深海液压油箱的设计.docx

深海液压油箱的设计延1 ,郭远明2房Design of Deep Sea Hydraulic Pressure Fuel TankFANG Yan1 , GUO Yuan2ming2(11 成都电子机械高等专科学校 ,四川 成都 610031 ; 21 中国人民解放军第 5701 厂 ,四川 成都 610043)摘 要 :主要介绍了深海液压油箱方案设计时需考虑的 6 个方面 :深海压力平衡问题 、体积差问题 、材料 的防腐性 、工作介质的灌注和排气问题 、油箱的整体刚性 、油箱的密封问题 ;以及主要参数的设计和材料的选 择等 ,同时对 3 种设计方案进行了对比 。关键词 :深海液压油箱 ;压力平衡 ;体积变化中图分类号 : TH13718 + 6文献标识码 :B文章编号 :100024858 (2005) 1120013203①深 海 的 环 境 压 力 ( 如 深 海 6000 m 则 有 约 60MPa 的海水压力) 的平衡问题 。由于深海设备的重量 在一定程度上受到限制 ,所以深海油箱只能从平衡环 境压力角度出发考虑薄壁油箱 ,不应考虑刚性油箱 。②体积差问题 。目前我国深海液压系统工作介质主要采用的是液压油 ,故系统是封闭的 ,而系统中的 蓄能器 、单出杆缸等在工作过程中造成的体积差给油 箱带来的体积变化 ; 液压系统工作时工作介质的高速 流动造成的油箱体积变化 ; 如果工作介质中存在大量 的气泡 ,在高压力下引起油箱体积的较大变化 ;深海的 环境温度和海面的温度差异 ,气泡的存在也会带来体 积变化 。这几个方面的体积变化都需要采取措施来消 除对油箱的影响 。③材料的防腐性 。油箱的外表面和海水直接接 触 ,需要考虑材料对海水的防腐性 。④ 工作介质的灌注和排气问题 。⑤ 油箱的整体刚性 ,如水流的冲击 、碰撞等 。⑥ 油箱的密封问题 ,包括整体外密封 、输出接口 的密封 。2) 方案设计由上面所讨论的 6 点不难看出 ,设计深海油箱的 最大难点是要克服深海的海水压力和系统内体积的变化 。下面 3 种方案的深海油箱其主要出发点是采用橡 胶膜或皮囊的方式来平衡压力和体积的变化 。其结构 形式如图 1 所示 。 1 前言人类当今正面临着人口 、资源和环境三大难题 。 随着各国经济的飞速发展和世界人口的不断增加 ,人类消耗的自然资源越来越多 ,陆地上的资源正在日益减少 。开发“蓝色经济”已势在必行 ,海洋占地球表面 积的 71 % ,在海底及海洋中 , 蕴藏着极其丰富的生物资源及矿产资源 。要向海洋索要资源 ,我们共同面临 和急需解决的问题便是采用先进的跨学科的技术手段来探索 、开发神秘的海洋 。近年来 ,我国在海洋探测如 采样 、海底取心等方面进行了大量的科学研究 ,其中深 海液压源也是其研究课题的一部分 。深海液压油箱主要用在带有液压驱动系统的深海 探测 、采样等设备仪器上 ,在液压系统中既作为油箱 , 又作为封装电机泵组 、阀组等元件的隔离舱 ,囊括了整 个动力系统的核心部分 ,我们常称之为仪器的“心脏”,而多年来在油箱上我们进行了不断的探索 ,虽然不少 从国外进口的设备上也有类似的油箱 ,但在解决渗漏以及使用寿命上都不太理想 ,在使用过程中 ,容易出现油箱故障问题 ,影响科学考察的进程 ,造成不必要的损 失 。2 深海油箱设计故名释义 ,深海油箱即是在深海 (目前我们已制造 出 6000 m 深海油箱) 的环境下工作 ,这就决定了它不仅仅是一个简单的盛装液体的容器 ,鉴于这种特殊的工况 ,在设计过程中我们要从多方面 、多角度进行综合 考虑 。1) 设计方案拟订方案设计应从以下 6 个方面着手进行拟订 。收稿日期 :2005205211作者简介 :房延 (1968 —) ,女 ,四川成都人 ,讲师 ,主要从事 机电一体化方面的科研和教学工作 。液压与气动2005 年第 11 期14行器 (如液压缸有杆腔和无杆腔的体积差) 引起的体积变化 、蓄能器的体积变化 。现就上述 3 个方面体积变化的有关参数确定逐一 介绍 。①在压力作用下工作介质的体积变化 ,用压缩率β或体积弹性模数 K 来表示 :1d vβ = - ·(MPa - 1)图 1 深海油箱结构形式图 1a 是在钢质圆形油箱的一端加橡胶膜或在方 形油箱的 5 个面上开窗口加橡胶膜 ,利用橡胶膜的伸 缩变形进行压力平衡和克服体积变化 ,优点是结构简 单 、易于加工 。但我们经过模拟实验证明橡胶膜的边 缘易出现疲劳断裂 ,密封不可靠 。图 1b 的油箱除底面采用钢质材料外 ,上面采用整 体的橡胶罩 ,利用其余 5 面的变形进行压力平衡和克服体积变化 ,此种结构制造复杂 ,成本高 ,橡胶罩容易变形 。图 1c 油箱整体采用钢质材料 ,在油箱内或油箱外 加可