一种全海深浮力调节系统的全工况试验设备及试验台技术方案

本发明专利技术公开了一种全海深浮力调节系统的全工况试验设备及试验台，用于全海深浮力调节系统在模拟深海环境下的性能测试，属于深海装备全工况试验领域。本发明专利技术将电机、海水泵、集成控制阀组、液压源放置于全海深环境模拟试验台主机系统的高压舱中，通过水密接插件实现超高压环境下电机及液压源的供电和控制，将压载水舱、供电单元和控制单元放置于高压舱外，并将压载水舱与高压舱内的待测阀组相连，可更方便、更全面地在外界测试浮力调节系统的各项性能，无需耐超高外压的压载水舱及电池等配套设备，大大节约了试验成本，降低了试验风险，且性能测试更全面，试验台可以模拟11000米深海超高压、强腐蚀和超低温环境。

【技术实现步骤摘要】
一种全海深浮力调节系统的全工况试验设备及试验台
本专利技术属于深海装备全工况试验领域，涉及一种全海深浮力调节系统的全工况试验设备及试验台，更具体地，涉及一种全海深浮力调节系统的全工况试验方法，可用于全海深浮力调节系统在超高外压环境下的性能测试。
技术介绍
海洋装备，尤其是深海装备是人类进行海洋资源勘探、科学考察、开发作业、军事侦测及作战平台的重要工具，在深海装备的下潜和上浮过程中，往往需要浮力调节系统来调整其自身的浮力。随着海洋深度的增加，浮力调节系统所受的外压也越来越高，在11000米的极限海深下，压力可达110MPa，一旦发生故障，将会造成巨大的损失。为了降低故障发生的风险，深海浮力调节系统在投入使用必须先进行全工况模拟试验，验证其安全、可靠性。由于环境压力高达110MPa，目前部分检测仪器无法承受这么高的外压，因此无法全面地测试全海深浮力调节系统的性能。此外，目前的全海深浮力调节系统的全工况试验方法是将电源和压载水舱均放置于超高压环境中，无法全面的测试其性能，且试验成本较高，风险较大。要进行全海深浮力调节系统的全工况试验，必须使用全海深环境模拟试验台来模拟深海环境，但目前的试验台一般只能模拟深海超高压环境，而不能模拟深海强腐蚀和超低温环境，且均采用液压油作为传动介质，使用过程中会产生向环境中的泄漏以及油液还需要回收，造成环境污染使用成本较高且污染严重。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种全海深浮力调节系统的全工况试验设备及试验台，可用于全海深浮力调节系统在模拟深海环境下的性能测试，试验模拟深度可达11000米，测试更全面、更方便且配套设备成本更低。为了实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种全海深浮力调节系统的全工况试验设备，用于全海深浮力调节系统的全工况试验，所述待测全海深浮力调节系统包括电机、海水泵和待测阀组，所述待测阀组具有作为注排水通道使用的I口和II口，排水时流向为I口至Ⅱ口,注水时流向为Ⅱ口至I口；该全工况试验设备包括设于高压舱内部的液压源，以及设置于高压舱外部的压载水舱、流量计、液位计、供电单元和控制单元；其中，液压源包括油箱、液压源电机、齿轮泵以及第一换向阀组，其中，油箱的出口连接齿轮泵的入口，液压源电机连接齿轮泵以带动齿轮泵工作；齿轮泵的出口通过第一换向阀组连接待测阀组，实现由液压源控制待测阀组的启闭；试验时，将待测阀组、电机和海水泵置于高压舱内部，待测阀组的Ⅰ口通过管路引出高压舱后与压载水舱相连，待测阀组的Ⅱ口与高压舱的内环境相连，在压载水舱与待测阀组之间安装流量计，在压载水舱内部安装液位计；待测海水泵的出口和入口接入待测阀组中，电机连接海水泵以带动海水泵工作；供电单元用于向电机、液压源电机供电；控制单元用于控制电机、液压源电机的工作。为了实现上述目的，按照本专利技术的另一个方面，提供了一种全海深浮力调节系统的全工况试验台，包括主机系统、加压单元、卸压单元、驱动单元、温度控制单元和电气控制单元，其中：所述的主机系统包括高压舱、承力机架、舱盖操纵液压缸及机架移动液压缸；舱盖操纵液压缸的活塞杆连接高压舱的舱盖以操纵舱盖启闭，机架移动液压缸的活塞杆连接承力机架以带动承力机架在工作位置和非工作位置之间平移；承力机架位于工作位置时，用于承受高压舱的轴向压力；舱盖操纵液压缸及机架移动液压缸与驱动单元相连，以在驱动单元控制下执行相应动作；高压舱外侧由内层至外层依次布置有冷却管路、保温层及外罩，冷却管路内部通循环冷却液，其进出口与温度控制单元相连，用于控制高压舱内部的温度从而模拟深海温度；所述加压单元用于对高压舱逐渐加压从而模拟深海装备下潜时受到的压力变化；所述卸压单元用于对高压舱逐渐卸压从而模拟深海装备上浮时受到的压力变化；所述电气控制单元用于控制加压单元、卸压单元、驱动单元、温度控制单元的工作状态。进一步地，所述加压单元包括预加压泵站和超高压泵站；预加压泵站包括离心泵、预加压电机、调压阀、第一单向阀及压力表；预加压电机带动离心泵工作，离心泵的出口通过第一单向阀与高压舱的加压口相连，且离心泵并联调压阀用于调节离心泵的输出压力；压力表用于监测离心泵的出口压力；预加压泵站用于将高压舱内注满水；超高压泵站包括超高压伺服电机、超高压变频水泵、安全阀及第二单向阀；超高压伺服电机带动超高压变频水泵工作对高压舱加压，超高压变频水泵的出口通过第二单向阀与高压舱的加压口相连，且超高压变频水泵并联安全阀用于防止高压舱内的压力超过高压舱的设计耐压极限。进一步地，所述的卸压单元包括卸压伺服电机、变频水泵及平衡阀；变频水泵的入口与高压舱的卸压口相连，卸压伺服电机带动变频水泵工作对高压舱卸压。进一步地，所述的驱动单元包括柱塞水泵、驱动电机、调压阀、第三单向阀、压力表、机架三位四通换向阀和舱盖三位四通换向阀；柱塞水泵的出口与机架三位四通换向阀和舱盖三位四通换向阀的P口相连，机架三位四通换向阀的A口和B口分别与机架移动液压缸的有杆腔和无杆腔相连，舱盖三位四通电磁换向阀的A口和B口分别与舱盖操纵液压缸的无杆腔和有杆腔相连；机架三位四通换向阀和舱盖三位四通换向阀的O口回流，所述驱动单元以自来水为工作介质。进一步地，所述的温度控制单元包括制冷机组和循环泵站，当高压舱内的温度超过设定温度达到预设值时，循环泵站开始工作带动冷却管路内部的循环冷却液进行循环，并通过制冷机组与循环冷却液的换热给高压舱内部降温。进一步地，高压舱和压载水舱以海水作为工作介质，从而模拟海洋强腐蚀环境。进一步地，高压舱上、下端盖上设置有水路接口及多个水密穿舱件接口，水路接口用于连接压载水舱，多个水密穿舱件接口作为供电接口或信号传输接口分别连接高压舱内的各个电控器件；高压舱内还设置有照明灯和带云台的摄像机。进一步地，高压舱内的温度在1℃-20℃范围内调节，以模拟深海超低温环境；高压舱的卸压速度和升压速度在0.1MPa/min-6MPa/min范围内调节，从而对应模拟深海装备的上浮、下潜速度10m/min-600m/min。进一步地，所述全海深浮力调节系统全工况试验台包括如前所述的全工况试验设备。总体而言，本专利技术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)全海深浮力调节系统可用于深海装备下潜、上浮过程中的浮力调节，最大工作深度11000米，对应环境压力约为110MPa，在此超高压环境下，无法全面地测试浮力调节系统的性能。本专利技术提供的试验设备将压载水舱、供电单元、控制单元以及测试仪器放置于高压舱外，无需耐超高外压的压载水舱及电池等配套设备，大大节约了试验成本，降低了试验风险，且性能测试更全面。2)该试验台可模拟深海超高压、超低温环境，此外，将高压舱内的环境以及超高压泵站的工作介质更换为海水则还可以模拟深海强腐蚀环境，因此采用本专利技术的试验台测试的全海深浮力调节系统的性能更贴近真实情况，可以降低深海装备的海试风险。3)该试验台的驱动单元采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全海深浮力调节系统的全工况试验设备，用于全海深浮力调节系统的全工况试验，所述全海深浮力调节系统包括电机(1)、海水泵(2)和待测阀组，所述待测阀组具有作为注排水通道使用的I口和II口，排水时流向为I口至Ⅱ口,注水时流向为Ⅱ口至I口；其特征在于，该全工况试验设备包括高压舱(10)，设于高压舱(10)内部的液压源，以及设置于高压舱(10)外部的压载水舱、流量计、液位计、供电单元和控制单元；其中，/n液压源包括油箱(6)、液压源电机(7)、齿轮泵(8)以及第一换向阀组，其中，油箱(6)的出口连接齿轮泵(8)的入口，液压源电机(7)连接齿轮泵(8)以带动齿轮泵(8)工作；齿轮泵(8)的出口通过第一换向阀组连接待测阀组，实现由液压源控制待测阀组的启闭；/n试验时，将待测阀组、电机(1)和海水泵(2)置于高压舱(10)内部，待测阀组的I口通过管路引出高压舱(10)后与压载水舱相连，待测阀组的Ⅱ口与高压舱的内环境相连，在压载水舱与待测阀组之间安装流量计，在压载水舱内部安装液位计；/n海水泵(2)的出口和入口接入待测阀组中，电机(1)连接海水泵(2)以带动海水泵(2)工作；/n供电单元用于向电机(1)、液压源电机(7)供电；控制单元用于控制电机、液压源电机(7)的工作。/n...

【技术特征摘要】
1.一种全海深浮力调节系统的全工况试验设备，用于全海深浮力调节系统的全工况试验，所述全海深浮力调节系统包括电机(1)、海水泵(2)和待测阀组，所述待测阀组具有作为注排水通道使用的I口和II口，排水时流向为I口至Ⅱ口,注水时流向为Ⅱ口至I口；其特征在于，该全工况试验设备包括高压舱(10)，设于高压舱(10)内部的液压源，以及设置于高压舱(10)外部的压载水舱、流量计、液位计、供电单元和控制单元；其中，
液压源包括油箱(6)、液压源电机(7)、齿轮泵(8)以及第一换向阀组，其中，油箱(6)的出口连接齿轮泵(8)的入口，液压源电机(7)连接齿轮泵(8)以带动齿轮泵(8)工作；齿轮泵(8)的出口通过第一换向阀组连接待测阀组，实现由液压源控制待测阀组的启闭；
试验时，将待测阀组、电机(1)和海水泵(2)置于高压舱(10)内部，待测阀组的I口通过管路引出高压舱(10)后与压载水舱相连，待测阀组的Ⅱ口与高压舱的内环境相连，在压载水舱与待测阀组之间安装流量计，在压载水舱内部安装液位计；
海水泵(2)的出口和入口接入待测阀组中，电机(1)连接海水泵(2)以带动海水泵(2)工作；
供电单元用于向电机(1)、液压源电机(7)供电；控制单元用于控制电机、液压源电机(7)的工作。


2.一种全海深浮力调节系统的全工况试验台，其特征在于，包括主机系统、加压单元、卸压单元、驱动单元、温度控制单元和电气控制单元，其中：
所述的主机系统包括高压舱(10)、承力机架(11)、舱盖操纵液压缸(12)及机架移动液压缸(13)；舱盖操纵液压缸(12)的活塞杆连接高压舱(10)的舱盖以操纵舱盖启闭，机架移动液压缸(13)的活塞杆连接承力机架(11)以带动承力机架(11)在工作位置和非工作位置之间平移；承力机架(11)位于工作位置时，用于承受高压舱(10)的轴向压力；舱盖操纵液压缸(12)及机架移动液压缸(13)与驱动单元相连，以在驱动单元控制下执行相应动作；
高压舱(10)外侧由内层至外层依次布置有冷却管路(18)、保温层(19)及外罩(20)，冷却管路(18)内部通循环冷却液，其进出口与温度控制单元相连，用于控制高压舱(10)温度从而模拟深海温度；
所述加压单元用于对高压舱(10)逐渐加压从而模拟深海装备下潜时受到的压力变化；
所述卸压单元用于对高压舱(10)逐渐卸压从而模拟深海装备上浮时受到的压力变化；
所述电气控制单元用于控制加压单元、卸压单元、驱动单元、温度控制单元的工作状态。


3.根据权利要求2所述的一种全海深浮力调节系统的全工况试验台，其特征在于，所述加压单元包括预加压泵站(14)和超高压泵站(15)；
预加压泵站包括离心泵(14.1)、预加压电机(14.2)、调压阀(14.4)、第一单向阀(14.5)及压力表(14.6)；预加压电机(14.2)带动离心泵(14.1)工作，离心泵(14.1)的出口通过第一单向阀(14.5)与高压舱(10)的加压口相连，且离心泵(14.1)并联调压阀(14.4)用于调节离心泵(14.1)的输出压力；压力表(14.6)用于监测离心泵(14.1)的出口压力；预加压泵...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘银水，程谦，吴德发，王振耀，庞浩，邓亦攀，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42