性气囊采用橡胶皮囊。
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