CN109162310A - 一种水下施工设备增压补偿器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程机械领域，具体公开了一种水下施工设备增压补偿器，包括：感应腔，能够感应外部压力并改变自身容积；中间腔，连接至所述感应腔，并与所述感应腔形成第一封闭空间；和输出腔，通过隔离件与所述中间腔相间隔，并独自形成第二封闭空间。本发明通过感应腔感应环境压力，通过中间腔及输出腔将环境压力传导给工作装置，能够适应深水作业环境中压力变化，并防止泥浆对工程设备的污染。

Description

一种水下施工设备增压补偿器

技术领域

本发明属于工程机械领域，尤其涉及一种水下施工设备增压补偿器。

背景技术

目前水下环境的施工设备，以双轮铣槽机为例，典型的施工深度在地下20-150米。随着工程机械作业区域的深度增加，水压不断增大，泥浆等杂质对设备密封的影响也更加严重，此时不但要求工作装置内部的压力与外部的水压相互平衡，还需要使关键结构中的压力略高于环境压力(0.5-2bar)，才能保证工程机械正常工作的同时避免外部泥浆侵入污染工作装置。

针对于深水作业环境，现有技术中的压力补偿器多采用敞开式的活塞或弹簧腔直接与泥水接触，再通过其内部的工质或连杆将压力输出给工作装置，以补偿工作装置的内部压力。这种压力补偿器可以感应外部泥浆压力，但是其敞开式的活塞或弹簧腔，使得泥浆与增压装置直接接触，加重了活塞或弹簧腔的运动摩擦。此外，这种压力补偿器一旦密封失效，泥浆将直接进入压力补偿器的压力输出端，对工作设备造成损坏。

发明内容

本发明的至少一个目的是提出一种适应深水作业环境中压力变化以及泥浆污染的增压补偿器。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的水下施工设备增压补偿器包括：感应腔，能够感应外部压力并改变自身容积；中间腔，连接至所述感应腔，并与所述感应腔形成第一封闭空间；和输出腔，通过隔离件与所述中间腔相间隔，并独自形成第二封闭空间。

进一步的，所述增压补偿器包括：中空杆件，所述中空杆件的内部空间构成所述中间腔；和导向座，所述中空杆件插装于所述导向座内部，并可经所述导向座下端的防尘密封装置相对于所述导向座伸出或缩回。

进一步的，所述增压补偿器包括：盖体，所述盖体的开口端密封套接至所述导向座的上端，并与所述隔离件围成所述输出腔。

进一步的，所述隔离件包括：第一法兰组件；和膜片，由所述第一法兰组件夹紧并固定连接于所述盖体与所述导向座之间。

进一步的，所述增压补偿器还包括：增压装置，顶紧所述中间腔至所述输出腔的隔离件上。

进一步的，所述增压装置包括弹簧组件。

进一步的，所述增压补偿器包括：皮囊，所述皮囊的内部空间构成所述感应腔，并通过所述感应腔上端的感应腔开口与所述中间腔联通。

进一步的，所述增压补偿器还包括：感应腔壳体，半封闭地包围所述皮囊，并通过感应腔开口与所述皮囊密封连接。

进一步的，所述增压补偿器还包括：第二法兰组件，密封连接所述感应腔壳体与所述中间腔。

进一步的，所述增压补偿器还包括：联通管，密封联通所述感应腔开口与所述中间腔。

进一步的，所述第一封闭空间和/或第二封闭空间内填充油液。

进一步的，所述的增压补偿器还包括：第一补油阀，能够向所述第一封闭空间注入油液；和第一排气阀，连接于所述中间腔的上端，能够将所述第一封闭空间中的空气排出。

进一步的，所述的增压补偿器还包括：第二补油阀，能够向所述第二封闭空间注入油液；和第二排气阀，连接于所述输出腔上端，能够将所述第二封闭空间中的空气排出。

本发明还提供了一种双轮铣槽机，其中增压补偿器采用如上文所述的增压补偿器。

基于上述技术方案，本发明通过将感应腔与中间腔联通并形成第一封闭空间，将输出腔独立形成第二封闭空间，使得与增压补偿器连接的工作装置不与深水泥沙环境直接接触。由此，在隔离件发生损坏时，进入工作装置的是第一封闭空间的油液或工质，而不是泥浆，工程设备能够受到有效保护。此外，在所述第一封闭空间中，与泥浆环境直接接触的是感应腔，中间腔则间接感应环境压力，避免了中间腔与泥浆之间出现运动摩擦损坏，影响增压补偿器的密封效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明所提供的增压补偿器一个实施例剖面结构示意图；

图2为本发明所提供的增压补偿器的另一个实施例结构示意图。

附图标记：1、输出腔；2、中间腔；3、导向座；31、防尘密封装置；32、第一补油阀；33、第一排气阀；4、盖体；41、输出阀；42、第一法兰组件；43、第二补油阀；44、第二排气阀；5、中空杆件；6、感应腔壳体；61、第二法兰组件；7、皮囊；8、感应腔；81、感应腔开口；9、增压装置；10、隔离件；11、联通管。

具体实施方式

下面可以参照附图以及文字内容理解本发明的内容以及本发明与现有技术之间的区别点。下文通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。需要说明的是：本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本发明的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓：可以将本发明提供的任一技术手段进行替换或将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到新的技术方案。本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本发明的保护范围，本发明的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案以及本领域技术人员将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的新的技术方案。

本发明实施例提供了一种水下施工设备增压补偿器，下面结合图1～2对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

如图1～2所示，一种水下施工设备增压补偿器，包括：感应腔8，能够感应外部压力并改变自身容积；中间腔2，连接至所述感应腔8，并与所述感应腔8形成第一封闭空间；和输出腔1，通过隔离件与所述中间腔2相间隔，并独自形成第二封闭空间。

其中所述感应腔8与外界环境直接接触，在进入水下施工环境后，随着环境压力增加而相应的改变自身的容积，并通过内部工质将压力传递给与之联通的中间腔2；而中间腔2与输出腔1通过隔离件相间隔，当中间腔2的压力大于输出腔1的压力时，隔离件就会在压力差的作用下向输出腔1方向运动，缩小输出腔1的体积以增大其压力，直到所述输出腔1的压力增加到与所述中间腔2的压力相同时，隔离件便不再运动，此时输出腔压力＝中间腔压力＝感应腔压力＝环境压力，由此，本发明实现为工作装置提供与环境相同压力的目的，使工作装置的压力随着外部环境压力的增大而同步增大。

进一步的，所述中间腔可采取类似于活塞的构型，以使隔离件能够随着所述中间腔2的上端，在第一封闭空间与第二封闭空间之间压力差的作用下移动。具体而言，如图1所示，增压补偿器可采用中空杆件5与导向座3相配合来形成类似于活塞杆与活塞的关系。所述中空杆件5的内部空间构成所述中间腔2，再插装于所述导向座3内部，并配置成可经所述导向座3下端的防尘密封装置31相对于所述导向座3伸出或缩回的结构。

所述中空杆件5相对于所述导向座3的伸出或缩回由第一封闭空间与第二封闭空间的压力差控制。当中间腔与感应腔所在的第一封闭空间压力大于输出腔所在的第二封闭空间时，所述中空杆件5便相对于所述导向座3缩回，该缩回过程正对应于增压补偿器下伸至地下高压环境的过程。而相对的，当中间腔与感应腔所在的第一封闭空间压力小于输出腔所在的第二封闭空间时，所述中空杆件5便相对于所述导向座3伸出，该伸出过程则对应于增压补偿器从地下高压环境上升至地面的过程。

而由于水下压力随着设备进入水面以下的深度而线性增加，本发明所提供的增压补偿器中的中空杆件5也相对于导向座3进入水下的深度而线性增加。因此以该规律为基准，在工作装置内部压力基本不变，即输出腔压力基本不边的前提下，可通过中空杆件5相对于导向座3外伸的距离L来判断水下的压力，进而计算得到设备所在的深度。

然而本领域技术人员应当知悉，本发明实施例中中间腔2以活塞形式，即中空杆件5与导向座3相配合的方式来组织，能够保证增压补偿器的结构比较紧凑，并使中间腔2不直接暴漏在泥浆环境中。但是只要能保证隔离件可随着所述中间腔2内压力变化而运动的其他形式都是可以替换的，例如中间腔也可以采取弹簧或皮囊的形式，将由感应腔所感应到的环境压力传递给隔离件即可。

相应的，所述输出腔1主要由盖体4构成。所述盖体4的开口端密封套接至所述导向座3的上端，并与所述隔离件围成所述输出腔1。所述隔离件包括：第一法兰组件42；和膜片10，由所述第一法兰组件42夹紧并固定连接于所述盖体4与所述导向座3之间。

由于所述中间腔2可沿着所述导向座3做伸缩运动，因此与所述导向座3上端套接的所述盖体4也可以作为所述中空杆体5伸缩运动的范围，在水下压力较大时，中空杆件5可进一步缩回至盖体4内部，以进一步压缩所述输出腔1的容积来平衡工作装置内部与环境之间的压力。

而通过与所述导向座3套接的盖体4，由膜片10和第一法兰组件42所组成的隔离件不但能实现输出腔自身较好的密封，还可以使膜片10始终处在相对封闭的环境内，减少膜片10暴露于泥污环境下由于运动摩擦而造成的损坏。由于导向座3的上下两端均密封，在压力作用下膜片10与中空杆件5的上端将紧紧贴合，此时膜片10可相应使用增压膜片或滚动膜片，使其能够随着中空杆体5的伸出与缩回而下凹或上翻。图1则示出了增压补偿器处于最大开度状态下，即膜片10处于下凹的最大行程状态。

进一步的，为了给与本发明所提供的增压补偿器相连的工作装置以高于环境的压力，所述增压补偿器还包括增压装置9，顶紧所述中间腔2至所述输出腔1的隔离件10上。由于本发明实施例中中间腔2与输出腔1以导向座3为公共边界，因此所述增压装置9可包括弹簧组件，通过设定弹簧处在压缩状态即可比较方便地将所述中空杆件5压紧至所述隔离件10上。进一步的，通过设定弹簧的弹力，可以通过隔离件10给输出腔1以一定的初始压力，使得与输出腔1相连的工作装置内的压力能够始终高于环境压力。

在弹簧组件处于压缩状态下，工作装置内压力＝输出腔压力＝中间腔压力+弹簧压力＝感应腔压力+弹簧压力＝环境压力+弹簧压力，使得工作装置保持对外界环境的正压，确保工作装置的密封效果。对于施工深度一般在地下20～150m的水下施工设备而言，典型的弹簧初始压力为0～1.5bar的增压压力，并且弹簧的初始压力可以根据水下施工机械的种类及工作环境而调整。此外，除过使用弹簧形式的增压装置，本领域技术人员应当知晓，本发明中的增压装置也可以使用磁力吸引、液压或电控的增压器。

本发明所提供的增压补偿器的感应腔8主要包括皮囊7，所述皮囊7的内部空间构成所述感应腔8，并通过所述感应腔8上端的感应腔开口81与所述中间腔2联通。所述感应腔还包括：感应腔壳体6，半封闭地包围所述皮囊7，并通过感应腔开口81与所述皮囊7密封连接。所述感应腔8由皮囊7的内部空间构成，能够通过皮囊7的弹性感应外部压力，并由感应腔开口81传递该压力。而感应腔8外围具有半封闭的感应腔壳体6，可以在保证皮囊7与外部泥浆环境有着充分接触的前提下，保护所述皮囊7不被泥浆环境中的尖锐物体划伤。

而为了实现所述感应腔8与所述中间腔2之间的密封连接，并且保证两者在一定程度上拆装更换较方便，本发明所提供的增压补偿器还包括：第二法兰组件61，密封连接所述感应腔壳体6与所述中间腔2。由于感应腔8长期处于泥污环境中，使用寿命较短，所述第二法兰组件61可以在所述感应腔8达到使用寿命或因意外事故失效时，使增压补偿器能够及时更换感应腔8，减少维修成本。

此外，如图2所示，所述感应腔8与所述中间腔2还可以通过联通管11密封联通所述感应腔开口81与所述中间腔2。当使用联通管11连接时，增压补偿器变更为分体式的结构，能够仅将感应腔伸入工作环境中，而将中间腔与输出腔置于工作环境外，防止泥污环境对于增压补偿器的污染。

为了获得更好的压力传递效果，所述第一封闭空间和/或第二封闭空间内可填充油液。而为了使工作装置始终相对于外界环境保持一定的压差(0.5～2.0bar)，可以在增压装置提供0～1.5bar的初始压力的情况下，对填充于第一封闭空间内的油液提供0.1～0.5bar的初始压力，避免外部泥浆进入工作装置。并且，由于第一封闭空间内填充油液，在膜片发生损坏时，保证进入工作装置的是感应膜片的齿轮油，而不是泥浆，对工作装置起到二次保护的作用。

为了配合第一、第二封闭空间内油液的灌注，本发明所提供的增压补偿器还包括：第一补油阀32，能够向所述第一封闭空间注入油液；和第一排气阀33，连接于所述中间腔2的上端，能够将所述第一封闭空间中的空气排出。以及第二补油阀43，能够向所述第二封闭空间注入油液；和第二排气阀44，连接于所述输出腔1上端，能够将所述第二封闭空间中的空气排出。

上述发明的增压补偿器可应用于双轮铣槽机，或者其他需要在水下作业的工程设备。在需要对工程设备压力补偿或增压补偿时，首先根据工程设备的工作环境及内部压力要求，设定好增压装置的预设压力以及第一、第二封闭空间内油液的压力，然后将感应腔浸入泥浆环境中，增压补偿器即可随着工程设备不断伸入而为工程设备内部提供压力补偿或增压补偿。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果之一：

本发明通过皮囊结构的感应腔感受环境压力，并借助内部工质将压力传递给中间腔，中间腔再通过膜片变形作用改变输出腔的压力，并通过输出腔将工质输送给工作装置实现压力补偿的作用。此外，本发明还通过加压装置使输出腔内的压力大于中间腔的压力，同时大于环境压力，使与输出腔相联通的工作装置始终与外界环境保持一定的正压力差，有效防止环境中的水或泥浆侵入工作装置。

本发明还通过将感应腔与中间腔联通并形成第一封闭空间，将输出腔独立形成第二封闭空间，使得与增压补偿器连接的工作装置不与深水泥沙环境直接接触。由此，在膜片发生损坏时，进入工作装置的是第一封闭空间的油液，而不是泥浆，工程设备能够受到有效保护。此外，在所述第一封闭空间中，与泥浆环境直接接触的是皮囊结构的感应腔，中间腔通过与之相连的感应腔间接感应环境压力，避免了中间腔与泥浆之间出现运动摩擦损坏，影响增压补偿器的密封效果。

本发明进一步通过法兰组件或管件，将感应腔连接至中间腔，形成一体式或分体式的增压补偿器。其中一体式的增压补偿器结构更紧凑，体积更小，可比较方便地深入地下的工作区域中；而分体式的增压补偿器，可以通过调整管件长短，将感应腔深入地下工作区域，而将中间腔与输出腔保留在地面之上，进一步避免了泥污环境对增压补偿器的损坏。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

在本发明的描述中如果使用了术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等，那么上述术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备、机构、部件或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (14)

1.一种水下施工设备增压补偿器，其特征在于，包括：

感应腔(8)，能够感应外部压力并改变自身容积；

中间腔(2)，连接至所述感应腔(8)，并与所述感应腔(8)形成第一封闭空间；和

输出腔(1)，通过隔离件与所述中间腔(2)相间隔，并独自形成第二封闭空间。

2.根据权利要求1所述的增压补偿器，其特征在于，包括：

中空杆件(5)，所述中空杆件(5)的内部空间构成所述中间腔(2)；和

导向座(3)，所述中空杆件(5)插装于所述导向座(3)内部，并可经所述导向座(3)下端的防尘密封装置(31)相对于所述导向座(3)伸出或缩回。

3.根据权利要求2所述的增压补偿器，其特征在于，包括：

盖体(4)，所述盖体(4)的开口端密封套接至所述导向座(3)的上端，并与所述隔离件围成所述输出腔(1)。

4.根据权利要求3所述的增压补偿器，其特征在于，所述隔离件包括：

第一法兰组件(42)；和

膜片(10)，由所述第一法兰组件(42)夹紧并固定连接于所述盖体(4)与所述导向座(3)之间。

5.根据权利要求1所述的增压补偿器，其特征在于，还包括：

增压装置(9)，顶紧所述中间腔(2)至所述输出腔(1)的隔离件(10)上。

6.根据权利要求5所述的增压补偿器，其特征在于：所述增压装置(9)包括弹簧组件。

7.根据权利要求1所述的增压补偿器，其特征在于，包括：

皮囊(7)，所述皮囊(7)的内部空间构成所述感应腔(8)，并通过所述感应腔(8)上端的感应腔开口(81)与所述中间腔(2)联通。

8.根据权利要求7所述的增压补偿器，其特征在于，还包括：

感应腔壳体(6)，半封闭地包围所述皮囊(7)，并通过感应腔开口(81)与所述皮囊(7)密封连接。

9.根据权利要求8所述的增压补偿器，其特征在于，还包括：

第二法兰组件(61)，密封连接所述感应腔壳体(6)与所述中间腔(2)。

10.根据权利要求8所述的增压补偿器，其特征在于，还包括：

联通管(11)，密封联通所述感应腔开口(81)与所述中间腔(2)。

11.根据权利要求1所述的增压补偿器，其特征在于：所述第一封闭空间和/或第二封闭空间内填充油液。

12.根据权利要求11所述的增压补偿器，其特征在于，还包括：

第一补油阀(32)，能够向所述第一封闭空间注入油液；和

第一排气阀(33)，连接于所述中间腔(2)的上端，能够将所述第一封闭空间中的空气排出。

13.根据权利要求11所述的增压补偿器，其特征在于，还包括：

第二补油阀(43)，能够向所述第二封闭空间注入油液；和

第二排气阀(44)，连接于所述输出腔(1)上端，能够将所述第二封闭空间中的空气排出。

14.一种双轮铣槽机，其特征在于，包括权利要求1-13任一项所述的增压补偿器。