深海载人潜水器滚动膜片式压力补偿器研究

使用液压驱动的深海载人潜水器,压力补偿器可消除海水压力对液压系统影响,补偿器内径作为其关键结构参数,其设计长期以来一直依靠经验,为解决此问题,通过数学建模,得到补偿压力波动峰值和补偿膜片内外压差峰值,得出补偿器内径是影响这两者的主要结构参数,其值越大,膜片内外压差峰值越小;结合滚动膜片强度理论,依据滚动膜片内外压差峰值须小于滚动膜片安全工作压力这一准则,得到补偿器内径的边界约束和取值方法,基于补偿器内径这一关键参数,压力补偿器可以实现精确以及可靠性设计,此设计方法在一些深海设备上获得应用,实际应用证明了该方法的可行性和有效性。

深海ROV压力补偿器的设计研究

压力补偿器对深海水下机器人(remotely operated vehicle,ROV)的作业深度和作业性能等有重大影响。为了加强压力补偿器在深海ROV中的工程化应用,文章对ROV中压力补偿器的设计开展研究。通过分析比较不同材质、相同体积的ROV阀块与阀箱壳体重量发现,若采用不锈钢材质与钛合金材质的阀块与阀箱壳体,无需采用压力补偿器即可满足其耐压性能要求,但ROV的质量分别增加约187%和74%;而采用铝合金阀块和阀箱壳体与补偿器的融合设计的ROV,具有重量轻、结构紧凑及大水深作业的优异性能。以滚动膜片式压力补偿器的设计为例,通过分析其结构特点和静态性能指出,调节弹性元件及结构件的相关参数可确定补偿压力与海水压力的压力差,使压力补偿器的补偿压力满足使用要求;此外,依据滚动膜片式压力补偿器的油液收缩与油液膨胀原理等,给出了压力补偿器体积计算原则,指出压力和温度是影响补偿器体积选择的重要参数,依此原则设计的压力补偿器可使ROV应用于5000 m(约50 MPa)的深海而无需加装厚实的耐压结构来保护。文章最后从密封性能、结构设计及压力补偿3个方面对压力补偿器技术未来的发展进行了展望。

20 m海底钻机液压系统压力补偿器性能分析

压力补偿器是深水液压系统的重要部件,对使用液压驱动的深海装备,压力补偿器可消除海水压力对液压系统的影响。当深海装备使用非对称液压缸作为执行元件时,非对称液压缸两个油腔的流量差会引起压力补偿器补偿压力的波动,波动幅值过大会导致补偿器损坏。以20 m海底钻机液压系统滚动膜片式压力补偿器为研究对象,介绍了滚动膜片式压力补偿器组成及原理,提出了20 m海底钻机工作时液压系统最大补偿流量的计算方法,利用AMESim分析了最大补偿流量引起补偿器补偿压力波动的规律,最后通过高压密封舱模拟了外部压力变化下压力补偿器对密闭腔体静态补偿特性。结果表明:压力补偿器的性能满足20 m海底钻机液压系统的使用要求。