活塞膜片式壓力補償器的分析

張云啟，劉振東

（合肥工業大學 噪聲與振動研究所，安徽 合肥 230009）

0 引言

深海壓力探測設備必須既能承受深海大水壓，又能測量出微小的水壓變化。目前解決深海大壓力問題的方法有兩個：提高耐壓殼的抗壓能力和進行壓力補償。孟慶鑫等［1］用薄膜片來補償水下靈巧機械手的指力傳感器；美國發明專利7，004，039是一種環境壓力補償的觸覺傳感器，運用組合的補償囊消除外部壓力的影響［2］；D.M.Lane等［3］用硅膠囊封包具有力覺、滑覺的水下靈巧手的指部。然而對于深海長時間探測，以上的幾種補償方式都有很大的缺陷［4-7］，如軟囊容易被腐蝕、金屬膜片式難以勝任深海大的壓力平衡。本文提出了一種活塞膜片式壓力平衡結構，并對其密封結構性能和動力學特性進行了分析和仿真。

1 壓力補償器的結構及工作原理

圖1為壓力補償器的結構原理圖。其中，1為不銹鋼圓柱外殼，球形上蓋有通孔與海水相通；2為活塞組件，分上、下兩個不銹鋼體，中間固定有金屬膜片4，用兩個聚四氟乙烯包裹的O型密封圈3密封；補償器通過法蘭5與傳感器相連接并與傳感器的內部相通。

補償器工作時，海水通過通孔作用在活塞組件2上，2上的金屬膜片4會產生變形從而補償小的壓力差。當壓力差增大到一定程度時，2開始移動壓縮油液，油液內部壓力增大，從而補償海水壓力。

2 密封結構的設計和分析

2.1 O型圈密封

補償器采用O型圈密封，O型圈屬于接觸密封，密封元件與被密封件表面接觸力的大小是能否密封的重要因素。……