CN110608878B - 一种模拟深海环境旋转运动密封圈密封性能的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟深海环境旋转运动密封圈密封性能的检测装置，包括高压筒；高压筒中设有活塞，活塞两端对称设有一组测试密封圈，活塞一端与驱动马达连接；转速传感器固定在高压筒排气口上，磁铁固定在马达轴上；液压装置A与驱动马达连接，漏水传感器对称分布在高压筒两端底部，高压筒中间位置通过高压管连接液压装置B；高压管上设有压力传感器、温度传感器；转速传感器、压力传感器、温度传感器、漏水传感器均连接控制器，控制器连接液压装置A和液压装置B。本发明通过液压装置B为高压筒提供不同环境，液压装置A驱动马达中马达轴使高压筒内活塞旋转运动，在活塞旋转运动过程中通过漏水传感器检测密封圈在不同环境下的密封性能。

Description

一种模拟深海环境旋转运动密封圈密封性能的检测装置

技术领域

本发明涉及海洋工程领域，特别涉及一种模拟深海环境旋转运动密封圈密封性能的检测装置。

背景技术

海洋中蕴藏着丰富的油气、生物、金属矿产等资源，深海装备在这些资源开发过程中起到至关重要的作用。在进行深海在进行深海生物资源开发利用的过程中，深海高压密封是突破深海高压屏障获取深海生物资源的重要基础，尤其是以电磁为基础的控制系统，对密封环境的要求更为苛刻。随着我国深海装备技术的发展，对密封件的密封性能的要求越来越高。目前在密封圈密封性能检测装置方面基本局限于单一环境下的分析，对模拟深海环境下密封圈的密封性能检测装置很少。鉴于深海装备特殊的作业环境，在深海作业过程中，一旦系统密封结构的密封性能失效，不仅导致作业无法完成，可能造成安全隐患。因此，亟待研制一种模拟深海环境旋转运动密封圈密封性能的检测装置。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种结构简单、自动化程度高、控制精度高的模拟深海环境旋转运动密封圈密封性能的检测装置。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种模拟深海环境旋转运动密封圈密封性能的检测装置，包括液压装置A、液压装置B、高压筒、活塞、密封圈、转速传感器、压力传感器、温度传感器、漏水传感器、控制器；所述的高压筒的外层设有保温层Ⅰ，高压筒中设有活塞，活塞为H形状，活塞可在高压筒中旋转运动，所述活塞两端对称设有一组测试密封圈，活塞通过测试密封圈与高压筒内腔形成密封结构，活塞的一端与驱动马达的马达轴连接；所述转速传感器固定在高压筒排气口上，磁铁固定在马达轴上且与转速传感器位于同一竖直平面上；所述液压装置A与驱动马达连接，所述漏水传感器对称分布在高压筒两端底部位置，用于检测测试密封圈是否泄漏，高压筒中间位置的顶部和底部分别设有高压管接口，高压筒顶部的高压管接口通过高压管Ⅰ连接液压装置B，高压筒底部的高压管接口通过高压管Ⅱ连接液压装置B；高压管Ⅰ和高压管Ⅱ上均设有压力传感器、温度传感器、蓄能器、温度表；所述转速传感器、压力传感器、温度传感器、漏水传感器的信号输出端均连接控制器，所述控制器连接液压装置A和液压装置B。

上述模拟深海环境旋转运动密封圈密封性能的检测装置，所述液压装置A包括油箱、电磁换向阀、单向阀Ⅰ、溢流阀Ⅰ、压力表Ⅰ、比例调速阀、液压泵Ⅰ、电机Ⅰ和过滤器Ⅰ，所述油箱依次经过滤器Ⅰ、液压泵Ⅰ、单向阀Ⅰ、比例调速阀后与电磁换向阀的进油口相连，电机Ⅰ与液压泵Ⅰ相连，电磁换向阀的两个出油口均与驱动马达相连，电磁换向阀、比例调速阀的控制端与控制器相连，电磁换向阀的回油口接至油箱，单向阀Ⅰ与比例调速阀之间设有溢流阀Ⅰ和压力表Ⅰ，溢流阀Ⅰ的出油口接至油箱，压力表Ⅰ的信号输出端与控制器相连。

上述模拟深海环境旋转运动密封圈密封性能的检测装置，所述液压装置B包括水箱、单向阀Ⅱ、溢流阀Ⅱ、压力表Ⅱ、比例调压阀、液压泵Ⅱ、电机Ⅱ、过滤器Ⅱ、冷热水机组，所述水箱的外层设有保温层Ⅱ，水箱中的水依次经冷热水机组、过滤器Ⅱ、液压泵Ⅱ、单向阀Ⅱ、比例调压阀后，通过高压管Ⅰ、高压管Ⅱ与高压筒顶部和底部的高压管接口相连，电机Ⅱ与液压泵Ⅱ相连，冷热水机组、比例调压阀的控制端与控制器相连；所述单向阀Ⅱ与比例调压阀之间设有溢流阀Ⅱ，溢流阀Ⅱ的出水口接至水箱。

上述模拟深海环境旋转运动密封圈密封性能的检测装置，所述高压管Ⅱ的一端连接高压筒底部的高压管接口，高压管Ⅱ的另一端分为第一支路和第三支路，其中第一支路经第一截止阀后连接比例调压阀的出水口，第三支路经第三截止阀后接至水箱；高压管Ⅰ的一端连接高压筒顶部的高压管接口，高压管Ⅰ的另一端分为第二支路和第四支路，其中第二支路经第二截止阀后连接比例调压阀的出水口，第四支路经第四截止阀后接至水箱。

上述模拟深海环境旋转运动密封圈密封性能的检测装置，还包括显示电路，显示电路与控制器相连。

上述模拟深海环境旋转运动密封圈密封性能的检测装置，还包括复位电路，复位电路与控制器相连。

上述模拟深海环境旋转运动密封圈密封性能的检测装置，还包括故障复位电路，故障复位电路与控制器相连。

上述模拟深海环境旋转运动密封圈密封性能的检测装置，高压筒内活塞做旋转运动过程中所产生压力的波动，由蓄能器提供。

上述模拟深海环境旋转运动密封圈密封性能的检测装置，所述比例调压阀的调压范围在0~110MPa，冷水机组的调温范围在2~100℃。

本发明的有益效果在于：本发明设有控制器、转速传感器、压力传感器、温度传感器、漏水传感器，转速传感器、压力传感器、温度传感器、漏水传感器分别实时监测驱动马达的转速信号、高压筒中的压力、高压筒中的温度、高压筒中泄露情况；控制器接收转速传感器、压力传感器、温度传感器、漏水传感器采集的信号，输出相应的控制信号至用于控制驱动马达转速的比例调速阀，通过控制驱动马达转速来控制活塞的转动速度。本发明可以检测压力范围在0~110MPa，温度在2~100℃环境下密封圈密封性能情况，并且通过高压筒左右两侧漏水传感器检测活塞左右密封圈失效情况，具有结构简单、稳定可靠的优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的电路结构框图。

图3为本发明控制器的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1、2所示，一种模拟深海环境旋转运动密封圈密封性能的检测装置，包括液压装置A、液压装置B、高压筒14、活塞16、密封圈、转速传感器13、压力传感器26、温度传感器15、漏水传感器、控制器、显示电路、复位电路、故障复位电路；所述的高压筒14的外层设有保温层Ⅰ18，高压筒14中设有活塞16，活塞16为H形状，活塞16可在高压筒14中旋转运动，所述活塞16两端对称设有一组测试密封圈，活塞16通过测试密封圈与高压筒14内腔形成密封结构，测试密封圈包括左边密封圈20和右边密封圈2001；活塞16的一端与驱动马达10的马达轴12连接；所述转速传感器13（该传感器的结构在专利号为200820052813.5的专利中已公开）固定在高压筒14排气口上，磁铁27固定在马达轴12上且与转速传感器13位于同一竖直平面上；所述液压装置A与驱动马达10连接，所述漏水传感器对称分布在高压筒14两端底部位置，用于检测测试密封圈是否泄漏，漏水传感器分为左侧漏水传感器19和右侧漏水传感器1901；高压筒14中间位置的顶部和底部分别设有高压管接口，高压筒14顶部的高压管接口通过高压管Ⅰ连接液压装置B，高压筒14底部的高压管接口通过高压管Ⅱ连接液压装置B；高压管Ⅰ和高压管Ⅱ上均设有压力传感器26、温度传感器15、蓄能器17、温度表28；高压筒14内活塞16做旋转运动过程中所产生压力的波动，由蓄能器17提供；所述转速传感器13、压力传感器26、温度传感器15、漏水传感器的信号输出端均连接控制器，所述控制器连接显示电路、复位电路、故障复位电路、液压装置A和液压装置B。

所述液压装置A包括油箱1、电磁换向阀9、单向阀Ⅰ5、溢流阀Ⅰ6、压力表Ⅰ7、比例调速阀8、液压泵Ⅰ3、电机Ⅰ4和过滤器Ⅰ2，所述油箱1依次经过滤器Ⅰ2、液压泵Ⅰ3、单向阀Ⅰ5、比例调速阀8后与电磁换向阀9的进油口相连，电机Ⅰ4与液压泵Ⅰ3相连，电磁换向阀9的两个出油口均与驱动马达10相连，电磁换向阀9、比例调速阀8的控制端与控制器相连，电磁换向阀9的回油口接至油箱1，单向阀Ⅰ5与比例调速阀8之间设有溢流阀Ⅰ6和压力表Ⅰ7，溢流阀Ⅰ6的出油口接至油箱1，压力表Ⅰ7的信号输出端与控制器相连。

所述液压装置B包括水箱25、单向阀Ⅱ501、溢流阀Ⅱ601、压力表Ⅱ701、比例调压阀23、液压泵Ⅱ301、电机Ⅱ401、过滤器Ⅱ201、冷热水机组24，所述水箱25的外层设有保温层Ⅱ1801，水箱25中的水依次经冷热水机组24、过滤器Ⅱ201、液压泵Ⅱ301、单向阀Ⅱ501、比例调压阀23后，通过高压管Ⅰ、高压管Ⅱ与高压筒14顶部和底部的高压管接口相连，电机Ⅱ401与液压泵Ⅱ301相连，冷热水机组24、比例调压阀23的控制端与控制器相连；所述单向阀Ⅱ501与比例调压阀23之间设有溢流阀Ⅱ601，溢流阀Ⅱ601的出水口接至水箱25。所述比例调压阀23的调压范围在0~110MPa，冷水机组的调温范围在2~100℃。

所述高压管Ⅱ的一端连接高压筒14底部的高压管接口，高压管Ⅱ的另一端分为第一支路和第三支路，其中第一支路经第一截止阀21后连接比例调压阀23的出水口，第三支路经第三截止阀2101后接至水箱25；高压管Ⅰ的一端连接高压筒14顶部的高压管接口，高压管Ⅰ的另一端分为第二支路和第四支路，其中第二支路经第二截止阀22后连接比例调压阀23的出水口，第四支路经第四截止阀2201 后接至水箱25。

如图3所示，控制器的主控芯片的型号是STC89C51，图3中P1.0作为压力传感器26接入口，P1.1作为漏水传感器接入口，P1.2作为温度传感器15接入口，P1.3作为转速传感器13接入口。P2.3作为升速输出端，P2.4作为降速输出端。端口K1，K2，K3作为按键SET、按键DOWN、按键UP的输入，可以手动控制脉冲发送频率，经单片机处理后转化为相应的脉冲信号来控制比例调速阀88，进而控制驱动马达10的转动速度。P1.3测得的实际位置信号与单片机给出的位置信号进行比较，通过PID控制调整驱动马达10的转动速度。

本发明的工作过程如下：

当系统需要检测密封圈在高压低温环境时的密封性能时，水箱25中的水经过冷热水机组24制冷，使水的温度达到预定温度，通过温度表28观察系统温度数值，打开第二截止阀22，关闭第四截止阀2201 、第一截止阀21、第三截止阀2101，水依次经过滤器Ⅱ201、液压泵Ⅱ301、单向阀Ⅱ501、比例调压阀23，调节比例调压阀23使系统压力达到预定压力，通过压力表Ⅱ701观察压力数值，高压低温水再通过高压管输送至高压筒14活塞16内。当高压筒14活塞16内的水达到所需的温度和压力时，由压力传感器26、温度传感器15反馈，停止加压和制冷。关闭第二截止阀22，油箱1依次经过滤器Ⅰ2、液压泵Ⅰ3、单向阀Ⅰ5、比例调速阀8后与电磁换向阀9的进油口相连，调节比例调速阀8控制马达轴12的转动速度，从而控制高压筒14中活塞16转动速度，驱动马达10工作过程中，电磁换向阀9左位工作，驱动马达10停止工作时，电磁换向阀9中位工作，在活塞16转动运动过程中，所产生压力的波动，由蓄能器17提供。当活塞16左边密封圈20密封失效时，水从活塞16左侧流出，此时左侧漏水传感器19发出漏水信号，控制器输入端接收来自左侧漏水传感器19的实时漏水信号、压力传感器26实时压力信号和温度传感器15实时温度信号，控制器输出端输出控制信号，控制驱动马达10转速的比例调速阀8的开度减少为零，驱动马达10的转速减少为零，打开第四截止阀2201 ，使活塞16中的水经高压管流向水箱25。当活塞16右边密封圈2001密封失效时，水从活塞16右侧流出，此时右侧漏水传感器1901发出漏水信号，控制器输入端接收来自右侧漏水传感器1901的实时漏水信号、压力传感器26实时压力信号和温度传感器15实时温度信号，控制器输出端输出控制信号，控制驱动马达10转速的比例调速阀8的开度减少为零，驱动马达10的转速减少为零，打开第四截止阀2201 ，使活塞16中的水经高压管流向水箱25。

当系统需要检测密封圈在高压高温环境时的密封性能时，水箱25中的水经过冷热水机组24加热，使水的温度达到预定温度，通过温度表28观察系统温度数值，打开第一截止阀21，关闭第三截止阀2101，第二截止阀22，第四截止阀2201 ，水依次经过滤器Ⅱ201、液压泵Ⅱ301、单向阀Ⅱ501、比例调压阀23，调节比例调压阀23使系统压力达到预定压力，通过压力表观察压力数值，高压低温水再通过高压管输送至高压筒14活塞16内。当高压筒14活塞16内的水达到所需的温度和压力时，由压力传感器26、温度传感器15反馈，停止加压和加热。关闭第一截止阀21，油箱1依次经过滤器Ⅰ2、液压泵Ⅰ3、单向阀Ⅰ5、比例调速阀8后与电磁换向阀9的进油口相连，调节比例调速阀8控制马达轴12的转动速度，从而控制高压筒14中活塞16转动速度，驱动马达10工作过程中，电磁换向阀9左位工作，驱动马达10停止工作时，电磁换向阀9中位工作，在活塞16旋转运动过程中，所产生压力的波动，由蓄能器17提供。当活塞16左边密封圈20密封失效时，水从活塞16左侧流出，此时左侧漏水传感器19发出漏水信号，控制器输入端接收来自左侧漏水传感器19的实时漏水信号、压力传感器26实时压力信号和温度传感器15实时温度信号，控制器输出端输出控制信号，控制驱动马达10转速的比例调速阀8的开度减少为零，驱动马达10的转速减少为零，打开第三截止阀2101，使活塞16中的水经高压管流向水箱25。当活塞16右边密封圈2001密封失效时，水从活塞16右侧流出，此时右侧漏水传感器1901发出漏水信号，控制器输入端接收来自右侧漏水传感器1901的实时漏水信号、压力传感器26实时压力信号和温度传感器15实时温度信号，控制器输出端输出控制信号，控制驱动马达10转速的比例调速阀8的开度减少为零，驱动马达10的转速减少为零，打开第三截止阀2101，使活塞16中的水经高压管流向水箱25。

Claims (6)

1.一种模拟深海环境旋转运动密封圈密封性能的检测装置，其特征在于：包括液压装置A、液压装置B、高压筒、活塞、测试密封圈、转速传感器、压力传感器、温度传感器、漏水传感器、控制器；所述的高压筒的外层设有保温层Ⅰ，高压筒中设有活塞，活塞为H形状，活塞可在高压筒中旋转运动，所述活塞两端对称设有一组测试密封圈，活塞通过测试密封圈与高压筒内腔形成密封结构，活塞的一端与驱动马达的马达轴连接；所述转速传感器固定在高压筒排气口上，磁铁固定在马达轴上且与转速传感器位于同一竖直平面上；所述液压装置A与驱动马达连接，所述漏水传感器对称分布在高压筒两端底部位置，用于检测测试密封圈是否泄漏，高压筒中间位置的顶部和底部分别设有高压管接口，高压筒顶部的高压管接口通过高压管Ⅰ连接液压装置B，高压筒底部的高压管接口通过高压管Ⅱ连接液压装置B；高压管Ⅰ和高压管Ⅱ上均设有压力传感器、温度传感器、蓄能器、温度表；所述转速传感器、压力传感器、温度传感器、漏水传感器的信号输出端均连接控制器，所述控制器连接液压装置A和液压装置B；

所述液压装置A包括油箱、电磁换向阀、单向阀Ⅰ、溢流阀Ⅰ、压力表Ⅰ、比例调速阀、液压泵Ⅰ、电机Ⅰ和过滤器Ⅰ，所述油箱依次经过滤器Ⅰ、液压泵Ⅰ、单向阀Ⅰ、比例调速阀后与电磁换向阀的进油口相连，电机Ⅰ与液压泵Ⅰ相连，电磁换向阀的两个出油口均与驱动马达相连，电磁换向阀、比例调速阀的控制端与控制器相连，电磁换向阀的回油口接至油箱，单向阀Ⅰ与比例调速阀之间设有溢流阀Ⅰ和压力表Ⅰ，溢流阀Ⅰ的出油口接至油箱，压力表Ⅰ的信号输出端与控制器相连；

所述液压装置B包括水箱、单向阀Ⅱ、溢流阀Ⅱ、压力表Ⅱ、比例调压阀、液压泵Ⅱ、电机Ⅱ、过滤器Ⅱ、冷热水机组，所述水箱的外层设有保温层Ⅱ，水箱中的水依次经冷热水机组、过滤器Ⅱ、液压泵Ⅱ、单向阀Ⅱ、比例调压阀后，通过高压管Ⅰ、高压管Ⅱ与高压筒顶部和底部的高压管接口相连，电机Ⅱ与液压泵Ⅱ相连，冷热水机组、比例调压阀的控制端与控制器相连；所述单向阀Ⅱ与比例调压阀之间设有溢流阀Ⅱ，溢流阀Ⅱ的出水口接至水箱；

所述高压管Ⅱ的一端连接高压筒底部的高压管接口，高压管Ⅱ的另一端分为第一支路和第三支路，其中第一支路经第一截止阀后连接比例调压阀的出水口，第三支路经第三截止阀后接至水箱；高压管Ⅰ的一端连接高压筒顶部的高压管接口，高压管Ⅰ的另一端分为第二支路和第四支路，其中第二支路经第二截止阀后连接比例调压阀的出水口，第四支路经第四截止阀后接至水箱。

2.根据权利要求1所述的模拟深海环境旋转运动密封圈密封性能的检测装置，其特征在于：还包括显示电路，显示电路与控制器相连。

3.根据权利要求1所述的模拟深海环境旋转运动密封圈密封性能的检测装置，其特征在于：还包括复位电路，复位电路与控制器相连。

4.根据权利要求1所述的模拟深海环境旋转运动密封圈密封性能的检测装置，其特征在于：还包括故障复位电路，故障复位电路与控制器相连。

5.根据权利要求1所述的模拟深海环境旋转运动密封圈密封性能的检测装置，其特征在于：高压筒内活塞做旋转运动过程中所产生压力的波动，由蓄能器提供。

6.根据权利要求1所述的模拟深海环境旋转运动密封圈密封性能的检测装置，其特征在于：所述比例调压阀的调压范围在0~110MPa，冷热水机组的调温范围在2~100℃。

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