CN104849149A - 一种高分子保温材料高温静水压性能模拟试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高分子保温材料高温静水压性能模拟试验方法，采用以下步骤进行蠕变试验：一)将试件自由落放至试验腔内，然后通过注水管向试验腔内充水；二)排除试验腔内的气体；三)将试验腔加热至设定温度并保温；四)将试验腔内的压力加至设定压力并保压；五)在试验腔内的温度和压力均稳定在试验范围内的情况下，启动记录控制系统，开始记录试验数据；在整个蠕变试验过程中，试件始终处于自由变形状态。本发明能够真实模拟高分子保温材料长时间处于深海条件下的使用情况，进而完成材料长时间在深水条件下的全水压抗蠕变等性能模拟试验任务。

Description

一种高分子保温材料高温静水压性能模拟试验方法

技术领域

本发明涉及一种高温高压模拟试验方法，具体地说，涉及一种用于测试长期服役于水下的高分子材料高温静水压性能模拟试验方法。

背景技术

随着深海油气资源开发的持续深入，我国对深水湿式保温材料的需求量不断增加。与传统的夹层保温结构不同，湿式保温材料与海水直接接触，直接承受深海中巨大的静水压力，容易产生蠕变变形和材料吸水后性能衰减等问题，从而导致材料保温效果的下降。因此湿式保温材料在正式使用前必须对材料的物理性能及其长期服役的整体性能进行相关的模拟测试，而蠕变特性便是一项重要的监测内容。我国的深水油气田的开发才刚刚起步，对于深水环境下应用的保温材料的性能检测、长期监测及配套装置的研究甚少。目前存在的蠕变试验装置多是针对金属或硬质高分子材料，试验机也是采用固体压头进行加载，被测材料的变形一般为一维方向，且试验处于空气环境中，无法模拟压力全束缚、高温和浸水环境等综合因素作用下的试验效果，更无法真实模拟深海实际环境，所以不能全面反映出水下服役的保温材料的蠕变特性。因此随着深水油气田开发的逐步推进，越来越多的深水长期服役的保温材料的筛选和应用需求越来越大，相应材料的模拟测试试验方法和测试设备成为了行业内的迫切需求。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种高分子保温材料高温静水压性能模拟试验方法，该方法能够模拟湿式高分子保温材料在深海或超深海环境下高静水压、高温热传导服役环境条件，进而完成材料长时间在深水条件下的全水压抗蠕变性能模拟试验任务。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种高分子保温材料高温静水压性能模拟试验方法，采用模拟试验装置完成，所述模拟试验装置包括记录控制系统、底座和与其固接的承力框架，在所述承力框架和所述底座之间从上至下依次设有同轴设置的高温密封塞、试验腔和双作用液压缸，所述高温密封塞固定在所述承力框架上，所述高温密封塞塞装在所述试验腔内，所述试验腔固定在所述双作用液压缸的输出端上，在所述试验腔上连接有注水管，在所述注水管上设有阀门，在所述试验腔的外面包裹有导热油加热回路夹层和保温层，在所述高温密封塞上设有温度传感器和压力传感器，在所述双作用液压缸的输出端上设有位移传感器，所述位移传感器、所述温度传感器和所述压力传感器均与所述记录控制系统连接；该方法采用以下步骤进行蠕变试验：一)控制所述双作用液压缸回落至最低位，带动所述试验腔下降并使其上部开口露出，将试件自由落放至所述试验腔内，然后通过所述注水管向所述试验腔内充水；二)控制所述液压缸上升，推动所述试验腔上移，使所述高温密封塞插入所述试验腔内压缩所述试验腔内的容积，直至所述试验腔内多余的空气和少量的海水经由所述注水管排出时关闭阀门，随后控制所述液压缸停止上升；三)启动导热油加热回路，将所述试验腔加热至设定温度，并调整使其稳定在试验温度范围内；四)控制所述液压缸上升，继续推动所述试验腔上移，直到所述试验腔内的压力达到设定压力，且稳定在试验压力范围内；五)在所述试验腔内的温度和压力均稳定在试验范围内的情况下，启动记录控制系统，开始记录试验数据，所述试验数据包括试验腔内的温度和压力以及试验腔的位移量；在整个蠕变试验过程中，所述试件始终处于自由变形状态。

该方法还包括步骤六)：待所述蠕变试验结束后，控制所述双作用液压缸下降，使所述试验腔的上部开口露出，将试件从所述试验腔中取出，测量其吸水率。

本发明具有的优点和积极效果是：

一)通过将试件自由落放在试验腔内的水中，并对试验腔内的水进行加温和加压，在实验室内对深海环境进行较为真实的模拟，得到高温高静水压下材料的蠕变性能等数据，检测并验证该材料在深海环境下的使用性能变化，以便对其稳定性进行评价。

二)在整个试验过程中，试件始终处于自由变形状态，能够实现对被测试材料的三维结构的整体压力施加，优于传统蠕变测试试验的一维测试形式，排除了测试试件垂直于受力方向的变形或松弛对试验结果的影响，可更加真实地反应深水保温材料服役时的受力环境。

三)利用水的不可压缩性，将试件复杂的形状变化转换为试验腔的单一位移变化，通过位移传感器可以精确测得相应的试件形变量。

四)能够实现温度和压力的实时监测与控制，保证测试精度。

五)该装置不仅能够测试材料的抗蠕变特性，而且可以测量材料在模拟深水环境中长期服役后的吸水率参数，为深水保温材料在深海下的适用提供更加详细的参考数据。

综上所述，本发明能够真实模拟高分子保温材料长时间处于深海条件下的使用情况，进而完成材料长时间在深水条件下的全水压抗蠕变等性能模拟试验任务。

附图说明

图1为应用本发明的结构示意图。

图中：1.1、双作用液压缸；1.2、高温密封塞；2.1、导热油加热回路夹层；2.2、保温层；3.1、温度传感器；3.2、压力传感器；3.3、位移传感器；4、试验腔；5、底座；6、承力框架；7、试件。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

一种高分子保温材料高温静水压性能模拟试验方法，采用模拟试验装置完成。请参阅图1，所述模拟试验装置包括记录控制系统、底座5和与其固接的承力框架6，在所述承力框架6和所述底座5之间从上至下依次设有同轴设置的高温密封塞1.2、试验腔4和双作用液压缸1.1，所述高温密封塞1.2固定在所述承力框架6上，所述高温密封塞1.2塞装在所述试验腔4内，所述试验腔4固定在所述双作用液压缸1.1的输出端上，在所述试验腔4上连接有注水管，在所述注水管上设有阀门；在所述试验腔4的外面包裹有导热油加热回路夹层2.1和保温层2.2，在所述高温密封塞1.2上设有温度传感器3.1和压力传感器3.2，在所述双作用液压缸1.1的输出端上设有位移传感器3.3，所述位移传感器3.3、所述温度传感器3.1和所述压力传感器3.2均与所述记录控制系统连接。

上述方法采用以下步骤进行蠕变试验：

一)控制双作用液压缸1.1回落至最低位，带动试验腔4下降至高温密封塞1.2的下方，使试验腔4的上部开口露出，将试件7从试验腔4的上部开口自由落放至试验腔4内，然后通过注水管将水充入试验腔4内，试验介质一般采用海水。

二)控制液压缸1.1上升，带动试验腔4上升，使之与高温密封塞1.2接触，直至所述高温密封塞1.2插入所述试验腔内4压缩所述试验腔内的容积，使腔内多余的空气和少量海水经由注水管排出时关闭阀门，以保证腔内无气体残留。控制液压缸1.1停止上升。

三)启动导热油加热回路，将试验腔4加热至设定温度，并稳定在试验温度范围内。

四)控制液压缸1.1上升，继续推动试验腔4上移，直到试验腔4内的压力达到设定压力，且稳定在试验压力范围内。

五)在试验腔4内的温度和压力均稳定在试验范围内的情况下，启动记录控制系统，开始记录试验数据。试验数据包括试验腔内的温度和压力以及试验腔的位移量。试验腔的位移量可换算成试验腔内试件的整体受压变形量。

在整个试验周期中，需要保持试验腔内的温度和压力稳定在试验要求的范围内，通过位移传感器3.3实时监测试验腔的位移量并记录，该位移量反映的即为试件7在模拟环境中的形变量。

六)待上述蠕变试验结束后，控制双作用液压缸1.1下降，带动试验腔4下降，腔内介质压力随之降低，完成卸压。如果对材料有吸水率测量要求，使所述试验腔的上部开口露出，将试件7从所述试验腔4中取出，测量并获取其吸水率。

上述双作用液压缸1.1和高温密封塞1.2构成加压系统，导热油加热回路夹层2.1和保温层2.2构成加热保温系统，温度传感器3.1、压力传感器3.2、位移传感器3.3和记录控制系统构成监测控制系统，用于对试验腔4内的温度、压力进行实时监测和控制，并实时记录试验腔4的位移量随时间的变化，以此反映试件7的形变量。

上述试验腔是采用耐高温高压及耐海水腐蚀的合金材料制成，用于盛装试件7和海水介质，由双作用液压缸1.1驱动其上升和下降，上部开口内设有与其滑动密封连接的高温密封塞1.2。上述高温密封塞所采用的材料需要能够长期承受150℃的高温。

综上所述，本发明能够真实的模拟深海环境，不但可以验证并监测和检测材料在高温高静水压下的蠕变特性，而且可以测量材料在模拟深水环境中的吸水率，为材料在深海环境中的使用提供数据参考。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高分子保温材料高温静水压性能模拟试验方法，其特征在于，采用模拟试验装置完成，所述模拟试验装置包括记录控制系统、底座和与其固接的承力框架，在所述承力框架和所述底座之间从上至下依次设有同轴设置的高温密封塞、试验腔和双作用液压缸，所述高温密封塞固定在所述承力框架上，所述高温密封塞塞装在所述试验腔内，所述试验腔固定在所述双作用液压缸的输出端上，在所述试验腔上连接有注水管，在所述注水管上设有阀门，在所述试验腔的外面包裹有导热油加热回路夹层和保温层，在所述高温密封塞上设有温度传感器和压力传感器，在所述双作用液压缸的输出端上设有位移传感器，所述位移传感器、所述温度传感器和所述压力传感器均与所述记录控制系统连接；

该方法采用以下步骤进行蠕变试验：

一)控制所述双作用液压缸回落至最低位，带动所述试验腔下降并使其上部开口露出，将试件自由落放至所述试验腔内，然后通过所述注水管向所述试验腔内充水；

二)控制所述液压缸上升，推动所述试验腔上移，使所述高温密封塞插入所述试验腔内压缩所述试验腔内的容积，直至所述试验腔内多余的空气和少量的海水经由所述注水管排出时关闭阀门，随后控制所述液压缸停止上升；

三)启动导热油加热回路，将所述试验腔加热至设定温度，并调整使其稳定在试验温度范围内；

四)控制所述液压缸上升，继续推动所述试验腔上移，直到所述试验腔内的压力达到设定压力，且稳定在试验压力范围内；

五)在所述试验腔内的温度和压力均稳定在试验范围内的情况下，启动记录控制系统，开始记录试验数据，所述试验数据包括试验腔内的温度和压力以及试验腔的位移量；

在整个蠕变试验过程中，所述试件始终处于自由变形状态。

2.根据权利要求1所述的高分子保温材料高温静水压性能模拟试验方法，其特征在于，该方法还包括步骤六)：待所述蠕变试验结束后，控制所述双作用液压缸下降，使所述试验腔的上部开口露出，将试件从所述试验腔中取出，测量其吸水率。