一种带有可视化柔性压力仓静水压力试验装置的制作方法

本发明涉及一种带有可视化柔性压力仓静水压力试验装置及试验方法，属于海洋装备领域。

背景技术：

随着海洋开发速度不断加快，从近海到远海探索深度不断增加，各种作业目的深海装备种类繁多、发展迅速，主要用于海洋资源勘探与开发、科学研究、军事探测和打捞等方面，因此，静水压力试验装置的开发对于深海装备的设计与研发极为重要。

目前，用于深海实际探索的耐压壳主要以球形耐压壳为主，现有的静水压力试验装置主要针对半径为1m-1.5m左右的球形耐压壳进行试验，如“蛟龙号”深海潜水器，其球形耐压壳半径为1m，因此，现有的静水压力试验装置具有尺寸大，不利于转移，试验地点固定，操作繁琐，使用一次成本高等缺点，不适合用于对深海耐压壳缩比模型的多次试验探索；为此，申请号为201510519824.4发明专利，提出了一种水压环境模拟试验装置，采用电磁阀控制，设备尺寸小，安装与维护费用低，但该专利仅在试验装置底端设置观察口，观察角度有限，不利于时时观测，且采用电磁阀控制回路，易泄露；申请号为201510742830.6发明专利，提出了一种静水压力试验装置，通过改变耐压壳内外压力差，达到受压效果，但该专利需要在耐压壳上开孔，破坏耐压壳初始封闭形状，且金属软管与耐压壳的接头处会对耐压壳整体力学性能造成较大影响，试验结果可靠性低。

因此，现有技术存在以下几点不足：大多数静水压力设备采用封闭结构或局部设有观察口，阻碍了研究人员的观察视角，使得研究人员不能时刻掌握耐压壳表面每个部位的受力变化情况；静水压力设备多为整体封闭式结构，内部水压产生的压强将会完全由容器壁所承受，易造成静水压力设备使用寿命低，稳定性低；静水压力设备容积不可调，超出规定尺寸的耐压壳则无法进行有效试验。

技术实现要素：

本发明目的是为了克服现有技术中存在的问题和不足，提供一种带有可视化柔性压力仓静水压力试验装置及试验方法。本发明通过采用玻璃仓筒、调节机构、可调节仓筒以及快拆锁紧机构，使得静水压力试验装置可视化程度高，可柔性抗压，同时试验装置稳定性高、寿命久，且容器体积可调，仓盖与仓筒之间安装与拆卸快速便捷。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种带有可视化柔性压力仓静水压力试验装置，包括静水耐压仓装置，调距机构和供水装置，其中所述静水耐压仓装置包括底座，所述底座上同中心轴线密封式连接有玻璃仓筒，所述玻璃仓筒上密封式连接有可调节仓筒，所述可调节仓筒外圆周上端自上而下隔离设置有小直径凸缘和大直径凸缘，其中小直径凸缘的上密封式连接有仓盖，所述仓盖上设有连通所述供水装置的进水管和压力表，所述调距机构安置在所述可调节仓筒中与所述仓盖相连接，所述大直径凸缘上均等分布设有至少3根与所述底座相连接的调节机构。

进一步的，上述所述底座上还设置有用于照明的中心光源和用于安装泄水阀的泄水孔。

进一步的，上述所述玻璃仓筒与所述底座的连接是将端部设有外凸缘的玻璃仓筒嵌入所述底座设有的环形槽中，采用至少3个限位机构将其压紧。所述限位机构由限位块和限位螺钉构成。

进一步的，上述所述仓盖与所述可调节仓筒的连接是采用至少3个快拆锁紧机构将其锁紧。所述快拆锁紧机构由凹形块和锁紧螺钉构成。

进一步的，上述所述调距机构按顺序从上而下由调距螺纹杆、调距螺纹管、圆形块、球形铰接头、伞形橡胶帽相连接组成。

进一步的，上述所述调节机构为花篮螺栓结构，即两端是螺纹杆，中间是螺纹管。

进一步的，上述所述底座与所述玻璃仓筒的连接之间还设置有O型密封圈；所述玻璃仓筒与所述可调节仓筒的连接之间还设置有若干Y型密封圈；所述可调节仓筒与所述仓盖的连接之间还设置有O型密封圈与矩形密封圈。

进一步的，上述所述供水装置由轴流泵或手动压力泵和溢流加压阀组成。

本发明具有的优点和有益效果是：

1、由于本发明采用玻璃仓筒，可使静水压力试验装置工作时，能够实时观测内部耐压壳受压时的变化情况，观测角度广，满足多角度观测需求，且玻璃仓筒上下端均未固定，能够在径向与轴向上受压自由伸缩变形，避免了玻璃仓筒由于两端都固定所导致的集中应力，可使玻璃仓筒在受压时产生柔性变形，增加了使用寿命，提高了安全性。

2、由于本发明采用双头花篮螺栓式调节机构，可将容器内部产生的压力转移到螺纹杆上，螺纹杆属于杆系结构，可以承受较大的轴向拉力，极大地降低了静水耐压仓装置受力的危险系数，保证了整个静水耐压仓装置在轴向受力的安全性以及稳定性。

3、由于本发明采用可调节仓筒，可根据试样的大小，调节可调节仓筒的上下位置，进而改变静水耐压仓装置的内部容积大小，可满足不同尺寸的耐压壳静水压力试验需求，提高测试可行性。

4、由于本发明采用快拆锁紧机构，可使仓盖与可调节仓筒之间的安装与拆卸更为方便快捷，安全性高，且结构简单，便于更换。

附图说明

图1为本发明带有可视化柔性压力仓静水压力试验装置的主视图。

图2为图1带有可视化柔性压力仓静水压力试验装置的俯视图。

图3为图1带有可视化柔性压力仓静水压力试验装置的A-A示意图。

图4为图1带有可视化柔性压力仓静水压力试验装置的Ι局部放大示意图。

图5为图1带有可视化柔性压力仓静水压力试验装置的Ⅱ局部放大示意图。

图6为本发明试验对象蛋形壳的轮廓示意图。

其中；1—静水耐压仓装置，11—底座，111—环形槽，112—泄水孔，12—调节机构，121—螺纹杆，122—螺纹管，13—玻璃仓筒，131—Y型密封圈，132—O型密封圈，14—可调节仓筒，141—O型密封圈，142—矩形密封圈，15—快拆锁紧机构，151—凹形块，152—锁紧螺钉，16—仓盖，17—限位机构，171—限位螺钉，172—限位块，2—调距机构，21—调距螺纹杆，22—调距螺纹管，23—圆形块，24—球形铰接头，25—伞形橡胶帽，3—中心光源，4—压力表，5—进水管，6—蛋形壳，7—供水装置，71—轴流泵，72—溢流加压阀，8—泄水阀。

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的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图5所示，一种带有可视化柔性压力仓静水压力试验装置，包括静水耐压仓装置1，调距机构2和供水装置7，其中所述静水耐压仓装置1包括底座11，所述底座11上同中心轴线密封式连接有玻璃仓筒13，所述玻璃仓筒13上密封式连接有可调节仓筒14，所述可调节仓筒14外圆周上端自上而下隔离设置有小直径凸缘和大直径凸缘，其中小直径凸缘上密封式连接有仓盖16，所述仓盖16上设有连通所述供水装置7的进水管5和压力表4，所述调距机构2安置在所述可调节仓筒14中与所述仓盖16相连接，所述大直径凸缘上均等分布设有至少3根与所述底座11相连接的调节机构12。

上述所述底座11上还设置有用于照明的中心光源3和用于安装泄水阀8的泄水孔112。

上述所述玻璃仓筒13与所述底座11的连接是将端部设有外凸缘的玻璃仓筒13嵌入所述底座11设有的环形槽111中，所述环形槽111留有0.5～1mm活动间隙，保证所述玻璃仓筒13可在环形槽111内有微小变形，且由于玻璃仓筒13两端未固定，可允许玻璃仓筒13由于受压而导致的径向与轴向的微小变形，避免了由于两端都固定所导致的集中应力，使得玻璃仓筒13在受压时能够产生柔性变形，增加了玻璃仓筒13的使用寿命，提高了其安全性，同时所述玻璃仓筒13至少被3个限位机构17压紧。

上述所述限位机构17(图4)由限位块172和限位螺钉171构成，所述限位块172是纵剖面为形的结构件，所述限位块172设有螺纹孔的一端放置于底座11上，另一端放置于玻璃仓筒13的外凸缘上，所述限位螺钉171通过所述限位块172的螺纹孔与底座11相连接，通过拧紧所述限位螺钉171可将所述玻璃仓筒13的外凸缘进行压紧。

上述所述仓盖16与所述可调节仓筒14的连接是采用3个快拆锁紧机构15将其锁紧。所述快拆锁紧机构15由凹形块151和锁紧螺钉152构成，所述凹形块151卡住所述可调节仓筒14的小直径凸缘与仓盖16，通过调节锁紧螺钉152可将所述仓盖16与所述可调节仓筒14进行锁紧，结构简单，便于快速拆卸。

上述所述调距机构2(图5)按顺序从上而下由调距螺纹杆21、调距螺纹管22、圆形块23、球形铰接头24、伞形橡胶帽25相连接组成，其中，所述调距螺纹杆21下端为螺纹杆，且上端连接于仓盖16，所述调距螺纹管22是纵剖面为“⊥”字形结构件，上端为螺纹管，下端为设有半球形的沉孔，通过顺时针旋转调距螺纹管22可控制所述调距机构2下降，逆时针旋转调距螺纹管22可控制所述调距机构2上升，进而限制蛋形壳6在所述静水耐压仓装置1中的位置，使其始终处于所述玻璃仓筒13的可视区域，所述设有球形通孔的圆形块23通过螺钉与所述调距螺纹管22进行连接，所述球形铰接头24自上而下设有球形头和螺纹杆，所述球形头安置在所述调距螺纹管22与所述圆形块23之间的球形槽内，可使所述球形铰接头24大角度转动，满足蛋形壳6在水中的不同姿态，所述螺纹杆伸出所述圆形块23的球形通孔与所述伞形橡胶帽25相连接，所述伞形橡胶帽25与蛋形壳6面面接触，且柔性相碰，可保护蛋形壳6的原始形状与表面质量。

上述所述调节机构12为双头花篮螺栓结构，即两端是螺纹杆121，中间是螺纹管122，其中，所述上端螺纹杆121与可调节仓筒14的大直径凸缘进行连接，所述下端螺纹杆121与底座11进行连接，通过顺时针旋转所述螺纹管122可控制所述可调节仓筒14上升，逆时针旋转螺纹管122可控制所述可调节仓筒14下降，进而调节所述静水耐压仓装置1的内部容积，同时，由于耐压仓内水压作用，所述仓盖16将受到轴向压力，可通过所述快拆锁紧机构15将轴向力转移给所述可调节仓筒14，而所述可调节仓筒14最终将力转移到所述调节机构12的螺纹杆121上，所述螺纹杆121属于杆系结构，可以承受较大的轴向拉力，从而保证所述静水耐压仓装置1在轴向受力的安全性与稳定性。

上述所述底座11与所述玻璃仓筒13的连接之间还设置有O型密封圈132；所述玻璃仓筒13与所述可调节仓筒14的连接之间还设置有若干Y型密封圈131；所述可调节仓筒14与所述仓盖16的连接之间还设置有O型密封圈141与矩形密封圈142，以上所述各种密封圈均保证了静水耐压仓装置1在试验过程中具有良好的密封性。

上述所述供水装置7包括轴流泵71和溢流加压阀72。作为备选方案，当要求泵体出水口压力在1MPa以内时，轴流泵71可以用手动压力泵进行替代。

本发明一种带有可视化柔性压力仓静水压力试验装置的试验方法，具体步骤如下：

在蛋形壳6进行静水压力试验之前，需要对其破坏压力进行理论计算，根据其破坏压力理论值，选择合适的轴流泵71，所选择轴流泵71的出口压力一般至少为蛋形壳6破坏压力理论值的3倍以上，保证蛋形壳6在静水压力试验过程中能被顺利压坏，此外，根据蛋形壳6的破坏压力理论值，对溢流加压阀72与压力表4进行合适的选型。试验方法的步骤具体如下：

1.如图1至图6所示，根据蛋形壳6的实际尺寸，旋转螺纹管122，从而调节可调节仓筒14所处位置，使得静水耐压仓装置1内部容积适合蛋形壳6所需的试验空间；

2.调节调距螺纹管22使调距机构2能将蛋形壳6限制在玻璃仓筒13的可视区域内，同时安装仓盖16，并拧紧快拆锁紧机构15；

3.打开中心光源3，增加静水耐压仓装置1内部的亮度，便于实时观察蛋形壳6的受压变形情况；

4.启动轴流泵71往静水耐压仓装置1内部注水，水注满时，继续让轴流泵71工作，使静水耐压仓装置1内部水压上升，静水耐压仓装置1内部水压大小可由压力表4读出；直到蛋形壳6发生失稳破坏，记录此刻压力表4数值，同时关闭轴流泵71，使其停止运转；

5.打开泄水阀8进行排水，待水排净后，拆卸快拆锁紧机构15，打开仓盖16，取出失稳变形的蛋形壳6，一次试验完毕。

实施例

假设本发明玻璃仓筒13的内径为0.25m，壁厚为30mm，高为0.5m；可调节仓筒14的内径为0.255m，高0.5m，调节机构12可上下调节最大距离为0.4m；环形槽111的宽为32mm，玻璃仓筒13在环形槽111内可活动径向位移为1mm。本发明试验对象蛋形壳6的材料为光敏树脂，其力学参数：弹性模量E为2650MPa，泊松比μ为0.41；几何参数：总长L为0.232m，总宽B为0.16m，厚度t为2mm，则蛋形壳6的破坏压力理论值为0.72MPa。根据蛋形壳6的破坏压力理论值，可得出所选择轴流泵71的出口压力值至少为2.16MPa，则轴流泵71的型号可选为100ZL-2.4，其功率为2kw。此外，溢流加压阀72的型号选为YF-L8B，增压范围为0.5～7MPa，压力表3的量程选用0～10MPa。

本发明试验方法的具体步骤如下：

1.将蛋形壳6放入玻璃仓筒13内，根据其长轴尺寸，旋转螺纹管122对可调节仓筒14进行上下调节，需保证玻璃仓筒13有0.3～0.35m的高度露出，既能保证蛋形壳6试验所需的液体容积大小，也能保证蛋形壳6能够全部处于玻璃仓筒13的可视区域；

2.旋转调距螺纹管22对调距机构2进行上下调节，使得调距机构2能将蛋形壳6限制在玻璃仓筒13的可视区域内，同时盖上仓盖16，并拧紧快拆锁紧机构15；

3.打开中心光源3，增加静水耐压仓装置1内部亮度，便于实时观察蛋形壳6的受压变形情况；

4.启动轴流泵71往静水耐压仓装置1内部注水，水注满时，继续启动轴流泵71往容器内部增压，静水耐压仓装置1内部水压大小可由压力表4读出；直到蛋形壳6发生失稳破坏，记录此刻压力表4的数值，同时关闭轴流泵71；

5.打开泄水阀8进行排水，待水排净后，拆卸快拆锁紧机构15，打开仓盖16，并取出失稳变形的蛋形壳6，本次试验完毕。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，任何熟悉本技术领域的技术人员，当可根据本发明作出各种相应的等效改变和变形，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。