CN104359392B - 拉杆式水下结构变形测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种拉杆式水下结构变形测量装置，包括圆柱壳体、导向块、密封端盖、弹簧片、传动螺杆、压力补偿腔以及应变片组等组成。本发明结构紧凑、合理，制作与操作方便，本发明所述的圆柱壳体、导向块和密封端盖等结构件采用不锈钢材料，圆柱壳体内注满变压器油，采用压力补偿结构使得圆柱壳体内油压与外部水高压保持均衡，测量应变片组采用密封处理而且应变片导线经水密连接件引出壳体外，结构小巧、安装方便，可以在深海高压水环境条件中对结构变形进行测量。

Description

拉杆式水下结构变形测量装置

技术领域

本发明涉及测量装置技术领域，尤其是一种拉杆式水下结构变形测量装置。

背景技术

水下耐压结构在深海高压环境下的结构变形及结构相互之间变形协调等问题不容忽视，需要进行结构变形及变形协调设计方法研究，并进行相应的试验验证。在试验验证中，对耐压结构在高压水环境下的结构变形进行精确测量，具有重要的意义。

现有技术中，对耐压结构在高压水环境下的结构变形分析主要是采用有限元分析软件在确定的结构尺寸和设计压力下进行模拟计算，由于缺少高压水环境中对结构变形进行测量的装置，因而无法对理论计算值进行实际测试验证。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的拉杆式水下结构变形测量装置，从而适应高压水环境条件中对结构变形进行测量，使用与安装方便，满足实际测试需求。

本发明所采用的技术方案如下：

一种拉杆式水下结构变形测量装置，包括圆柱壳体，所述圆柱壳体端部密封安装有密封端盖，在圆柱壳体内形成密闭空间；所述密封端盖上设有平行的第一支撑台和第二支撑台，所述第一支撑台上固定有第一弹簧片，所述第二支撑台上固定有第二弹簧片，所述第一弹簧片和第二弹簧片平行并形成悬臂梁结构，所述第一弹簧片和第二弹簧片上均设置有应变片组；还包括位于圆柱壳体后部的楔形导向滑块，所述第一弹簧片和第二弹簧片的尾部分别与导向滑块的两个平缓坡面接触；所述导向滑块顶端中部设有内螺纹孔，传动螺杆的一端与所述内螺纹孔旋紧连接，另一端穿过密封端盖上的活塞杆密封槽与被测结构件连接；位于传动螺杆的两侧分别安装有第一导向杆和第二导向杆，所述第一导向杆上缠绕第一平衡弹簧，所述第二导向杆上缠绕第二平衡弹簧，所述第一导向杆一端穿过导向滑块上的第一导向孔，另外一端与密封端盖上的第一安装底座螺纹连接，所述第二导向杆一端穿过导向滑块上的第二导向孔，另一端与第二安装底座螺纹连接；所述导向滑块尾部设置有压力补偿腔，所述压力补偿腔的一端开有通孔和溢油孔，压力补偿腔另一端开有溢水孔，所述溢水孔处设置有补偿活塞，活塞杆一端穿过通孔，活塞杆的另一端连接补偿活塞。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述圆柱壳体的端部圆周方向均匀开有八个螺栓孔，所述密封端盖内表面设有橡胶密封垫，固定螺栓通过密封端盖与螺栓孔旋紧连接，将密封端盖、密封垫与圆柱壳体紧密贴合固定；

所述应变片组的结构为：包括四个单向应变片，在第一弹簧片和第二弹簧片的顶端两面分别粘贴一个单向应变片组成半桥，应变片表面采用密封胶密封；应变片组的电信号导线经水密连接件引出圆柱壳体外与应变采集仪连接；

所述导向滑块上设置有橡胶密封圈，所述导向滑块尾部通过橡胶密封圈与圆柱壳体的内壁面接触；

所述圆柱壳体的尾部外侧设置有与轻外壳连接固定的第一安装孔和第二安装孔；

圆柱壳体、导向滑块和密封端盖均采用不锈钢材料。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，制作与操作方便，本发明所述的圆柱壳体、导向块和密封端盖等结构件采用不锈钢材料，圆柱壳体内注满变压器油，采用压力补偿结构使得圆柱壳体内油压与外部水高压保持均衡，测量应变片组采用密封处理而且应变片导线经水密连接件引出壳体外，结构小巧、安装方便，可以在深海高压水环境条件中对结构变形进行测量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图（省略圆柱壳体）。

图2为本发明的全剖视图。

其中：1、圆柱壳体；2、导向滑块；3、密封端盖；4、第一弹簧片；5、传动螺杆；6、压力补偿腔；7、应变片组；101、第一安装孔；102、第二安装孔；103、溢水孔；104、螺栓孔；201、橡胶密封圈；202、第一导向孔；203、第二导向孔；204、第一导向杆；205、第二导向杆；206、第一平衡弹簧；207、第二平衡弹簧；208、内螺纹孔；301、固定螺栓；302、第一安装底座；303、第二安装底座；304、第一支撑台；305、第二支撑台；306、活塞杆密封槽；307、密封垫；308、水密连接件；401、第二弹簧片；601、活塞杆；602、通孔；603、补偿活塞；604、溢油孔。

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和图2所示，本实施例的拉杆式水下结构变形测量装置，包括圆柱壳体1，圆柱壳体1端部密封安装有密封端盖3，在圆柱壳体1内形成密闭空间；密封端盖3上设有平行的第一支撑台304和第二支撑台305，第一支撑台304上固定有第一弹簧片4，第二支撑台305上固定有第二弹簧片401，第一弹簧片4和第二弹簧片401平行并形成悬臂梁结构，第一弹簧片4和第二弹簧片401上均设置有应变片组7；还包括位于圆柱壳体1后部的楔形导向滑块2，第一弹簧片4和第二弹簧片401的尾部分别与导向滑块2的两个平缓坡面接触；第一弹簧片4和第二弹簧片401随着导向滑块2的移动产生弯曲变形，并由应变片组7检测得到端部的结构应变。导向滑块2顶端中部设有内螺纹孔208，传动螺杆5的一端与内螺纹孔208旋紧连接，另一端穿过密封端盖3上的活塞杆密封槽306与被测结构件连接；由传动螺杆5的牵引作用，导向滑块2能快速响应被测结构件的变形而产生移动。位于传动螺杆5的两侧分别安装有第一导向杆204和第二导向杆205，第一导向杆204上缠绕第一平衡弹簧206，第二导向杆205上缠绕第二平衡弹簧207，第一导向杆204一端穿过导向滑块2上的第一导向孔202，另外一端与密封端盖3上的第一安装底座302螺纹连接，第二导向杆205一端穿过导向滑块2上的第二导向孔203，另一端与第二安装底座303螺纹连接；导向滑块2由传动螺杆5的牵引作用向前移动时，第一平衡弹簧206和第二平衡弹簧207收缩变形，产生顶推导向滑块2的反向压缩力矩。导向滑块2尾部设置有压力补偿腔6，压力补偿腔6的一端开有通孔602和溢油孔604，压力补偿腔6另一端开有溢水孔103，溢水孔103处设置有补偿活塞603，活塞杆601一端穿过通孔602，活塞杆601的另一端连接补偿活塞603。压力补偿腔6的设计，用于将圆柱壳体1内外压力保持一致。使用前，将圆柱壳体1内注满液压油，利用固定螺栓301将密封端盖3与圆柱壳体1紧密贴合，在圆柱壳体1内形成一个密闭的油环境。使用时，将该测量装置缓慢放置于高压水环境中，高压水由溢水孔103进入补偿活塞603的右侧腔内，补偿活塞603在右侧水压的作用下向左侧移动，压力补偿腔6内的液压油由溢油孔604进入圆柱壳体1内，使得圆柱壳体1内的油压力升高，直至与外部水压环境保持一致。

圆柱壳体1的端部圆周方向均匀开有八个螺栓孔104，密封端盖3内表面设有橡胶密封垫307，固定螺栓301通过密封端盖3与螺栓孔104旋紧连接，将密封端盖3、密封垫307与圆柱壳体1紧密贴合固定。

应变片组7的结构为：包括四个单向应变片，在第一弹簧片4和第二弹簧片401的顶端两面分别粘贴一个单向应变片组成半桥，应变片表面采用密封胶密封；应变片组7的电信号导线经水密连接件308引出圆柱壳体1外与应变采集仪连接。

导向滑块2上设置有橡胶密封圈201，导向滑块2尾部通过橡胶密封圈201与圆柱壳体1的内壁面接触。

圆柱壳体1的尾部外侧设置有与轻外壳连接固定的第一安装孔101和第二安装孔102。

圆柱壳体1、导向滑块2和密封端盖3均采用不锈钢材料。

本发明的工作原理及实施如下：

以常规的水下耐压结构变形测量为例，本发明所述的耐压结构主要由耐压壳体和轻外壳两个部分组成，在深海高压水环境中，耐压壳体受压产生收缩变形，与轻外壳之间产生结构相对变形，利用该装置对双壳体在高压水下的结构相对变形进行测量。利用固定螺栓通过圆柱壳体1尾部的第一安装孔101和第二安装孔102将该装置与轻外壳固定，利用钢丝将传动螺杆5一端与耐压壳体固定。在安装时，将导向滑块2移动到中位，使第一弹簧片4和第二弹簧片401产生一定的预弯曲（在弹簧片的线弹性范围内弯曲）。在深海高压水环境中，耐压壳体与轻外壳之间产生结构相对变形，传动螺杆5在能够随着耐压壳体的变形而产生移动，从而带动与传动螺杆5连接的导向滑块2产生径向的位移，使得与导向滑块2表面接触的第一弹簧片4和第二弹簧片401的端部产生挠度变形。由于第一弹簧片4和第二弹簧片401的根部固定，根据悬臂梁原理，在弹簧片的线弹性范围内，弹簧片的顶部挠度位移与根部产生的应变呈良好的线性关系。因此在第一弹簧片4和第二弹簧片401的根部粘贴应变片组7，通过获得弹簧片根部的应变变化，即能够测量得到耐压壳体和轻外壳之间的相对变形量。

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 (6)

1.一种拉杆式水下结构变形测量装置，其特征在于：包括圆柱壳体（1），所述圆柱壳体（1）端部密封安装有密封端盖（3），在圆柱壳体（1）内形成密闭空间；所述密封端盖（3）上设有平行的第一支撑台（304）和第二支撑台（305），所述第一支撑台（304）上固定有第一弹簧片（4），所述第二支撑台（305）上固定有第二弹簧片（401），所述第一弹簧片（4）和第二弹簧片（401）平行并形成悬臂梁结构，所述第一弹簧片（4）和第二弹簧片（401）上均设置有应变片组（7）；还包括位于圆柱壳体（1）后部的楔形导向滑块（2），所述第一弹簧片（4）和第二弹簧片（401）的尾部分别与楔形导向滑块（2）的两个平缓坡面接触；所述楔形导向滑块（2）顶端中部设有内螺纹孔（208），传动螺杆（5）的一端与所述内螺纹孔（208）旋紧连接，另一端穿过密封端盖（3）上的活塞杆密封槽（306）与被测结构件连接；位于传动螺杆（5）的两侧分别安装有第一导向杆（204）和第二导向杆（205），所述第一导向杆（204）上缠绕第一平衡弹簧（206），所述第二导向杆（205）上缠绕第二平衡弹簧（207），所述第一导向杆（204）一端穿过楔形导向滑块（2）上的第一导向孔（202），另外一端与密封端盖（3）上的第一安装底座（302）螺纹连接，所述第二导向杆（205）一端穿过楔形导向滑块（2）上的第二导向孔（203），另一端与第二安装底座（303）螺纹连接；所述楔形导向滑块（2）尾部设置有压力补偿腔（6），所述压力补偿腔（6）的一端开有通孔（602）和溢油孔（604），压力补偿腔（6）另一端开有溢水孔（103），所述溢水孔（103）处设置有补偿活塞（603），活塞杆（601）一端穿过通孔（602），活塞杆（601）的另一端连接补偿活塞（603）。

2.如权利要求1所述的拉杆式水下结构变形测量装置，其特征在于：所述圆柱壳体（1）的端部圆周方向均匀开有八个螺栓孔（104），所述密封端盖（3）内表面设有橡胶密封垫（307），固定螺栓（301）通过密封端盖（3）与螺栓孔（104）旋紧连接，将密封端盖（3）、橡胶密封垫（307）与圆柱壳体（1）紧密贴合固定。

3.如权利要求1所述的拉杆式水下结构变形测量装置，其特征在于：所述应变片组（7）的结构为：包括四个单向应变片，在第一弹簧片（4）和第二弹簧片（401）的顶端两面分别粘贴一个单向应变片组成半桥，应变片表面采用密封胶密封；应变片组（7）的电信号导线经水密连接件（308）引出圆柱壳体（1）外与应变采集仪连接。

4.如权利要求1所述的拉杆式水下结构变形测量装置，其特征在于：所述楔形导向滑块（2）上设置有橡胶密封圈（201），所述楔形导向滑块（2）尾部通过橡胶密封圈（201）与圆柱壳体（1）的内壁面接触。

5.如权利要求1所述的拉杆式水下结构变形测量装置，其特征在于：所述圆柱壳体（1）的尾部外侧设置有与轻外壳连接固定的第一安装孔（101）和第二安装孔（102）。

6.如权利要求1所述的拉杆式水下结构变形测量装置，其特征在于：所述圆柱壳体（1）、楔形导向滑块（2）和密封端盖（3）均采用不锈钢材料。