本發(fā)明涉及海洋水壓檢測(cè)試驗(yàn)，特別是涉及一種螺旋紋式密封的水壓試驗(yàn)艙機(jī)械輔助開關(guān)艙裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、水壓試驗(yàn)是海洋儀器在研發(fā)過(guò)程中常用的一種環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試手段。它是以水為介質(zhì)對(duì)儀器施加規(guī)定的壓力，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬水下受壓情況，分析深海壓力對(duì)不同材質(zhì)密封殼體支撐能力的影響，對(duì)密封形式進(jìn)行優(yōu)化篩選，對(duì)吸水浮體材料重量和浮力進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)而評(píng)價(jià)深海水下儀器的整體預(yù)期運(yùn)轉(zhuǎn)性能。通過(guò)此類試驗(yàn)可以激發(fā)儀器的潛在故障，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中的不合格材料、元器件，以及不適宜的工藝缺陷等早期故障，從而提高儀器對(duì)深水耐壓環(huán)境的適應(yīng)性，降低外場(chǎng)應(yīng)用失敗的風(fēng)險(xiǎn)。

2、目前，全國(guó)各涉海研究所、高校和生產(chǎn)研發(fā)企業(yè)建有不同年代不同尺寸規(guī)格的耐壓試驗(yàn)容器，測(cè)試壓力也從1mpa(相當(dāng)于1百米水深)至120mpa(相當(dāng)于1萬(wàn)2千米水深)，可滿足全球海洋水下環(huán)境測(cè)試需求。開展水壓試驗(yàn)的核心裝置為水壓試驗(yàn)艙，其升壓的工作原理一般為將被測(cè)儀器放入其中，完成結(jié)構(gòu)密封后，通過(guò)控制增壓泵向其內(nèi)部注水達(dá)到預(yù)定試驗(yàn)壓力。

3、國(guó)內(nèi)外水壓試驗(yàn)艙的主流密封形式分為螺旋紋式密封、剪切塊式密封、快開旋轉(zhuǎn)塊式密封和卡箍式密封等。其中，螺旋紋式密封作為傳統(tǒng)的機(jī)械密封形式，具有應(yīng)用范圍廣、可靠性高等特點(diǎn)，在各實(shí)驗(yàn)室間使用較為頻繁。其密封工作過(guò)程為：先將密封端蓋放入水壓試驗(yàn)艙內(nèi)，再將螺旋紋密封環(huán)旋轉(zhuǎn)在水壓試驗(yàn)艙上，而后利用人工方式通過(guò)水平推桿旋緊使其壓緊密封端蓋實(shí)現(xiàn)鎖緊功能。試驗(yàn)后，再利用人工方式通過(guò)水平推桿將螺旋紋密封環(huán)旋轉(zhuǎn)松，逐一取走螺旋紋密封環(huán)和密封端蓋，完成開啟功能。

4、上述傳統(tǒng)的螺旋紋式密封的水壓試驗(yàn)艙鎖緊/開啟方式存在如下問(wèn)題或不足：

5、1.耗費(fèi)人力時(shí)間成本。由于傳統(tǒng)密封過(guò)程為利用人工方式通過(guò)水平推桿順時(shí)針/逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)螺旋紋密封環(huán)使其壓緊/脫離密封端蓋實(shí)現(xiàn)鎖緊/開啟過(guò)程。工作期間需要3至4名技術(shù)人員同時(shí)操作，極大占用實(shí)驗(yàn)室人力資源。同時(shí)，操作過(guò)程需要憑借經(jīng)驗(yàn)實(shí)施，由于技術(shù)人員的熟練程度不同，又會(huì)造成每次試驗(yàn)準(zhǔn)備的時(shí)間長(zhǎng)短不一，進(jìn)而延長(zhǎng)試驗(yàn)時(shí)間。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)熟練技術(shù)人員較少時(shí)，無(wú)法保障操作的及時(shí)、有效完成，降低了試驗(yàn)效率。

6、2.操作力矩?zé)o法量化控制。由于傳統(tǒng)密封過(guò)程為利用人工方式操作，整個(gè)實(shí)施過(guò)程全憑技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)和體能控制，暫時(shí)無(wú)法形成統(tǒng)一的流程，致使每次試驗(yàn)的鎖緊力矩均不相同。加之每次試驗(yàn)的壓力等級(jí)不同，為保障水壓試驗(yàn)艙在高壓階段不發(fā)生滲漏、掉壓現(xiàn)象，技術(shù)人員大多會(huì)采用過(guò)力矩的鎖緊方式，長(zhǎng)期以往會(huì)對(duì)螺旋紋密封環(huán)和水壓試驗(yàn)艙造成積累損傷，降低設(shè)備使用壽命。

7、3.開啟裝置易卡死。當(dāng)開展長(zhǎng)時(shí)間高壓試驗(yàn)后，螺旋紋密封環(huán)和水壓試驗(yàn)艙之間相對(duì)力矩較大，容易發(fā)生卡死現(xiàn)象。此時(shí)，單純依靠人工方式無(wú)法通過(guò)水平推桿旋松螺旋紋密封環(huán)，僅能通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間等待應(yīng)力釋放或大幅增加人工數(shù)量來(lái)強(qiáng)行開啟螺旋紋密封環(huán)。

8、4.老舊水壓試驗(yàn)艙無(wú)法使用機(jī)械輔助開關(guān)艙裝置。對(duì)于新建水壓試驗(yàn)艙，為方便螺旋紋密封環(huán)的拆裝，設(shè)計(jì)之初便在水壓試驗(yàn)艙上端面預(yù)留外側(cè)開艙定位固定件的固定孔。而在役的老舊水壓試驗(yàn)艙不能直接在其上端面改造增加對(duì)應(yīng)的固定孔，故無(wú)法添加使用機(jī)械輔助開關(guān)艙裝置來(lái)實(shí)施螺旋紋密封環(huán)的鎖緊/開啟過(guò)程，仍需按照傳統(tǒng)方式運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有螺旋紋式水壓試驗(yàn)艙開關(guān)技術(shù)的不足，提供一種螺旋紋式密封的水壓試驗(yàn)艙機(jī)械輔助開關(guān)艙裝置及方法，從根本上解決了海洋水壓檢測(cè)試驗(yàn)領(lǐng)域螺旋紋式密封的水壓試驗(yàn)艙艙蓋鎖緊/開啟耗費(fèi)人力時(shí)間成本問(wèn)題、操作力矩?zé)o法量化控制問(wèn)題、開啟裝置易卡死問(wèn)題和老舊水壓試驗(yàn)艙無(wú)法使用機(jī)械輔助開關(guān)艙裝置問(wèn)題，改進(jìn)了現(xiàn)有螺旋紋式密封的水壓試驗(yàn)艙鎖緊/開啟方式，為螺旋紋式試驗(yàn)艙提供了一種新型鎖緊/開啟裝置和使用方法。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、有助于提高試驗(yàn)效率的特點(diǎn)。

2、本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，一種螺旋紋式密封的水壓試驗(yàn)艙機(jī)械輔助開關(guān)艙裝置，水壓試驗(yàn)主艙體包括水壓試驗(yàn)艙、密封端蓋和螺旋紋密封環(huán)，所述密封端蓋位于水壓試驗(yàn)艙內(nèi)，所述螺旋紋密封環(huán)螺紋連接安裝在水壓試驗(yàn)艙上，旋緊螺旋紋密封環(huán)，螺旋紋密封環(huán)與水壓試驗(yàn)艙之間密封，且下壓密封端蓋，使螺旋紋密封環(huán)底部與密封端蓋之間、密封端蓋底部平面與水壓試驗(yàn)艙之間密封；

3、所述機(jī)械輔助開關(guān)艙裝置的最大水平鎖緊/開啟行程為100mm；所述機(jī)械輔助開關(guān)艙裝置包括輔助開關(guān)艙環(huán)形連接件、外側(cè)開艙定位固定件、內(nèi)側(cè)開艙定位固定件、鎖緊/開啟轉(zhuǎn)換件和力矩測(cè)量件，所述輔助開關(guān)艙環(huán)形連接件卡死固定于靠近水壓試驗(yàn)艙頂部的外側(cè)；所述外側(cè)開艙定位固定件和內(nèi)側(cè)開艙定位固定件用于承受鎖緊/開啟轉(zhuǎn)換件的力矩，工作時(shí)外側(cè)開艙定位固定件放置在輔助開關(guān)艙環(huán)形連接件的固定孔內(nèi)，內(nèi)側(cè)開艙定位固定件放置在螺旋紋密封環(huán)的凹槽上；

4、所述鎖緊/開啟轉(zhuǎn)換件由2個(gè)螺紋桿、2個(gè)圓環(huán)和1個(gè)兩端內(nèi)置正反絲扣的空心管狀連接器組成，2個(gè)螺紋桿位于連接器內(nèi)且分別與連接器兩端螺紋連接，2個(gè)螺紋桿分別與2個(gè)圓環(huán)活動(dòng)連接，2個(gè)螺紋桿旋轉(zhuǎn)時(shí)連接器和2個(gè)圓環(huán)不旋轉(zhuǎn)，且2個(gè)螺紋桿旋轉(zhuǎn)進(jìn)行相向或相遠(yuǎn)離運(yùn)動(dòng)時(shí)分別帶動(dòng)2個(gè)圓環(huán)一起移動(dòng)，2個(gè)圓環(huán)上分別設(shè)有豎向通孔，工作時(shí)鎖緊/開啟轉(zhuǎn)換件的兩個(gè)圓環(huán)分別套設(shè)在外側(cè)開艙定位固定件和內(nèi)側(cè)開艙定位固定件上；所述力矩測(cè)量件與鎖緊/開啟轉(zhuǎn)換件相連，旋轉(zhuǎn)力矩測(cè)量件帶動(dòng)鎖緊/開啟轉(zhuǎn)換件提供正反方向的擠壓和拉伸力。

5、進(jìn)一步地，所述水壓試驗(yàn)主艙體的最高承受壓力為100mpa，水壓試驗(yàn)艙在靠近其頂端的部分為密封段，密封段在水壓試驗(yàn)期間不承受向外膨脹的水壓力，密封段分為位于上部的螺旋紋密封段和位于下部的光滑密封段，所述螺旋紋密封段與螺旋紋密封環(huán)螺紋連接配合密封，所述光滑密封段與密封端蓋對(duì)應(yīng)；水壓試驗(yàn)艙在靠近其中端和底端的部分為承壓段，承壓段內(nèi)部為光滑承壓段，在水壓試驗(yàn)期間承受向外膨脹的水壓力。

6、進(jìn)一步地，所述水壓試驗(yàn)艙內(nèi)設(shè)有一圈凸起的平臺(tái)，平臺(tái)上表面設(shè)有一圈環(huán)形槽，環(huán)形槽內(nèi)放置o型橡膠密封圈，密封端蓋放入水壓試驗(yàn)艙內(nèi)、旋緊螺旋紋密封環(huán)時(shí)，密封端蓋的底部平面均勻的向下擠壓o型橡膠密封圈，使其擠滿環(huán)形槽實(shí)現(xiàn)密封。

7、進(jìn)一步地，每個(gè)所述螺紋桿為階梯型結(jié)構(gòu)桿，大徑端桿為外表面帶螺紋的圓柱結(jié)構(gòu)，小徑端桿為橫截面呈正方形的結(jié)構(gòu)，大徑端桿的端部設(shè)有一個(gè)帶內(nèi)螺紋的沉孔；每個(gè)所述圓環(huán)上開設(shè)有水平通孔，所述水平通孔內(nèi)放置內(nèi)置螺栓，使螺紋桿通過(guò)內(nèi)置螺栓與圓環(huán)活動(dòng)連接；所述連接器的內(nèi)部中間無(wú)內(nèi)螺紋，設(shè)有內(nèi)螺紋處的內(nèi)徑小于無(wú)內(nèi)螺紋處的內(nèi)徑。

8、更進(jìn)一步地，所述力矩測(cè)量件是由一個(gè)力矩測(cè)量扳手、一個(gè)垂直傘齒輪和兩個(gè)水平傘齒輪組成，所述力矩測(cè)量扳手與垂直傘齒輪的軸垂直固定連接，兩個(gè)水平傘齒輪分別套設(shè)在對(duì)應(yīng)螺紋桿的小徑端桿上，且兩個(gè)水平傘齒輪分別通過(guò)連接器內(nèi)不同內(nèi)徑連接處形成的臺(tái)階限制在連接器內(nèi)只做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所述連接器正中間上端還設(shè)有一個(gè)開孔，所述開孔用于放置垂直傘齒輪，使垂直傘齒輪始終同時(shí)與兩個(gè)水平傘齒輪嚙合。

9、進(jìn)一步地，所述輔助開關(guān)艙環(huán)形連接件通過(guò)機(jī)械卡箍結(jié)構(gòu)連接實(shí)現(xiàn)與水壓試驗(yàn)艙卡死固定。

10、進(jìn)一步地，所述輔助開關(guān)艙環(huán)形連接件分為3段，每段上均勻分布4個(gè)固定孔；

11、進(jìn)一步地，所述螺旋紋密封環(huán)每90°分布1個(gè)凹槽。

12、本發(fā)明還提供一種利用上述機(jī)械輔助開關(guān)艙裝置進(jìn)行螺旋紋式密封的水壓試驗(yàn)艙機(jī)械輔助開關(guān)艙方法，具體過(guò)程為：

13、1)依據(jù)水壓試驗(yàn)艙的外形尺寸和受力情況，將密封端蓋放置在水壓試驗(yàn)艙內(nèi)凸起的平臺(tái)上，再將螺旋紋密封環(huán)旋緊在水壓試驗(yàn)艙上，確定輔助開關(guān)艙環(huán)形連接件的安裝位置，安裝時(shí)需避免水壓試驗(yàn)艙承壓段受力，同時(shí)兼顧試驗(yàn)人員日常操作的高低位置；

14、2)依據(jù)輔助開關(guān)艙環(huán)形連接件的固定孔位置和螺旋紋密封環(huán)的凹槽位置，將輔助開關(guān)艙環(huán)形連接件與水壓試驗(yàn)艙卡死緊固成一體，并保持二者無(wú)相對(duì)位移；

15、3)依據(jù)輔助開關(guān)艙環(huán)形連接件的固定孔位置和螺旋紋密封環(huán)的凹槽位置以及試驗(yàn)鎖緊/開啟力矩，選取對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度、直徑的鎖緊/開啟轉(zhuǎn)換件，使螺紋桿、圓環(huán)和內(nèi)置正反絲扣的連接器處于適宜的工作長(zhǎng)度，并滿足試驗(yàn)操作要求；

16、4)以輔助開關(guān)艙環(huán)形連接件和螺旋紋密封環(huán)為固定安裝基座，選取1個(gè)凹槽作為一個(gè)固定點(diǎn)，將內(nèi)側(cè)開艙定位固定件和螺旋紋密封環(huán)相連接，再選取外側(cè)開艙定位固定件和輔助開關(guān)艙環(huán)形連接件相連接固定的位置作為另一個(gè)固定點(diǎn)，將外側(cè)開艙定位固定件和輔助開關(guān)艙環(huán)形連接件相連接；再將鎖緊/開啟轉(zhuǎn)換件兩端圓環(huán)分別套設(shè)在內(nèi)側(cè)開艙定位固定件和外側(cè)開艙定位固定件上，使鎖緊/開啟轉(zhuǎn)換件提供最大的拉伸力或壓縮力，完成機(jī)械輔助開關(guān)艙裝置的最終連接。

17、進(jìn)一步地，機(jī)械輔助開關(guān)艙裝置首次使用時(shí)，先利用力矩測(cè)量件實(shí)施水壓試驗(yàn)艙的鎖緊密封；進(jìn)行打壓測(cè)試，將水壓試驗(yàn)艙以空載狀態(tài)升壓，根據(jù)不同壓力利用力矩測(cè)量件完成不同壓力等級(jí)的密封，測(cè)量出不同的鎖緊力矩；

18、完成鎖緊力矩測(cè)試后，再反向操作進(jìn)行開啟力矩測(cè)試，測(cè)量出不同的開啟力矩；

19、將所有鎖緊/開啟的數(shù)據(jù)記錄，并形成數(shù)據(jù)對(duì)照表，以便日后開展水壓試驗(yàn)時(shí)依據(jù)試驗(yàn)壓力值選取最接近的對(duì)應(yīng)力矩?cái)?shù)值。

20、本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

21、1、機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明主要由輔助開關(guān)艙環(huán)形連接件、外側(cè)開艙定位固定件、內(nèi)側(cè)開艙定位固定件、鎖緊/開啟轉(zhuǎn)換件和力矩測(cè)量件等組成，各部件均為標(biāo)準(zhǔn)化零件，解決了艙蓋鎖緊/開啟耗費(fèi)人力時(shí)間成本問(wèn)題、操作力矩?zé)o法量化控制問(wèn)題、開啟裝置易卡死問(wèn)題和老舊水壓試驗(yàn)艙無(wú)法使用機(jī)械輔助開關(guān)艙裝置問(wèn)題。

22、2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造。本發(fā)明所有部件均為工業(yè)級(jí)金屬零件，使用時(shí)組裝快捷方便，可使水壓試驗(yàn)艙機(jī)械輔助開關(guān)艙裝置快速投入使用，并能形成標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程，便于快速推廣應(yīng)用。

23、3、裝置可靠性高。本發(fā)明所有部件均為高強(qiáng)度不銹鋼材質(zhì)，各部件間采用絲杠和齒輪連接方式傳遞，受外界干擾小，故障率低，同時(shí)不受各類能源供給影響。

24、4、適用領(lǐng)域兼容性強(qiáng)。本發(fā)明包含的輔助開關(guān)艙環(huán)形連接件可適用不同水壓試驗(yàn)艙尺寸，安裝時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)輔助開關(guān)艙環(huán)形連接件3段之間的鎖緊間距和在水壓試驗(yàn)艙密封段上的高度位置即可實(shí)現(xiàn)在不同水壓試驗(yàn)艙上的卡緊定位作用。同時(shí)，依據(jù)鎖緊/開啟力矩的不同，鎖緊/開啟轉(zhuǎn)換件和力矩測(cè)量件可選取不同規(guī)格、量程的器件，使本發(fā)明設(shè)計(jì)的水壓試驗(yàn)艙機(jī)械輔助開關(guān)艙裝置可滿足國(guó)內(nèi)各機(jī)構(gòu)(實(shí)驗(yàn)室)外徑小于800mm的不同壓力等級(jí)的螺旋紋式密封水壓試驗(yàn)艙需求。

25、5、節(jié)約人力和時(shí)間成本。本發(fā)明可提供大扭矩推力/拉力，在實(shí)際工作中可實(shí)現(xiàn)單人全程操作，極大降低人力成本。由于各部件可形成標(biāo)準(zhǔn)化操作流程，螺旋紋密封環(huán)和水壓試驗(yàn)艙的一次性鎖緊/開啟成功率高，又能顯著降低試驗(yàn)時(shí)間成本。

26、6、操作力矩量化可控。本發(fā)明在力矩輸出過(guò)程中引入了測(cè)量部件，可掌握實(shí)時(shí)輸出力矩；同時(shí)，將水壓試驗(yàn)艙的不同試驗(yàn)壓力與對(duì)應(yīng)鎖緊/開啟力矩建立了背景參考數(shù)據(jù)對(duì)照表，方便每次試驗(yàn)的鎖緊/開啟操作，避免力矩過(guò)盈或欠缺情況的出現(xiàn)，使操作過(guò)程由感官經(jīng)驗(yàn)化向精確可控化轉(zhuǎn)變。此外，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間高壓試驗(yàn)后，螺旋紋密封環(huán)和水壓試驗(yàn)艙之間相對(duì)力矩較大，容易發(fā)生卡死現(xiàn)象，本發(fā)明引入的鎖緊/開啟轉(zhuǎn)換件可提供遠(yuǎn)大于人工水平橫向推動(dòng)的力矩，能輕松開啟卡死的螺旋紋密封環(huán)。

27、7、可兼任老舊水壓試驗(yàn)艙使用需求。諸多在役的老舊水壓試驗(yàn)艙在設(shè)計(jì)制造時(shí)未預(yù)留外側(cè)開艙定位固定件固定孔，且由于建造時(shí)間較長(zhǎng)無(wú)法在其端面上直接改造增加固定孔。本發(fā)明通過(guò)在水壓試驗(yàn)艙不受力的部位加裝輔助開關(guān)艙環(huán)形連接件，使其具備了固定孔，解決了這一問(wèn)題，進(jìn)而可使用本發(fā)明提出的機(jī)械輔助開關(guān)艙裝置，改變?cè)胁僮鞣绞?，?jié)約人力和時(shí)間成本，提高控制精準(zhǔn)性。