深海电液比例压力阀试验研究

　　0　引言

　　电液比例系统因易于实现复杂控制,反馈高精度控制及远距离电信号传输等优点,在深海探测和开发中有广泛的应用前景。探索和开发适合深海工况环境的电液比例控制技术是863项目“深海节能型集成动力源关键技术”的重要目标。实际深海试验具有复杂性和高成本性,而合理的试验装置提供的工况环境可接近或者达到深海实际环境工况,因此,开展实验室条件下关键元件的深海试验研究,是分析其深海下动力源性能特性的一种有效而便捷的方法。

　　对动力源压力控制关键元件之一的电液比例压力阀进行试验,完成深海环境试验装置设计和压力阀的试验研究,测试其对深海环境的适应性并达到设计要求。

　　1　结构原理和技术指标

　　1. 1　结构原理

　　深海节能型集成动力源的压力控制阀为电液比例溢流阀,由耐高压湿式直流比例电磁铁和锥阀组成,如图1所示。电磁铁导套2具有足够的耐压强度,可承受35MPa的静压力,可适应存在的环境高压的深海环境;导套和壳体将线圈3包围在一个密封腔体内,避免了外环境因素对线圈电阻、磁感等电磁学特性参数的影响;衔铁4上开一阻尼小孔3,以增加衔铁运行时的平稳性;锥阀芯7和衔铁4间通过弹簧连接,阀口入口处有一固定节流孔9,用于增大控制阀的液压阻尼。

　　

　　由图1知,当给比例控制线圈1输入一定电流i时,输出与它成比例的电磁力。此电磁力推动衔铁4,通过传力弹簧6作用在锥阀芯7上,平衡进口处的液压力,在经过进口节流孔9的液阻作用后,得到与输入电流成一定比例关系的输出压力pr,其中流量Qs为干扰量。

　　1. 2　技术指标

　　①工作海深3000 m;②相对输出压力16 MPa;③工作滞环小于3%。

　　2　试验装置设计

　　为了验证电液比例压力阀对深海环境的适应性,同时获得相应的性能指标,分别设计了如图2和图3所示试验原理图和实验装置。

　　

　　2. 1　深海环境模拟系统

　　深海环境模拟系统主要由高压泵1、高压模拟舱2、溢流阀11. 1组成。高压泵1和溢流阀11. 1在高压舱上相对布置,实现对高压舱1内的压力调定。此布置方式抑制了泵1流量和压力脉动对舱内压力的影响,达到减小高压舱内压力波动的目的,相对恒定的舱内压更接近深海某一深度处的环境压力。压力表p1读数为高压舱1内压力。在忽略海水动态压力和大气压时,可知每1MPa舱内压对应于100m的水深, 3000m工作海深相应的舱内压为30MPa。

　　2. 2　压力阀深海工况的实现

　　压力阀能在在高压力的深海环境下工作,至少需满足压力阀的进口压力高于环境压力。为了在陆上实现此功能,并考虑到压力阀的最大流量只有2 L/min,采用了主要由低压泵12、安全阀(溢流阀)11. 2、单向阀10、开关阀9. 1, 9. 2、换向阀8、增压器7及被测压力阀5组成的系统(见图2)。增压器7有A、B、C、D四个工作腔室,A、D腔分别与阀4的进油口和高压舱2相接,初始时压力均为舱2内压力,又A、D腔为等截面,增压器7无动作;工作时将换向阀8打在右位,开关阀9. 2开启,此时B腔连接油箱, C腔与低压泵12的出油口相通,设增压器7大小活塞面积分别为S1,S2,泵12出口压力为pp,则被测阀5的进口相对压力为:;此压力通过节流阀后推动阀芯动作,从而实现压力阀相对设定压力pr的输出。将换向阀8打在左位,开关阀9. 1, 9. 2同时开启,完成增压器的回程运动。这样可实现不同的舱内环境压力时压力阀的性能测试。