一種用于保壓轉(zhuǎn)移的雙液壓缸調(diào)壓保壓系統(tǒng)及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是關于液壓傳動技術領域，特別涉及一種用于保壓轉(zhuǎn)移的雙液壓缸調(diào)壓保壓系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著陸地上石油、煤炭等資源的日益枯竭，海底資源作為戰(zhàn)略儲備越來越引起國際重視。其中深海沉積物中的天然氣水合物作為儲量豐富的優(yōu)質(zhì)替代能源，越發(fā)引起我國重視。由于天然氣水合物穩(wěn)定存在于一定的低溫高壓條件，因而直接開采到常溫常壓的海面時，其中的天然氣水合物會大部分分解，無法做進一步研宄。
[0003]中國現(xiàn)有的深海沉積物取樣器可以在深海取到沉積物、水、氣和天然氣水合物等樣品進行保壓，為了更好的研宄天然氣水合物的物理性質(zhì)，樣品在保持深海高壓的情況下由原位轉(zhuǎn)移到實驗室，需要全程保壓。
[0004]因此，研制一種適用于深海沉積物保壓轉(zhuǎn)移的調(diào)壓保壓系統(tǒng)，最大限度的保證樣品在轉(zhuǎn)移過程中環(huán)境不變，對維持沉積物原有結(jié)構及性質(zhì)具有重要意義，對樣品檢測數(shù)據(jù)的真實可信至關重要。該研宄成果為我國天然氣水合物研宄從采集階段到深入研宄水合物性質(zhì)階段提供重要支撐，促進天然氣水合物的研宄進展，為最終開采天然氣水合物提供技術儲備。同時此研宄成果還可用于其他海洋調(diào)查項目，具有十分廣闊的應用及推廣前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種用于深海沉積物保壓轉(zhuǎn)移的雙液壓缸調(diào)壓保壓系統(tǒng)及其控制方法。為解決上述技術問題，本發(fā)明的解決方案是:
[0006]提供一種用于保壓轉(zhuǎn)移的雙液壓缸調(diào)壓保壓系統(tǒng)，能實現(xiàn)保壓轉(zhuǎn)移裝置內(nèi)部的壓力恒定，保壓轉(zhuǎn)移裝置包括依次連接的取樣器、切割裝置、球閥1、球閥I1、卡緊裝置、操縱腔，且取樣器與切割裝置之間、球閥I與球閥II之間分別采用連通器連通，所述用于保壓轉(zhuǎn)移的雙液壓缸調(diào)壓保壓系統(tǒng)包括液壓泵、單向閥、單向電磁閥、手動換向閥、過濾器、壓力傳感器、蓄能器、比例溢流閥、溢流閥、液壓缸；所述液壓泵設有兩個，分別為液壓泵1、液壓泵II ;所述單向閥設有兩個，分別為單向閥1、單向閥II ;所述單向電磁閥設有七個，分別為單向電磁閥1、單向電磁閥I1、單向電磁閥II1、單向電磁閥IV、單向電磁閥V、單向電磁閥V1、單向電磁閥νπ ;所述過濾器設有五個，分別為過濾器1、過濾器I1、過濾器II1、過濾器IV、過濾器V ;所述壓力傳感器設有三個，分別為壓力傳感器1、壓力傳感器I1、壓力傳感器III，且壓力傳感器I用于測量保壓轉(zhuǎn)移裝置的取樣器內(nèi)部保壓腔；所述液壓缸設有兩個，分別為液壓缸1、液壓缸II ；
[0007]所述單向閥I的背壓端口與液壓泵I連通，單向閥I的正向端口分別與液壓缸I1、壓力傳感器I1、比例溢流閥連通；液壓泵I用于通過單向閥I將液壓油壓入液壓缸II中，壓力傳感器II用于檢測液壓泵I的出口壓力，比例溢流閥用于實現(xiàn)在液壓泵I的出口壓力大于設定值時開啟泄壓；
[0008]所述液壓缸I是雙活塞桿缸，一端活塞桿通過連接器與液壓缸II的活塞桿連接，另一端活塞桿與手動換向閥間隔距離d，d是指加壓至20MPa時，液壓缸I的活塞桿能運動的最大距離；手動換向閥用于在因液壓缸I的活塞桿接觸開啟時，實現(xiàn)液壓油路的泄壓，進而實現(xiàn)作用在液壓缸I的活塞桿上的壓力解除；
[0009]所述過濾器I的一端與單向電磁閥I串聯(lián)，另一端用于分別與保壓轉(zhuǎn)移裝置的切割裝置、卡緊裝置、操縱腔相連通；所述過濾器II的一端與單向電磁閥II串聯(lián)，另一端用于和保壓轉(zhuǎn)移裝置中球閥1、球閥II之間的連通器相連通；過濾器I和過濾器II分別用于凈化保壓轉(zhuǎn)移裝置中流出的液體(海水)，單向電磁閥I和單向電磁閥II都能用于排除保壓轉(zhuǎn)移裝置內(nèi)的空氣；并保證單向電磁閥I不通電時，處于單向截止狀態(tài)，單向電磁閥II不通電時，處于單向截止狀態(tài)；
[0010]所述單向電磁閥III的一端與液壓缸I連通，另一端分別與液壓泵II的出水管路(即與單向電磁閥V、單向電磁閥VE分別連通)、壓力傳感器III連通；并保證單向電磁閥III不通電時，處于單向截止狀態(tài)；
[0011]所述過濾器IV的一端和保壓轉(zhuǎn)移裝置中球閥1、球閥II之間的連通器相連通，過濾器IV的另一端分別與單項電磁閥V1、單向電磁閥IV連接，單向電磁閥IV的另一端分別與單向電磁閥II1、壓力傳感器II1、單向電磁閥VI1、單向電磁閥V連通，單項電磁閥VI的另一端分別與單向閥I1、單向電磁閥V連通；過濾器IV用于吸附液體(海水)中的沉積物；并保證單向電磁閥IV不通電時，處于開啟狀態(tài)，單向電磁閥VE不通電時，處于開啟狀態(tài)；
[0012]所述過濾器V的一端與單向電磁閥VE串聯(lián)，過濾器V的另一端與保壓轉(zhuǎn)移裝置中取樣器、切割裝置之間的連通器連接；過濾器V用于吸附液體(海水)中的沉積物；
[0013]所述單向閥II的背壓端口分別與液壓泵I1、溢流閥連通，單向閥II的正向端口分別與單向電磁閥V、單向電磁閥VI連通，單向電磁閥V的另一端分別與單向電磁閥VE、單向電磁閥II1、壓力傳感器II1、單向電磁閥IV連通；液壓泵II用于通過單向閥II向保壓轉(zhuǎn)移裝置內(nèi)泵送至充滿液體(海水)，溢流閥用于在管路壓力大于設定壓力時開啟泄壓；并保證單向電磁閥V、單向電磁閥VI不通電時，都處于單向截止狀態(tài)；
[0014]所述過濾器III的一端與蓄能器串聯(lián)，另一端分別和保壓轉(zhuǎn)移裝置的操縱腔、取樣器和切割裝置之間的連通器、取樣器的采樣管相連通；過濾器III用于吸附保壓轉(zhuǎn)移裝置內(nèi)液體(海水)的沉積物，蓄能器用于減少保壓轉(zhuǎn)移裝置內(nèi)的壓力波動，并在發(fā)生泄漏時及時補壓。
[0015]在本發(fā)明中，所述液壓缸II的活塞面積大于液壓缸I內(nèi)的活塞面積。
[0016]在本發(fā)明中，所述用于保壓轉(zhuǎn)移的雙液壓缸調(diào)壓保壓系統(tǒng)還包括控制器，控制器能接收壓力傳感器實時監(jiān)測到的壓力數(shù)據(jù)，并將壓力傳感器I實時監(jiān)測到的取樣器內(nèi)保壓腔的壓力數(shù)據(jù)與比例溢流閥的給定壓力相比較，通過調(diào)節(jié)比例溢流閥，實現(xiàn)保壓轉(zhuǎn)移裝置內(nèi)的壓力恒定在比例溢流閥的給定壓力，即取樣器保壓腔的初始壓力。
[0017]在本發(fā)明中，所述控制器采用51單片機控制板。
[0018]提供基于所述的一種用于保壓轉(zhuǎn)移的雙液壓缸調(diào)壓保壓系統(tǒng)的控制方法，用于實現(xiàn)保壓轉(zhuǎn)移裝置的保壓轉(zhuǎn)移過程，且保壓轉(zhuǎn)移裝置注水前，保壓轉(zhuǎn)移裝置中的取樣器內(nèi)部取有子樣品，保壓轉(zhuǎn)移裝置內(nèi)充滿著空氣，壓強為大氣壓，所有閥門、泵均處于閉合狀態(tài)，所述控制方法包括下述過程:
[0019]一、保壓轉(zhuǎn)移裝置加壓保壓過程；
[0020]二、子樣品轉(zhuǎn)移筒加壓保壓過程；
[0021]三、安裝球閥1、球閥II之間的連通器并加壓過程；
[0022]所述過程一中，即保壓轉(zhuǎn)移裝置加壓保壓過程，具體包括下述步驟:
[0023]步驟A(保壓轉(zhuǎn)移裝置補充海水階段):打開單向電磁閥1、單向電磁閥I1、單向電磁閥II1、單向電磁閥V、單向電磁閥VI通電，閥門處于開啟狀態(tài)，啟動液壓泵II，海水通過單向電磁閥III進入液壓缸I，海水通過單向閥II及其相連的單向電磁閥V、單向電磁閥VT決速進入保壓轉(zhuǎn)移裝置內(nèi)，待單向電磁閥1、單向電磁閥II有持續(xù)水流流出時，表明保壓轉(zhuǎn)移裝置內(nèi)的空氣已排盡；此時，單向電磁閥1、單向電磁閥I1、單向電磁閥II1、單向電磁閥V、單向電磁閥VI斷電，閥門處于單向截止狀態(tài)，并關閉液壓泵II ;
[0024]步驟B (保壓轉(zhuǎn)移裝置液體加壓階段):設定比例溢流閥的開啟壓力為壓力傳感器I的讀數(shù)除以η的結(jié)果，η是指液壓缸II與液壓缸I的活塞面積之比；打開液壓泵I，液壓油通過單向閥I進入液壓缸II中，液壓缸II與液壓缸I的活塞桿由連接器相連，進而推動液壓缸I中活塞向前運動擠壓海水；海水通過單向電磁閥IV、單向電磁閥VE向保壓轉(zhuǎn)移裝置內(nèi)加壓，直到比例溢流閥開啟，液壓油持續(xù)流出，表明加壓過程完成，保壓轉(zhuǎn)移裝置內(nèi)部已與取樣器內(nèi)部壓力一致；此時液壓泵I仍然繼續(xù)工作，以溢流方式保證保壓轉(zhuǎn)移裝置內(nèi)的高壓狀態(tài)；
[0025]所述過程二中，即子樣品轉(zhuǎn)移筒加壓保壓過程，具體包括下述步驟:
[0026]步驟C(拆除球閥1、球閥II之間的連通器):關閉球閥1、球閥II，單向電磁閥IV通電，閥門處于單向截止狀態(tài)，其他腔室的高壓海水無法通過單向電池閥IV進入球閥1、II之間的連通器中；單向電磁閥II通電，閥們處于開啟狀態(tài)，泄壓后拆除球閥1、球閥II之間的連通器；
[0027]步驟D (安裝子樣品轉(zhuǎn)移筒并注滿液體):安裝子樣品轉(zhuǎn)移筒后，打開液壓泵II，單向電磁閥VI通電，閥門處于開啟狀態(tài)，通過單向電磁閥VI快速向轉(zhuǎn)移筒內(nèi)補充低壓海水，并通過單向電磁閥II排出筒內(nèi)空氣；待單向電磁閥II持續(xù)地有液體流出后，單向電磁閥II斷電，閥門處于單向截止狀態(tài)，關閉液壓泵II 219 ;
[0028]步驟E (向子樣品轉(zhuǎn)移筒加壓):單向電磁閥VE斷電，閥門處于單向截止狀態(tài)，將子樣品轉(zhuǎn)移筒與保壓轉(zhuǎn)移裝置的操縱腔斷開連接；單向電磁閥IV斷電，閥門處于開啟狀態(tài)