深海液压油箱的设计

　　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0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6000m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。

　　深海的环境压力(如深海6000m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。

　　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。

　　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。

　　工作介质的灌注和排气问题。

　　油箱的整体刚性,如水流的冲击、碰撞等。

　　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。