超高压水压加载装置、水压强度试验设备及控制方法与流程

1.本发明涉及检测设备领域，特别是涉及一种超高压水压加载装置及水压强度试验设备。此外，本发明还涉及一种超高压水压加载装置的控制方法。


背景技术：

2.航天发动机等壳体类零部件均需要进行水压强度试验，检验产品强度是否满足试验要求，试验时，采用阶梯性连续加载，试验压力普遍属于超高压力，最高压力可达150mpa，且对连续加载压力控制精度提出较高要求，要求加载压力波动范围不超过阶梯目标压力的0.5％。
3.目前常用的水压加载方法是用气驱液泵进行增压，但气驱液泵在泵换向瞬间存在压力突变问题，其突变压力与气驱液泵最大输出压力以及所加载的容积大小有关，对于最大输出压力150mpa的气驱液泵，加载容积只有1l时，突变压力可达最大输出压力的3％至5％，无法满足试验压力波动要求。
4.因此，如何提供一种高效、稳定、安全的超高压水压加载装置是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种超高压水压加载装置及水压强度试验设备，通过设置开关阀和节流阀，根据情况需要调节加压方式，提升工作效率和稳定性。本发明的另一目的是提供一种应用上述超高压水压加载装置的控制方法。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种超高压水压加载装置，包括电气比例减压阀、开关阀、节流阀和气驱液泵，所述电气比例减压阀的进气口连通控制气源，所述开关阀和所述节流阀并联，所述电气比例减压阀的出气口同时连通所述开关阀的进口和所述节流阀的进口，所述开关阀的出口和所述节流阀的出口同时连通所述气驱液泵的先导控制口；
7.快速加压时，所述开关阀导通，所述电气比例减压阀输出的气体通过所述开关阀和所述节流阀同时进入所述气驱液泵；缓慢增压时，所述开关阀关闭，所述电气比例减压阀输出的气体单独通过所述节流阀进入所述气驱液泵。
8.优选地，所述电气比例减压阀设置有连通大气的排气口。
9.优选地，所述开关阀具体为两位两通电磁换向阀。
10.优选地，所述节流阀具体为手动调节节流阀。
11.优选地，还包括压力传感器和控制器，所述压力传感器设置于所述气驱液泵的压力水出口，所述压力传感器获取的检测压力与目标阶梯压力的差值小于或等于预设值时，所述控制器控制所述开关阀导通，所述检测压力与所述目标阶梯压力的差值大于所述预设值时，所述控制器控制所述开关阀关闭。
12.本发明提供一种水压强度试验设备，包括如上述任意一项所述的超高压水压加载装置。
13.本发明提供一种超高压水压加载装置的控制方法，包括步骤：
14.根据目标阶梯压力加载的精度需求调试节流阀的节流口大小；
15.控制电气比例减压阀的输出压力，通过气驱液泵加载压力；
16.获取所述气驱液泵的压力水出口处的检测压力，得出所述检测压力与目标阶梯压力的差值；
17.对比所述差值和预设值，若所述差值小于或等于所述预设值，控制开关阀导通，若所述差值大于所述预设值，控制所述开关阀关闭；
18.压力达到所述目标阶梯压力后，进行定时供压或保压；
19.完成当前所述目标阶梯压力试验完成后，循环上述步骤进行下一个所述目标阶梯压力试验。
20.优选地，所述预设值具体为所述气驱液泵换向压力突变值。
21.优选地，还包括步骤：
22.设置所述电气比例减压阀的输入信号超调值以及比例降压值或清零。
23.优选地，所述输入信号超调值为所述目标阶梯压力值换算成输入信号值后，乘以一个大于1的第一比例系数；所述比例降压值为所述输入信号超调值乘以一个小于1的第二比例系数。
24.本发明提供一种超高压水压加载装置，包括电气比例减压阀、开关阀、节流阀和气驱液泵，电气比例减压阀的进气口连通控制气源，开关阀和节流阀并联，电气比例减压阀的出气口同时连通开关阀的进口和节流阀的进口，开关阀的出口和节流阀的出口同时连通气驱液泵的先导控制口；快速加压时，开关阀导通，电气比例减压阀输出的气体通过开关阀和节流阀同时进入气驱液泵；缓慢增压时，开关阀关闭，电气比例减压阀输出的气体单独通过节流阀进入气驱液泵。
25.采用闭环控制方式控制气驱液泵驱动气流量来控制压力加载速率和加载精度，解决了气驱液泵连续增压过程中加载速率和加载精度兼容的问题，输出压力可快速加载到目标压力，加载速率快，并通过节流阀提高加载精度，无超高压容器安全隐患，设备制造成本低。
26.本发明还提供一种包括上述超高压水压加载装置的水压强度试验设备以及应用上述装置的控制方法，由于上述超高压水压加载装置具有上述技术效果，上述设备及控制方法也应具有同样的技术效果，在此不再详细介绍。
附图说明
27.图1为本发明所提供的超高压水压加载装置的一种具体实施方式的液压原理图；
28.图2为本发明所提供的超高压水压加载装置的一种具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
29.本发明的核心是提供一种超高压水压加载装置及水压强度试验设备，通过设置开关阀和节流阀，根据情况需要调节加压方式，提升工作效率和稳定性。本发明的另一核心是提供一种应用上述超高压水压加载装置的控制方法。
30.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。
31.请参考图1和图2，图1为本发明所提供的超高压水压加载装置的一种具体实施方式的液压原理图；图2为本发明所提供的超高压水压加载装置的一种具体实施方式的结构示意图。
32.本发明具体实施方式提供一种超高压水压加载装置，包括电气比例减压阀1、开关阀2、节流阀3和气驱液泵5，电气比例减压阀1的进气口连通控制气源，开关阀2和节流阀3并联，电气比例减压阀1的出气口同时连通开关阀2的进口和节流阀3的进口，开关阀2的出口和节流阀3的出口同时连通气驱液泵5的先导控制口。
33.加压初始阶段，需要快速加压以提升效率，开关阀2导通，电气比例减压阀1输出的气体一分为二，大部分流量流经开关阀2，小部分流量流经节流阀3，合二为一后进入气驱液泵5的先导控制口，驱动气驱液泵5往复运动，对水源进行快速加压。加压结尾阶段，需要缓慢增压以精确控制，开关阀2关闭，切断大流量供气，仅能通过节流阀3进行小流量供气，实现缓慢增压。
34.采用闭环控制方式控制气驱液泵5驱动气流量来控制压力加载速率和加载精度，解决了气驱液泵5连续增压过程中加载速率和加载精度兼容的问题，输出压力可快速加载到目标压力，加载速率快，并通过节流阀3提高加载精度，无超高压容器安全隐患，设备制造成本低。
35.具体地，电气比例减压阀1设置有连通大气的排气口。当电气比例减压阀1后端气体压力高于输入信号对应压力时，从该口排出多余气体，实现压力的精确控制。电气比例减压阀1实现对控制气源比例减压，控制气驱液泵5成比例增压。
36.气驱液泵5可以是单作用泵，也可以是双作用泵。控制气源经电气比例减压阀1、开关阀2和节流阀3后，进入气驱液泵5的先导控制口，作用于活塞大面积端，水源从气驱液泵5进水口进入后，作用于活塞小面积端，气驱液泵5利用活塞面积差，对水进行加压后输出，实现压力的放大。
37.开关阀2具体为两位两通电磁换向阀，也可以是任何具备快速通断功能的电驱动阀门。节流阀3具体为手动调节节流阀，通过调节气体流通面积，控制输出气体流量。调节不同的气体流量，可以控制气驱液泵5换向瞬间驱动压力增加的快慢，进而使气驱液泵5出口压力突变的快慢发生变化，实现气驱液泵5出口压力的精确控制。
38.在上述各具体实施方式提供的超高压水压加载装置的基础上，还包括压力传感器4和控制器，压力传感器4设置于气驱液泵5的压力水出口，实时检测气驱液泵5的输出压力，控制器主要由信号采集模块、信号输出模块以及控制模块等电气软硬件组成。控制模块通过控制采集模块实时采集压力传感器4的检测信号，并与目标压力进行比较，根据比较结果控制信号输出模块输出，信号输出模块连接电气比例减压阀1，控制其输出压力的大小和变化。另外，压力传感器4获取的检测压力与目标阶梯压力的差值小于或等于预设值时，控制器控制开关阀2导通，检测压力与目标阶梯压力的差值大于预设值时，控制器控制开关阀2关闭。从电控软件上依次从小到大输入需要加载的阶梯压力数据以及相应的保压或供压时间，电控软件根据输入的压力数据控制电气比例减压阀1后端压力比例增加。
39.本发明具体实施方式还提供一种应用上述种超高压水压加载装置的控制方法，包括步骤：
40.根据目标阶梯压力加载的精度需求调试节流阀3的节流口大小，从大到小逐渐调节节流口大小，直到气驱液泵5泵活塞换向瞬间的压力控制精度满足试验精度要求。节流阀3的节流口按最高控制精度进行一次调节后，固定好节流阀3手柄，不再调节。
41.控制电气比例减压阀1的输出压力，通过气驱液泵5加载压力。
42.获取气驱液泵5的压力水出口处的检测压力，得出检测压力与目标阶梯压力的差值；对比差值和预设值，若差值小于或等于预设值，则表示突变压力复合要求，控制开关阀2导通，实现快速加压，若差值大于预设值，则表示突变压力过大，控制开关阀2关闭，实现缓慢增压。
43.压力达到目标阶梯压力后，进行定时供压或保压，供压状态是考虑试验产品以及管路等在压力状态下有一个膨胀过程，压力有所降低，能及时供给压力，保证试验压力在变化范围内；保压状态是切断供压，一般在阶梯试验压力最后阶段，等试验产品以及管路膨胀完成后，进入保压状态，检测试验产品的保压能力。
44.完成当前目标阶梯压力试验完成后，循环上述步骤进行下一个目标阶梯压力试验。
45.具体地，预设值具体为气驱液泵5换向压力突变值。该预设值大于等于气驱液泵5泵活塞换向瞬间压力最大突变值。对于气驱液泵5泵活塞换向瞬间的最大压力突变值，把装置出口堵住，按最大试验压力进行供压试验，记录气驱液泵5换向瞬间压力突变值即为预设值，该预设值经一次设定后，不再改变。
46.由于气驱液泵5控制气采用节流控制，且整个加载装置压力采用闭环控制，在慢速增压过程中，易导致电气比例减压阀1超调。为了保证慢速加压速率能够满足试验要求，电气比例减压阀1需要有一定的超调量来克服节流阀3的节流阻力，因此需要设置电气比例减压阀1的输入信号超调量，即输入信号超调值。该输入信号超调值由电控软件按目标阶梯压力值换算成输入信号值之后，乘以一个大于1的第一比例系数，但最大值不超过电气比例减压阀1的输入信号上限。当气驱液泵5输出压力达到目标阶梯压力后，为防止电气比例减压阀1的超调导致气驱液泵5输出压力缓慢增加，需要对电气比例减压阀1按比例降压或清零，由于气驱液泵5出口有单向阀，电气比例减压阀1降压或清零后，气驱液泵5输出压力不会因此降低或清零。对于电气比例减压阀1的比例降压，按输入信号超调值乘以一个小于1的第二比例系数，使此时电气比例减压阀1的输入信号小于目标阶梯压力减去气驱液泵5泵活塞换向突变压力后换算的信号。如第一比例系数为2，第二比例系数为0.4。
47.除了上述超高压水压加载装置，本发明的具体实施方式还提供一种包括上述超高压水压加载装置的水压强度试验设备，该其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。
48.以上对本发明所提供的超高压水压加载装置、水压强度试验设备及控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。