CN102794577B - 一种模拟中压液体或气体环境的焊接实验舱 - Google Patents

Abstract

一种模拟中压液体或气体环境的焊接实验舱，它涉及一种水下焊接实验舱，以解决现有的实验设备模拟水下焊接，存在舱内部件不易更换、适用性差、模拟焊接实验的模拟压力低、压力介质单一的问题。舱底设置在平台支架的上端面上，数个穿舱连接器均匀布置于舱底中，舱体设置在舱底的上方，两个半圆卡箍扣合成圆环，梯形槽的两侧壁与上斜面和下斜面紧密配合，油缸支架与平台支架的上端面固定连接，两个举升导轨以舱体的竖直中心线为基准对称设置在油缸支架的外侧，每个举升导轨上安装一个举升油缸，四个凸耳沿圆筒上端的外壁均布设置，每个举升架的一端与举升油缸连接、另一端与其中两个凸耳连接，焊接平台安装在环形凸台上。本发明用于模拟水下焊接。

Description

一种模拟中压液体或气体环境的焊接实验舱

技术领域

本发明涉及一种水下焊接实验舱，具体涉及一种模拟中压液体或气体环境的焊接实验舱。

背景技术

随着海洋资源的开发，大量钢结构用于海洋工程中，例如海底石油管道、海洋钻井平台、跨海大桥等。无论是结构的建造还是设施的维护，都需要水下焊接。无论是结构的建造还是设施的维护，水下焊接技术具有不可替代的优势。水下湿法焊接可以应用于水深不超过100米的压力环境；当水深超过100米后，一般采用水下高压干法焊接。无论水下湿法或高压干法焊接，都是在高于1个大气压的环境下施焊，而在不同压力下的焊接工艺参数的制定是需要大量的工艺实验研究才能确定。模拟压力环境的焊接实验舱是陆上进行此项研究的大型实验设备。而现有的立式模拟压力环境焊接实验舱的舱体与舱底为一体的，且在舱体的上边开口，舱体周围设置多个穿舱法兰孔，这种结构的缺点是舱内部件不易更换或很难更换，因此，对于不同焊接实验需要不同的舱内部件的适用性较差、自动化程度也较低；且现有的模拟压力环境焊接实验舱压力介质单一、模拟压力低，难以满足多种焊接环境的模拟需求。

发明内容

本发明的目的是为解决现有的实验设备模拟水下焊接，存在舱内部件不易更换、适用性差、模拟焊接实验的模拟压力低、压力介质单一的问题，而提供一种模拟中压液体或气体环境的焊接实验舱。

本发明的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括舱体、舱底、平台支架、环形密封圈、焊接平台、两个卡箍装置两个导柱支架、两个卡箍导柱、两个举升导轨、两个举升油缸、两个举升架、四个凸耳和数个穿舱连接器，舱底的上端面沿边缘设有环形凸台，环形凸台的外侧面设有由下向上、由外向内倾斜的导向斜面，舱底的外壁上设有下环形凸缘，下环形凸缘的下端面为由外向里、由上向下倾斜的下斜面，舱底设置在平台支架的上端面上，数个穿舱连接器均匀布置于舱底中，舱体由圆筒和半圆舱顶组成，圆筒的侧壁前后分别设置两个观察窗口，半圆舱顶的顶部设有法兰孔，半圆舱顶设置在圆筒的上方，圆筒下端的外壁上设有上环形凸缘，舱体设置在舱底的上方，环形密封圈设置在上环形凸缘与下环形凸缘之间，上环形凸缘的上端面以上环形凸缘与下环形凸缘的连接面为基准设有与下斜面对称的上斜面，每个卡箍装置由半圆卡箍、卡箍开合油缸、卡箍支撑轮、油缸连接件和油缸支架组成，半圆卡箍的弧形内侧面沿长度方向设有梯形槽，卡箍开合油缸的固定端与油缸支架铰接，卡箍开合油缸的活塞端与油缸连接件铰接，油缸连接件与半圆卡箍的弧形外表面固定连接，卡箍支撑轮安装在半圆卡箍的下端面，两个卡箍装置对称设置在舱体与舱底的连接处，且两个半圆卡箍扣合成圆环，梯形槽的两侧壁与上斜面和下斜面紧密配合，油缸支架与平台支架的上端面固定连接，半圆卡箍的直径端位于半圆卡箍的外侧壁上以卡箍开合油缸的轴线为基准对称设有导套，每相邻的两个导套之间设置一个导柱支架，且导柱支架的下端与平台支架连接，每个导柱支架配有一个卡箍导柱，且卡箍导柱穿过导柱支架和与其对应的两个导套，两个举升导轨以舱体的竖直中心线为基准对称设置在油缸支架的外侧，且举升导轨的下端与平台支架连接，每个举升导轨上安装一个举升油缸，四个凸耳沿圆筒上端的外壁均布设置，每个凸耳与圆筒焊接，每个举升架的一端与举升油缸连接，每个举升架的另一端与其中两个凸耳连接，焊接平台安装在舱体内的环形凸台上并用螺栓固定。

本发明具有以下有益效果：

一、由于本发明的舱体1和舱底2采用了可开合的结构，舱内部件容易更换，因此，对于不同焊接实验需要不同的舱内部件模拟实验的适用性较高；卡箍装置3将舱体1与舱底2密闭连接，且舱体1上除一个法兰孔13和两个观察窗口1-1-3外，再无其他接口，整体性较好；本发明模拟焊接实验的模拟压力高，不仅可以模拟气体环境下的焊接实验，还可以模拟液体环境下的焊接实验，即可以进行不同压力介质的湿法或干法的焊接研究，因此，本发明压力介质不单一。

二、本发明的舱底2为平板结构，通过穿舱连接器15提供舱内外互通接口，可根据内部实验设备需要增减、布置接口数量和形式；这种设计不但提高了整体性、增加了内部有效利用空间，还提高了实验舱进行不同实验研究的适应能力。

三、内部压力可调，根据实际工程需要而进行模拟研究。

四、本发明采用了快开卡紧装置，液压油缸可以提供一定的预紧力，从而提高了安全性；对分卡箍的设计还简化了舱体密封，提高了实验设备的易用性。

五、本发明的舱体1开合采用液压驱动的举升架带动舱体垂直运动的方式实现，便于实验操作和舱内设备维护；由于在平板式舱底内设置了凸台，保证了舱体闭合时位置精度要求。

附图说明

图1是本发明实验舱的整体结构主视图，图2是两个卡箍装置3闭合状态图，图3是两个卡箍装置3打开状态图，图4是图1的I局部放大图，图5是卡箍装置3的结构主视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图5说明本实施方式，本实施方式包括舱体1、舱底2、平台支架4、环形密封圈5、焊接平台12、两个卡箍装置3、两个导柱支架6、两个卡箍导柱7、两个举升导轨8、两个举升油缸9、两个举升架10、四个凸耳11和数个穿舱连接器15，舱底2的上端面沿边缘设有环形凸台2-1，环形凸台2-1的外侧面设有由下向上、由外向内倾斜的导向斜面2-1-1，导向斜面2-1-1对舱体1下降过程中起导向定位作用；舱底2的外壁上设有下环形凸缘2-2，下环形凸缘2-2的下端面为由外向里、由上向下倾斜的下斜面2-2-1，舱底2设置在平台支架4的上端面上，且舱底2通过连接元件与平台支架4可拆卸连接，数个穿舱连接器15均匀布置于舱底2中，通过数个穿舱连接器15为舱体1内提供弱电、强电、冷却水、高压气体、高压液体等。舱体1由圆筒1-1和半圆舱顶1-2组成，圆筒1-1的侧壁前后分别设置两个观察窗口1-1-3，半圆舱顶1-2的顶部设有法兰孔13，半圆舱顶1-2设置在圆筒1-1的上方，半圆舱顶1-2与圆筒1-1焊接，圆筒1-1下端的外壁上设有上环形凸缘1-1-1，舱体1设置在舱底2的上方，环形密封圈5设置在上环形凸缘1-1-1与下环形凸缘2-2之间，上环形凸缘1-1-1的上端面以上环形凸缘1-1-1与下环形凸缘2-2的连接面为基准设有与下斜面2-2-1对称的上斜面1-1-2，每个卡箍装置3由半圆卡箍3-1、卡箍开合油缸3-2、卡箍支撑轮3-3、油缸连接件3-4和油缸支架3-5组成，半圆卡箍3-1的弧形内侧面沿长度方向设有梯形槽3-1-1，卡箍开合油缸3-2的固定端与油缸支架3-5铰接，卡箍开合油缸3-2的活塞端与油缸连接件3-4铰接，油缸连接件3-4与半圆卡箍3-1的弧形外表面固定连接，卡箍支撑轮3-3安装在半圆卡箍3-1的下端面，两个卡箍装置3对称设置在舱体1与舱底2的连接处，且两个半圆卡箍3-1扣合成圆环，梯形槽3-1-1的两侧壁与上斜面1-1-2和下斜面2-2-1紧密配合，以实现卡箍装置3与舱体1和舱底2的自锁，卡箍装置3保证了舱体1与舱底2紧密配合，油缸支架3-5与平台支架4的上端面固定连接，半圆卡箍3-1的直径端位于半圆卡箍3-1的外侧壁上以卡箍开合油缸3-2的轴线为基准对称设有导套3-1-2，每相邻的两个导套3-1-2之间设置一个导柱支架6，且导柱支架6的下端与平台支架4连接，每个导柱支架6配有一个卡箍导柱7，且卡箍导柱7穿过导柱支架6和与其对应的两个导套3-1-2，卡箍导柱7与导套3-1-2采取间隙配合，导柱支架6和油缸支架3-5与平台支架4之间为刚性连接，两个举升导轨8以舱体1的竖直中心线为基准对称设置在油缸支架3-5的外侧，且举升导轨8的下端与平台支架4连接，每个举升导轨8上安装一个举升油缸9，举升导轨8与平台支架4之间为刚性连接，四个凸耳11沿圆筒1-1上端的外壁均布设置，每个凸耳11与圆筒1-1焊接，每个举升架10的一端与举升油缸9连接，每个举升架10的另一端与其中两个凸耳11连接，举升架10沿举升导轨8滑动以实现垂直方向运动；焊接平台12安装在舱体1内的环形凸台2-1上并用螺栓固定。举升架10通过四个凸耳11与舱体1连接，实现舱体1垂直方向打开或关闭的实验舱操作。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同的是它还增加有两个加强筋14，每个举升架10的下面配有一个加强筋14，加强筋14的一个端面与举升架10连接，加强筋14的另一个端面与举升油缸9连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

本发明的工作过程：

⑴、利用本发明进行实验焊接前：同时启动两个卡箍开合油缸3-2和两个举升油缸9，卡箍开合油缸3-2带动对半圆卡箍3-1分离，举升油缸9带动举升架10向上运动，将舱体1与舱底2分离；将实验设备16安装在焊接平台12上，实验设备16包括三轴运动平台、焊枪、送丝机、环境照明、高速摄像机、环境监视摄像机、水位传感器及电流电压传感器，根据舱内实验设备16确定穿舱连接器15的个数，更换穿舱连接器15的插座，在多余的穿舱连接器孔上方安装盖板，以备日后使用。穿舱连接器15应包含如下接口：舱内冷却循环水路供应，舱内高压气体、液体供应，舱内液体排放、强电供电回路、弱电信号线等。另外，排放气体的安全阀与压力表安装在法兰孔13上。需要闭合舱体1，启动举升油缸9带动举升架10向下运动，当舱体1与舱底2接近时，举升油缸9减速运动，通过环形凸台2-1上的导向斜面2-1-1逐渐引导舱体1运动方向，直至舱体1精确定位并与舱底2呈闭合状态。此时环形密封圈5处于受舱体1重力压紧状态。启动卡箍开合油缸3-2带动对分卡箍3-1逐渐闭合，其对分卡箍3-1的内壁没有接触舱体1前主要靠卡箍支撑轮3-3及导套3-1-2与卡箍导柱7之间的配合定位；当对分卡箍3-1的内壁接触舱体1后，对分卡箍3-1上的梯形槽3-1-1的斜面与上斜面1-1-2和下斜面2-2-1紧密配合，使得舱体1与舱底2之间形成闭合的预紧力，同时也形成自锁，保证密封的可靠性。

⑵、进行焊接实验时：根据实验需要供应舱体1内高压气体或液体。打开相应穿舱连接器15的阀门，分别通过气体/液体通道进入舱内，舱内液体液位高度通过实验设备16传感系统获得；舱内压力通过与法兰孔13连接的压力表读数获得。根据实验压力要求设置安全阀的阈值。实验过程可通过两个观察窗口1-1-3与舱内环境监视摄像机进行监控。

⑶、焊接实验完毕，打开与法兰孔13连接的安全阀泄压，若舱体1内有液体充填，当舱内压力降至安全水平后，通过相应穿舱连接器15排出，排净液体后可以打开舱体，检查实验设备16和处理实验结果。

Claims (2)

1.一种模拟中压液体或气体环境的焊接实验舱，其特征在于：所述实验舱包括舱体(1)、舱底(2)、平台支架(4)、环形密封圈(5)、焊接平台(12)、两个卡箍装置(3)、两个导柱支架(6)、两个卡箍导柱(7)、两个举升导轨(8)、两个举升油缸(9)、两个举升架(10)、四个凸耳(11)和数个穿舱连接器(15)，舱底(2)的上端面沿边缘设有环形凸台(2-1)，环形凸台(2-1)的外侧面设有由下向上、由外向内倾斜的导向斜面(2-1-1)，舱底(2)的外壁上设有下环形凸缘(2-2)，下环形凸缘(2-2)的下端面为由外向里、由上向下倾斜的下斜面(2-2-1)，舱底(2)设置在平台支架(4)的上端面上，数个穿舱连接器(15)均匀布置于舱底(2)中，舱体(1)由圆筒(1-1)和半圆舱顶(1-2)组成，圆筒(1-1)的侧壁前后分别设置两个观察窗(1-1-3)，半圆舱顶(1-2)的顶部设有法兰孔(13)，半圆舱顶(1-2)设置在圆筒(1-1)的上方，圆筒(1-1)下端的外壁上设有上环形凸缘(1-1-1)，舱体(1)设置在舱底(2)的上方，环形密封圈(5)设置在上环形凸缘(1-1-1)与下环形凸缘(2-2)之间，上环形凸缘(1-1-1)的上端面以上环形凸缘(1-1-1)与下环形凸缘(2-2)的连接面为基准设有与下斜面(2-2-1)对称的上斜面(1-1-2)，每个卡箍装置(3)由半圆卡箍(3-1)、卡箍开合油缸(3-2)、卡箍支撑轮(3-3)、油缸连接件(3-4)和油缸支架(3-5)组成，半圆卡箍(3-1)的弧形内侧面沿长度方向设有梯形槽(3-1-1)，卡箍开合油缸(3-2)的固定端与油缸支架(3-5)铰接，卡箍开合油缸(3-2)的活塞端与油缸连接件(3-4)铰接，油缸连接件(3-4)与半圆卡箍(3-1)的弧形外表面固定连接，卡箍支撑轮(3-3)安装在半圆卡箍(3-1)的下端面，两个卡箍装置(3)对称设置在舱体(1)与舱底(2)的连接处，且两个半圆卡箍(3-1)扣合成圆环，梯形槽(3-1-1)的两侧壁与上斜面(1-1-2)和下斜面(2-2-1)紧密配合，油缸支架(3-5)与平台支架(4)的上端面固定连接，半圆卡箍(3-1)的直径端位于半圆卡箍(3-1)的外侧壁上以卡箍开合油缸(3-2)的轴线为基准对称设有导套(3-1-2)，每相邻的两个导套(3-1-2)之间设置一个导柱支架(6)，且导柱支架(6)的下端与平台支架(4)连接，每个导柱支架(6)配有一个卡箍导柱(7)，且卡箍导柱(7)穿过导柱支架(6)和与其对应的两个导套(3-1-2)，两个举升导轨(8)以舱体(1)的竖直中心线为基准对称设置在油缸支架(3-5)的外侧，且举升导轨(8)的下端与平台支架(4)连接，每个举升导轨(8)上安装一个举升油缸(9)，四个凸耳(11)沿圆筒(1-1)端的外壁均布设置，每个凸耳(11)与圆筒(1-1)焊接，每个举升架(10)的一端与举升油缸(9)连接，每个举升架(10)的另一端与其中两个凸耳(11)连接，焊接平台(12)安装在舱体(1)内的环形凸台(2-1)并用螺栓固定。

2.根据权利要求1所述一种模拟中压液体或气体环境的焊接实验舱，其特征在于：所述实验舱还包括两个加强筋(14)，每个举升架(10)的下面配有一个加强筋(14)，加强筋(14)的一个端面与举升架(10)连接，加强筋(14)的另一个端面与举升油缸(9)连接。

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