CN110748312A - 一种带有电机增压的取芯器主动补压结构及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有电机增压的取芯器主动补压结构及方法，包括压力舱、柱塞泵、电机和传动机构，所述柱塞泵的缸体与压力舱内部相通，所述传动机构用于将电机的旋转运动转化为柱塞与缸体的相对直线运动；所述传动机构为丝杠传动滑台，丝杠传动滑台的丝杠与电机连接，丝杠传动滑台的滑块与柱塞泵的缸体连接，柱塞泵的柱塞与基座连接。本发明能对压力舱进行主动补压，能实现反馈调节，利于保证保压效果，对深海沉积物保压取芯具有重要意义。

Description

一种带有电机增压的取芯器主动补压结构及方法
技术领域
本发明涉及保压取芯技术领域，尤其涉及一种带有电机增压的取芯器主动补压结构及方法。
背景技术
海底钻机在深海获取样品后，需要保真舱保压控制装置在原位环境对样品进行保压密封。在深海沉积物保压取芯过程中，由于密封手段不完善、装配不精确、钻机内外压差改变等问题，保真舱难免发生泄漏。此时，压力补偿尤为重要。然而，目前压力补偿仅仅是通过储能器（气垫式、弹簧式等）来进行半主动式保压，保压效果无法得到保证。
发明内容
本发明旨在提供一种带有电机增压的取芯器主动补压结构及方法，可对压力舱进行主动补压，对深海沉积物保压取芯具有重要意义。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种带有电机增压的取芯器主动补压结构，包括压力舱、柱塞泵、电机和传动机构，所述柱塞泵的缸体与压力舱内部相通，所述传动机构用于将电机的旋转运动转化为柱塞与缸体的相对直线运动。
进一步的，所述传动机构为丝杠传动滑台，丝杠传动滑台的丝杠与电机连接，丝杠传动滑台的滑块与柱塞泵的缸体连接，柱塞泵的柱塞与基座连接。
其中，所述压力舱包括筒体、用于密封筒体上端的上端密封装置和用于密封筒体下端的下端密封装置。
进一步的，上端密封装置包括上端堵头，所述上端堵头与筒体螺纹连接，上端堵头上预留有连通筒体内部的介质通道，所述柱塞泵的出口与介质通道相连通。
进一步的，上端堵头与筒体内壁间采用密封圈加装挡圈形成密封。
进一步的，所述下端密封装置包括下端堵头，所述下端堵头与筒体螺纹连接。
进一步的，下端堵头与筒体内壁间采用密封圈加装挡圈形成密封。
或者，所述下端密封装置包括翻板阀，所述翻板阀包括阀座和阀瓣，阀瓣与阀座密封配合。
进一步的，所述翻板阀通过弹簧、安装环和外螺纹部件固定在筒体内；所述阀座底面与外螺纹部件相抵，外螺纹部件与筒体内壁螺纹连接；
所述弹簧压缩在阀瓣与安装环之间，所述筒体内壁有用于抵持安装环的内台阶，所述弹簧上端顶在安装环上使安装环抵持在内台阶上，弹簧下端顶在阀瓣上给阀瓣提供初始密封压力，所述阀座与筒体间设有密封圈。
进一步的，所述压力舱内安装有压力传感器。
利用上述取芯器主动补压结构主动补压的方法，当检测到压力舱内压力低于预设压力时，电机运行，使压力舱的密封工作容腔减小实现增压。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1，本发明能对压力舱进行主动补压，能实现反馈调节，利于保证保压效果，对深海沉积物保压取芯具有重要意义；
2，本发明还可以用于测试不同翻板阀的密封性能和变形量，验证不同结构、不同形状的翻板阀的保压能力。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是实施例一中压力舱的结构示意图；
图3是实施例一中翻板阀安装在压力舱中时的示意图；
图4是压力舱处于水平位置的示意图；
图5是压力舱处于竖直位置的示意图；
图6是实施例二中压力舱的结构示意图。
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，对本发明进行进一步详细说明。
实施例一
如图1、2所示，本实施例公开的带有电机增压的取芯器主动补压结构，包括压力舱1、柱塞泵、电机3和传动机构，柱塞泵的缸体22与压力舱1内部相通，传动机构用于将电机3的旋转运动转化为柱塞21与缸体22的相对直线运动。通过柱塞21与缸体22的相对运动来减小缸体22的有效体积，进而使压力舱1的密封工作容腔的容积减小来实现增压，其额定压力高、结构紧凑、效率高。
本实施例中传动机构为丝杠传动滑台4，丝杠传动滑台4的丝杠41与电机3连接，丝杠传动滑台4的滑块42与柱塞泵的缸体22连接，柱塞泵的柱塞21与基座43连接，通过电机3的旋转，带动缸体22直线运动。
在另一个实施例中也可将滑块42与柱塞21连接，带动柱塞21直线运动。
本发明能对压力舱进行主动补压，能实现反馈调节，利于保证保压效果，对深海沉积物保压取芯具有重要意义。
本发明的电机增压方式可以应用于取芯器保压舱保压特性试验平台中为测试舱提供高压环境。具体如下，压力舱1包括筒体11、用于密封筒体11上端的上端密封装置和用于密封筒体11下端的下端密封装置。
如图2所示，上端密封装置包括上端堵头12，下端密封装置包括下端堵头13，上端堵头12和下端堵头13均与筒体11螺纹连接，上端堵头12上预留有连通筒体11内部的介质通道15，将柱塞泵的出口与介质通道15相连通。
下端密封装置包括下端堵头13，下端堵头13与筒体11螺纹连接。上端堵头12和下端堵头13与筒体11内壁间均采用密封圈14加装挡圈形成密封。密封圈14采用聚氨酯密封圈，可耐高温高压。
通过电机增压使压力舱1内保持高压，利于测试压力舱1的耐压特性，了解其在不同工况条件下的变形特性，可验证设计方案的可行性与科学性，便于从结构上、材料上对该保真舱进行改进，能够为保真取芯钻机的研发与设计提供试验依据与数据支撑。
如图3所示，将本发明用于测试保压舱内部零件的应变。以测试取芯器内的翻板阀为例。翻板阀包括阀座51和阀瓣52，阀瓣52与阀座51密封配合。
本实施例中翻板阀通过弹簧6和安装环7固定在筒体11内；阀座51外端与下端堵头13相抵。弹簧6压缩在阀瓣52与安装环7之间，筒体11内壁有用于抵持安装环7的内台阶16，弹簧6上端顶在安装环7上使安装环7抵持在内台阶16上，弹簧6下端顶在阀瓣52上给阀瓣52提供初始密封压力，阀座51与筒体11间设有密封圈。
如图4、5所示，测试时可将压力舱1安装在旋转机构8上，使压力舱1可整体旋转并实现90°和180°两个位置的固定，使压力舱1能够在水平位置和竖直位置开始相关测试工作。旋转机构8包括支架81、工件固定座83、轴承座82和水平位限位板84，压力舱1固定在工件固定座83上，工件固定座83上设有两水平轴85，水平轴85与压力舱1的轴线垂直。
两水平轴85通过轴承支承在轴承座82上，轴承座82与支架81固接，水平位限位板84竖直立放并与支架81固接，水平位限位板84具有与压力舱1外形匹配的限位缺口，限位缺口开口于水平位限位板84的上方。水平位限位板84上装有水平销87，工件固定座83上有与水平销87适配的销孔88，销孔88与水平轴85垂直。
如图4所示，当压力舱1水平放置时，压力舱1一端位于水平位限位板84的限位缺口中，并用压条86将限位缺口挡住，从而将压力舱1固定在水平位，压条86与水平位限位板84螺钉连接。此时销孔88与竖直面平行。
当需要调整压力舱1到竖直位时，拧松螺钉，取下压条86，转动压力舱1至竖直位。如图5所示，此时销孔88与水平面平行，且与水平位限位板84上的水平销87正对，然后将水平位限位板84上的水平销87插入销孔88中，从而将压力舱1固定在竖直位。
压力舱1内安装有压力传感器10。利用上述取芯器主动补压结构主动补压的方法，当检测到压力舱1内压力低于预设压力时，电机3运行，使压力舱1的密封工作容腔减小实现补压。
本发明对压力舱内部进行补压，可使压力舱1内保持高压环境，便于测试压力舱1高压的情况，又能测试内部零部件的耐压特性。
阀板阀的安装固定方便，快捷，便于更换不同结构和形状的翻板阀，便于验证不同结构、不同形状的翻板阀的耐压性能。密封性能的测试可采用在通入舱体的液体介质中加入荧光剂，利用荧光仪检测泄露路径的方式进行测试；也可通过安装多个声发射传感器，利用声学检测仪来进行阀泄露检测；变形量可通过安装应变片等方式监测。变形情况可通过粘贴应变片的方式进行监测。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于：如图6所示，本实施例中下端密封装置包括翻板阀。翻板阀通过弹簧6、安装环7和外螺纹部件17固定在筒体11内；阀座51底面与外螺纹部件17相抵，外螺纹部件17与筒体11内壁螺纹连接。
弹簧6压缩在阀瓣52与安装环7之间，筒体11内壁有用于抵持安装环7的内台阶16，弹簧6上端顶在安装环7上使安装环7抵持在内台阶16上，弹簧6下端顶在阀瓣52上给阀瓣52提供初始密封压力，阀座51与筒体11间设有密封圈。
外螺纹部件17中空，利用3D激光传感器可从该中空部分对阀瓣52的外表面进行三维激光扫描，测量阀瓣52外表面的三维应变。
当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种带有电机增压的取芯器主动补压结构，其特征在于：包括压力舱、柱塞泵、电机和传动机构，所述柱塞泵的缸体与压力舱内部相通，所述传动机构用于将电机的旋转运动转化为柱塞与缸体的相对直线运动。
2.根据权利要求1所述的取芯器主动补压结构，其特征在于：所述传动机构为丝杠传动滑台，丝杠传动滑台的丝杠与电机连接，丝杠传动滑台的滑块与柱塞泵的缸体连接，柱塞泵的柱塞与基座连接。
3.根据权利要求1所述的取芯器主动补压结构，其特征在于：所述压力舱包括筒体、用于密封筒体上端的上端密封装置和用于密封筒体下端的下端密封装置。
4.根据权利要求3所述的取芯器主动补压结构，其特征在于：上端密封装置包括上端堵头，所述上端堵头与筒体螺纹连接，上端堵头上预留有连通筒体内部的介质通道，所述柱塞泵的出口与介质通道相连通。
5.根据权利要求4所述的取芯器主动补压结构，其特征在于：所述下端密封装置包括下端堵头，所述下端堵头与筒体螺纹连接。
6.根据权利要求5所述的取芯器主动补压结构，其特征在于：下端堵头和上端堵头与筒体内壁间均采用密封圈加装挡圈形成密封。
7.根据权利要求3或4所述的取芯器主动补压结构，其特征在于：所述下端密封装置包括翻板阀，所述翻板阀包括阀座和阀瓣，阀瓣与阀座密封配合。
8.根据权利要求7所述的取芯器主动补压结构，其特征在于：所述翻板阀通过弹簧、安装环和外螺纹部件固定在筒体内；所述阀座底面与外螺纹部件相抵，外螺纹部件与筒体内壁螺纹连接；
所述弹簧压缩在阀瓣与安装环之间，所述筒体内壁有用于抵持安装环的内台阶，所述弹簧上端顶在安装环上使安装环抵持在内台阶上，弹簧下端顶在阀瓣上给阀瓣提供初始密封压力，所述阀座与筒体间设有密封圈。
9.根据权利要求1、2、3、4、5、6或8所述的取芯器主动补压结构，其特征在于：所述压力舱内安装有压力传感器。
10.利用权利要求1-9中任一项所述的取芯器主动补压结构主动补压的方法，其特征在于：当检测到压力舱内压力低于预设压力时，电机运行，使压力舱的密封工作容腔减小实现增压。
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