CN110553866B - 一种海水液压可调压载装置的全海深工况模拟试验系统 - Google Patents

一种海水液压可调压载装置的全海深工况模拟试验系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海水液压可调压载装置的全海深工况模拟试验系统，属于潜水器相关领域，其包括控制阀组、三个手压泵、三柱塞泵站以及开放式水箱，其中，控制阀组由多个阀集成，其包括多个截止阀，集成的控制阀组上设有I口与II口，I口与开放式水箱连接，II口与三柱塞泵站的出口连接，三个手压泵分别为一号手压泵、二号手压泵以及三号手压泵，其中各个截止阀通过一号手压泵和二号手压泵来控制开启和关闭，采用三柱塞泵站与三号手压泵模拟海洋环境，采用一号手压泵和二号手压泵模拟液压源，采用开放式水箱模拟压载水舱并且为三柱塞泵站提供水源。本发明系统能方便得到各种实验数据，为实际海水液压调载装置在海下工作提供可靠指导。

Description

一种海水液压可调压载装置的全海深工况模拟试验系统
技术领域
本发明属于潜水器相关领域，更具体地，涉及一种海水液压可调压载装置全海深工况模拟试验系统。
背景技术
潜水器是具有水下观察和进行水下作业的潜水设备，主要用来执行水下考察、海底勘探、海底开发和打捞、救生等任务，并可以作为潜水员活动的水下作业基地。
潜水器需要在海洋中的一定深度范围内调整其浮力来悬停于不同的深度，以完成海洋考察、海洋勘探任务。除了主动控制其浮力以外，潜水器在海洋中取样后会由于本身重量的变化或者释放其他装备后导致重量减小，也会由于海水的理化性质的变化引起海水密度的变化从而导致浮力变化，而且随着潜水器深潜深度的变化，潜水器耐压结构发生弹性变形也会导致浮力的变化，因此需要通过可调压载装置来调整潜水器的潜水深度。
现有的针对可调压载装置的试验都是运用压力筒营造一个密闭的海洋环境，从而进行全海深工况模拟试验。然而，由于压力筒本身营造的海洋环境与外界环境严格地隔离，在试验过程中，难以对可调压载装置的性能和工作状态进行直观的观测以及记录，只能通过压载水舱液位的变化以及海水泵电机的电流值来对可调压载装置的性能与工作状态进行判断。
开启截止阀所需的压力同样难以通过压力筒试验来得到具体的数值，现有的技术都是通过计算以初步得到理论上的压力值，然后设定一个足够高的液压源压力，保证截止阀可以可靠地开启，未获得真实开启压力，这样会影响液压源压力的准确设计。
同时，在深海环境中，泄漏是一个不可忽视的问题，通过压力筒进行全海深工况模拟试验时，可调压载装置的泄漏位置以及泄漏量极难进行观测与测量，甚至只有当液压设备损坏或者试验结束时才能获知泄漏情况，这无疑对可调压载装置工作的可靠性与安全性是一个巨大的考验。
压力筒的使用过程复杂，试验的前期准备工作任务繁重，使用压力筒来进行全海深工况模拟试验将会占用大量的时间与资源。
因此，本领域存在着发展一种陆地应用的海水液压可调压载装置的全海深工况模拟试验系统的需求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种海水液压可调压载装置的全海深工况模拟试验系统，其目的在于，通过设计控制阀组、手压泵、三柱塞泵站、海水泵以及多个开放式水箱，组成可进行陆地模拟全海深工况的海水液压可调压载装置，能方便得到各种实验数据，为实际海水液压调载装置在海下工作提供可靠指导。
为实现上述目的，本发明提供了一种海水液压可调压载装置的全海深工况模拟试验系统，其包括控制阀组、三个手压泵、三柱塞泵站以及开放式水箱，其中，控制阀组由多个阀集成，其包括多个截止阀，集成的控制阀组上设有I口与II口，I口与开放式水箱连接，II口与三柱塞泵站的出口连接，三个手压泵分别为一号手压泵、二号手压泵以及三号手压泵，其中各个截止阀通过一号手压泵与二号手压泵来控制开启和关闭，采用三柱塞泵站与三号手压泵模拟海洋环境，采用一号手压泵和二号手压泵模拟液压源，采用开放式水箱模拟压载水舱并且为三柱塞泵站提供水源。
进一步的，其包括海水泵，并且，所述控制阀组还包括注水阀、平衡阀以及安全阀，截止阀包括第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀以及第五截止阀，开放式水箱包括第一开放式水箱和第二开放式水箱，其中，所述海水泵的出口与所述平衡阀入口以及所述安全阀的入口相连，所述海水泵的入口与所述第二截止阀出口以及所述第三截止阀的出口相连，并且所述安全阀的出口与所述第二开放式水箱相连，所述平衡阀的出口与所述注水阀的入口以及所述第四截止阀的入口相连，所述注水阀的出口与所述第五截止阀的入口相连，所述第二截止阀的入口和所述第五截止阀的出口同时与第一开放式水箱相连，所述第三截止阀的入口和所述第四截止阀的出口同时与三柱塞泵站相通，所述第一截止阀的两端分别与海水泵的两端相通，所述I口与第一开放式水箱相连，所述一号手压泵与所述第二截止阀或者所述第五截止阀的控制腔相连，所述二号手压泵与所述第三截止阀或者所述第四截止阀的控制腔相连，所述三号手压泵与所述控制阀组的补偿腔相连，第二开放式水箱与所述三柱塞泵站相连。
进一步的，所述安全阀的开启压力大于平衡阀开启压力，同时小于所述平衡阀开启压力与所述第四截止阀的反向开启压力之和。
进一步的，其还包括过滤器，开放式水箱还包括第三开放式水箱，所述三柱塞泵站入口与所述过滤器相连，所述过滤器与所述第三开放式水箱相连。
进一步的，所述安全阀的功能由外接安全阀来实现。
进一步的，所述三柱塞泵站由三柱塞泵、电机、溢流阀组成，并且所述溢流阀的出口与所述第二开放式水箱相连，三柱塞泵站的出口压力由所述溢流阀控制。
进一步的，三个所述手压泵均采用液压油作为驱动介质，在所述模拟试验系统工作过程中，能通过观察多个开放式水箱中的液体成份来判断是否有液压油进入水路，同样可以观察所述手压泵油箱中的液体成份来判断是否有水进入油路，三个手压泵上均配备有压力表，在开启所述截止阀的过程中，可以通过观察压力表的数值来计算实际开启所述截止阀的压力。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1.本发明中，设计了控制阀组，控制阀组的开启与关闭由一号手压泵和二号手压泵来控制，一号手压泵控制第二截止阀或者第五截止阀，二号手压泵控制第三截止阀或者第四截止阀，独立的控制方式使得试验现象更加明显，手压泵上安装有压力表，在控制各截止阀开启时，观察手压泵压力表的示数与三柱塞泵站的压力表的示数之间的差值就可以计算得到实际开启各截止阀所需的压力值，对后续确定液压源的压力值具有重要的指导意义。
2.控制阀组的补偿腔与三号手压泵相连，三号手压泵始终保持与三柱塞泵站同等大小的压力，以模拟海洋环境压力，三个手压泵均采用液压油作为驱动介质，在试验过程中，可以观察开放式水箱中的液体成份从而判断是否有液压油进入水路，同样的，可以观察所述手压泵的油箱中的液体成份从而判断是否有水进入油路，进而判断控制阀组的密封性能是否可靠，泄漏位置与泄漏量都可以直接在试验过程中观测得到。
3.本发明中陆地全海深工况模拟试验系统在试验过程中，控制阀组的各项功能以及海水泵的功率、流量均可以直接通过观察或者仪表测量得到，试验现象更加明显，与运用压力筒进行的全海深工况模拟试验相比，海水泵的功率和流量测量的数值更加准确与直观。
4.本发明中，注水阀的结构所产生的流体阻力有可能会使海水泵产生一定程度上的压力与流量脉动，海水泵的出口端装配有压力表，海水泵出口的压力脉动和流量脉动程度均可以通过压力表以及出口流量直接得到，有利于后续针对海水泵以及控制阀组进行结构与参数等方面地优化。
5.与运用压力筒进行的全海深工况模拟试验相比，本发明系统显著的试验现象意味着可以暴露出更微小的问题，可以更全面地了解可调压载装置的性能与特点，为后续针对可调压载装置进行改进与优化提供了更多的依据。
6.本发明的陆地全海深工况模拟试验系统的安装与试验均可以在试验台架上完成，试验前的准备工作较为简单，且安装方式得到了大大地简化，节省了时间与资源，与运用压力筒进行的全海深工况模拟试验相比，同样的时间内，陆地全海深工况模拟试验可以进行更多次，针对具体问题的研究与试验的效率有了显著地提高，极大地加快了试验进程。
附图说明
图1是本发明实施例提供的陆地全海深工况模拟试验系统的结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-三柱塞泵站，2-过滤器，3-安全阀，4-平衡阀，5.1-第一截止阀，5.2-第二截止阀，5.3-第三截止阀，5.4-第四截止阀，5.5-第五截止阀，6-海水泵，7-海水泵电机，8-注水阀，9-一号手压泵，10-二号手压泵，11-三号手压泵，12.1-第一开放式水箱，12.2-第二开放式水箱，12.3-第三开放式水箱
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明公开了一种海水液压可调压载装置的全海深工况模拟试验系统，该全海深工况模拟试验系统由过滤器、控制阀组、手压泵、海水泵、三柱塞泵站、海水泵电机以及多个开放式水箱组成。控制阀组由截止阀、安全阀、平衡阀和注水阀集成，控制阀组上设有I口与II口，I口与第一开放式水箱连接，II口与三柱塞泵站(三柱塞泵站即为超高压动力源泵站)的出口连接，其中各截止阀通过一号手压泵与二号手压泵来控制开启和关闭。海洋环境运用高压柱塞泵站(高压柱塞泵站即为三柱塞泵站)与三号手压泵来进行模拟，液压源用一号手压泵与二号手压泵代替，因此可以在陆地上进行全海深工况模拟试验。本发明可以在进行压力筒试验前开展初期试验，以获得截止阀控制腔开启压力、海水泵负载等初期数据，用于指导后续试验工作。
图1是本发明实施例提供的陆地全海深工况模拟试验系统的结构示意图，由图可知，本发明提供了一种陆地全海深工况模拟试验系统，该陆地全海深工况模拟试验系统包括过滤器2、控制阀组、多个手压泵、三柱塞泵站1、海水泵6、海水泵电机7以及多个开放式水箱。
其中，所述控制阀组由第一截止阀5.1、第二截止阀5.2、第五截止阀5.5、第三截止阀5.3、第四截止阀5.4、注水阀8、平衡阀4以及安全阀3组成。其中，所述海水泵6的出口与所述平衡阀4以及所述安全阀3的入口相连，所述海水泵6的入口与所述第二截止阀5.2以及所述第三截止阀5.3的出口相连，所述安全阀3的功能由外接安全阀来实现，并且所述安全阀3的出口与所述第二开放式水箱12.2相连，所述安全阀3的开启压力大于平衡阀4开启压力，同时小于所述平衡阀4开启压力与所述第四截止阀5.4的反向开启压力之和，所述平衡阀4的出口与所述注水阀8的入口以及所述第四截止阀5.4的入口相连，所述注水阀8的出口与所述第五截止阀5.5的入口相连，所述第二截止阀5.2的入口和所述第五截止阀5.5的出口同时与第一开放式水箱12.1相连，所述第三截止阀5.3的入口和所述第四截止阀5.4的出口同时与所述三柱塞泵站1相通，所述第五截止阀5.1的两端分别与海水泵6的两端相通。所述控制阀组形成有I口与II口，所述I口与第一开放式水箱12.1相连，所述II口与所述三柱塞泵站1相连，所述三柱塞泵站1由三柱塞泵、电机、溢流阀组成，并且所述溢流阀的出口与所述第二开放式水箱12.2相连，其中，所述三柱塞泵站1的出口压力由所述溢流阀控制。
所述一号手压泵9与所述第二截止阀5.2或者所述第五截止阀5.5的控制腔相连，所述二号手压泵10与所述第三截止阀5.3与所述第四截止阀5.4的控制腔相连，所述三号手压泵11与所述控制阀组的补偿腔相连，所述模拟试验系统通过所述一号手压泵9、所述二号手压泵10模拟液压源功能，所述三柱塞泵站1、所述三号手压泵11模拟海洋环境，所述第三开放式水箱12.3模拟压载水舱并且为所述三柱塞泵站1提供水源，同时第二开放式水箱12.2与安全阀3以及所述三柱塞泵站1溢流阀的出口相连。此外，三个所述手压泵均采用液压油作为驱动介质，在所述模拟试验系统工作过程中，可以通过观察多个开放式水箱中的液体成份来判断是否有液压油进入水路，同样可以观察所述手压泵油箱中的液体成份来判断是否有水进入油路。所述手压泵上配备有压力表，在开启所述截止阀的过程中，可以通过观察压力表的数值来计算实际开启所述截止阀的压力，如此可以直观地观测系统的性能，详实地记录试验的数据。
本发明的海水液压可调压载装置的全海深工况模拟试验系统在不同工况下的工作情况分别为：
(1)陆地全海深工况模拟试验系统进行试验前
按照系统原理图将试验装置安装完毕，其中，所述一号手压泵9、所述二号手压泵10暂时不与任何截止阀相连，开启所述三柱塞泵站1，并且将所述三号手压泵11压力调整为与所述三柱塞泵站1出口压力相等。试验过程中，以一定的速度梯度提高压力，此压力即为模拟的海洋环境压力。
(2)陆地全海深工况模拟试验系统进行注水工况时
将所述一号手压泵9与所述第五截止阀5.5的控制腔相连，将所述二号手压泵10与所述第三截止阀5.3的控制腔相连，提高所述二号手压泵10的出口压力，直到开启所述第三截止阀5.3，开启所述海水泵电机7，此时所述海水泵6出口流量将会通过所述安全阀3直接进入所述第二开放式水箱12.2，待所述海水泵6平稳运行一段时间后，逐渐提高所述一号手压泵9的出口压力，当所述控制阀组I口有流量时，所述可调压载装置的注水功能得到了实现，此时所述一号手压泵9的压力、二号手压泵10的压力与所述三柱塞泵站1的压力的差值即为液压源实际所需要提供的压力。
(3)陆地全海深工况模拟试验系统进行排水工况时
将所述一号手压泵9与所述第二截止阀5.2的控制腔相连，将所述二号手压泵10与所述第四截止阀5.4的控制腔相连，提高所述一号手压泵9的出口压力，直到开启所述第一截止阀5.2，开启所述海水泵电机7，此时所述海水泵6出口流量将会通过所述安全阀3直接进入所述第二开放式水箱12.2，待所述海水泵6平稳运行一段时间后，逐渐提高所述二号手压泵10的出口压力，当所述三柱塞泵站1的溢流阀出口流量增加时，排水功能得到了实现，此时所述一号手压泵9的压力、二号手压泵10的压力与所述三柱塞泵站1的压力的差值即为液压源实际所需要提供的压力。
本发明提供的陆地全海深工况模拟试验系统，所述陆地全海深工况模拟试验系统的安装与试验可以完全在试验台架上完成，试验过程的难度与复杂程度得到了大大地降低。在试验过程中，可以通过计算所述手压泵与所述三柱塞泵站1的压力差值得到实际工作中所需的开启所述截止阀的液压源压力，同时，泄漏情况可以直接观测得到，甚至可以具体观察到泄漏位置并测量泄漏量，海水泵6的运转情况同样可以在试验过程中进行观察与记录。相关数据的获取与记录更加直观与充分，为后续针对可调压载装置进行地改进或者优化提供了更有力的依据。
本发明中，三个手压泵采用液压油作为驱动介质，在模拟试验系统工作过程中，可以通过观察开放式水箱中的液体成份来判断是否有液压油进入水路，同样也可以观察手压泵油箱中的液体成份来判断是否有水进入油路。手压泵上配备有压力表，在开启控制阀组的截止阀的过程中，可以通过观察压力表的数值来计算实际开启控制阀组的截止阀所需的压力。陆地全工况模拟试验系统可以直观地观测系统的性能，详实地记录试验的数据，装拆简单，极大地加快了试验的进程，可以为后续试验提供指导。
本发明中陆地全海深工况模拟试验系统即为海水液压可调压载装置的全海深工况模拟试验系统。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种海水液压可调压载装置的全海深工况模拟试验系统，其特征在于，其包括控制阀组、三个手压泵、三柱塞泵站以及开放式水箱，其中，控制阀组由多个阀集成，其包括多个截止阀，集成的控制阀组上设有I口与II口，I口与开放式水箱连接，II口与三柱塞泵站的出口连接，三个手压泵分别为一号手压泵、二号手压泵以及三号手压泵，其中各个截止阀通过一号手压泵和二号手压泵来控制开启和关闭，采用三柱塞泵站与三号手压泵模拟海洋环境，采用一号手压泵和二号手压泵模拟液压源，采用开放式水箱模拟压载水舱并且为三柱塞泵站提供水源；
系统还包括海水泵(6)，并且，所述控制阀组还包括注水阀(8)、平衡阀(4)以及安全阀(3)，截止阀包括第一截止阀(5.1)、第二截止阀(5.2)、第三截止阀(5.3)、第四截止阀(5.4)以及第五截止阀(5.5)，开放式水箱包括第一开放式水箱(12.1)和第二开放式水箱(12.2)，其中，
所述海水泵(6)的出口与所述平衡阀(4)入口以及所述安全阀(3)的入口相连，所述海水泵(6)的入口与所述第二截止阀(5.2)出口以及所述第三截止阀(5.3)的出口相连，并且所述安全阀(3)的出口与所述第二开放式水箱(12.2)相连，所述平衡阀(4)的出口与所述注水阀(8)的入口以及所述第四截止阀(5.4)的入口相连，所述注水阀(8)的出口与所述第二截止阀(5.2)的入口相连，所述第二截止阀(5.2)的入口和所述第五截止阀(5.5)的出口同时与第一开放式水箱(12.1)相连，所述第三截止阀(5.3)的入口和所述第四截止阀(5.4)的出口同时与三柱塞泵站(1)相通，所述第一截止阀(5.1)的两端分别与海水泵(6)的两端相通，
所述I口与第一开放式水箱(12.1)相连，
所述一号手压泵(9)与所述第二截止阀(5.2)或者所述第五截止阀(5.5)的控制腔相连，所述二号手压泵(10)与所述第三截止阀(5.3)或者所述第四截止阀(5.4)的控制腔相连，所述三号手压泵(11)与所述控制阀组的补偿腔相连，第二开放式水箱(12.2)与所述三柱塞泵站(1)相连；
所述系统用于在陆地上进行全海深工况模拟试验。
2.如权利要求1所述的海水液压可调压载装置的全海深工况模拟试验系统，其特征在于，所述安全阀(3)的开启压力大于平衡阀(4)开启压力，同时小于所述平衡阀(4)开启压力与所述第四截止阀(5.4)的反向开启压力之和。
3.如权利要求2所述的海水液压可调压载装置的全海深工况模拟试验系统，其特征在于，其还包括过滤器(2)，开放式水箱还包括第三开放式水箱(12.3)，所述三柱塞泵站入口与所述过滤器(2)相连，所述过滤器(2)与所述第三开放式水箱(12.3)相连。
4.如权利要求3所述的海水液压可调压载装置的全海深工况模拟试验系统，其特征在于，所述安全阀(3)的功能由外接安全阀来实现。
5.如权利要求4所述的海水液压可调压载装置的全海深工况模拟试验系统，其特征在于，所述三柱塞泵站由三柱塞泵、电机、溢流阀组成，并且所述溢流阀的出口与所述第二开放式水箱(12.2)相连，三柱塞泵站(1)的出口压力由所述溢流阀控制。
6.如权利要求4所述的海水液压可调压载装置的全海深工况模拟试验系统，其特征在于，三个所述手压泵均采用液压油作为驱动介质，在所述模拟试验系统工作过程中，能通过观察多个开放式水箱中的液体成份来判断是否有液压油进入水路，同样可以观察所述手压泵油箱中的液体成份来判断是否有水进入油路，
三个手压泵上均配备有压力表，在开启所述截止阀的过程中，通过观察压力表的数值来计算实际开启所述截止阀的压力。
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