技术领域
[0001] 本
发明涉及取芯器试验系统技术领域，尤其涉及取芯器保压舱保压特性试验系统及方法。
背景技术
[0002] 海底钻机在深海获取样品后，需要保真舱保压控制装置在原位环境对样品进行保压密封。
[0003] 保真舱的保压性能需要通过试验不断验证与改进，因而测试试验平台应运而生。为测试保真舱在不同工况条件下的
变形特性，验证设计方案的可行性与科学性，以便从结构上、材料上对该保真舱进行改进，需要设计超高压保压特性试验平台，以测试保压舱的耐压特性，为保真取芯钻机的研发与设计提供试验依据与数据
支撑。
发明内容
[0004] 本发明旨在提供取芯器保压舱保压特性试验系统及方法，可测试保真舱在不同工况条件下的变形特性。
[0005] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：取芯器保压舱保压特性试验系统，包括压
力供给单元、压力舱、
数据采集分析单元和控制单元，所述压力供给单元通过管路与压力舱相连以调节压力舱内的压力；压力供给单元和数据采集分析单元均与控制单元连接。
[0006] 进一步的，取芯器保压舱保压特性试验系统还包括防爆箱，所述压力舱置于防爆箱内。
[0007] 进一步的，所述压力供给单元包括动力供给系统、低压
泵和高压泵，所述动力供给系统与高压泵相连以给高压泵提供驱动力，所述低压泵输出的介质经高压泵后输向压力舱。
[0008] 其中，数据采集分析单元包括应变
传感器和
压力传感器，压力供给单元的出口设有压力传感器和/或压力舱内设有压力传感器。
[0009] 进一步的，压力舱内部和外部均装有多个应变传感器。
[0010] 进一步的，所述压力舱包括筒体、用于密封筒体上端的上端密封装置和用于密封筒体下端的下端密封装置，所述上端密封装置上设有连通筒体内部的介质通道。
[0011] 进一步的，取芯器保压舱保压特性试验系统还包括翻板
阀，所述翻板阀安装在筒体内，所述翻板阀包括
阀座和阀瓣，所述阀瓣的顶面和底面均安装有应变传感器。
[0012] 进一步的，取芯器保压舱保压特性试验系统还包括安装环和
弹簧，所述筒体内部有用于抵持安装环的台阶，安装环一端抵持在台阶上，所述弹簧一端顶在安装环上，弹簧另一端顶在阀瓣上给阀瓣提供初始密封压力。
[0013] 取芯器保压舱耐压特性测试方法，利用上述取芯器保压舱保压特性试验系统对压力舱进行0-140MPa的连续压力测试，通过应变传感器测试压力舱的变形情况，对压力舱筒壁强度设计进行验证。
[0014] 进一步的，在压力舱内安装阀板阀，测试翻板阀在不同压力下的
密封性和变形量。
[0015] 与
现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1，本发明可测试测试保压舱的耐压特性，了解其在不同工况条件下的变形特性，可验证设计方案的可行性与科学性，便于从结构上、材料上对该保真舱进行改进，能够为保真取芯钻机的研发与设计提供试验依据与数据支撑；
2，本发明可实现对测试舱0-100MPa的连续压力测试，长时间保压以及在保压状态下的在线压力监测和变形测试，可对筒壁强度设计进行验证；
3，本发明还可用于测试保压舱下部密封装置（翻板阀）在不同工况下的密封性能和变形量，验证不同结构、不同形状的翻板阀的公称压力，而且可对
螺纹密封、端面密封、初始密封压力以及进出液系统对密封影响的综合性能进行测试。
附图说明
[0016] 图1是本发明的原理图；图2是防爆箱的结构示意图；
图3是压力舱处于
水平
位置的示意图；
图4是压力舱处于竖直位置的示意图；
图5是压力舱的结构示意图；
图6是翻板阀的结构示意图；
图7是翻板阀安装时竖直倒立压力舱的示意图；
图8是
软件界面的示意图。
具体实施方式
[0017] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
[0018] 如图1所示，本
实施例公开的取芯器保压舱保压特性试验系统，包括压力供给单元、压力舱2、数据采集分析单元和控制单元1，压力供给单元通过管路与压力舱2相连以调节压力舱2内的压力；数据采集分析单元包括应变传感器、压力传感器14和
温度传感器15，压力舱2上安装有应变传感器，压力供给单元和数据采集分析单元均与控制单元1连接。控制单元1包括电脑主机和显示终端，显示终端采用
触摸屏，能够实时显示测试数据和实时对动力单元的控制。
[0019] 压力供给单元包括动力供给系统和超高压
增压系统组成，整个系统可实现电脑控制，可实现0-100MPa压力任意输出、可控。本实施方式中超高压增压系统为超高压气驱增压系统，它包括低压泵12和高压泵13。
[0020] 动力供给系统为气体压力供给系统，其与高压泵13相连以给高压泵13提供驱动力，低压泵12输出的介质经高压泵13后输向压力舱2。当需要高压输出时，低压泵12输出的介质经高压泵13增压后输向压力舱2。
[0021] 气体压力供给系统采用无油静音空压机，可实现0.1-0.8Mpa的压力输出，为超高压气驱增压系统提供动力。本实施方式中提供其中一种供参考，型号WP1100-3/140，
电机功率3600W，转速1400r/min。
[0022] 超高压增压系统的输出压力和驱动气压成正比，耗气量小：0.3-1m3/min，高压时，泵输出流量为0.3L/min，压力测试范围：0—200Mpa。超高压管路采用高压
钢管，管路密封采用球头或锥面硬密封。超高压增压系统的管路中安装有
单向阀。
[0023] 本发明中测试
流体系统和驱动流体系统分离、测试介质多样化。
[0024] 数据采集分析单元用于实现压力监测以及压力舱2内部应变监测。数据采集分析单元包括各测量元件和数据采集分析系统。测量元件包括压力传感器、应变传感器等。
[0025] 压力监测包括两路压力监测组成，一路监测泵站出口压力，一路监测压力舱2内部压力。在压力供给单元的出口安装有压力传感器14，压力舱2内部安装有压力传感器，同时在卸压管路中也设有压力表。
[0026] 压力舱2内部应变监测通过应变传感器来进行测量。应变传感器选用1/4桥两线制公共补偿型，保证压力舱2内部能装入6个应变片，压力舱2外部装20个应变片，可测量压力舱2的变形。
[0027] 数据采集分析系统采用全智能化DH3816N静态应变测试数据采集分析系统；单台36测点，选用有线通讯方式,完成对应变片数据、压力舱2内部压力数据的采集。
[0028] 数据采集分析系统采用以太网通讯，使系统实现了边
采样、边传送、边存
硬盘、边显示，利用计算机海量的存储硬盘，长时间实时、无间断记录所有通道
信号。此套系统能够和各种桥式传感器配合，可对力、压力等物理量进行精确测试。其可设置任意一个测点作为补偿测点，也可使用公共补偿端进行补偿；中文视窗XP/Vista/7
操作系统下采用Vc++编制的采样控制和分析软件，具有极强的实时性以及良好的可移植性、可扩充性和可升级性。它还具有
导线电阻自动修正功能和桥路自检功能。
[0029] 导线电阻自动修正功能：通过控制软件可一键完成导线电阻测量并进行自动修正，避免了试验过程中人工检查操作繁琐、主观读数误差大等情况对测量结果造成的影响，可提高测试
精度。
[0030] 桥路自检功能：结合控制软件能够准确判断桥路的
短路、开路等故障，以直观的图形窗口提醒工程人员通道状态，方便实验现场状态检查和故障排除；
应力应变测量时，软件中输入桥路方式、应变计电阻、导线电阻、应变计灵敏度系数，软件完成对测量结果的自动修正；软件中输入被测试件材料的
弹性模量和泊松比，软件将完成应力及两片直
角、三片45°直角、60°等边三角形、伞形、扇形等应变花主应力及方向的计算。
[0031] 如图2所示，取芯器保压舱保压特性试验系统还包括防爆箱4，压力舱2置于防爆箱4内。防爆箱4内置照明设备和摄像头，通过摄像头能在PC客户端实时观察到内部场景，同时配置一个1TB硬盘刻录机、一个网络交换机，用于保存实验过程中的影像资料。防爆箱4能满足在
泄漏情况下的安全性。
[0032] 防爆箱4整体采用6mm厚钢板整体
焊接，内部敷设缓冲材料。左右两侧留有
开关门用于装卸
工件。防爆箱4留有透视窗41和管路进出口，透视窗41选用26mm厚防弹玻璃。
[0033] 防爆箱4内设计
旋转机构8，防爆箱4
箱体体根据旋转机构的大小进行设计。压力舱2安装在旋转机构8上，使压力舱2可整体旋转并实现90°和180°两个位置的固定，使压力舱2能够在水平位置和竖直位置开始相关测试工作。如图3、4所示，旋转机构8包括
支架81、工件固定座83、
轴承座82和水平位限位板84，压力舱2固定在工件固定座83上，工件固定座83上设有两水平轴85，水平轴85与压力舱2的轴线垂直。
[0034] 两水平轴85通过轴承支承在轴承座82上，轴承座82与支架81固接，水平位限位板84竖直立放并与支架81固接，水平位限位板84具有与压力舱2外形匹配的限位缺口，限位缺口开口于水平位限位板84的上方。水平位限位板84上装有水平销87，所述工件固定座83上有与水平销87适配的销孔88，销孔88与水平轴85垂直。
[0035] 如图3所示，当压力舱2水平放置时，压力舱2位于水平位限位板84的限位缺口中，并用压条86将限位缺口挡住，从而将压力舱2固定在水平位，压条86与水平位限位板84螺钉连接。此时销孔88与竖直面平行。
[0036] 当需要调整压力舱2到竖直位时，拧松螺钉，取下压条86，转动压力舱2至竖直位。如图4所示，此时销孔88与水平面平行且与水平位限位板84上的水平销87正对，然后将水平位限位板84上的水平销87插入销孔88中，从而将压力舱2固定在竖直位。当然，系统除了
硬件部分，还包括监测软件，监测软件可以实现超高压增压系统压力数据、应变片数据及压力舱2内部压力数据、视频实时监控数据三个分系统在同一软件平台集成显示，并可实时记录压力舱2内的压力变化，如图8所示，通过软件界面可以设置保压压力和保压时间等，系统还提供系统登录权限管理功能。
[0037] 如图5所示，压力舱2包括筒体21、用于密封筒体21上端的上端密封装置和用于密封筒体21下端的下端密封装置。
[0038] 上端密封装置包括上端堵头22、下端堵头23和
密封圈24，上端堵头22和下端堵头23均与筒体21
螺纹连接，上端堵头22和下端堵头23与筒体21内壁间均安装采用密封圈24加装挡圈形成密封。密封圈24采用耐
水解聚
氨酯密封圈，可耐高温高压。
[0039] 上端堵头22上预留有连通筒体21内部的介质通道25、压力传感器
接口和水密连接器接口，水密连接器接口处安装水密连接器，用于传输应变
传感器数据。介质通道25作为注射口，外接液压源。水密连接器用于传输应变传感器数据。
[0040] 为测试保压舱在不同温度情况下的保压性能。本实施例中还设有用于对液压介质进行加热的加热器。加热器可设置在低压泵之前。也可以采用在压力舱2外部布置环向
蒸汽热管、电阻丝、
涡流加热系统进行加热，也可采用水浴加热。
[0041] 取芯器保压舱耐压特性测试方法，将低压泵12连通
不锈钢液体箱，低温用水作为液体介质，高温用油作为液体介质。数据采集分析单元还用于实现温度监测。温度监测主要是监测压力舱2内部温度。温度监测单元可选择MWT202一体化温度变送器，它由温度传感器，补偿
电路和转换电路三部分组成，具有性能稳定，灵敏度高，可靠性强等优点，其利用铂电阻的阻值随温度变化而变化，且呈一定函数关系的特性来测量被测物的温度。
[0042] 如果采用水浴或油浴加热，温度传感器可设于水浴箱内，监测水浴或油浴的温度。利用上述取芯器保压舱保压特性试验系统对压力舱2进行0-100MPa的连续压力测试，保压
指定时间后，系统进行安全泄压，保压指定时间根据实验需要进行设置。这个过程中通过应变片监测压力舱2筒壁的变形情况，对压力舱2筒壁强度设计进行验证，以便从结构上、材料上对该试验平台进行改进，在绝对安全的情况下减小筒体21筒壁厚度。
[0043] 当然，还可对压力舱2的密封性能进行测试。密封性能测试有两种方式，方式一：在通入压力舱2的液体介质中加入
荧光剂，测试完毕，用荧光仪可检测泄露路径，可用于测试螺纹密封、端面密封、密封圈的密封性能。方式二：安装多个声发射传感器，利用声学检测仪来进行阀泄露检测。当然也可以同时采用这两种方式。
[0044] 利用上述取芯器保压舱保压特性试验系统可对阀板阀5、密封圈等部件的性能进行测试。下面以对阀板阀5进行测试为例进行说明。
[0045] 如图6、7所示，翻板阀包括阀座51和阀瓣52，阀座51与阀瓣52之间有阀门密封圈53。翻板阀通过安装环6和弹簧7安装固定在筒体21。测试时，翻板阀置于筒体21内部底端。
[0046] 如图7所示，安装翻板阀时，将压力舱2竖直倒置，即上端堵头22位于下方，然后拧开下端堵头23，将安装环6置于压力舱2内，由于筒体21内部有用于抵持安装环6的台阶211，当安装环6落到台阶211上时便停止，然后将弹簧放进筒体21内，再将关闭状态的翻板阀放入筒体21中。弹簧7下端顶在安装环6；弹簧7上端顶在阀瓣52上防止翻板阀继续下落，同时弹簧7被压缩给阀瓣52提供初始密封压力，随后再将下端堵头23拧上抵在阀座52上，实现翻板阀的安装，随后将压力舱2正立过来即可。在阀瓣52的顶面和底面均安装上应变传感器，阀座51外设有密封圈24实现与筒体21的密封。
[0047] 然后改变压力供给单元的输出压力，监测翻板阀在不同压力下、不同温度下的密封性和变形量，验证不同翻板阀的公称压力。
[0048] 本发明能实现0-100MPa内，对筒壁强度设计验证、螺纹密封、端面密封、初始密封压力、进出液系统对密封影响的综合性能测试。
[0049] 当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的
权利要求的保护范围。
