CN207991793U - 一种模拟海洋洋流环境的水压试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟海洋洋流环境的水压试验装置，涉及海洋装备技术领域，包括环形加压设备，环形加压设备形成用于提供模拟海洋洋流环境的管状空间，管状空间用于容纳所述线状设备；用于向所述环形加压设备内的所述管状空间提供流速、压力可变的循环水的泵组；储能器组，储能器组用于稳定所述线状设备在所述环形加压设备管状空间中收放时的压力；环形加压设备、储能器组均与泵组通过管路连接。本实用新型的模拟海洋洋流环境的水压试验装置包括环形加压设备、泵组、储能器组，通过泵组与环形加压设备配合操作，获得可预设压力、流量和变化方式的仿真海洋洋流环境进行实验。

Description

一种模拟海洋洋流环境的水压试验装置

技术领域

本实用新型涉及海洋装备技术领域，具体涉及一种模拟海洋洋流环境的水压试验装置。

背景技术

线状设备在海洋中收放时，受海水压力影响的同时，还受海洋洋流的影响。为对相关影响进行研究测试，通常的做法是在地面上建立模拟静水压试验装置，通过模拟海洋环境的压力状况，可以测试及获知海水压力对线状设备的影响。但现有设备无法模拟实际海洋洋流，也无法研究海洋洋流对线状设备的影响。因此，需要一种能模拟海洋洋流环境的水压试验装置，能在地面上实现对海洋洋流环境的高仿真模拟，以适应同时对线状设备受海水压力和海洋洋流影响进行测试的需要。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种模拟海洋洋流环境的水压试验装置，能在地面上实现对海洋洋流环境的模拟。

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种模拟海洋洋流环境的水压试验装置，用于线状设备的海洋环境模拟测试，包括：

环形加压设备，所述环形加压设备形成用于提供模拟海洋洋流环境的管状空间，所述管状空间用于容纳所述线状设备；

泵组，所述泵组用于向所述环形加压设备内的所述管状空间提供流速、压力可变的循环水；

储能器组，所述储能器组用于稳定所述线状设备在所述环形加压设备管状空间中收放时的压力；

所述环形加压设备、储能器组均与所述泵组通过管路连接。

在上述技术方案的基础上，所述泵组包括储水箱、注水回路、循环水回路、加压水回路和排水回路，所述注水回路、所述循环水回路、所述加压水回路和所述排水回路相互并联，且均与所述储水箱通过管路连接；所述泵组与所述环形加压设备连接形成闭合循环管路。

在上述技术方案的基础上，所述泵组还包括用于卸除管路压力的泄压阀，所述泄压阀设于所述注水回路和所述加压水回路远离所述储水箱的一端。

在上述技术方案的基础上，所述注水回路和加压水回路两端均设有球阀，所述循环水回路和排水回路两端均设有气动球阀。

在上述技术方案的基础上，所述注水回路与所述加压水回路并联后，与第一球阀串联，随后接入储水箱；所述加压水回路包括依次连接的第四球阀、第一过滤器、加压泵、第一压力传感器、单向阀和第一气动球阀；所述循环水回路包括相互并联的第一支路和第二支路，所述第一支路包括依次连接的第二气动球阀、第二过滤器、循环泵、第二压力传感器、第三气动球阀和第四压力传感器，所述第二支路包括第四气动球阀，所述第一支路和第二支路相互连通，在所述相互连通的管路上设有第五气动球阀；所述排水回路包括依次连接的第三压力传感器、排水泵和第六气动球阀。

在上述技术方案的基础上，所述循环泵和加压泵均使用变频恒扭矩电动机驱动。

在上述技术方案的基础上，还包括辅助气源系统，所述辅助气源系统包括依次连接的空气压缩机、气源三联件和气源球阀，所述气源球阀出口与所述泵组中的气动球阀和泄压阀连接，所述辅助气源系统用于向所述泵组中的所述气动球阀和所述泄压阀提供控制气源。

在上述技术方案的基础上，所述泵组靠近所述环形加压设备一端设有高压流量计，所述高压流量计用于检测所述环形加压设备内的流量和流速。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型的模拟海洋洋流环境的水压试验装置包括环形加压设备、泵组、储能器组，通过泵组与环形加压设备配合操作，获得可预设压力、流量和变化方式的仿真海洋洋流环境进行实验。

(2)本实用新型的模拟海洋洋流环境的水压试验装置能对线状设备进行更接近实际工况的模拟海洋洋流环境的耐压性能、疲劳寿命及可靠性等模拟测试，为线状设备的设计改进提供支撑数据，将大量的不可确定因素提前得到暴露和解决，极大的提高线状设备的稳定性及可靠性。

附图说明

图1为本实用新型实施例中模拟海洋洋流环境的水压试验装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中模拟海洋洋流环境的水压试验装置中辅助气源系统结构示意图；

图中：1-环形加压设备，2-泵组，3-储能器组，4-线状设备，5-储能器，6-控制球阀，11-储水箱，12-注水回路，13-循环水回路，14-加压水回路，15-排水回路，16-第一球阀，17-第二球阀，18-第三球阀，19-第四球阀，20-第一过滤器，21-加压泵，22-第一压力传感器，23-单向阀，24-第一气动球阀，25-第二气动球阀，26-第二过滤器，27-循环泵，28-第二压力传感器，29-第三气动球阀，30-第四气动球阀，31-第五气动球阀，32-第三压力传感器，33-排水泵，34-第六气动球阀，35-放气阀，36-安全阀，37-泄压阀，38-第四压力传感器，39-空气压缩机，40-气源三联件，41-气源球阀。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明。

参见图1所示，本实用新型实施例提供一种模拟海洋洋流环境的水压试验装置，用于线状设备4的海洋环境模拟测试，包括：环形加压设备1，环形加压设备1用于提供模拟海洋洋流环境的管状空间，管状空间可容纳所述线状设备4；泵组2，泵组2用于向所述环形加压设备1内的所述管状空间提供流速、压力可变的循环水；储能器组3，储能器组3用于辅助稳定所述线状设备4在所述环形加压设备1管状空间中收放时的压力波动；环形加压设备1、储能器组3均与泵组2通过管路连接。

泵组2和环形加压设备1的连接处设置气动球阀、放气阀、安全阀、泄压阀、压力传感器和高压流量计，用于调节和监控模拟空间内的水压、流量等必须数据。

具体的，泵组2包括储水箱11、注水回路12、循环水回路13、加压水回路14和排水回路15，所述注水回路12、循环水回路13、加压水回路14和排水回路15相互并联，且均与储水箱11通过管路连接；泵组2与环形加压设备1连接形成闭合循环管路。泵组2还包括用于卸除管路压力的泄压阀37，泄压阀37设于所述注水回路12和加压水回路14远离储水箱11的一端；注水回路12和加压水回路14两端均设有球阀，循环水回路13和排水回路15两端均设有气动球阀。

储能器组3由多组储能器5相互并联组成，每组储能器出口均设有控制球阀6。本实用新型中的储能器5为本领域常用装置，其是液压气动系统中的一种能量储蓄装置，用于在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给系统。同时储能器5可在系统瞬间压力增大时，吸收相关部分管路内的能量，达到辅助调节整个系统压力的效果。

注水回路12与加压水回路14并联后，与第一球阀16串联，随后接入储水箱11；加压水回路14包括依次连接的第四球阀19、第一过滤器20、加压泵21、第一压力传感器22、单向阀23和第一气动球阀24；循环水回路13包括相互并联的第一支路和第二支路，第一支路包括依次连接的第二气动球阀25、第二过滤器26、循环泵27、第二压力传感器28、第三气动球阀29和第四压力传感器38，第二支路包括第四气动球阀30，第一支路和第二支路相互连通，在相互连通的管路上设有第五气动球阀31；排水回路15包括依次连接的第三压力传感器32、排水泵33和第六气动球阀34。

在一个实施例中，泵组2中的各回路组成及相关连接关系及相互作用如下所示：

A.注水回路12

注水回路12由第一球阀16、第二球阀17、第三球阀18和第四气动球阀30组成。开启第二球阀17、第三球阀18和第四气动球阀30，可向环形加压设备1管状空间注水，当储水箱11内有水注入时判定环形加压设备1管状空间基本充满自来水；开启第一球阀16和第二球阀17，可向储水箱11注水。

B.循环水回路13

循环水回路13包括相互并联的第一支路和第二支路，第一支路包括依次连接的第二气动球阀25、第二过滤器26、循环泵27、第二压力传感器28、第三气动球阀29和第四压力传感器38，第二支路包括第四气动球阀30，第一支路和第二支路相互连通，在相互连通的管路上设有第五气动球阀31。开启第二气动球阀25、第三气动球阀29、第四气动球阀30和循环泵27，可利用循环泵27空载循环将环形加压设备1管状空间中的空气排净；循环泵27空载循环30min后关闭第二气动球阀25和第四气动球阀30，开启第五气动球阀31，保持第三气动球阀29开启和循环泵27运行，环形加压设备1进入循环水运行模式。

第二过滤器26用于过滤水中的杂质，循环泵27用于为水在循环水回路13中流动提供动力。循环水回路13包括通过管道连通的循环泵27，循环泵27配备变频恒扭矩电动机，调节循环泵27电动机运行频率，可调节循环泵27的输出流量，进而可调节水在所述环形加压设备1管状空间中的流速。

C.加压水回路14

加压水回路14包括依次连接的第四球阀19、第一过滤器20、加压泵21、第一压力传感器22、单向阀23和第一气动球阀24。开启第一球阀16、第四球阀19、第一气动球阀24和加压泵21，可向充满水的环形加压设备1管状空间中注入压力水，环形加压设备1进入压力水运行模式。

第一过滤器20用于过滤水中的杂质，加压泵21用于为水在加压水回路14中流动提供动力。加压水回路14包括通过管道连通的加压泵21，加压泵21配备变频恒扭矩电动机，调节加压泵21电动机运行频率，可调节加压泵21的输出流量，以响应线状设备4在环形加压设备1管状空间中收放时引起的体积变化及与环形加压设备1专用密封装置接口处的泄漏，进而可稳定环形加压设备1管状空间中的压力。

D.排水回路15

排水回路15由第三压力传感器32、排水泵33、第六气动球阀34和放气阀35组成。开启放气阀35、第六气动球阀34和排水泵33，可排空环形加压设备内的水。

排水泵33用于将水从环形加压设备中排出提供动力。

具体的，放气阀35、安全阀36和泄压阀37设于所述注水回路12和加压水回路14远离储水箱11的一端；安全阀36和泄压阀37用于卸除管路压力。泄压阀37与第四压力传感器38连锁，当第四压力传感器38检测到环形加压设备1内压力波动超过0.3MPa时自动启闭泄压阀37；当环形加压设备1内压力超过安全阀36设定压力时，安全阀36自动开启，以保护环形加压设备1。

使用本实用新型试验装置获得静水压试验环境的流程如下：

做静水压试验时，隔离循环泵27(不能承受高压)，开启加压泵21，通过加压泵21在环形加压设备1管状空间内建立10MPa以内的适当压力。线状设备4释放时，环形加压设备1管状空间内压力升高，通过泄压阀37与第四压力传感器38联锁，环形加压设备1管状空间内压力波动超过0.3MPa时自动开启泄压阀37卸压，卸压至工作压力后自动关闭泄压阀37，依此循环；线状设备4回收时，环形加压设备1管状空间内压力降低，通过加压泵21与第四压力传感器38联锁，环形加压设备1管状空间内压力波动超过0.3MPa时自动开启加压泵21加压，加压至工作压力后自动关闭加压泵21，依此循环。在上述过程中，储能器组3仅起辅助压力调节作用，维持管路内压力波动≤0.3MPa。

使用本实用新型试验装置获得循环水流试验环境的流程如下：

做循环水压试验时，开启循环泵27，通过循环泵27在1m/s-3.5m/s范围调节适当流速，开启加压泵21，通过加压泵21在循环泵27入口建立适当压力，循环水压试验条件建立完成。线状设备4释放时，环形加压设备1管状空间内压力升高，通过泄压阀37与第四压力传感器38联锁，环形加压设备1管状空间内压力波动超过0.3MPa时自动开启泄压阀37卸压，卸压至工作压力后自动关闭泄压阀37，依此循环；线状设备4回收时，环形加压设备1管状空间内压力降低，通过加压泵21与第四压力传感器38联锁，环形加压设备1管状空间内压力波动超过0.3MPa时自动开启加压泵21加压，加压至工作压力后自动关闭加压泵21，依此循环。在上述过程中，储能器组3仅起辅助压力调节作用，维持管路内压力波动≤0.3MPa。

在一个优选的实施例中，可将加压泵21的额定流量按同时满足线状设备最大外径Φ17mm、最大回收速度1m/s及最大泄漏量10L/min计算，额定压力按大于等于10MPa选型。所选加压泵21的额定流量需大于等于23.6L/min(1416L/h)，额定压力需大于等于10MPa。考虑到线状设备4外径、回收速度及泄漏量的变化，需给加压泵21配备变频恒扭矩电动机，满足输出流量可调的同时，亦满足电动机散热需求。

如图2所示，在另一个优选的实施例中，在本实用新型水压试验装置中加设辅助气源系统，辅助气源系统由依次连接的空气压缩机39、气源三联件40和气源球阀41组成，气源球阀41出口与泵组2中的气动球阀和泄压阀连接，辅助气源系统用于向泵组2中的气动球阀和泄压阀提供控制气源，以实现远程及自动控制，减轻操作人员的劳动强度。气源三联件40为本领域常规的组成及连接结构，由空气过滤器、减压阀和油雾器三种气源处理元件组装形成，用以进入气动仪表之气源净化过滤和减压至仪表供给额定的气源压力，相当于电路中的电源变压器的功能。

在本实用新型实施过程中，循环泵27的预设输出功率和相关设备的匹配度是影响海洋洋流模拟效果的关键因素，需经过一系列精密的计算和调节过程获取，下面以一个具体案例说明相关调节及模拟过程：

该案例中，循环泵27输出流量及压力需满足环形加压设备1管状空间具备流速1m/s-2.5m/s、压力1MPa-3MPa及流速2.5m/s-3.5m/s、压力1.5MPa-3MPa的循环能力，调节计算时主要考虑环形加压设备1管状空间沿程压力损失。计算时环形加压设备1管状空间按照800m考虑，预留100m沿程压力损失余量。

根据流体力学方程式：

式(1)中：

ΔP_f——管道沿程压力损失，Pa；

λ——沿程阻力系数；

l——管道长度，＝800m；

d——管道内径，＝0.05m；

ρ——流体密度，水取＝1.0×10³kg/m³；

v——管道内流体流速，m/s。

沿程阻力系数依流体流动状态定：

式(2)中：

Re——判别流体流动状态的准则数；

ν——流体运动粘度，水取＝1.0×10^-6m²/s。

当Re＜2320时，流体流动状态为层流，沿程阻力系数按下式计算：

当Re≥2320时，流体流动状态为紊流，当3000＜Re＜10⁵时，沿程阻力系数按下式计算：

λ＝0.3164Re^-0.25 (4)

环形加压设备1管状空间内不同流速时，管道沿程压力损失计算过程及结果如表1所示。

表1管道沿程压力损失计算过程及结果

从上表可知：当管状空间内v＝1m/s时，循环泵27出口最低压力为0.168MPa；当管状空间内v＝2.5m/s时，循环泵27出口最低压力为0.85MPa；当管状空间内v＝3.5m/s时，循环泵27出口最低压力为1.47MPa。

当管状空间内流速范围为1m/s-2.5m/s时，循环泵27出口压力范围为0.168MPa-0.85MPa叠加环形加压设备1管状空间基础压力，能满足环形加压设备1工作压力范围1MPa-3MPa；当管状空间内流速范围为2.5m/s-3.5m/s时，循环泵27出口压力范围为0.85MPa-1.47MPa叠加环形加压设备1管状空间基础压力，能满足环形加压设备1工作压力范围1.5MPa-3MPa。

按管状空间最高流速时的沿程压力损失选择循环泵27，则循环泵27输出压力需＞1.47MPa(147mH₂O)，额定流量需＞24.73m³/h。考虑到流速的变化，需给循环泵27配备变频恒扭矩电动机，满足输出流量可调的同时，亦满足电动机散热需求。

本实用新型不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种模拟海洋洋流环境的水压试验装置，用于线状设备的海洋环境模拟测试，其特征在于，包括：

环形加压设备，所述环形加压设备形成用于提供模拟海洋洋流环境的管状空间，所述管状空间用于容纳所述线状设备；

泵组，所述泵组用于向所述环形加压设备内的所述管状空间提供流速、压力可变的循环水；

储能器组，所述储能器组用于稳定所述线状设备在所述环形加压设备管状空间中收放时的压力；

所述环形加压设备、储能器组均与所述泵组通过管路连接。

2.如权利要求1所述的模拟海洋洋流环境的水压试验装置，其特征在于：所述泵组包括储水箱、注水回路、循环水回路、加压水回路和排水回路，所述注水回路、所述循环水回路、所述加压水回路和所述排水回路相互并联，且均与所述储水箱通过管路连接；所述泵组与所述环形加压设备连接形成闭合循环管路。

3.如权利要求2所述的模拟海洋洋流环境的水压试验装置，其特征在于：所述泵组还包括用于卸除管路压力的泄压阀，所述泄压阀设于所述注水回路和所述加压水回路远离所述储水箱的一端。

4.如权利要求3所述的模拟海洋洋流环境的水压试验装置，其特征在于：所述注水回路和加压水回路两端均设有球阀，所述循环水回路和排水回路两端均设有气动球阀。

5.如权利要求2所述的模拟海洋洋流环境的水压试验装置，其特征在于：所述注水回路与所述加压水回路并联后，与第一球阀串联，随后接入储水箱；所述加压水回路包括依次连接的第四球阀、第一过滤器、加压泵、第一压力传感器、单向阀和第一气动球阀；所述循环水回路包括相互并联的第一支路和第二支路，所述第一支路包括依次连接的第二气动球阀、第二过滤器、循环泵、第二压力传感器、第三气动球阀和第四压力传感器，所述第二支路包括第四气动球阀，所述第一支路和第二支路相互连通，在所述相互连通的管路上设有第五气动球阀；所述排水回路包括依次连接的第三压力传感器、排水泵和第六气动球阀。

6.如权利要求5所述的模拟海洋洋流环境的水压试验装置，其特征在于：所述循环泵和加压泵均使用变频恒扭矩电动机驱动。

7.如权利要求1所述的模拟海洋洋流环境的水压试验装置，其特征在于：还包括辅助气源系统，所述辅助气源系统包括依次连接的空气压缩机、气源三联件和气源球阀，所述气源球阀出口与所述泵组中的气动球阀和泄压阀连接，所述辅助气源系统用于向所述泵组中的所述气动球阀和所述泄压阀提供控制气源。

8.如权利要求1所述的模拟海洋洋流环境的水压试验装置，其特征在于：所述泵组靠近所述环形加压设备一端设有高压流量计，所述高压流量计用于检测所述环形加压设备内的流量和流速。