CN105445108B - 一种静水压力试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静水压力试验装置，包括高压容器壳体和高压容器盖，高压容器壳体顶部设有高压容器盖框，高压容器盖框内设有高压容器盖，高压容器盖下方安装有盖底板，高压容器盖上安装有锁紧密封装置密封盖底板，所述高压容器壳体内放置有样品装置，样品装置下方设有相机模块，所述高压容器壳体的底部连接有供水系统；所述样品装置包含样品和样品盖，样品盖上安装有快速接头，样品盖下方固定安装有固定相机的相机位外框，在相机位外框的中心安装有透明块，所述样品盖上安装有两个快速接头。本发明的静水压力试验装置，被测样品的端口与端盖螺栓连接，并嵌于高压容器腔内，拆卸便捷，利于更换，准确模拟水压真实环境。

Description

一种静水压力试验装置

技术领域

本发明涉及一种静水压力试验装置，适用于耐压壳体内外受压模拟，属于海洋装备领域。

背景技术

潜水器是大洋勘查与深海科学研究的重要装备，作为潜水器的重要组成部分，耐压壳体起着保障下潜过程中内部设备正常工作和人员健康安全的作用，模拟水压环境设备对耐压壳体的研发设计至关重要。

现有的压力试验设备主要分两种：一种是端部单向受压代替壳体均布受压。该设备可避免水压的密封困难，使用机械式挤压，动作简单可靠。但试验对象仅限柱形壳体，且不能准确模拟水压的真实环境；另一种为壳体均布受压的水压设备。该设备可以准确模拟水压的真实环境，但均为试件单一的外部受压或内部受压，容易导致试件崩裂。其次，试件安装较为复杂，影响试验结果，且设备尺寸过大，设备的操作与维修很不方便。再者，端盖一般采用螺栓旋紧或外扭矩锁紧，操作繁琐，且长期动作后端盖易磨损，影响设备使用寿命。端盖密封多采用橡胶密封垫密封，长期受挤压会造成密封性能下降，具有安全隐患。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种静水压力试验装置，通过模块化的设计，样品安装简便，样品形状可以多样化，准确模拟水压真实环境。

技术方案：为实现上述目的，本发明的静水压力试验装置，包括高压容器壳体和高压容器盖，高压容器壳体顶部设有高压容器盖框，高压容器盖框内设有高压容器盖，高压容器盖下方安装有盖底板，高压容器盖上安装有锁紧密封装置密封盖底板，所述高压容器壳体内放置有样品装置，样品装置下方设有相机模块，所述高压容器壳体的底部连接有供水系统；所述样品装置包含样品和样品盖，样品盖下方固定安装有固定相机的相机位外框，在相机位外框的中心安装有透明块，所述样品盖上安装有两个快速接头，两个快速接头通过金属软管与水压接头连接，其中一个快速接头与高压容器壳体外的泄压装置相连，另一个快速接头通过容器外第二二位二通阀与样品外腔相连供水系统。

作为优选，所述锁紧密封装置包含齿轮轴、把手、扇形齿轮和转动连接杆，所述齿轮轴安装在高压容器盖上并绕高压容器盖自由转动，齿轮轴一端通过把手带动齿轮轴转动，齿轮轴另一端设有轮齿，轮齿与扇形齿轮啮合，扇形齿轮与转动连接件焊接，扇形齿轮安装在盖底板的定位销上，转动连接件与滑块连杆销连接，滑块连杆销与滑块连杆 连接，滑块连杆嵌在盖底板的滑槽内，滑块连杆与锁紧连杆铰接，锁紧连杆与锁紧销连接，锁紧销位于盖底板的凹槽内；逆时针旋转齿轮轴，带动扇形齿轮和转动连接件顺时针旋转，使滑块连杆在盖底板的滑槽内移动，锁紧连杆动作，锁紧销伸出挤压高压容器盖框完成锁紧。

作为优选，所述供水系统包含水箱、排水液压泵、加压液压泵、第一二位二通阀和第五二位二通阀，所述加压液压泵的入口连接水箱，加压液压泵的出口同时与第一单向阀和先导型溢流阀连接，第一单向阀分别连接第一二位二通阀和第五二位二通阀，第一二位二通阀与用于排水的排水液压泵连接，所述先导型溢流阀与水箱连接，第五二位二通阀一端与高压容器壳体的底部连接，第五二位二通阀另一端与第二先导型调压阀连接，第二先导型调压阀分别与第二远程调压阀连和第三单向阀连接。

作为优选，所述高压容器壳体通过第二二位二通阀与液压表连接，液压表通过引线与高压容器壳体直接连接。

作为优选，所述泄压装置包含第三二位二通阀和第四二位二通阀，第三二位二通阀和第四二位二通阀分别通过管道与快速接头连接，第三二位二通阀与第二压力表和第一先导型调压阀连接，所述第一先导型调压阀同时与第二单向阀和第一远程调压阀连接。。

作为优选，所述高压容器盖框与高压容器壳体之间通过橡胶密封圈密封，高压容器盖框与高压容器盖之间通过金属密封圈密封。

作为优选，所述金属密封圈的截面形状为Z形。

有益效果：本发明的静水压力试验装置，具有以下优点：

(1)本发明的静水压力实验装置中，被测样品的端口与端盖螺栓连接，并嵌于高压容器腔内，拆卸便捷，利于更换。

(2)本发明的被测样品内部与外部采用金属软管相通，由液压阀控制，并放置压力表，可使被测样品的内部与外部初步处于等压状态。被测样品的内部(外部)通过液压管路及液压阀缓慢泄压、保压，获得内外压差，实现被测样品的外部(内部)均匀受压的试验；被测样品端盖及外部周围放置高速摄像机，试验过程压力数据及破坏形式可动态观测，操作稳定可靠，可避免被测样品崩裂。

(3)本发明的高压容器盖的锁紧装置，采用扇形齿轮旋转，带动连环滑块动作，实现锁定和解锁功能，操作便捷可靠。高压容器盖与容器为多处销锁定，保证试验过程安全稳定；高压容器盖与容器完全挤压接触，并采用截面为Z形的金属密封圈密封，密封效果优异，且便于更换。

附图说明

图1为实验台总装原理示意图。

图2为本发明的俯视示意图。

图3为图2的L-L剖视示意图。

图4为图2的M-M剖视示意图。

图5为图4的N-N剖视示意图。

图6为高压容器盖俯视示意图。

图7为图6的H-H剖视示意图。

图8为图7的K-K剖视示意图。

图9为图4中A的局部放大示意图。

图10为图4中B的局部放大示意图。

其中：1—排水液压泵；2—加压液压泵；3—第一二位二通阀；4—第一单向阀；5—高压容器壳体；6—高压容器入水接头；7—第一远程调压阀；8—第二单向阀；9—第一先导型调压阀；10—第二压力表；11—第三二位二通阀；12—第四二位二通阀；13—第五二位二通阀；14—第二先导型调压阀；15—第二远程调压阀；16—第二二位二通阀；17—液压表；18—先导型溢流阀；19—高压容器盖框；21—锁紧推杆；22—平键；23—样品；24—橡胶密封垫圈；25—样品盖；27—橡胶密封圈；28—金属密封圈；29—快速接头；31—相机位外框；32—透明块；33—相机模块；34—水压接头；35—金属软管；37—盖底板；38—高压容器盖；40—齿轮轴；41—扇形齿轮；42—转动连接件；43—滑块连杆；44—锁紧连杆；45—锁紧销；46—橡胶密封圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图10所示，本发明的静水压力试验装置，包括高压容器壳体5和高压容器盖38，高压容器壳体5顶部设有高压容器盖框19，高压容器盖框19内设有高压容器盖38，高压容器盖38下方安装有盖底板37，高压容器盖38上安装有锁紧密封装置密封盖底板37，所述高压容器壳体5内放置有样品装置，样品装置下方设有相机模块33，所述高压容器壳体的底部通过高压容器入水接头6连接有供水系统；所述样品装置包含样品23和样品盖25，样品盖25上安装有快速接头29，样品盖25下方固定安装有固定相机的相机位外框31，在相机位外框31的中心安装有透明块32，所述样品盖25上安装有两个快速接头29，两个快速接头29通过金属软管与水压接头连接，其中一个快速接头与高压容器壳体外的泄压装置相连，另一个快速接头通过容器外第二二位二通阀与样品外腔相连，即高压容器壳体内、样品装置外。

如图7所示，所述锁紧密封装置包含齿轮轴40、把手、扇形齿轮41和转动连接杆，所述齿轮轴40安装在高压容器盖38上并绕高压容器盖38自由转动，齿轮轴40一端通 过把手带动齿轮轴40转动，齿轮轴40另一端设有轮齿，轮齿与扇形齿轮41啮合，扇形齿轮41与转动连接件42焊接，扇形齿轮41安装在盖底板37的定位销上，转动连接件42与滑块连杆销连接，滑块连杆销与滑块连杆43连接，滑块连杆43嵌在盖底板37的滑槽内，滑块连杆43与锁紧连杆44铰接，锁紧连杆44与锁紧销45连接，锁紧销45位于盖底板37的凹槽内；逆时针旋转齿轮轴40，带动扇形齿轮41和转动连接件42顺时针旋转，使滑块连杆43在盖底板37的滑槽内移动，锁紧连杆44动作，当锁紧连杆44与滑块连杆43垂直时，锁紧销45伸出最大距离，锁紧销45挤压高压容器盖框19完成锁紧。

如图1所示，所述供水系统包含水箱、排水液压泵1、加压液压泵2和第一二位二通阀3，所述加压液压泵2的入口连接水箱，加压液压泵2的出口同时与第一单向阀4和先导型溢流阀18连接，第一单向阀4分别连接第一二位二通阀3和第五二位二通阀13，第一二位二通阀3与用于排水的排水液压泵1连接，所述先导型溢流阀18与水箱连接，所述第五二位二通阀13一端与高压容器壳体5的底部连接，第五二位二通阀13另一端与第二先导型调压阀14连接，第二先导型调压阀14分别与第二远程调压阀连16和第三单向阀连接。所述高压容器壳体5通过第二二位二通阀16与测试高压容器壳体5内压力的液压表17连接，液压表17通过管路与高压容器壳体5直接连接。所述高压容器壳体5上设有排气孔，排气孔一端分别接连接第三二位二通阀11和第四二位二通阀12，排气孔另一端通过快速接头与样品装置的内部连接，第三二位二通阀11与测试样品装置内部压力的第二压力表10和第一先导型调压阀9连接，所述第一先导型调压阀9同时与第二单向阀8和第一远程调压阀7连接。

如图3所示，所述高压容器盖框19与高压容器壳体5之间通过橡胶密封圈27密封，高压容器盖框19与高压容器盖38之间通过金属密封圈28密封，所述金属密封圈28的截面形状为Z形。

在本发明中，加压液压泵2入口连接水箱，出口连接第一单向阀4和先导型溢流阀18，第一单向阀4隔离高压保证系统压力不对加压液压泵2产生冲击，同时保持高压容器壳体5内的压力。先导型溢流阀18接回水箱，用于调节液压系统加压的上限，保证系统压力保持在要求的压力下。排水液压泵1用于系统压力卸荷完成后排出高压容器内的水，排水液压泵1的入口连接第一二位二通阀3，在加压时处于断位，在排水时处于通位；第一单向阀4连接高压容器入水口和第一二位二通阀3。第一先导型调压阀9用于调节外壳压力，第一先导型调压阀9连接第二单向阀8，第二单向阀8可以避免压力发生突然的变化远程；第一远程调压阀7用于远程调节第一先导型调压阀9的压力。

在本发明中，所述泄压装置包含第三二位二通阀11和第四二位二通阀12，第三二位二通阀11和第四二位二通阀12分别与快速接头连接，第四二位二通阀12连接水箱，用于排气以及不可控的泄压，在加压过程中处于通位，在可控泄压时处于断位；第三二位二通阀11连接第二压力表10和第一先导型调压阀9，第二压力表10显示内壳实时压力，第一先导型调压阀9用于调节内壳压力，第一先导型调压阀9连接第二单向阀8，第二单向阀8可以避免压力发生突然的变化；第一远程调压阀7用于远程调节第一先导型调压阀9的压力。在本专利中，内壳指样品装置的内部，外壳指高压容器的内部。

第二二位二通阀16和液压表17相连，两端接在高压容器的内外壳的压力连接口上，第二二位二通阀16隔开内外壳的压力。如图4所示，高压容器内部的对应孔位连接水压接头34，水压接头34连接金属软管35，再由快速接头29连接样品23。在加压和排气过程中第二二位二通阀16处于通位，液压表17显示的是系统压力；加压完成，实现可控泄压时第二二位二通阀16处于断位，此时的液压表17显示的是外壳的压力。

如图4所示，快速接头29连接在样品盖25上，另一端连接在高压容器壳体5的排气孔上。如图1所示，排气孔分别接连接第三二位二通阀11和第四二位二通阀12，第四二位二通阀12连接水箱，用于排气以及不可控的泄压，在加压过程中处于通位，在可控泄压时处于断位；第三二位二通阀11连接第二压力表10和第一先导型调压阀9，第二压力表10显示内壳实时压力，第一先导型调压阀9用于调节内壳压力，第一先导型调压阀9连接第二单向阀8，第二单向阀8可以避免压力发生突然的变化；第一远程调压阀7用于远程调节第一先导型调压阀9的压力。在本专利中，内壳指样品装置的内部，外壳指高压容器的内部。

高压容器主要由高压容器壳体5、高压容器盖38组成。高压容器壳体5是主要部件，高压容器盖框19与高压容器壳体5配合安装，采用橡胶密封圈27密封并使用连接螺钉紧固。高压容器盖38与高压容器盖框19使用金属密封方式密封，密封件为金属密封圈28。高压容器盖38与高压容器壳体5之间使用锁紧滑销45连接锁紧。相机模块33与高压容器内突出的样品23架配合安装。

高压容器盖38如图6、图7和图8所示，由转动连接件42、滑块连杆43，锁紧连杆44以及锁紧销45组成的锁紧机构安装在盖底板37上；高压容器盖38与盖底板37螺钉连接，且橡胶密封垫圈密封；齿轮轴40与盖底板37以及高压容器盖38配合安装，使用橡胶密封圈进行密封，扇形齿轮41与转动连接件42配合安装，同时与齿轮轴40啮合；锁紧推杆21与齿轮轴40采用平键22连接，锁紧推杆21的力通过齿轮轴40传递到扇形齿轮41上，最终实现锁紧机构推出锁紧滑销45，完成动作。

样品23的安装总成如图3、图4所示。样品23与样品盖25使用橡胶密封垫圈24密封，采用螺栓连接；样品盖25内侧留有相机安装位，其外侧使用透明块32保证透光， 使用橡胶密封圈来密封相机位外框31与样品盖23。进水口与排气口的快速接头29与样品盖25采用橡胶密封圈来密封。

在本发明中，加压液压泵工作将样品外腔注满水，样品内腔与外腔通过第二二位二通阀16控制相连，待水压满足实验要求，关闭加压液压泵2和第二二位二通阀16。第三二位二通阀11动作，样品内腔泄压，即内外腔形成压差。样品外腔泄压原理亦然。

工作原理：

密封环境构建：首先将样品23安装总成吊放到高压容器壳体5内，使其稳定的放置在突出的样品23架上；金属软管35连接到样品盖25以及高压容器壳体5的指定位置；用叉车将装配好高压容器盖38总成放入高压容器盖框19内的指定位置，压紧并顺时针旋转锁紧推杆21，待锁紧滑销45完全伸出到最大值时，锁紧完成；封闭环境构建完成。

注水加压：将泄压回路中的第四二位二通阀12调到流通位、第三二位二通阀11调到截止位，将第二二位二通阀16调到流通位，将第一二位二通阀3调到截止位，将外壳泄压回路的第一二位二通阀3调到截止位；泵2工作将样品外腔注满水，样品23与外腔通过二位二通阀16控制相连，待水压满足实验要求，关闭泵2和二位二通阀16。。

将第四二位二通阀12调到截止位，加压液压泵2继续工作加压；外腔压力表压力达到实验指定压力时，将第二二位二通阀16调到截止位；加压完成，内外腔压力独立设置完成。

内壳可控泄压：第三二位二通阀11调到流通位，内腔第二压力表10显示内壳实时压力，使用远程调节阀7来调节第一先导型调压阀9的压力，这样就能调节内腔压力到实验要求的值，达到可控破坏。

外壳可控泄压：外壳泄压回路的第二二位二通阀13调到流通位，液压表17显示外壳实时压力，使用远程调节阀来调节先导型调压阀14的压力，这样就能调节外腔压力到实验要求的值，达到可控破坏。

泄压排水：第三二位二通阀11调到截止位，第二二位二通阀16调到流通位，使内外腔压力平衡；第四二位二通阀12调到流通位将压力卸载，泄压完成。逆时针旋转锁紧推杆21，锁紧滑销45完全收回，锁紧解除；卸下内外腔的金属软管35，取出样品23总成；第一二位二通阀3调到流通位，启动排水液压泵1排干外腔内的水。

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 (6)

1.一种静水压力试验装置，其特征在于：包括高压容器壳体和高压容器盖，高压容器壳体顶部设有高压容器盖框，高压容器盖框内设有高压容器盖，高压容器盖下方安装有盖底板，高压容器盖上安装有锁紧密封装置密封盖底板，所述高压容器壳体内放置有样品装置，样品装置下方设有相机模块，所述高压容器壳体的底部连接有供水系统；所述样品装置包含样品和样品盖，样品盖下方固定安装有固定相机的相机位外框，在相机位外框的中心安装有透明块，所述样品盖上安装有两个快速接头，两个快速接头通过金属软管与水压接头连接，其中一个快速接头与高压容器壳体外的泄压装置相连，另一个快速接头通过容器外第二二位二通阀与样品外腔相连；所述锁紧密封装置包含齿轮轴、把手、扇形齿轮和转动连接杆，所述齿轮轴安装在高压容器盖上并绕高压容器盖自由转动，齿轮轴一端通过把手带动齿轮轴转动，齿轮轴另一端设有轮齿，轮齿与扇形齿轮啮合，扇形齿轮与转动连接件焊接，扇形齿轮安装在盖底板的定位销上，转动连接件与滑块连杆销连接，滑块连杆销与滑块连杆连接，滑块连杆嵌在盖底板的滑槽内，滑块连杆与锁紧连杆铰接，锁紧连杆与锁紧销连接，锁紧销位于盖底板的凹槽内；逆时针旋转齿轮轴，带动扇形齿轮和转动连接件顺时针旋转，使滑块连杆在盖底板的滑槽内移动，锁紧连杆动作，锁紧销挤压高压容器盖框完成锁紧。

2.根据权利要求1所述的静水压力试验装置，其特征在于：所述供水系统包含水箱、排水液压泵、加压液压泵、第一二位二通阀和第五二位二通阀，所述加压液压泵的入口连接水箱，加压液压泵的出口同时与第一单向阀和先导型溢流阀连接，第一单向阀分别连接第一二位二通阀和第五二位二通阀，第一二位二通阀与用于排水的排水液压泵连接，所述先导型溢流阀与水箱连接，第五二位二通阀一端与高压容器壳体的底部连接，第五二位二通阀另一端与第二先导型调压阀连接，第二先导型调压阀分别与第二远程调压阀连和第三单向阀连接。

3.根据权利要求2所述的静水压力试验装置，其特征在于：所述高压容器壳体通过第二二位二通阀与液压表连接，液压表通过引线与高压容器壳体直接连接。

4.根据权利要求3所述的静水压力试验装置，其特征在于：所述泄压装置包含第三二位二通阀和第四二位二通阀，第三二位二通阀和第四二位二通阀分别通过管道与快速接头连接，第三二位二通阀与第二压力表和第一先导型调压阀连接，所述第一先导型调压阀同时与第二单向阀和第一远程调压阀连接。

5.根据权利要求4所述的静水压力试验装置，其特征在于：所述高压容器盖框与高压容器壳体之间通过橡胶密封圈密封，高压容器盖框与高压容器盖之间通过金属密封圈密封。

6.根据权利要求5所述的静水压力试验装置，其特征在于：所述金属密封圈的截面形状为Z形。