本發(fā)明涉及一種帶有可視化柔性壓力倉(cāng)靜水壓力試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，屬于海洋裝備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著海洋開(kāi)發(fā)速度不斷加快，從近海到遠(yuǎn)海探索深度不斷增加，各種作業(yè)目的深海裝備種類繁多、發(fā)展迅速，主要用于海洋資源勘探與開(kāi)發(fā)、科學(xué)研究、軍事探測(cè)和打撈等方面，因此，靜水壓力試驗(yàn)裝置的開(kāi)發(fā)對(duì)于深海裝備的設(shè)計(jì)與研發(fā)極為重要。

目前，用于深海實(shí)際探索的耐壓殼主要以球形耐壓殼為主，現(xiàn)有的靜水壓力試驗(yàn)裝置主要針對(duì)半徑為1m-1.5m左右的球形耐壓殼進(jìn)行試驗(yàn)，如“蛟龍?zhí)枴鄙詈撍?，其球形耐壓殼半徑?m，因此，現(xiàn)有的靜水壓力試驗(yàn)裝置具有尺寸大，不利于轉(zhuǎn)移，試驗(yàn)地點(diǎn)固定，操作繁瑣，使用一次成本高等缺點(diǎn)，不適合用于對(duì)深海耐壓殼縮比模型的多次試驗(yàn)探索；為此，申請(qǐng)?zhí)枮?01510519824.4發(fā)明專利，提出了一種水壓環(huán)境模擬試驗(yàn)裝置，采用電磁閥控制，設(shè)備尺寸小，安裝與維護(hù)費(fèi)用低，但該專利僅在試驗(yàn)裝置底端設(shè)置觀察口，觀察角度有限，不利于時(shí)時(shí)觀測(cè)，且采用電磁閥控制回路，易泄露；申請(qǐng)?zhí)枮?01510742830.6發(fā)明專利，提出了一種靜水壓力試驗(yàn)裝置，通過(guò)改變耐壓殼內(nèi)外壓力差，達(dá)到受壓效果，但該專利需要在耐壓殼上開(kāi)孔，破壞耐壓殼初始封閉形狀，且金屬軟管與耐壓殼的接頭處會(huì)對(duì)耐壓殼整體力學(xué)性能造成較大影響，試驗(yàn)結(jié)果可靠性低。

因此，現(xiàn)有技術(shù)存在以下幾點(diǎn)不足：大多數(shù)靜水壓力設(shè)備采用封閉結(jié)構(gòu)或局部設(shè)有觀察口，阻礙了研究人員的觀察視角，使得研究人員不能時(shí)刻掌握耐壓殼表面每個(gè)部位的受力變化情況；靜水壓力設(shè)備多為整體封閉式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部水壓產(chǎn)生的壓強(qiáng)將會(huì)完全由容器壁所承受，易造成靜水壓力設(shè)備使用壽命低，穩(wěn)定性低；靜水壓力設(shè)備容積不可調(diào)，超出規(guī)定尺寸的耐壓殼則無(wú)法進(jìn)行有效試驗(yàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題和不足，提供一種帶有可視化柔性壓力倉(cāng)靜水壓力試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。本發(fā)明通過(guò)采用玻璃倉(cāng)筒、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒以及快拆鎖緊機(jī)構(gòu)，使得靜水壓力試驗(yàn)裝置可視化程度高，可柔性抗壓，同時(shí)試驗(yàn)裝置穩(wěn)定性高、壽命久，且容器體積可調(diào)，倉(cāng)蓋與倉(cāng)筒之間安裝與拆卸快速便捷。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種帶有可視化柔性壓力倉(cāng)靜水壓力試驗(yàn)裝置，包括靜水耐壓倉(cāng)裝置，調(diào)距機(jī)構(gòu)和供水裝置，其中所述靜水耐壓倉(cāng)裝置包括底座，所述底座上同中心軸線密封式連接有玻璃倉(cāng)筒，所述玻璃倉(cāng)筒上密封式連接有可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒，所述可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒外圓周上端自上而下隔離設(shè)置有小直徑凸緣和大直徑凸緣，其中小直徑凸緣的上密封式連接有倉(cāng)蓋，所述倉(cāng)蓋上設(shè)有連通所述供水裝置的進(jìn)水管和壓力表，所述調(diào)距機(jī)構(gòu)安置在所述可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒中與所述倉(cāng)蓋相連接，所述大直徑凸緣上均等分布設(shè)有至少3根與所述底座相連接的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步的，上述所述底座上還設(shè)置有用于照明的中心光源和用于安裝泄水閥的泄水孔。

進(jìn)一步的，上述所述玻璃倉(cāng)筒與所述底座的連接是將端部設(shè)有外凸緣的玻璃倉(cāng)筒嵌入所述底座設(shè)有的環(huán)形槽中，采用至少3個(gè)限位機(jī)構(gòu)將其壓緊。所述限位機(jī)構(gòu)由限位塊和限位螺釘構(gòu)成。

進(jìn)一步的，上述所述倉(cāng)蓋與所述可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒的連接是采用至少3個(gè)快拆鎖緊機(jī)構(gòu)將其鎖緊。所述快拆鎖緊機(jī)構(gòu)由凹形塊和鎖緊螺釘構(gòu)成。

進(jìn)一步的，上述所述調(diào)距機(jī)構(gòu)按順序從上而下由調(diào)距螺紋桿、調(diào)距螺紋管、圓形塊、球形鉸接頭、傘形橡膠帽相連接組成。

進(jìn)一步的，上述所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為花籃螺栓結(jié)構(gòu)，即兩端是螺紋桿，中間是螺紋管。

進(jìn)一步的，上述所述底座與所述玻璃倉(cāng)筒的連接之間還設(shè)置有O型密封圈；所述玻璃倉(cāng)筒與所述可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒的連接之間還設(shè)置有若干Y型密封圈；所述可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒與所述倉(cāng)蓋的連接之間還設(shè)置有O型密封圈與矩形密封圈。

進(jìn)一步的，上述所述供水裝置由軸流泵或手動(dòng)壓力泵和溢流加壓閥組成。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是：

1、由于本發(fā)明采用玻璃倉(cāng)筒，可使靜水壓力試驗(yàn)裝置工作時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)內(nèi)部耐壓殼受壓時(shí)的變化情況，觀測(cè)角度廣，滿足多角度觀測(cè)需求，且玻璃倉(cāng)筒上下端均未固定，能夠在徑向與軸向上受壓自由伸縮變形，避免了玻璃倉(cāng)筒由于兩端都固定所導(dǎo)致的集中應(yīng)力，可使玻璃倉(cāng)筒在受壓時(shí)產(chǎn)生柔性變形，增加了使用壽命，提高了安全性。

2、由于本發(fā)明采用雙頭花籃螺栓式調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可將容器內(nèi)部產(chǎn)生的壓力轉(zhuǎn)移到螺紋桿上，螺紋桿屬于桿系結(jié)構(gòu)，可以承受較大的軸向拉力，極大地降低了靜水耐壓倉(cāng)裝置受力的危險(xiǎn)系數(shù)，保證了整個(gè)靜水耐壓倉(cāng)裝置在軸向受力的安全性以及穩(wěn)定性。

3、由于本發(fā)明采用可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒，可根據(jù)試樣的大小，調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒的上下位置，進(jìn)而改變靜水耐壓倉(cāng)裝置的內(nèi)部容積大小，可滿足不同尺寸的耐壓殼靜水壓力試驗(yàn)需求，提高測(cè)試可行性。

4、由于本發(fā)明采用快拆鎖緊機(jī)構(gòu)，可使倉(cāng)蓋與可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒之間的安裝與拆卸更為方便快捷，安全性高，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于更換。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明帶有可視化柔性壓力倉(cāng)靜水壓力試驗(yàn)裝置的主視圖。

圖2為圖1帶有可視化柔性壓力倉(cāng)靜水壓力試驗(yàn)裝置的俯視圖。

圖3為圖1帶有可視化柔性壓力倉(cāng)靜水壓力試驗(yàn)裝置的A-A示意圖。

圖4為圖1帶有可視化柔性壓力倉(cāng)靜水壓力試驗(yàn)裝置的Ι局部放大示意圖。

圖5為圖1帶有可視化柔性壓力倉(cāng)靜水壓力試驗(yàn)裝置的Ⅱ局部放大示意圖。

圖6為本發(fā)明試驗(yàn)對(duì)象蛋形殼的輪廓示意圖。

其中；1—靜水耐壓倉(cāng)裝置，11—底座，111—環(huán)形槽，112—泄水孔，12—調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，121—螺紋桿，122—螺紋管，13—玻璃倉(cāng)筒，131—Y型密封圈，132—O型密封圈，14—可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒，141—O型密封圈，142—矩形密封圈，15—快拆鎖緊機(jī)構(gòu)，151—凹形塊，152—鎖緊螺釘，16—倉(cāng)蓋，17—限位機(jī)構(gòu)，171—限位螺釘，172—限位塊，2—調(diào)距機(jī)構(gòu)，21—調(diào)距螺紋桿，22—調(diào)距螺紋管，23—圓形塊，24—球形鉸接頭，25—傘形橡膠帽，3—中心光源，4—壓力表，5—進(jìn)水管，6—蛋形殼，7—供水裝置，71—軸流泵，72—溢流加壓閥，8—泄水閥。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1至圖5所示，一種帶有可視化柔性壓力倉(cāng)靜水壓力試驗(yàn)裝置，包括靜水耐壓倉(cāng)裝置1，調(diào)距機(jī)構(gòu)2和供水裝置7，其中所述靜水耐壓倉(cāng)裝置1包括底座11，所述底座11上同中心軸線密封式連接有玻璃倉(cāng)筒13，所述玻璃倉(cāng)筒13上密封式連接有可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒14，所述可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒14外圓周上端自上而下隔離設(shè)置有小直徑凸緣和大直徑凸緣，其中小直徑凸緣上密封式連接有倉(cāng)蓋16，所述倉(cāng)蓋16上設(shè)有連通所述供水裝置7的進(jìn)水管5和壓力表4，所述調(diào)距機(jī)構(gòu)2安置在所述可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒14中與所述倉(cāng)蓋16相連接，所述大直徑凸緣上均等分布設(shè)有至少3根與所述底座11相連接的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)12。

上述所述底座11上還設(shè)置有用于照明的中心光源3和用于安裝泄水閥8的泄水孔112。

上述所述玻璃倉(cāng)筒13與所述底座11的連接是將端部設(shè)有外凸緣的玻璃倉(cāng)筒13嵌入所述底座11設(shè)有的環(huán)形槽111中，所述環(huán)形槽111留有0.5～1mm活動(dòng)間隙，保證所述玻璃倉(cāng)筒13可在環(huán)形槽111內(nèi)有微小變形，且由于玻璃倉(cāng)筒13兩端未固定，可允許玻璃倉(cāng)筒13由于受壓而導(dǎo)致的徑向與軸向的微小變形，避免了由于兩端都固定所導(dǎo)致的集中應(yīng)力，使得玻璃倉(cāng)筒13在受壓時(shí)能夠產(chǎn)生柔性變形，增加了玻璃倉(cāng)筒13的使用壽命，提高了其安全性，同時(shí)所述玻璃倉(cāng)筒13至少被3個(gè)限位機(jī)構(gòu)17壓緊。

上述所述限位機(jī)構(gòu)17(圖4)由限位塊172和限位螺釘171構(gòu)成，所述限位塊172是縱剖面為形的結(jié)構(gòu)件，所述限位塊172設(shè)有螺紋孔的一端放置于底座11上，另一端放置于玻璃倉(cāng)筒13的外凸緣上，所述限位螺釘171通過(guò)所述限位塊172的螺紋孔與底座11相連接，通過(guò)擰緊所述限位螺釘171可將所述玻璃倉(cāng)筒13的外凸緣進(jìn)行壓緊。

上述所述倉(cāng)蓋16與所述可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒14的連接是采用3個(gè)快拆鎖緊機(jī)構(gòu)15將其鎖緊。所述快拆鎖緊機(jī)構(gòu)15由凹形塊151和鎖緊螺釘152構(gòu)成，所述凹形塊151卡住所述可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒14的小直徑凸緣與倉(cāng)蓋16，通過(guò)調(diào)節(jié)鎖緊螺釘152可將所述倉(cāng)蓋16與所述可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒14進(jìn)行鎖緊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于快速拆卸。

上述所述調(diào)距機(jī)構(gòu)2(圖5)按順序從上而下由調(diào)距螺紋桿21、調(diào)距螺紋管22、圓形塊23、球形鉸接頭24、傘形橡膠帽25相連接組成，其中，所述調(diào)距螺紋桿21下端為螺紋桿，且上端連接于倉(cāng)蓋16，所述調(diào)距螺紋管22是縱剖面為“⊥”字形結(jié)構(gòu)件，上端為螺紋管，下端為設(shè)有半球形的沉孔，通過(guò)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)距螺紋管22可控制所述調(diào)距機(jī)構(gòu)2下降，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)距螺紋管22可控制所述調(diào)距機(jī)構(gòu)2上升，進(jìn)而限制蛋形殼6在所述靜水耐壓倉(cāng)裝置1中的位置，使其始終處于所述玻璃倉(cāng)筒13的可視區(qū)域，所述設(shè)有球形通孔的圓形塊23通過(guò)螺釘與所述調(diào)距螺紋管22進(jìn)行連接，所述球形鉸接頭24自上而下設(shè)有球形頭和螺紋桿，所述球形頭安置在所述調(diào)距螺紋管22與所述圓形塊23之間的球形槽內(nèi)，可使所述球形鉸接頭24大角度轉(zhuǎn)動(dòng)，滿足蛋形殼6在水中的不同姿態(tài)，所述螺紋桿伸出所述圓形塊23的球形通孔與所述傘形橡膠帽25相連接，所述傘形橡膠帽25與蛋形殼6面面接觸，且柔性相碰，可保護(hù)蛋形殼6的原始形狀與表面質(zhì)量。

上述所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)12為雙頭花籃螺栓結(jié)構(gòu)，即兩端是螺紋桿121，中間是螺紋管122，其中，所述上端螺紋桿121與可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒14的大直徑凸緣進(jìn)行連接，所述下端螺紋桿121與底座11進(jìn)行連接，通過(guò)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)所述螺紋管122可控制所述可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒14上升，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)螺紋管122可控制所述可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒14下降，進(jìn)而調(diào)節(jié)所述靜水耐壓倉(cāng)裝置1的內(nèi)部容積，同時(shí)，由于耐壓倉(cāng)內(nèi)水壓作用，所述倉(cāng)蓋16將受到軸向壓力，可通過(guò)所述快拆鎖緊機(jī)構(gòu)15將軸向力轉(zhuǎn)移給所述可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒14，而所述可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒14最終將力轉(zhuǎn)移到所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)12的螺紋桿121上，所述螺紋桿121屬于桿系結(jié)構(gòu)，可以承受較大的軸向拉力，從而保證所述靜水耐壓倉(cāng)裝置1在軸向受力的安全性與穩(wěn)定性。

上述所述底座11與所述玻璃倉(cāng)筒13的連接之間還設(shè)置有O型密封圈132；所述玻璃倉(cāng)筒13與所述可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒14的連接之間還設(shè)置有若干Y型密封圈131；所述可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒14與所述倉(cāng)蓋16的連接之間還設(shè)置有O型密封圈141與矩形密封圈142，以上所述各種密封圈均保證了靜水耐壓倉(cāng)裝置1在試驗(yàn)過(guò)程中具有良好的密封性。

上述所述供水裝置7包括軸流泵71和溢流加壓閥72。作為備選方案，當(dāng)要求泵體出水口壓力在1MPa以內(nèi)時(shí)，軸流泵71可以用手動(dòng)壓力泵進(jìn)行替代。

本發(fā)明一種帶有可視化柔性壓力倉(cāng)靜水壓力試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，具體步驟如下：

在蛋形殼6進(jìn)行靜水壓力試驗(yàn)之前，需要對(duì)其破壞壓力進(jìn)行理論計(jì)算，根據(jù)其破壞壓力理論值，選擇合適的軸流泵71，所選擇軸流泵71的出口壓力一般至少為蛋形殼6破壞壓力理論值的3倍以上，保證蛋形殼6在靜水壓力試驗(yàn)過(guò)程中能被順利壓壞，此外，根據(jù)蛋形殼6的破壞壓力理論值，對(duì)溢流加壓閥72與壓力表4進(jìn)行合適的選型。試驗(yàn)方法的步驟具體如下：

1.如圖1至圖6所示，根據(jù)蛋形殼6的實(shí)際尺寸，旋轉(zhuǎn)螺紋管122，從而調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒14所處位置，使得靜水耐壓倉(cāng)裝置1內(nèi)部容積適合蛋形殼6所需的試驗(yàn)空間；

2.調(diào)節(jié)調(diào)距螺紋管22使調(diào)距機(jī)構(gòu)2能將蛋形殼6限制在玻璃倉(cāng)筒13的可視區(qū)域內(nèi)，同時(shí)安裝倉(cāng)蓋16，并擰緊快拆鎖緊機(jī)構(gòu)15；

3.打開(kāi)中心光源3，增加靜水耐壓倉(cāng)裝置1內(nèi)部的亮度，便于實(shí)時(shí)觀察蛋形殼6的受壓變形情況；

4.啟動(dòng)軸流泵71往靜水耐壓倉(cāng)裝置1內(nèi)部注水，水注滿時(shí)，繼續(xù)讓軸流泵71工作，使靜水耐壓倉(cāng)裝置1內(nèi)部水壓上升，靜水耐壓倉(cāng)裝置1內(nèi)部水壓大小可由壓力表4讀出；直到蛋形殼6發(fā)生失穩(wěn)破壞，記錄此刻壓力表4數(shù)值，同時(shí)關(guān)閉軸流泵71，使其停止運(yùn)轉(zhuǎn)；

5.打開(kāi)泄水閥8進(jìn)行排水，待水排凈后，拆卸快拆鎖緊機(jī)構(gòu)15，打開(kāi)倉(cāng)蓋16，取出失穩(wěn)變形的蛋形殼6，一次試驗(yàn)完畢。

實(shí)施例

假設(shè)本發(fā)明玻璃倉(cāng)筒13的內(nèi)徑為0.25m，壁厚為30mm，高為0.5m；可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒14的內(nèi)徑為0.255m，高0.5m，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)12可上下調(diào)節(jié)最大距離為0.4m；環(huán)形槽111的寬為32mm，玻璃倉(cāng)筒13在環(huán)形槽111內(nèi)可活動(dòng)徑向位移為1mm。本發(fā)明試驗(yàn)對(duì)象蛋形殼6的材料為光敏樹(shù)脂，其力學(xué)參數(shù)：彈性模量E為2650MPa，泊松比μ為0.41；幾何參數(shù)：總長(zhǎng)L為0.232m，總寬B為0.16m，厚度t為2mm，則蛋形殼6的破壞壓力理論值為0.72MPa。根據(jù)蛋形殼6的破壞壓力理論值，可得出所選擇軸流泵71的出口壓力值至少為2.16MPa，則軸流泵71的型號(hào)可選為100ZL-2.4，其功率為2kw。此外，溢流加壓閥72的型號(hào)選為YF-L8B，增壓范圍為0.5～7MPa，壓力表3的量程選用0～10MPa。

本發(fā)明試驗(yàn)方法的具體步驟如下：

1.將蛋形殼6放入玻璃倉(cāng)筒13內(nèi)，根據(jù)其長(zhǎng)軸尺寸，旋轉(zhuǎn)螺紋管122對(duì)可調(diào)節(jié)倉(cāng)筒14進(jìn)行上下調(diào)節(jié)，需保證玻璃倉(cāng)筒13有0.3～0.35m的高度露出，既能保證蛋形殼6試驗(yàn)所需的液體容積大小，也能保證蛋形殼6能夠全部處于玻璃倉(cāng)筒13的可視區(qū)域；

2.旋轉(zhuǎn)調(diào)距螺紋管22對(duì)調(diào)距機(jī)構(gòu)2進(jìn)行上下調(diào)節(jié)，使得調(diào)距機(jī)構(gòu)2能將蛋形殼6限制在玻璃倉(cāng)筒13的可視區(qū)域內(nèi)，同時(shí)蓋上倉(cāng)蓋16，并擰緊快拆鎖緊機(jī)構(gòu)15；

3.打開(kāi)中心光源3，增加靜水耐壓倉(cāng)裝置1內(nèi)部亮度，便于實(shí)時(shí)觀察蛋形殼6的受壓變形情況；

4.啟動(dòng)軸流泵71往靜水耐壓倉(cāng)裝置1內(nèi)部注水，水注滿時(shí)，繼續(xù)啟動(dòng)軸流泵71往容器內(nèi)部增壓，靜水耐壓倉(cāng)裝置1內(nèi)部水壓大小可由壓力表4讀出；直到蛋形殼6發(fā)生失穩(wěn)破壞，記錄此刻壓力表4的數(shù)值，同時(shí)關(guān)閉軸流泵71；

5.打開(kāi)泄水閥8進(jìn)行排水，待水排凈后，拆卸快拆鎖緊機(jī)構(gòu)15，打開(kāi)倉(cāng)蓋16，并取出失穩(wěn)變形的蛋形殼6，本次試驗(yàn)完畢。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的等效改變和變形，都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。