專利名稱：波紋管型深海水下液壓系統(tǒng)不間斷液壓源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及增壓器或液體壓力轉(zhuǎn)換器，是一種深海水下液壓系統(tǒng)不間斷液壓源。
背景技術(shù)：
深海水下液壓系統(tǒng)一般采用回油壓力與外界水壓自動(dòng)平衡的自適應(yīng)油箱，其輸出壓力的絕對(duì)值等于液壓源的輸出壓差加上外界水壓的和。因此，傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)通過(guò)單個(gè)蓄能器儲(chǔ)存能量，提供應(yīng)急狀態(tài)下使用的方法受液壓源所處水深不確定性的影響嚴(yán)重，幾乎無(wú)法正常工作。
例如對(duì)于一個(gè)輸出壓差為10MPa的液壓系統(tǒng)，選用了一個(gè)容積為10升的蓄能器。如果在地面上，可預(yù)充5Mpa的壓力，當(dāng)液壓系統(tǒng)突然失壓時(shí)，最多可以釋放3.9升的液壓油。而將該蓄能器用于深海水下液壓系統(tǒng)，至少需要預(yù)充20Mpa的壓力，它不僅在水下1000米以內(nèi)無(wú)法工作，在1000米以上時(shí)可釋放的流量也變得非常小，如下表所示(水深單位為米、流量單位為升)

因此，目前深海水下液壓系統(tǒng)都急需一種儲(chǔ)能效率較高的不間斷液壓能供給裝置，以便在其失去動(dòng)力源、甚至于失去全部供電的情況下仍然可以完成所有必需的液壓應(yīng)急動(dòng)作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種波紋管深海水下液壓系統(tǒng)的不間斷液壓源。該液壓源可以在深海水下液壓系統(tǒng)失去動(dòng)力源、甚至于失去全部供電的情況下為其提供應(yīng)急液壓能，以便液壓系統(tǒng)完成所有必需的液壓應(yīng)急動(dòng)作。
波紋管型深海水下液壓系統(tǒng)不間斷液壓源包括箱體，壓縮彈簧，兩塊固定板，波紋管，裝在箱體內(nèi)的波紋管一端用一塊固定板密封連接，波紋管另一端用另一塊開(kāi)孔的固定板密封連接，壓縮彈簧裝在一塊固定板和箱體內(nèi)端面間，另一塊固定板上的孔經(jīng)管道和液壓源連通，箱體上開(kāi)有與海水連通的孔。
所說(shuō)的波紋管和壓縮彈簧的設(shè)計(jì)與選用應(yīng)滿足下列準(zhǔn)則
波紋管最大位移W與有效面積FeFe·W＝QW=2nw=n(DH-DB)424·Eh03(p+2Pnπ·DB+2pDB4)]]>式中n——波紋管波數(shù)w——波紋管半波允許的最大位移(mm)DB——波紋管內(nèi)徑(mm)DH——波紋管外徑(mm)p——波紋管承受的內(nèi)外壓差(MPa)h0——波紋管厚度(mm)Pn——壓縮彈簧最大載荷(N)波紋管最大位移量W即為壓縮彈簧3的工作行程，由上式確定的最大工作載荷與工作行程初定彈簧的剛度p′(N/mm)p′=PnW]]>彈簧的極限載荷Pj為Pj＝1.25×Pn彈簧內(nèi)徑D由結(jié)構(gòu)要求預(yù)先確定，由Pj與D查取標(biāo)準(zhǔn)彈簧彈簧有效圈數(shù)m=Pd′P′]]>并取標(biāo)準(zhǔn)值總?cè)?shù)m′＝m+2波紋管按有效面積與最大允許位移查表。材料可選用1Cr17Ni2等高強(qiáng)度防腐不銹鋼。
本發(fā)明具有下述特點(diǎn)1)可隨內(nèi)外壓差的變化產(chǎn)生形變并改變其內(nèi)部容積；
2)依靠波紋管變形產(chǎn)生的回彈力可以滿足內(nèi)外壓差的要求；3)對(duì)于不同深度的水下作業(yè)，波紋管均可以產(chǎn)生相同的形變量以平衡液壓系統(tǒng)的工作壓差，并不受水深的影響。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是波紋管的危險(xiǎn)點(diǎn)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，波紋管型深海水下液壓系統(tǒng)不間斷液壓源包括箱體1，壓縮彈簧3，兩塊固定板4、6，波紋管5，裝在箱體1內(nèi)的波紋管5一端用一塊固定板4密封連接，波紋管5另一端用另一塊開(kāi)孔的固定板6密封連接，壓縮彈簧3裝在一塊固定板4和箱體內(nèi)端面間，另一塊固定板6上的孔經(jīng)管道和液壓源A連通，箱體1上開(kāi)有與海水連通的孔2。
波紋管與外置式壓縮彈簧的設(shè)計(jì)與選用應(yīng)滿足下列準(zhǔn)則波紋管最大位移W與有效面積FeFe·W＝QW=2nw=n(DH-DB)424·Eh03(p+2Pnπ·DB+2pDB4)]]>式中n——波紋管波數(shù)w——波紋管半波允許的最大位移(mm)DB——波紋管內(nèi)徑(mm)DH——波紋管外徑(mm)P——波紋管承受的內(nèi)外壓差(MPa)h0——波紋管厚度(mm)Pn——壓縮彈簧最大載荷(N)波紋管最大位移量W即為壓縮彈簧3的工作行程，由上式確定的最大工作載荷與工作行程初定彈簧的剛度p′(N/mm)p′=PnW]]>彈簧的極限載荷Pj為Pj＝1.25×Pn彈簧內(nèi)徑D由結(jié)構(gòu)要求預(yù)先確定，由Pj與D按成大先主編《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版第三冊(cè)(后簡(jiǎn)稱《機(jī)》4-3)表11-2-19查取標(biāo)準(zhǔn)彈簧。
彈簧有效圈數(shù)m=Pd′P′]]>并按《機(jī)》4-3表11-2-10取標(biāo)準(zhǔn)值總?cè)?shù)m′＝n+2波紋管按有效面積與最大允許位移查《機(jī)》4-3表11-21-4與《機(jī)》4-3表11-21-5選用。材料選用1Cr17Ni2。
波紋管危險(xiǎn)截面需進(jìn)行應(yīng)力校核如圖2所示，波紋管的危險(xiǎn)點(diǎn)在谷部處A、B和谷峰處C、D校核時(shí)首先確定無(wú)量綱參數(shù)k、δ、mk=RHRB,δ=h0RB,m=rBRB]]>式中RH——波紋管外半徑(mm)RB——波紋管內(nèi)半徑(mm)rB——波紋管波紋內(nèi)徑(mm)根據(jù)k、δ、m查《機(jī)》4-3圖11-21-3中找到谷部處(r＝RB)的(σ1w)w和(σ20)w，同時(shí)按圖11-21-4找出谷峰處(r＝RH)的(σ1w)w和(σ20)w，根據(jù)公式σ‾w=σwRH2nEh0W]]>計(jì)算徑向應(yīng)力σ1w和σ20，在谷部點(diǎn)A和點(diǎn)B的應(yīng)力符號(hào)，當(dāng)W＞0時(shí)，按《機(jī)》4-3表11-21-3確定。
主應(yīng)力按公式σiBIH＝σi0±σiw(i＝1，2)計(jì)算。
對(duì)于A點(diǎn)σ1≈σ1wσ2＝σ20+σ2w對(duì)于B點(diǎn)σ1≈-σ1wσ2＝σ20-σ2w根據(jù)公式求當(dāng)量應(yīng)力σAd=σ12+σ22-σ1σ2]]>當(dāng)量應(yīng)力乘以安全系數(shù)之后應(yīng)小于波紋管材料的σ0.2。
因此，只要選擇恰當(dāng)?shù)牟y管型式及材料即可使波紋管在任何深度的海底均能達(dá)到最佳工作狀態(tài)。同時(shí)波紋管作為彈性元件可保證液壓系統(tǒng)正常工作時(shí)供油壓力的平穩(wěn)性和流量的連續(xù)性。
由于標(biāo)準(zhǔn)波紋管耐壓性能達(dá)不到深海水下液壓系統(tǒng)工作壓力要求，為保證波紋管能獲得滿足要求的剛度，必須在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)波紋管基礎(chǔ)上予以改型。為此需要在波紋管上方增加外置式壓縮彈簧，彈簧與波紋管固定在箱體內(nèi)。確保波紋管在承受工作壓差下，其位移在允許范圍內(nèi)。改型后的波紋管蓄能器應(yīng)能承受液壓系統(tǒng)的工作壓差，同時(shí)具有較大的排液流量。
具體實(shí)施例子對(duì)于圖1所示的不間斷液壓源，采用改型后的新型耐高壓波紋管，采用U型波紋管的結(jié)構(gòu)，其容積為10升。各部分尺寸如下表

波紋管材料選用1Cr17Ni2，σ0.2＝635MPa，彈簧選用不銹鋼絲1Cr18Ni9。
該波紋管在任何水深下可釋放的流量均相等。計(jì)算表明，該波紋管在任何水深下均可釋放約3.78升的液體流量。
權(quán)利要求
1.波紋管型深海水下液壓系統(tǒng)不間斷液壓源，其特征在于它包括箱體(1)，壓縮彈簧(3)，兩塊固定板(4)、(6)，波紋管(5)，裝在箱體(1)內(nèi)的波紋管(5)一端用一塊固定板(4)密封連接，波紋管(5)另一端用另一塊開(kāi)孔的固定板(6)密封連接，壓縮彈簧(3)裝在一塊固定板(4)和箱體內(nèi)端面間，另一塊固定板(6)上的孔經(jīng)管道和液壓源(E)連通，箱體(1)上開(kāi)有與海水連通的孔(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波紋管型深海水下液壓系統(tǒng)不間斷液壓源，其特征在于所說(shuō)的波紋管(5)和壓縮彈簧(3)的設(shè)計(jì)與選用應(yīng)滿足下列準(zhǔn)則波紋管最大位移W與有效面積FeFe·W＝QW=2nw=n(DH-DB)424·Eh03(p+2Pnπ·DB+2pDB4)]]>式中n——波紋管波數(shù)w——波紋管半波允許的最大位移(mm)DB——波紋管內(nèi)徑(mm)DH——波紋管外徑(mm)p——波紋管承受的內(nèi)外壓差(MPa)h0——波紋管厚度(mm)Pn——壓縮彈簧最大載荷(N)波紋管最大位移量W即為壓縮彈簧3的工作行程，由上式確定的最大工作載荷與工作行程初定彈簧的剛度p′(N/mm)p′=PnW]]>彈簧的極限載荷Pj為Pj＝1.25×Pn彈簧內(nèi)徑D由結(jié)構(gòu)要求預(yù)先確定，由Pj與D查取標(biāo)準(zhǔn)彈簧彈簧有效圈數(shù)m=Pd′P′]]>并取標(biāo)準(zhǔn)值總?cè)?shù)m′＝m+2波紋管按有效面積與最大允許位移查表。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種波紋管型深海水下液壓系統(tǒng)不間斷液壓源,將裝在箱體內(nèi)的波紋管的一端用一塊固定板密封連接,另一端用另一塊開(kāi)孔的固定板密封連接,壓縮彈簧裝在一塊固定板和箱體內(nèi)端面間,另一塊固定板上的孔經(jīng)管道和液壓源連通。本發(fā)明具有下述特點(diǎn):1)可隨內(nèi)外壓差的變化產(chǎn)生形變并改變其內(nèi)部容積;2)依靠波紋管變形產(chǎn)生的回彈力可以滿足內(nèi)外壓差的要求;3)對(duì)于不同深度的水下作業(yè),波紋管均可以產(chǎn)生相同的形變量以平衡液壓系統(tǒng)的工作壓差,并不受水深的影響。
文檔編號(hào)F15B1/00GK1389652SQ0213607
公開(kāi)日2003年1月8日 申請(qǐng)日期2002年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月15日
發(fā)明者顧臨怡, 陳鷹, 李世倫, 張俊, 邱敏秀 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)