气密采水瓶压力补偿器设计与密封性能试验研究

摘要

气密采水瓶的密封性是由压力补偿器来保证的，因此压力补偿器的设计是采水瓶设计的核心，本文主要完成对气密采水瓶压力补偿器的设计并通过高压舱试验和海上试验来检测安装压力补偿器后采水瓶的密封性能。首先，对压力补偿器密封件O形橡胶密封圈的非线性特性进行理论研究，确定橡胶的本构模型，对O形橡胶密封圈建立有限元模型，结合O形圈的密封机理和摩擦特性，对其进行有限元仿真分析，得到几个不同参数对其密封和摩擦性能的影响，从而得到优化的设计参数。为了验证仿真结果，在试验室进行了简单的试验，试验与仿真结果一致性较好。接着，通过设计高压舱试验，使采水瓶内部压力升高到40MPa模拟真实的水下4000米工作环境，通过预充气体的方法来验证采水瓶的密封性能，该高压试验初步证明了安装压力补偿器后采水瓶具有良好的密封性能。最后，把气密采水瓶带到海上试验，下放时同时携带非气密采水瓶，利用LabVIEW编写的测控软件和温盐深仪、释放机构组成的测控系统，实现对海水自动采样，通过试验对比发现在同一深度下气密采水瓶采集的样品中甲烷和二氧化碳气体含量明显高于非气密采水瓶采集的样品，进一步验证了安装压力补偿器后采水瓶具有良好的密封性能，同时说明了利用有限元法设计压力补偿器的正确性。

目录

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致谢

1 绪论

1.1压力补偿器简介

1.1.1压力补偿器的作用

1.1.2压力补偿器的分类

1.2 O形橡胶密封圈密封

1.2.1 O形橡胶密封圈密封的优点

1.2.2 O形圈密封机理

1.2.3 O形圈密封设计

1.2.4 O形圈密封的数值分析

1.3本文研究内容

1.3.1压力补偿器设计

1.3.2气密采水瓶高压舱气密性检测

1.3.3气密采水瓶深海密封性能检测

1.4本章小结

2 气密采水瓶压力补偿器有限元优化设计

2.1压力补偿器选型

2.2压力补偿器工作原理

2.3压力补偿器工作性能影响因素

2.4压力补偿器密封件有限元仿真分析

2.4.1有限元模型的简化

2.4.2定义接触有限元计算单位

2.4.3接触方式和接触算法的选择

2.4.4 O形圈的双重非线性

2.4.5单元体设置及实体模型网格划分

2.4.6接触非线性求解

2.4.7结构设计参数优化分析

2.4.8仿真结果讨论

2.5压力补偿器试验研究

2.6压力补偿器密封件主要参数选择

2.7本章小结

3 采水瓶高压舱密封性能检测试验研究

3.1引言

3.2高压舱试验硬件连接图

3.3气密性检测试验原理

3.4试验参数理论分析

3.4.1核算加压后采水瓶内部的压力

3.4.2核算充入气体是否完全溶解

3.5试验步骤

3.6试验结果

3.7试验结果分析与结论

3.8本章小结

4 气密采水瓶深海密封性能检测联调试验

4.1引言

4.2气密采样测控系统总体设计

4.3测控软件流程图

4.4测控软件设计

4.5测控系统联合调试

4.6海试试验结果

4.7本章小结

5 结论

5.1研究总结

5.2工作展望

参考文献

作者简历