CN105865931A - 超高压超大容器恒压试验机及检测方法 - Google Patents

Abstract

超高压超大容器恒压试验机及试验方法，属于深海光缆水密性检验设备领域。其特征在于：所述的耐压容器本体（4）为球形壳体，球形壳体内部安装转动设置的光缆缠绕机构（5），球体外部设有连通内部的密封通道（9），密封通道（9）上装有嵌入式安装的自密封门（7）；对放入耐压容器本体（4）内的光缆试样匀速增压，保压，并监测光缆样品是否断开，然后自动结束并保存试验结果，光缆试样采用光缆样品进行渗水试验或抗静水压试验，如有破裂试验结束，重新安装新试样。本发明增大了压力容器的内部容积，延长了深海光缆的试验长度，扩大了光缆的试验范围，能够满足光缆在8500米以内深海中承受85MPa以下的超高压的试验要求。

Description

超高压超大容器恒压试验机及检测方法

技术领域

超高压超大容器恒压试验机及试验方法，属于深海光缆水密性检验设备领域。

背景技术

超高压超大容器恒压试验机适用于各种深海光缆及水深超过1000m、不超过8000m的海域中敷设的海底光缆，也适用于同一线路系统中敷设于深海区段的包含馈电导体的海底光缆缆芯。用于在规定的压力下，测量深海光缆的纵向渗水性能，及在规定的压力下测量深海光缆的抗静水压性能，是各科研院所、质检部门及线缆生产厂家必备的检测仪器。

目前，国内的超高压设备只能将试验光缆部分置于中压环境下，而且是20MPa以下的压力试验，而且试验容器内部容积很小，不能将试验样品全部置于此压力下。虽然也有的设备最大可以做到100MPa以上，但是耐压容器形状一般为圆柱形，容积小于1立方米，由于容积的限制，深海光缆的试验长度一般不超过500米，容器承压一般在20多兆帕，这就限制了深海光缆的试验范围，使深海光缆的试验压力只能做到20多兆帕，随着深海光缆使用范围的扩大，铺设深度也越来越深，现有试验设备的应用范围已远远不能满足实际应用的试验要求。20MPa以上压力试验尤其是光缆能进行整体试验的方式还没有出现，因此急需一种能够真实模拟深海光缆实际工作状况压力试验方式来验证光缆的抗渗透能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够满足光缆在8500米以内深海中承受85MPa以下的超高压的试验要求的超高压超大容器恒压试验机及试验方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该超高压超大容器恒压试验机，包括耐压容器本体，其特征在于：所述的耐压容器本体为球形壳体，球形壳体上设有注水口、排气口、压力源注入口及介质排放口；球形壳体内部安装转动设置的光缆缠绕机构，光缆缠绕机构一端连接带动其转动的动力机构，球体外部设有连通内部的密封通道，密封通道上装有嵌入式安装的自密封门；

所述的自密封门与密封通道之间通过双四连杆门固定机构连接，双四连杆门固定机构包括两组穿轴、多条连杆、第一转臂、隔套及第二转臂，连杆两端分别套装在两组平行设置的穿轴上，多条连杆沿穿轴轴向套装，且相邻两连杆之间设有隔套，两组穿轴分别连接第一转臂和第二转臂，第一转臂和第二转臂分别连接所述的密封通道和自密封门；

耐压容器本体的壳体外部设有用于中央集群控制嵌入式触摸屏电脑，在所述的光缆缠绕机构、动力机构、密封通道、自密封门及密封门开合固定机构一侧分别设有一个与嵌入式电脑通过串行总线连接的微电脑。

耐压容器本体采用球形壳体结构，增大了压力容器的内部容积，使得可以在其内部缠绕更大长度的光缆样品，延长了深海光缆的试验长度，扩大了光缆的试验范围，能够满足光缆在8500米以内深海中承受85MPa以下的超高压的试验要求；通过双四连杆门固定机构确保自密封门与操作密封通道口间活动自如，同时便于进入容器内部试验的操作和设备检修；而且采用嵌入式触摸屏电脑中央集群控制，每个工位有一个微电脑，用来接收嵌入式触摸屏电脑控制指令，实现控制，同时通过串行总线不断的把控制信息反馈给嵌入式触摸屏电脑，由嵌入式触摸屏电脑完成试验数据的采集和存储功能，实现同时具有破裂识别、实时监控、存储试验结果等功能。

所述的光缆缠绕机构包括转动轴、传动机构和固定套装在转动轴上的电缆缠绕支架，转动轴一端安装传动机构。

所述的电缆缠绕支架为呈笼型设置的拼接支架，包括两侧的笼盖和两侧笼盖之间连接的多条穿杆，笼盖包括中心处的环形辐板、辐板周圈放射状均布的多条辐条，及相邻两辐条之间连接的连扳。

独特的组合式结构设计在确保框架强度同时在主体容器成型后仍可以在容器内自由拆装组合，辅助以可以拆卸的一对齿轮和转动电机，便于光缆试样缠绕和拆卸。

所述的密封通道为凸起设置的筒体，筒体的内径从外向内呈锥形逐渐增大，自密封门呈锥形嵌入式安装在密封通道内，自密封门的外径与密封通道的内径相配合。

内置锥形自密封门，改变了传统的在外面对压力容器进行密封的方式，利用了密封门的自身强度从容器内部进行自密封，容器压力越大密封效果越好，能保证在压力越大的情况下越能体现更佳的密封效果。

所述的自密封门上设有环形密封槽，密封槽内装有密封圈。

所述的自密封门外部设有提拉开合机构，提拉开合机构为手动锁紧机构，包括锁紧杆、锁紧杆固定板和锁紧手轮，锁紧杆一端连接自密封门，另一端连接锁紧手轮，锁紧手轮与自密封门之间设有锁紧杆固定板，锁紧杆固定板两端固定在所述的密封通道外部，锁紧杆固定板上设有套装锁紧杆的内孔。

上述的超高压超大容器恒压试验机的试验方法，其特征在于：通过嵌入式触摸屏电脑设定打压的预设压力值，对放入耐压容器本体内的光缆试样匀速增压，直到达到设定压力值，然后保压，并监测光缆样品是否断开，然后自动结束并保存试验结果，光缆试样采用光缆样品进行渗水试验或抗静水压试验，每种试验方法均按上述操作流程进行试验，如有破裂试验结束，重新安装新试样，设定压力及保压时间，试验继续。

超高压超大容器恒压试验机的试验方法，其特征在于：所述的光缆样品渗水试验采用全浸法，全浸法的试验步骤包括：

1）、首先，将试验用的深海光缆样品一端封闭，另一端开口设置；

2）、然后将光缆样品置于耐压容器本体中，关闭自密封门，向耐压容器本体内注水、加压，直至规定水深的压力值，并维持水压，然后排水、泄压；

3）、取出光缆，沿样品光缆长度方向检查光缆内部的水浸痕迹；

4）、制作试验报告。

超高压超大容器恒压试验机的试验方法，其特征在于：所述的光缆样品渗水试验采用引出法， 引出法的试验步骤包括:

1）、首先将深海光缆试样一端不小于1m处进行处理，并充分暴露缆芯，然后将光缆试样置于耐压容器本体中，关闭自密封门；

2）、光缆试样另一端经过采取密封措施引出耐压容器本体，使其与大气相通，然后向耐压容器本体内注水，按规定的压力施加水压；

3）、维持水压，之后取出光缆试样，并沿光缆试样的长度方向检查其内部的水浸痕迹；

4）、制作试验报告。

超高压超大容器恒压试验机的试验方法，其特征在于：所述的光缆样品的抗静水压试验步骤包括：

1)、1)、首先，将深海光缆试样两端进行密封处理，密封处理长度≥5m，未处理的试样长度≥3m，然后置于耐压容器本体中；

2)、关闭自密封门，向耐压容器本体内注水、加压，直至规定水深的压力值；

3)、维持水压，并监测耐压容器本体内的光缆是否断开；

4)、泄压，取出试样，分别剥去端部各层，间距不小于50mm并充分暴露，检测各层有无水迹；

5)、使用直流高压发生器进行耐电压检测，按电气性能要求施加电压和保持测试时间，测定绝缘层与馈电金属层或相关金属增强层和不锈钢单元之间的绝缘电阻；

6)、制作试验报告。试验报告应包括试验名称、试样识别号、试验数据、试验日期、操作人员、环境温度和相对湿度。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、球形耐压容器主体：罐体上面有快速介质注入、排气、及压力源介入共3个口，下面是介质排放口，耐压容器本体采用球形壳体结构，增大了压力容器的内部容积，使得可以在其内部缠绕更大长度的光缆样品，延长了深海光缆的试验长度，扩大了光缆的试验范围，能够满足光缆在8500米以内深海中承受85MPa以下的超高压的试验要求；

2、采用嵌入式触摸屏电脑中央集群控制，每个工位有一个微电脑，用来接收嵌入式触摸屏电脑控制指令，实现控制，同时通过串行总线不断的把控制信息反馈给嵌入式触摸屏电脑，由嵌入式触摸屏电脑完成试验数据的采集和存储功能，实现同时具有破裂识别、实时监控、存储试验结果等功能。

3、独特的自密封门密封结构：独特结构设计的自密封门是保证超高压容器不泄漏的关键部件，内置锥形自密封门，改变了传统的在外面对压力容器进行密封的方式，利用了密封门的自身强度从容器内部进行自密封，辅以特制结构密封槽、件和外部锁紧结构，容器压力越大密封效果越好，能保证在压力越大的情况下越能体现更佳的密封效果。

4、光缆缠绕机构的电缆缠绕支架为呈笼型设置的拼接支架，独特的组合式结构设计在确保框架强度同时在主体容器成型后仍可以在容器内自由拆装组合，辅助以可以拆卸的一对齿轮和转动电机，便于光缆试样缠绕和拆卸。

5、双四连杆门固定结构：确保自密封门与操作密封通道口间活动自如，同时便于进入容器内部试验的操作和设备检修。

附图说明

图1为超高压超大容器恒压试验机结构示意图。

图2为双四连杆门固定机构结构示意图。

图3为光缆缠绕机构结构示意图。

其中，1、注水口 2、排气口 3、压力源注入口 4、耐压容器本体 5、光缆缠绕机构 501、辐条 502、转动轴 503、辐板 504、连扳 505、穿杆 506、从动齿轮 507、主动齿轮 508、电机固定板 509、缠绕电机 6、双四连杆门固定机构 601、穿轴 602、连杆 603、第一转臂 604、隔套 605、第二转臂 7、自密封门 8、介质排放口 9、密封通道 10、锁紧杆 11、锁紧杆固定板 12、锁紧手轮。

具体实施方式

图1~3是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~3对本发明做进一步说明。

参照附图1~3：超高压超大容器恒压试验机，包括耐压容器本体4，耐压容器本体4为球形壳体，球形壳体可采用两个半球拼接而成的结构，球形壳体上设有注水口1、排气口2、压力源注入口3及介质排放口8，优选的，注水口1、排气口2及压力源注入口3设置在球形壳体的上部，介质排放口8设置在球形壳体的底部；球形壳体内部安装转动设置的光缆缠绕机构5，光缆缠绕机构5一端连接带动其转动的动力机构，球体外部设有连通内部的密封通道9，密封通道9上装有嵌入式安装的自密封门7；

耐压容器本体4的壳体外部设有用于中央集群控制嵌入式触摸屏电脑，在光缆缠绕机构5、动力机构、密封通道9、自密封门7及密封门开合固定机构一侧分别设有一个与嵌入式电脑通过串行总线连接的微电脑。

光缆缠绕机构5包括转动轴502、传动机构和固定套装在转动轴502上的电缆缠绕支架，转动轴502一端安装传动机构。电缆缠绕支架为呈笼型设置的拼接支架，包括两侧的笼盖和两侧笼盖之间连接的多条穿杆505，笼盖包括中心处的环形辐板503、辐板503周圈放射状均布的多条辐条501，及相邻两辐条501之间连接的连扳504。

传动机构为齿轮传动，包括固定套装在转动轴502上的从动齿轮506、与从动齿轮506相啮合的主动齿轮507和与主动齿轮507连接的缠绕电机509，缠绕电机509一侧通过电机固定板508固定安装在耐压容器本体4内。优选的，从动齿轮506和主动齿轮506为锥形齿轮。也可为圆柱直齿轮，或蜗轮蜗杆机构，蜗轮作为从动部件，蜗杆作为主动部件。

密封通道9为凸起设置的筒体，筒体的内径从外向内呈锥形逐渐增大，自密封门7呈锥形嵌入式安装在密封通道9内，自密封门7的外径与密封通道9的内径相配合。自密封门7上设有环形密封槽，密封槽内装有密封圈。

自密封门7与密封通道9之间通过双四连杆门固定机构连接，双四连杆门固定机构包括两组穿轴601、多条连杆602、第一转臂603、隔套604及第二转臂605，连杆602两端分别套装在两组平行设置的穿轴601上，多条连杆602沿穿轴601轴向套装，且相邻两连杆602之间设有隔套604，两组穿轴601分别连接第一转臂603和第二转臂605，第一转臂603和第二转臂605分别连接所述的密封通道9和自密封门7。

自密封门7外部设有提拉开合机构，提拉开合机构为手动锁紧机构，包括锁紧杆10、锁紧杆固定板11和锁紧手轮12，锁紧杆10一端连接自密封门7，另一端连接锁紧手轮12，锁紧手轮12与自密封门7之间设有锁紧杆固定板11，锁紧杆固定板11两端固定在所述的密封通道9外部，锁紧杆固定板11上设有套装锁紧杆10的内孔。

工位压力控制范围均为200~850bar之间任意设定，最大压力为850bar，可以设置其他压力单位如：MPa、PSI或bar；耐压容器本体4的内径优选为2米，光缆试验总长度可达1500米。压力显示分辨率为：0.01MPa、10PSI或者0.1bar；示值允许误差极限：示值的1%以内；具有破裂识别、实时监控、断电数据保存、来电数据恢复、试验结果存储、打印以及试样预处理等功能。电气控制与机械完全分离，试样连接完毕后，通过嵌入式触摸屏电脑控制试验的开始、结束和泄压，高压柱塞泵、蓄能器、电磁阀和传感器都进行集成化安装，带高压的部分都集中在同一箱体内，和人员操作的电气控制系统电缆远距离分离，保证了实验人员的安全。

超高压超大容器恒压试验机的试验方法，首先，通过嵌入式触摸屏电脑设定打压的预设压力值，对放入耐压容器本体4内的光缆试样匀速增压，直到达到设定压力值，保持试样的保压时间，并监测光缆样品是否断开，然后自动结束并保存试验结果，光缆试样采用光缆样品进行渗水试验或抗静水压试验，每种试验方法均按上述操作流程进行试验，如有破裂试验结束，重新安装新试样设定压力及保压时间，试验继续。

渗水试验可通过两种方法实现，包括全浸法和部分引出法，光缆样品全浸法的试验步骤包括:

1）、首先，将试验用的深海光缆样品一端封闭，另一端开口设置；

2）、然后将光缆样品置于耐压容器本体4中，关闭自密封门7，向耐压容器本体4内注水、加压，直至规定水深的压力值，并维持水压336h；

3）、336h之后，排水、泄压，取出光缆，沿样品光缆长度逐一检查光缆内部的水浸痕迹；可以事先在加压水中加入荧光染料，以方便检查，如果先前已将荧光染料加入耐压容器本体4中，可通过紫外光（UV）直观地显示荧光染料浸入的位置；

4）、制作试验报告，制作试验应包括试验名称、试样识别号、试验数据、试验日期、操作人员、环境温度和相对湿度。。

光缆样品部分引出法的试验步骤包括:

1）、首先将深海光缆试样一端不小于1m处进行处理，并充分暴露缆芯，然后将光缆试样置于耐压容器本体4中，关闭自密封门7；

3）、光缆试样另一端经过采取密封措施引出耐压容器本体4，使其与大气相通，然后向耐压容器本体4内注水，按规定的压力施加水压；

4）、维持水压336h，之后取出光缆试样，并沿光缆试样的长度检查其内部的水浸痕迹；可以事先在加压水中加入荧光染料，以方便检查，如果先前已将荧光染料加入耐压容器本体4中，可通过紫外光（UV）直观地显示荧光染料浸入的位置；

5）、制作试验报告，试验报告应包括试验名称、试样识别号、试验数据、试验日期、操作人员、环境温度和相对湿度。

超高压超大容器恒压试验机的试验方法，其特征在于：所述的光缆样品的抗静水压试验步骤包括：

1)、1)、首先，将深海光缆试样两端进行密封处理，密封处理长度≥5m，未处理的试样长度≥3m，然后置于耐压容器本体4中；

2)、关闭自密封门7，向耐压容器本体4内注水、加压，直至规定水深的压力值；

4)、维持水压时间24h，并监测耐压容器本体4内的光缆是否断开；

5)、取出试样，分别剥去端部各层，间距不小于50mm并充分暴露，检测各层有无水迹；

6)、使用直流高压发生器进行耐电压检测，按电气性能要求施加电压和保持测试时间，测定绝缘层与馈电金属层或相关金属增强层和不锈钢单元之间的绝缘电阻；

7)、制作试验报告，制作试验应包括试验名称、试样识别号、试验数据、试验日期、操作人员、环境温度和相对湿度。

表1 高压超大容器恒压试验机性能参数

。

本设备采用多路试验，主要进行不同压力的试验，微电脑根据试验设定的压力值，自动计算升压速率，控制补压电磁阀的开启和关闭时间，使补压速度在匀速增加，在嵌入式触摸屏电脑上显示整个过程的压力值曲线图。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.超高压超大容器恒压试验机，包括耐压容器本体（4），其特征在于：所述的耐压容器本体（4）为球形壳体，球形壳体上设有注水口（1）、排气口（2）、压力源注入口（3）及介质排放口（8）；球形壳体内部安装转动设置的光缆缠绕机构（5），光缆缠绕机构（5）一端连接带动其转动的动力机构，球形壳体外部设有连通内部的密封通道（9），密封通道（9）上装有嵌入式安装的自密封门（7）；

所述的自密封门（7）与密封通道（9）之间通过双四连杆门固定机构连接，双四连杆门固定机构包括两组穿轴（601）、多条连杆（602）、第一转臂（603）、隔套（604）及第二转臂（605），连杆（602）两端分别套装在两组平行设置的穿轴（601）上，多条连杆（602）沿穿轴（601）轴向套装，且相邻两连杆（602）之间设有隔套（604），两组穿轴（601）分别连接第一转臂（603）和第二转臂（605），第一转臂（603）和第二转臂（605）分别连接所述的密封通道（9）和自密封门（7）；

耐压容器本体（4）的壳体外部设有用于中央集群控制嵌入式触摸屏电脑，在所述的光缆缠绕机构（5）、动力机构、密封通道（9）、自密封门（7）及密封门开合固定机构一侧分别设有一个与嵌入式电脑通过串行总线连接的微电脑。

2.根据权利要求1所述的超高压超大容器恒压试验机，其特征在于：所述的光缆缠绕机构（5）包括转动轴（502）、传动机构和固定套装在转动轴（502）上的电缆缠绕支架，转动轴（502）一端安装传动机构。

3.根据权利要求2所述的超高压超大容器恒压试验机，其特征在于：所述的电缆缠绕支架为呈笼型设置的拼接支架，包括两侧的笼盖和两侧笼盖之间连接的多条穿杆（505），笼盖包括中心处的环形辐板（503）、辐板（503）周圈放射状均布的多条辐条（501），及相邻两辐条（501）之间连接的连扳（504）。

4.根据权利要求1所述的超高压超大容器恒压试验机，其特征在于：所述的密封通道（9）为凸起设置的筒体，筒体的内径从外向内呈锥形逐渐增大，自密封门（7）呈锥形嵌入式安装在密封通道（9）内，自密封门（7）的外径与密封通道（9）的内径相配合。

5.根据权利要求1所述的超高压超大容器恒压试验机，其特征在于：所述的自密封门（7）上设有环形密封槽，密封槽内装有密封圈。

6.根据权利要求1所述的超高压超大容器恒压试验机，其特征在于：所述的自密封门（7）外部设有提拉开合机构，提拉开合机构为手动锁紧机构，包括锁紧杆（10）、锁紧杆固定板（11）和锁紧手轮（12），锁紧杆（10）一端连接自密封门（7），另一端连接锁紧手轮（12），锁紧手轮（12）与自密封门（7）之间设有锁紧杆固定板（11），锁紧杆固定板（11）两端固定在所述的密封通道（9）外部，锁紧杆固定板（11）上设有套装锁紧杆（10）的内孔。

7.权利要求1~6任一项所述的超高压超大容器恒压试验机的试验方法，其特征在于：通过嵌入式触摸屏电脑设定打压的预设压力值，对放入耐压容器本体（4）内的光缆试样匀速增压，直到达到设定压力值，然后保压，并监测光缆样品是否断开，然后自动结束并保存试验结果，光缆试样采用光缆样品进行渗水试验或抗静水压试验，每种试验方法均按上述操作流程进行试验，如有破裂试验结束，重新安装新试样，设定压力及保压时间，试验继续。

8.根据权利要求7所述的超高压超大容器恒压试验机的试验方法，其特征在于：所述的光缆样品渗水试验采用全浸法，全浸法的试验步骤包括:

1）、首先，将试验用的深海光缆样品一端封闭，另一端开口设置；

2）、然后将光缆样品置于耐压容器本体（4）中，关闭自密封门（7），向耐压容器本体（4）内注水、加压，直至规定水深的压力值，并维持水压，然后排水、泄压；

3）、取出光缆，沿样品光缆长度方向检查光缆内部的水浸痕迹；

4）、制作试验报告。

9.根据权利要求7所述的超高压超大容器恒压试验机的试验方法，其特征在于：所述的光缆样品渗水试验采用引出法，引出法的试验步骤包括:

1）、首先将深海光缆试样一端不小于1m处进行处理，并充分暴露缆芯，然后将光缆试样置于耐压容器本体（4）中，关闭自密封门（7）；

2）、光缆试样另一端经过采取密封措施引出耐压容器本体（4），使其与大气相通，然后向耐压容器本体（4）内注水，按规定的压力施加水压；

3）、维持水压，之后取出光缆试样，并沿光缆试样的长度方向检查其内部的水浸痕迹；

4）、制作试验报告。

10.根据权利要求7所述的超高压超大容器恒压试验机的试验方法，其特征在于：所述的光缆样品的抗静水压试验步骤包括：

1)、首先，将深海光缆试样两端进行密封处理，密封处理长度≥5m，未处理的试样长度≥3m，然后置于耐压容器本体（4）中；

2)、关闭自密封门（7），向耐压容器本体（4）内注水、加压，直至规定水深的压力值；

3)、维持水压时间，并监测耐压容器本体（4）内的光缆是否断开；

4)、泄压，取出试样，分别剥去端部各层，间距不小于50mm并充分暴露，检测各层有无水迹；

5)、使用直流高压发生器进行耐电压检测，按电气性能要求施加电压和保持测试时间，测定绝缘层与馈电金属层或相关金属增强层和不锈钢单元之间的绝缘电阻；

6）、制作试验报告。