CN105158077B - 一种水压环境模拟试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水压环境模拟试验装置，包括容器缸体和位于容器缸体顶端的上端盖，所述上端盖通过锁紧装置锁紧在容器缸体上，上端盖上安装有可带上端盖上下移动的移动装置，移动装置安装在机架上，上端盖上安装有光源孔组件和泄压针阀，上端盖通过注水装置将水箱中的水注入到容器缸体内，容器缸体底部安装有高速摄像机观察孔组件，在高速摄像机观察孔组件下方安装有摄像机。本发明的水压环境模拟试验装置，上端盖上开设有压力传感器及光源孔，下底部有高速摄像机观察口，试验过程可对容器缸体中被测试物进行实时的监测；密封盖设置成凹型卡槽形式，可准确锁紧端盖，采用气缸控制密封盖，控制方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种水压环境模拟试验装置，属于海洋装备领域。
背景技术
随着海洋装备技术的发展与进步，人类对海洋的了解日益加深，对海洋的探测基于深海装备的研究与发展，因此，模拟水压环境装置的开发尤为重要。水压环境模拟设备，不仅可以减少海洋装备开发的费用，也大大缩减海洋装备的设计周期。但当前的水压设备一般都以大型为主，设备的操作与维修很不方便；且因舱内压力大无法开设观察口实时监控舱内试验情况等。现有的存在以下问题：
(1)水压模拟装置一般设计成大型设备，尺寸过大增加了成本也导致操作及维修不方便；
(2)水压模拟装置因舱内压力很高多不开设观察孔，无法对内部被测物进行实时监控；
(3)水压模拟装置的密封多采用单层密封，盖子与容器壁长期相对运动造成密封性能急剧下降，具有安全隐患；
(4)高压容器多存在端盖开启不方便的问题，容器端盖采用电机开启会产生较大噪声，使用液压装置开启端盖，油路布置不方便，人为开启端盖存在安全隐患；
(5)水压试验过程，端盖要完全被卡死，一般采用螺栓旋紧或外扭矩锁紧，会使端盖开启及密封十分繁琐。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种水压环境模拟试验装置，密封效果好、噪音小。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种水压环境模拟试验装置，包括容器缸体和位于容器缸体顶端的上端盖，所述上端盖通过锁紧装置锁紧在容器缸体上，上端盖上安装有可带上端盖上下移动的移动装置，移动装置安装在机架上，上端盖上安装有光源孔组件和泄压针阀，上端盖通过注水装置将水箱中的水注入到容器缸体内，容器缸体底部安装有高速摄像机观察孔组件，在高速摄像机观察孔组件下方安装有摄像机。
作为优选，所述锁紧装置包括左气缸和右气缸，左气缸和右气缸分别与密封盖连接，密封盖为圆弧状，所述容器缸体顶部和上端盖分别延伸有凸台，密封盖设有内凹槽将两个凸台锁紧，左气缸和右气缸分别与第一三位四通电磁换向阀连接，第一三位四通电磁换向阀与空气压缩机连接。通过密封盖的凹槽将两个凸台锁紧，锁紧效果好。
作为优选，所述容器缸体顶部的凸台的上表面为斜面，上端盖的凸台的下表面为斜面，密封盖的内凹槽的上下表面为与斜面配合的斜面，在内凹槽上下表面上镶嵌有不锈钢珠。当密封盖在缓慢的向凸台移动时，由于是斜面，可准确的将内凹槽包裹住凸台，在插入过程中，不锈钢珠缓慢的与凸台的斜面接触，左气缸和右气缸推动密封盖移动，当左气缸和右气缸所受到的阻力与左气缸和右气缸设置的压力相符，左气缸和右气缸停止工作，通过不锈钢珠将上端盖与容器缸体紧紧的锁紧在一起，当需要将上端盖与容器缸体分离时，只需要左气缸和右气缸将密封盖拉出，上端盖就可以移出了，操作方便。
作为优选，所述密封盖上设有导向块，在机架上安装有导向台，导向台上沿密封盖移动方向开设一条导向槽，导向块沿导向槽移动。
作为优选，所述移动装置包含移动气缸，移动气缸与上端盖连接，移动气缸安装在机架上，移动气缸与调速阀连接，调速阀与第二三位四通电磁换向阀连接，第二三位四通电磁换向阀与空气压缩机连接。
作为优选，所述注水装置包含增压机，所述增压机分别与手拉阀和电磁换向阀连接，手拉阀依次与调压表、调压阀、过滤器和空气压缩机连接，电磁换向阀与电气比例阀连接，所述上端盖上安装有可感受缸体内压力的压力传感器，电气比例阀与空气压缩机连接，电气比例阀可根据压力传感器测出的缸内水压的实时数值进行气压的调节。
作为优选，所述高速摄像机观察孔组件包含透明材料制成的观察面板、第一O型密封圈、橡胶垫圈和设有通孔的第一压板，所述第一压板、橡胶垫圈、观察面板、橡胶垫圈依次放置并通过第一压板压紧，第一压板通过螺钉固定在容器缸体内，第一O型密封圈安装在观察面板的侧面。
作为优选，所述上端盖设有两层圆环槽，每个圆环槽内均安装有□型密封圈和第二O型密封圈。
作为优选，所述光源孔组件包括橡胶垫圈、透明材料制成的面板、第三O型密封圈和第二压板，所述第二压板、橡胶垫圈、面板和橡胶垫圈依次放置，第二压板通过螺钉固定在容器缸体上，第三O型密封圈在第二压板的侧面。
有益效果：本发明的水压环境模拟试验装置，具有以下优点：
(1)噪音小、设备尺寸小、安装费用低，维护费用低；
(2)容器上端盖上开设有压力传感器及光源孔，下底部有高速摄像机观察口，试验过程可对容器缸体中被测试物进行实时的监测；
(3)容器缸体与上端盖采用双层密封，每层密封由O型与□型密封圈共同组成，密封效果好；
(4)装置采用气源控制，气管使用快插拔接头连接，气路布置方便快捷，使用安全，气缸控制上端盖的闭、合，可远程进行操作，快捷安全；
(5)密封盖设置成凹型卡槽形式，可准确锁紧端盖，采用气缸控制密封盖，控制方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为容器缸体的结构示意图；
图3为容器缸体左视图；
图4为容器缸体俯视图；
图5为容器缸体仰视图；
图6为上端盖俯视图；
图7为图2的A局部放大图；
图8为光源孔组件局部放大图；
图9为高速摄像机观察孔组件局部放大图；
图10为机架主剖视图；
图11为机架左剖视图；
图12为机架导向台俯剖视图。
具体实施方式
如图1至图12所示，本发明的一种水压环境模拟试验装置，包括容器缸体18和位于容器缸体18顶端的上端盖15，所述上端盖15通过锁紧装置锁紧在容器缸体18上，上端盖15上安装有可带上端盖15上下移动的移动装置，移动装置安装在机架14上，上端盖15上安装有光源孔组件20和泄压针阀21，上端盖15通过注水装置将水箱10中的水注入到容器缸体18内，容器缸体18底部安装有高速摄像机观察孔组件23，在高速摄像机观察孔组件23下方安装有摄像机24。
在本发明中，所述锁紧装置包括左气缸和右气缸22，左气缸和右气缸22分别与密封盖16连接，密封盖16为圆弧状，所述容器缸体18顶部和上端盖15分别延伸有凸台，密封盖16设有内凹槽将两个凸台锁紧，左气缸和右气缸22分别与第一三位四通电磁换向阀连接。通过密封盖16的凹槽将两个凸台锁紧，锁紧效果好。所述容器缸体18顶部的凸台的上表面为斜面，上端盖15的凸台的下表面为斜面，密封盖16的内凹槽的上下表面为与斜面配合的斜面，在内凹槽上下表面上镶嵌有若干个不锈钢珠。当密封盖16在缓慢的向凸台移动时，由于是斜面，可准确的将内凹槽包裹住凸台，在插入过程中，不锈钢珠缓慢的与凸台的斜面接触，左气缸和右气缸22推动密封盖16移动，当左气缸和右气缸22所受到的阻力与左气缸和右气缸22设置的压力相符，左气缸和右气缸22停止工作，通过不锈钢珠将上端盖15与容器缸体18紧紧的锁紧在一起，当需要将上端盖15与容器缸体18分离时，只需要左气缸和右气缸22将密封盖16拉出，上端盖15就可以移出了，操作方便。
在本发明中，所述移动装置包含移动气缸13，移动气缸13与上端盖15连接，移动气缸13安装在机架14上，移动气缸13与调速阀9连接，调速阀9与第二三位四通电磁换向阀8连接。所述注水装置包含增压机11，所述增压机11分别与手拉阀7和电磁换向阀6连接，手拉阀7依次与调压表5、调压阀4、过滤器2和空气压缩机1连接，电磁换向阀6与电气比例阀3连接，所述上端盖15上安装有可感受缸体内压力的压力传感器19，电气比例阀3可根据压力传感器19测出的缸内水压的实时数值进行气压的调节。
在本发明中，所述高速摄像机观察孔组件23包含透明材料制成的观察面板234、第一O型密封圈232、橡胶垫圈231和设有通孔的第一压板，所述第一压板、橡胶垫圈231、观察面板234、橡胶垫圈231依次放置并通过第一压板压紧，第一压板通过螺钉固定在容器缸体18内，第一O型密封圈232安装在观察面板234的侧面。所述上端盖15设有两层圆环槽，每个圆环槽内均安装有□型密封圈和第二O型密封圈。所述光源孔组件20包括橡胶垫圈203、透明材料制成的面板、第三O型密封圈202和第二压板204，所述第二压板204、橡胶垫圈203、面板和橡胶垫圈203依次放置，第二压板204通过螺钉固定在容器缸体18上，第三O型密封圈202在第二压板204的侧面。
如图1所示，空气压缩机1压缩气体通过气体管路一共分为四条支路，其中两条支路为手控及电控支路，另外两条支路为气缸控制支路。手控支路分别与空气过滤器2、调压阀4连接，调压阀4后顺序连接压力表5、手拉阀7及单向阀，共同组成手动控制装置；电控支路顺序接入电气比例阀3、电磁换向阀6及单向阀。两条气缸调节支路，分别都与三位四通电磁换向阀6、调速阀9和气缸连接。连接管道都采用橡胶管道，气管之间的连接接头都采用SPR快速插拔接头，在气路分叉处可使用多通道快插接头。
手控及电控支路最后都连接气动增压机11，气动增压机11的液体输入端口连接水箱10，输出端口接入容器缸体18，各管道都接入单向阀，并在输出管路接入压力表5。增压机11增压过后的管道为钢丝软管，管路连接处采用防水螺纹连接。气动控制装置及增压装置总体布置于方形控制舱里，各旋钮与压力表5盘置于舱外，方便控制。
空气压缩机1提供整个装置的气源，可稳定提供0.8MPa左右的气源。手控支路各部件的作用，空气过滤器2过滤气源，洁净空气，使颗粒小于5u。调压阀4可手动调节输入气体的压力,实现气压的无级调节。压力表5监控调节后的气体压力，手拉阀7可控制气体通断，单向阀保证管路安全性。
如图2所示，水压模拟装置的高压容器部分分为容器缸体18、机架14、上端盖15、密封盖16、左气缸和右气缸22；容器缸体18为圆筒型，焊接在机架14下支座143的铁板上，水压模拟>40MPa时压力，容器的壁厚壁厚不小于50mm，容器材料可选择铸铁。
如图10-12所示，机架14由凹槽结构的铁条与方形铁皮焊接而成，既由机架上支座141焊接在方形铁皮机架14导向台142上，并且导向台142焊接在机架14下支座143上，形成龙门式的机架14台，在移动气缸13连接部分可增加加强筋，中间放置密封盖16的部位为焊接在机架14上的导向台142，台上沿密封盖16移动的中间部分开设一条导向槽与密封盖16的导向块对应。
如图2、5、6所示，上端盖15上开设并安置有光源孔，压力传感器19及泄气针阀21。容器缸体18底端开设高速摄像机观测孔23，并放置高速摄像机24。密封盖16分为2个半圆卡槽的结构形式，在中间底部有突出的圆柱形的导向块，导向块142焊接到密封盖16法兰上也可通过螺纹连接。密封盖16置于中间的铁皮导向台上，并分别与左气缸和右气缸22连接。左气缸和右气缸22与上端盖15及密封盖16的连接采用螺纹连接，并且在气缸伸缩杆上装有限位装置，用于气缸回程的定位。
如图2、7所示，上端盖15与容器缸体18之间的密封采用双层密封，每层由第二O型密封圈172与□型密封圈171共同组成，第二O型密封圈置于高压一侧，□型密封圈置于低压一侧。这种密封方式适用于端盖开启较频繁及高压容器的密封。
如图2、8、9所示，光源孔与高速摄像机观察口23都采用耐高压透明材料，高速摄像机观察孔与光源孔由若干个螺钉紧固，透明材料上下加有橡胶垫圈203，并使用O型密封圈密封。
本发明的工作过程如下：
(1)将被测物放入容器缸体18内，通过外接水泵向容器缸体18内注水，注水不要太满以保证上端盖15顺利压下，通过第二三位四通电磁换向阀8控制气缸下行使上端盖15闭合。
(2)上端盖15闭合后，打开泄压针阀21，把容器缸体18内多余气体排掉，水压试验装置的舱内压力通过泄压针阀21排出，泄压针阀21可在试验前排出缸内剩余气体和试验后卸载缸内高压。
关闭泄压针阀21，打开手动阀，调节调压阀4，此处也可通过电气控制支路控制，电控可基于压力传感器19传回的模拟数值调节电气比例阀3从而控制增压泵增压或降压，使缸内水压稳定。
然后增压泵工作，增压泵通过对驱动气源压力的调整，便能得到相应的增压后的水压。当驱动气源压力与增压后的液体压力平衡时，增压泵便停止增压，输出水压也就稳定在预调的压力上，接着控制左气缸和右气缸22使密封盖16卡紧。
(3)试验过程由高速摄像机24全程对缸内情况实时监控，试验完成后，打开泄压阀，进行缸内泄压，打开上端盖15，去除被测物。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种水压环境模拟试验装置，其特征在于：包括容器缸体和位于容器缸体顶端的上端盖，所述上端盖通过锁紧装置锁紧在容器缸体上，上端盖上安装有可带上端盖上下移动的移动装置，移动装置安装在机架上，上端盖上安装有光源孔组件和泄压针阀，上端盖通过注水装置将水箱中的水注入到容器缸体内，容器缸体底部安装有高速摄像机观察孔组件，在高速摄像机观察孔组件下方安装有摄像机；所述锁紧装置包括左气缸和右气缸，左气缸和右气缸分别与密封盖连接，密封盖为圆弧状，所述容器缸体顶部和上端盖分别延伸有凸台，密封盖设有内凹槽将两个凸台锁紧，左气缸和右气缸分别与第一三位四通电磁换向阀连接，第一三位四通电磁换向阀与空气压缩机连接；所述容器缸体顶部的凸台的上表面为斜面，上端盖的凸台的下表面为斜面，密封盖的内凹槽的上下表面为与斜面配合的斜面，在内凹槽上下表面上镶嵌有不锈钢珠。
2.根据权利要求1所述的水压环境模拟试验装置，其特征在于：所述密封盖上设有导向块，在机架上安装有导向台，导向台上沿密封盖移动方向开设一条导向槽，导向块沿导向槽移动。
3.根据权利要求2所述的水压环境模拟试验装置，其特征在于：所述移动装置包含移动气缸，移动气缸与上端盖连接，移动气缸安装在机架上，移动气缸与调速阀连接，调速阀与第二三位四通电磁换向阀连接，第二三位四通电磁换向阀与空气压缩机连接。
4.根据权利要求3所述的水压环境模拟试验装置，其特征在于：所述注水装置包含增压机，所述增压机分别与手拉阀和电磁换向阀连接，手拉阀依次与调压表、调压阀、过滤器和空气压缩机连接，电磁换向阀与电气比例阀连接，电气比例阀与空气压缩机连接，所述上端盖上安装有可感受缸体内压力的压力传感器，电气比例阀可根据压力传感器测出的缸内水压的实时数值进行气压的调节。
5.根据权利要求4所述的水压环境模拟试验装置，其特征在于：所述高速摄像机观察孔组件包含透明材料制成的观察面板、第一O型密封圈、橡胶垫圈和设有通孔的第一压板，所述第一压板、橡胶垫圈、观察面板、橡胶垫圈依次放置并通过第一压板压紧，第一压板通过螺钉固定在容器缸体内，第一O型密封圈安装在观察面板的侧面。
6.根据权利要求5所述的水压环境模拟试验装置，其特征在于：所述上端盖设有两层圆环槽，每个圆环槽内均安装有□型密封圈和第二O型密封圈，第二O型密封圈位于高压一侧，□型密封圈位于低压一侧。
7.根据权利要求6所述的水压环境模拟试验装置，其特征在于：所述光源孔组件包括橡胶垫圈、透明材料制成的面板、第三O型密封圈和第二压板，所述第二压板、橡胶垫圈、面板和橡胶垫圈依次放置，第二压板通过螺钉固定在容器缸体上，第三O型密封圈在第二压板的侧面。
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