CN103994126B - 一种开式海水液压系统在深海模拟环境下的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种开式海水液压系统在深海模拟环境下的试验方法，用于模拟深海4500m海水液压元件的性能试验研究。海水液压泵性能测试是在三位四通电磁换向阀处于中位不通流时，利用深海模拟高压舱外部的节流阀通流量的改变来调节海水液压泵的出口压力，从而测试海水液压泵在额定转速下，不同压力下的容积效率；本发明通过深海模拟高压舱模拟深海试验完全避免了海洋试验的众多不利因素，使试验更加简单、安全，降低试验成本，并且解决了试验供电问题和试验设备重量限制问题，增加的试验的安全性和准确性，提高了海水液压元件研究效率，对海水液压元件的研究具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种开式海水液压系统在深海模拟环境下的试验方法，用于模拟深海4500m海水液压元件的性能试验研究。
技术背景
随着经济和社会快速发展，人类越来越重视海洋的开发和利用，海水液压传动是一种新型绿色液压传动技术，在海洋的开发与利用方面，具有不可比拟的优势。为确保在深海工作的海水液压元件的安全性和可靠性，需对海底（尤其是深海）工作的海水液压系统中的各元件进行高背压条件下的水密性、承压强度、疲劳等试验。目前对海水液压元件的试验方法多采用将所有被测元件安装在实验装置上，并将其送到预定海洋深度进行试验，这种试验方法不仅受到众多因素的限制，如供电问题、试验装置重量等问题，并且成本较高、试验复杂，由于海底存在众多不确定因素，也降低了试验的安全性，严重影响海水液压元件的真实性能评价的准确性。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的在于公开了一种开式海水液压系统在深海模拟环境下的试验方法用于模拟深海4500m下海水液压元件的性能测试研究，完全避免了海洋试验的众多不理性因素，使试验更加简单、安全，降低试验成本，并且解决了试验供电问题和试验设备重量限制问题，增加的试验的安全性和准确性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种开式海水液压系统在深海模拟环境下的试验方法，该开式海水液压系统在深海模拟环境下的试验方法包括海水液压泵性能测试试验方法、海水液压马达性能测试试验方法和海水液压缸耐压试验方法；三种测试方法分别通过海水液压泵测试单元29、海水液压马达测试单元30、海水液压缸测试单元31完成；该测试装置的集成方式为海水液压泵10通过吸水过滤器I9与深海模拟高压舱1相连，深海电机11通过联轴器接海水液压泵10，海水液压泵10的高压出水口分别与溢流阀I13、电磁截止阀12的进水口和三位四通电磁换向阀22的P口相连，海水液压泵10的高压出水口处还安装压力传感器II21，溢流阀I13和电磁截止阀12出水口一起与深海模拟高压舱1相连，节流阀7安装在深海模拟高压舱1的外部，其进水口通过穿舱高压出水管8穿过深海模拟高压舱1与海水液压泵10的出水口相连，而其出水口依次通过流量计I6、冷却器5，经穿舱高压进水管4接入深海模拟高压舱1内，三位四通电磁换向阀22的出水口A、B口分别与海水液压马达18和深海模拟高压舱1相连，海水液压马达18的出水口和泄水口17与深海模拟高压舱1相连，流量计II23和流量计III15分别安装在海水液压马达18的进出水口处，加载泵16通过联轴器与海水液压马达18相连，其进水口通过吸水过滤器II14与深海模拟高压舱1相连，其高压出水口与单向阀20相连，单向阀20的出水口安有压力表II24，单向阀20和溢流阀II19二者并联后一起与两位三通电磁换向阀25的进水口相连，溢流阀II19的出水口与深海模拟高压舱1相连，两位三通电磁换向阀25的出水口与液压缸28的无杆腔相连，液压缸28的有杆腔通过单向节流阀26与深海模拟高压舱1相连，其活塞杆与固定弹簧27相连。
试验前首先按试验要求调定溢流阀I13和溢流阀II19的开启压力，单向节流阀26的通流量，然后按深海模拟开式海水液压系统原理图将液压元件集成后安装在深海模拟高压舱内。
开始试验时，使节流阀7处全开状态，深海电机11驱动海水液压泵10在额定转速下空载运转，海水液压泵10出口压力为零，一定时间后，使电磁截止阀12通电闭合，调节节流阀7的通流量使海水液压泵10载荷迅速升高至溢流阀I13的调定压力，当再次控制电磁截止阀12失电后，海水液压泵10卸荷。在海水液压泵空载运转和加载运转过程中，分别通过水下摄像机观测海水液压泵10出口处压力表II21指针变化和深海模拟高压舱1外部流量计I6数值变化，即反应海水液压泵10的工作性能。
海水液压泵试验后，将电磁截止阀12断电，三位四通电磁换向阀22左侧电磁铁Y2通电，三位四通电磁换向阀22工作在左位，溢流阀I19处于“常闭”作安全阀使用，此时海水液压泵10输出的流量一部分通过深海模拟高压舱1外面的节流阀7排出，另一部分则进入海水液压马达18，海水液压马达18驱动加载泵16工作，背压则由溢流阀II19建立，转速可以通过改变节流阀7通流量来调节，通过水下摄像机观测加载泵16出口处压力表III24指针变化、海水液压马达18进出口处流量计II23和流量计III15数值变化，即可反映海水液压马达18工作性能。
海水液压马达试验后，给两位三通电磁换向阀25左侧电磁铁Y4通电使其工作在左位，此时加载泵16的输出流量经由单向阀20、两位三通电磁换向阀25进入海水液压缸28无杆腔，加载泵16驱动海水液压缸28向左移动，当活塞在行程的极限位置时，保持液压缸28额定压力2min，海水液压缸28的负载由单向节流阀26建立；然后，控制两位三通电磁换向阀25失电使回到右位，则海水液压缸28在弹簧27的作用力下回程，通过控制两位三通电磁换向阀25得电或失电即可实现海水液压缸28的往复运动；可通过水下摄像机观测加载泵出口压力表III24指针变化和海水液压缸28的往复运动过程，来反应海水液压缸28的工作性能。
所述的开式海水液压系统直接在深海模拟高压舱1内吸排水，深海模拟高压舱1在试验中，即为试验提供高背压环境，又作为开式海水液压系统的水箱使用。
系统产生的热量经穿舱高压出水管8输送到深海模拟高压舱1外部的冷却器5进行散热，保证深海模拟高压舱1内温度在液压系统工作允许的范围内。
所述压力加载系统2与深海模拟高压舱1相连，压力表I3连接在系统支路上，用以测定显示深海模拟高压舱1内部压力。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
本发明能够模拟深海4500m的海水液压元件性能测试试验，完全避免了海洋试验的众多不利因素，使试验更加简单、安全，降低试验成本，并且解决了试验供电问题和试验设备重量限制问题，增加的试验的安全性和准确性，提高了海水液压元件的研究效率，对海水液压元件的研究具有重要的意义。
附图说明
图1为深海模拟开式海水液压系统原理图。
图2为图1中海水液压泵测试单元的局部放大图。
图3为图1中的海水液压马达测试单元局部放大图。
图4为图1中的海水液压缸测试单元局部放大图。
图5为图1中的三位四通电磁换向阀局部放大图。
图中:1、深化模拟高压舱，2、压力加载系统，3、压力表I，4、穿舱高压进水管，5、冷却器，6、流量计I，7、节流阀，8、穿舱高压出水管，9、吸水过滤器I，10、海水液压泵，11、深海电机，12、电磁截止阀，13、溢流阀I，14、吸水管滤器II，15、流量计III，16、加载泵，17、海水液压马达泄水口，18、海水液压马达，19、溢流阀II，20、单向阀，21、压力表II，22、三位四通电磁换向阀，23、流量计II，24、压力表III，25、两位三通电磁换向阀，26、单向节流阀，27、弹簧，28、海水液压缸，29、海水液压泵性能测试单元，30、海水液压马达测试单元，31、海水液压缸测试单元。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，开式海水液压系统在深海模拟环境下的试验方法包括海水液压泵性能测试试验方法、海水液压马达性能测试试验方法和海水液压缸耐压试验方法其具体实施办法如下。
首先按试验要求调定溢流阀I13和溢流阀II19的开启压力，调好单向节流阀26的通流量，然后按深海模拟开式海水液压系统原理图将液压元件集成后安装在深海模拟高压舱1内，当实验装置安装好了后，通过压加载系统2向深海模拟高压舱1注入自来水至注满为止，此时不给深海模拟高压舱1加载压力。将节流阀7通流量调到最大，启动深海电机11驱动海水液压泵10在额定转速下空载工作，再给三位四通电磁换向阀22左侧电磁铁Y2和两位三通电磁换向阀25的电磁铁Y4通电，使三位四通电磁换向阀22和两位三通电磁换向阀25处于左位，然后调小节流阀7通流量，使海水液压泵10输出的水部分进入海水液压马达18，使海水液压马达18驱动加载泵16工作，加载泵16工作输出的水通过两位三通电磁换向阀25进入液压缸28无杆腔，推动海水液压缸28的活塞向左运动，然后使Y4断电，海水液压缸28在弹簧27作用下回程，此操作时，一定要通过水下摄像机观察海水液压缸28是否运动，只有确定海水液压缸运动后，方可进行下一部操作，这是保证开式海水液压系统所有管道及液压元件的空腔充满水。
完成以上操作后，切断一切电源，三位四通电磁换向阀22和两位三通电磁换向阀25复位，然后通过再启动压力加载系统2给深海模拟高压舱1加载，直至加载到深海模拟高压舱1内部压力达到45MPa，可以通过压力表I3确定深海模拟高压舱1内压力值。
海水液压泵性能测试具体试验方法如下：再次启动深海电机11使海水液压泵10在额定转速下空载工作，然后给电磁截止阀12通电，使其处于闭合状态，再调节节流阀7的通流量给海水液压泵10增加负载压力，这一操作可以测试海水液压泵10在额定转速下，不同负载压力下的容积效率。通过流量计I6可以测得海水液压泵10在各种负载压力下的输出流量值，通过压力表II21可以测试海水液压泵10出口压力值。
海水液压马达性能测试具体试验方法如下：海水液压泵性能测试完毕后，将节流阀7调回通流量最大，海水液压泵10保持额定转速工作。给三位四通电磁换向阀22的电磁铁Y2通电，使其处于左位，然后通过调节节流阀7的通流量来改变海水液压马达18的转速，在海水液压马达18工作时，溢流阀II19是处于常开状态的，其开启压力限制了液压马达的负载压力，通过水下摄像机观察流量计II23和流量计III15所测的海水液压马达18的进出口流量，压力表III24测的海水液压马达18的负载压力；通过以上操作可以测试海水液压马达18在额定压力下和不同转速下的扭矩、容积效率。
海水液压缸28的耐压试验方法如下：海水液压马达18性能测试后，保持海水液压马达18额定转速，给两位三通电磁换向阀25的电磁铁Y4通电，使其左位通路，加载泵16输出的水进入液压缸28无杆腔，给其加载。单向节流阀26为海水液压缸28提够的背压作为负载。当活塞运动到行程的极限位置时，保持海水液压缸28额定压力2min，保压后切断两位三通电磁换向阀25的电源，两位三通电磁换向阀25复位，海水液压缸28在弹簧27的作用下回程。再次过程中通过水下摄像机观察海水液压缸28的活塞运动情况。
深海模拟高压舱1内的温度是通过海水液压泵10输出的温水通过穿舱高压出水管8经节流阀7进入冷却器6进行冷却后再通过穿舱高压进水管4流回深海模拟高压舱1内，通过循环冷却保证舱内温度在允许的范围内。
Claims (6)
1.一种开式海水液压系统在深海模拟环境下的试验方法，其特征在于：该开式海水液压系统在深海模拟环境下的试验方法包括海水液压泵性能测试试验方法、海水液压马达性能测试试验方法和海水液压缸耐压试验方法；三种测试方法分别通过海水液压泵测试单元(29)、海水液压马达测试单元(30)、海水液压缸测试单元(31)完成；该测试装置的集成方式为海水液压泵(10)通过吸水过滤器I(9)与深海模拟高压舱(1)相连，深海电机(11)通过联轴器接海水液压泵(10)，海水液压泵(10)的高压出水口分别与溢流阀I(13)、电磁截止阀(12)的进水口和三位四通电磁换向阀(22)的P口相连，海水液压泵(10)的高压出水口处还安装压力表II(21)，溢流阀I(13)和电磁截止阀(12)出水口一起与深海模拟高压舱(1)相连，节流阀(7)安装在深海模拟高压舱(1)的外部，其进水口通过穿舱高压出水管(8)穿过深海模拟高压舱(1)与海水液压泵(10)的出水口相连，而其出水口依次通过流量计I(6)、冷却器(5)，经穿舱高压进水管(4)接入深海模拟高压舱(1)内；三位四通电磁换向阀(22)的出水口A、B口分别与海水液压马达(18)和深海模拟高压舱(1)相连，海水液压马达(18)的出水口和泄水口(17)与深海模拟高压舱(1)相连，流量计II(23)和流量计III(15)分别安装在海水液压马达(18)的进出水口处，加载泵(16)通过联轴器与海水液压马达(18)相连，其进水口通过吸水过滤器II(14)与深海模拟高压舱(1)相连，其高压出水口与单向阀(20)相连，单向阀(20)的出水口安有压力表III(24)，单向阀(20)和溢流阀II(19)二者并联后一起与两位三通电磁换向阀(25)的进水口相连，溢流阀II(19)的出水口与深海模拟高压舱(1)相连，两位三通电磁换向阀(25)的出水口与液压缸(28)的无杆腔相连，液压缸(28)的有杆腔通过单向节流阀(26)与深海模拟高压舱(1)相连，其活塞杆与固定弹簧(27)相连；
所述的开式海水液压系统直接在深海模拟高压舱(1)直接吸排水，深海模拟高压舱(1)在试验中，即为试验提供高背压环境，又作为开式海水液压系统的水箱使用；
系统产生的热量经穿舱高压出水管(8)输送到深海模拟高压舱(1)外部的冷却器(5)进行散热，保证深海模拟高压舱(1)内温度在液压系统工作允许的范围内；
压力加载系统(2)与深海模拟高压舱(1)相连，压力表I(3)连接在压力加载系统(2)支路上，用以测定显示深海模拟高压舱(1)内部压力。
2.根据权利要求1所述的一种开式海水液压系统在深海模拟环境下的试验方法，其特征在于：首先按试验要求调定溢流阀I(13)和溢流阀II(19)的开启压力，调好单向节流阀(26)的通流量，然后按深海模拟开式海水液压系统原理图将液压元件集成后安装在深海模拟高压舱(1)内，当实验装置安装好了后，通过压力加载系统(2)向深海模拟高压舱(1)注入自来水至注满为止，此时不给深海模拟高压舱(1)加载压力；将节流阀(7)通流量调到最大，启动深海电机(11)驱动海水液压泵(10)在额定转速下空载工作，再给三位四通电磁换向阀(22)左侧电磁铁Y2和两位三通电磁换向阀(25)的电磁铁Y4通电，使三位四通电磁换向阀(22)和两位三通电磁换向阀(25)处于左位，然后调小节流阀(7)通流量，使海水液压泵(10)输出的水部分进入海水液压马达(18)，使海水液压马达(18)驱动加载泵(16)工作，加载泵(16)工作输出的水通过两位三通电磁换向阀(25)进入液压缸(28)无杆腔，推动海水液压缸(28)的活塞向左运动，然后使Y4断电，海水液压缸(28)在弹簧(27)作用下回程，此操作时，一定要通过水下摄像机观察海水液压缸(28)是否运动，只有确定海水液压缸(28)运动后，方可进行下一步操作，这是保证开式海水液压系统所有管道及液压元件的空腔充满水；
完成以上操作后，切断一切电源，三位四通电磁换向阀(22)和两位三通电磁换向阀(25)复位，然后通过再启动压力加载系统(2)给深海模拟高压舱(1)加载，直至加载到深海模拟高压舱(1)内部压力达到45MPa，可以通过压力表I(3)确定深海模拟高压舱(1)内压力值。
3.根据权利要求1所述的一种开式海水液压系统在深海模拟环境下的试验方法，其特征在于：海水液压泵性能测试具体试验方法如下，启动深海电机(11)使海水液压泵(10)在额定转速下空载工作，然后给电磁截止阀(12)通电，使其处于闭合状态，再调节节流阀(7)的通流量给海水液压泵(10)增加负载压力，这一操作可以测试海水液压泵(10)在额定转速下，不同负载压力下的容积效率；通过流量计I(6)可以测得海水液压泵(10)在各种负载压力下的输出流量值，通过压力表II(21)可以测试海水液压泵(10)出口压力值。
4.根据权利要求1所述的一种开式海水液压系统在深海模拟环境下的试验方法，其特征在于：海水液压马达性能测试具体试验方法如下，海水液压泵性能测试完毕后，将节流阀(7)调回通流量最大，海水液压泵(10)保持额定转速工作；给三位四通电磁换向阀(22)的电磁铁Y2通电，使其处于左位，然后通过调节节流阀(7)的通流量来改变海水液压马达(18)的转速，在海水液压马达(18)工作时，溢流阀II(19)是处于常开状态的，其开启压力限制了液压马达的负载压力，通过水下摄像机观察流量计II(23)和流量计III(15)所测的海水液压马达(18)的进出口流量，压力表III(24)测的海水液压马达(18)的负载压力；通过以上操作可以测试海水液压马达(18)在额定压力下和不同转速下的扭矩、容积效率。
5.根据权利要求1所述的一种开式海水液压系统在深海模拟环境下的试验方法，其特征在于：海水液压缸(28)的耐压试验方法如下：海水液压马达(18)性能测试后，保持海水液压马达(18)额定转速，给两位三通电磁换向阀(25)的电磁铁Y4通电，使其左位通路，加载泵(16)输出的水进入液压缸(28)无杆腔，给其加载；单向节流阀(26)为海水液压缸(28)提够的背压作为负载，当活塞运动到行程的极限位置时，保持海水液压缸(28)额定压力2min，保压后切断两位三通电磁换向阀(25)的电源，两位三通电磁换向阀(25)复位，海水液压缸(28)在弹簧(27)的作用下回程；在此过程中通过水下摄像机观察海水液压缸(28)的活塞运动情况。
6.根据权利要求1所述的一种开式海水液压系统在深海模拟环境下的试验方法，其特征在于：深海模拟高压舱(1)内的温度是通过海水液压泵(10)输出的温水通过穿舱高压出水管(8)经节流阀(7)进入冷却器(5)进行冷却后再通过穿舱高压进水管(4)流回深海模拟高压舱(1)内，通过循环冷却保证舱内温度在允许的范围内。
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| CN103994126A (zh) | 2014-08-20 |
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