一种用于缓解内外压差的深海用压力补偿器

一种用于缓解内外压差的深海用压力补偿器

虞味1 ,张俊超2

1海军装备部   2中南装备有限责任公司

摘要

在环境温度下使用的密闭缸体，当环境温度升高时密闭缸体内压力会随着外界温度的变化而变化，当内压过高造成内外压差超过额定值时，影响密闭缸体的正常工作，不论是密闭的气缸还是油缸，都需要一个减压装置，以保证密闭缸体的安全可靠性，通常缸体的减压方式是在缸体进油口旁边增加一个减压溢流阀，通过排出部分油液或气体以平衡油缸内压。其缺点是必须定期补油或者充气以保证缸体常温及高温下的正常工作，对辅助保障设备及操作环境要求高，无疑增加了维护成本，油缸正常工作时的可靠性存在一定隐患。还有一种油压释放方式为配套泵站，对小型密闭油缸来说，配套泵站不仅增加经济成本，还需考虑泵站安装位置、油路设计和各种阀块、传感器等的配合使用。操作使用不方便。

当密闭缸体不仅需要在高温环境下使用且满足能在深水区使用的性能要求时，对密封缸体的内压自动调节功能要求更高。因密闭缸体的油压值必须在额定范围内才能正常工作，外界水压增大时，密闭缸体内需有同步补给装置以增大缸体内压从而达到缸体内外压差在额定范围之内。密闭缸体此时在深水区域，如果采用液压泵站的方式补给油缸内压，不仅对连接的油管提出耐压耐腐蚀等要求，对整个缸体来说外形有所限制，有油管牵连，使用维护和操作性很差，外部牵连工程较多。

1 用于缓解内外压差的压力补偿器结构设计

为满足密闭缸体内外压差在额定范围内的功能要求，本压力补偿器采用的技术方案是：包括壳体，壳体内设有密封滑动的活塞，壳体端部固设有压盖，压盖与壳体之间设有导向柱，活塞套在导向柱上滑动，活塞将壳体分隔为油腔与缓冲腔，油腔与密封缸体连通，缓冲腔与大气连通。

壳体底部内设有安装座，导向柱端部抵靠在安装座内螺纹连接，安装座周圈设有多个第一环形通孔，缓冲腔通过第一环形通孔与大气连通。第一环形通孔一侧设有过滤板，过滤板通过螺栓固定在壳体的底部，过滤板上设有多个过滤孔，过滤孔位于第一环形通孔处。压盖通过螺栓固定在壳体端部，压盖与壳体之间设有O型密封圈。压盖上设有固定座，导向柱端部抵靠在固定座内，固定座周圈设有多个第二环形通孔，油腔通过第二环形通孔与密封缸体连通。第二环形通孔一侧设有螺纹轴，压盖通过螺纹轴与密封缸体连接，螺纹轴外侧设有第二凹槽，第二凹槽内的密封圈抵靠在密封缸体上进行密封。活塞内侧设有导套，活塞通过导套与导向柱滑动连接，导套通过螺栓固定在活塞上，导套内的滚珠抵靠在导向柱上滑动。活塞内侧设有第一异型密封圈，第一异型密封圈的外侧抵靠在活塞上，内侧抵靠在导向柱上，活塞通过第一异型密封圈在导向柱上滑动密封。活塞外侧设有第二异型密封圈，第二异型密封圈的外侧抵靠在壳体内，内侧抵靠在活塞上，活塞通过第二异型密封圈在壳体内滑动密封。导向柱上设有弹簧，弹簧套在导向柱上，弹簧一端抵靠在壳体内，另一端抵靠在活塞上。结构示意图如图1。

图1 结构示意图

2 用于缓解内外压差的压力补偿器结构特点

本压力补偿器中压盖与密闭缸体连接处设计有第二环形通孔为进油口，压盖与密闭缸体连接形成为一体，当环境温度升高时，密闭缸体内压增大，当密闭缸体内外压差值超过额定范围后，油压通过活塞传递给弹簧，当弹簧的起始载荷小于密闭缸体内油压载荷时，弹簧被压缩，油液通过压盖上的进油口从密闭缸体导入到壳体的进油腔内部，壳体内部进油腔成为密闭缸体的储油腔，达到密闭缸体内外压差的额定工作值。

本压力补偿器中壳体缓冲腔内设计的第二环形通孔为进水口，当密闭缸体处于深潜的工作状态，外界水压增大，为满足密闭缸体内外压差处于额定范围之内，通过进水口，外界水介质可进入缓冲腔内部，下潜深度逐渐加深，外界水压逐渐加大，当缓冲腔与油腔压差大于弹簧的额定载荷值时，活塞将被外界水介质推动，壳体内的油腔被压缩，油液被压回到密闭缸体内，缸体内压增大，密闭缸体内外压差值仍在额定范围之内。

本压力补偿器中涉及弹簧，因对补偿器一体化、轻量化、小型化和可靠性等需求，要求弹簧自由高度尺寸小，作业高度尺寸大，载荷变化范围宽，采用普通螺旋弹簧无法满足此处的工况要求。本实用新型设计采用多层对顶波簧，并选择耐腐蚀特种材料延长其使用寿命，其外形尺寸小，自由高度低，工作行程大，载荷变化范围宽，完全满足设计需求。在使用过程中起到推动活塞平滑运动的作用。

3 结论

用于缓解内外压差的压力补偿器，压盖与壳体连接形成一个密闭罐体，活塞在密闭罐体中上下移动，活塞将密封罐体分隔为油腔与缓冲腔，压盖与密闭缸体连接，可使得油腔与密闭缸体连通，壳体开口可使得缓冲腔与大气或深海连通，当密闭缸体内油温较高时，油压会进入油腔作用在活塞上，从而推动活塞移动，压缩缓冲腔，达到密闭缸体内外压差的额定工作值，当密闭缸体处于深海中时，海水进入到缓冲腔内，水压推动活塞移动，压缩油腔增加密闭缸体的内压，使得密闭缸体内外压差值仍在额定范围之内。本压力补偿器的研制成功，可满足密闭缸体内外压差在额定范围内的功能要求，又解决了密闭油缸的一体化、安全性、美观性、维修性、可操作性和无外部牵连工程等难题。

参考资料

1 蔡春源等，机电液设计手册，机械工业出版社，1997

2 张鸣远，流体力学，高等教育出版社，2010