CN105067021A - 一种海洋温、压环境模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海洋温、压环境模拟装置，包括压力罐、标准压力源、打压试验泵、温控箱、制冷水槽；标准压力源安装在压力罐口处；打压试验泵通过高压胶管与压力罐连接；温控箱通过电缆与制冷水槽连接；温控箱通过电缆与压力罐连接；制冷水槽通过制冷胶管与压力罐连接。本发明通过增加压力罐温度控制功能解决温度无法恒定以及试验繁琐问题；通过高压磁力泵进行水循环解决温度场不均匀问题；通过外置标准压力源解决压力数据测量有误差问题；本发明提供了一种模拟海洋温、压环境的装置，保证了试验温度和压力数据测量的准确性以及试验温场的均匀性，简化了试验过程，便于海洋仪器的试验研究。

Description

一种海洋温、压环境模拟装置及方法

技术领域

本发明属于海洋环境监测领域，尤其是涉及一种海洋温、压环境模拟装置。

背景技术

现实中的海洋是一个极其复杂的温、压环境。随着深度的增加，海水的温度逐渐下降，压力逐渐是上升。海水温度从海洋表面的30多摄氏度下降到海底的1摄氏度左右，压力从海洋表面的0MPa上升到几十MPa。而且由于现实海洋中存在着洋流运动，导致海洋在同一深度的也存在着不同温度的海水，因此现实海洋是个极其复杂的温、压环境。

要想获得准确的海洋信息，海洋仪器必须能够在复杂的温、压环境下做出准确的反应。为了保证海洋仪器在真实海洋环境中可靠的工作，需要大量的试验来对海洋仪器进行验证，测试海洋仪器在温、压环境中性能。采用海上试验虽然比较客观准确，但是海上试验的费用非常昂贵，而且由于海况的原因，有时海上试验无法进行，这些原因严重制约着海洋仪器的温、压试验，因此在试验室对海洋仪器进行温、压试验比较行之有效。

目前实验室进行温、压试验常用的方法是把人工调好温度的海水放入到压力罐中，然后加压至试验压力来模拟海洋温、压环境。如果需要做不同温度条件下的试验，需要打开压力罐，重新调校压力罐中的海水温度，然后再放入压力罐中加压至试验压力。

使用目前的方法进行试验由于调校好温度的海水放入压力罐后，海水与外界进行热交换，会导致压力罐中的海水无法保持比较恒定的温度；压力罐中由于没有海水搅拌，因此压力罐中海水的温场是不均匀的。压力罐中压力数据是通过放置在压力罐内部的压力传感器获得的，压力传感器受到海水温度的影响会导致压力测量数据有误差。每模拟一次海洋温、压环境都需要重新打开压力罐人工调校海水温度，然后再加压至试验压力。而人工调校海水温度需要反复添加冷水和热水，因此模拟不同过温、压条件下的海洋环境试验过程比较繁琐。上述这些问题严重制约着海洋仪器温、压环境试验。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种海洋温、压环境模拟装置，以解决目前海洋温、压环境试验条件下存在温度无法恒定、温场不均匀、压力数据存在误差和试验繁琐的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种海洋温、压环境模拟装置，包括压力罐1、标准压力源2、打压试验泵3、温控箱4、制冷水槽5；所述压力罐1内置压力密封舱12；所述压力密封舱12内置加热装置、制冷装置、搅拌装置；所述标准压力源2安装在所述压力罐1口处；所述打压试验泵3通过高压胶管与所述压力罐1连接；所述温控箱4通过电缆与所述制冷水槽5连接；所述温控箱4通过电缆与所述压力罐1连接；所述制冷水槽5通过制冷胶管与所述压力罐1连接。

进一步的，所述压力罐1还包括压盖10、封盖11、打压接头17、水密底座18、温度传感器19；所述封盖11置于所述压力密封舱12的顶部；所述压盖10置于所述封盖11的顶部；所述打压接头17置于所述封盖11上部，通过高压胶管与所述标准压力源2连接；所述打压接头17通过高压胶管与打压试验泵3连接；所述水密底座18置于所述封盖11的下部；所述温度传感器19置于所述压力罐1的内部中间位置，通过电缆与所述水密底座18进行连接。

进一步的，所述加热装置包括加热棒15，所述加热棒15置于所述压力密封舱12的底部，通过电缆与所述温控箱4连接。

进一步的，所述制冷装置包括制冷管13、制冷管接头16，所述制冷管接头16置于所述压力密封舱12底部，通过制冷胶管与所述制冷水槽5连接，所述制冷管13置于所述压力密封舱12内部，与所述制冷管接头16连接。

进一步的，所述搅拌装置包括高压磁力泵14，所述高压磁力泵14置于所述压力密封舱12的底部。

进一步的，所述压力密封舱12外部设有保温层。

相对于现有技术，本发明所述的一种海洋温、压环境模拟装置具有以下优势：

(1)通过增加压力罐温度控制功能解决温度无法恒定以及试验繁琐问题；

(2)通过高压磁力泵进行水循环解决温度场不均匀问题；

(3)通过外置标准压力源解决压力数据测量有误差问题；

本发明提供了一种模拟海洋温、压环境的装置，保证了试验温度和压力数据测量的准确性以及试验温场的均匀性，简化了试验过程，便于海洋仪器的试验研究。

本发明的另一目的在于提出一种海洋温、压环境模拟方法，以实现对海洋温、压环境的模拟。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种海洋温、压环境模拟方法，包括如下步骤：

(1)向压力罐1中注入海水，连接压力罐1与打压试验泵3；

(2)启动打压试验泵3直至标准压力源2的压力值到达试验压力值；

(3)启动温控装置检测压力罐1内温度，控制加热装置、制冷装置进行温度调节；

(4)启动搅拌装置对压力罐1内海水进行搅拌；

(5)当压力罐1内温度达到试验温度，温控箱4进入保温状态，温场恒定后在压力罐1内形成海洋中的温、压环境。

所述一种海洋温、压环境模拟方法与上述一种海洋温、压环境模拟装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的海洋温、压环境模拟装置结构示意图；

图2为本发明实施例所述的压力罐的结构示意图。

附图标记说明：

1-压力罐，2-标准压力源，3-打压试验泵，4-温控箱，5-制冷水槽，10-压盖，11-封盖，12-压力密封舱，13-制冷管，14-高压磁力泵，15-加热棒、16-制冷管接头、17-打压接头、18-水密底座，19-温度传感器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1、2所示，一种海洋温、压环境模拟装置，包括压力罐1、标准压力源2、打压试验泵3、温控箱4、制冷水槽5；所述压力罐1内置压力密封舱12；压力密封舱12为筒状结构，底端封闭，上端开口；所述压力密封舱12内置加热装置、制冷装置、搅拌装置；所述标准压力源2安装在所述压力罐1口处；所述打压试验泵3通过高压胶管与所述压力罐1连接；所述温控箱4通过电缆与所述制冷水槽5连接，用于控制制冷水槽5进行制冷处理；所述温控箱4通过电缆与所述压力罐1连接，用于控制所述压力罐1内的温度，保证压力罐内温度维持恒定；所述制冷水槽5通过制冷胶管与所述压力罐1连接，用于向压力罐1提供冷源。标准压力源2安装在压力罐1的外部，用于提供压力罐1内部正确的压力值。

压力罐1还包括压盖10、封盖11、打压接头17、水密底座18、温度传感器19；；封盖11位于压力密封舱12的顶部，通过压盖10进行压紧，用于封闭压力密封舱12的开口端；封盖11与压力密封舱12之间通过O型圈进行密封；压盖10位于封盖11的顶部，用于压紧封盖11，压盖10与压力密封舱12通过螺纹进行连接；打压接头17位于封盖11的上部，用于连接高压胶管，便于向压力罐1内部提供压力，通过O型圈与封盖11进行密封；水密底座18位于封盖11的下部，用于连接温度传感器19，把压力罐1内的温度信号传输给温控箱4，通过O型圈与封盖11进行密封；温度传感器19位于压力罐1的内部中间位置，用于测量压力罐1内部的海水温度，通过双头电缆与水密底座18进行连接；保温层由保温性能良好的材料构成，对压力密封舱12的四周进行包裹，隔绝压力密封舱12与外界的热交换。

加热装置包括加热棒15，所述加热棒15置于所述压力密封舱12的底部，用于向压力罐1中提供热源，加热海水温度，通过螺栓与压力密封舱12进行连接，通过电缆与所述温控箱4连接。

制冷装置包括制冷管13、制冷管接头16，制冷管接头16位于压力密封舱12的底部，用于连接外部制冷胶管，通过O型圈与压力密封舱12进行密封；制冷管13位于制冷管接头16的上部，通过螺纹进行连接，通过O型圈进行封闭，为多圈螺旋状结构，由不锈钢厚壁管绕制而成，用于向压力罐1中提供冷源，降低海水的温度。

搅拌装置包括高压磁力泵14，高压磁力泵14位于压力密封舱12的底部，用于把压力密封舱12底部的海水抽取到上部，实现压力罐1内部的水循环，实现温场均匀化。

本发明模拟海洋温、压环境的方法包括如下步骤：

(1)向压力罐1中注入海水，连接压力罐1与打压试验泵3；

(2)启动打压试验泵3直至标准压力源2的压力值到达试验压力值；

(3)启动温控装置检测压力罐1内温度，控制加热装置、制冷装置进行温度调节；

(4)启动搅拌装置对压力罐1内海水进行搅拌；

(5)当压力罐1内温度达到试验温度，温控箱4进入保温状态，温场恒定后在压力罐1内形成海洋中的温、压环境。

本发明的工作过程如下，首先向压力罐1中注入海水，海水注满压力罐1后，盖上压力罐封盖11，旋转压力罐封盖11使得压力罐压盖10压紧封盖11；然后通过螺纹连接压力罐打压接头17与高压胶管，完成压力罐1与打压试验泵3的连接；启动打压试验泵3给压力罐1打压，标准压力源2测试压力罐1内的压力，当标准压力源2的压力值达到试验压力值时，打压试验泵3停止加压；启动温控箱4调校压力罐内的海水温度，温控箱4内置控制器，通过电缆与加热棒15连接，控制器控制加热棒15对海水进行加热；温控箱4还与制冷水槽5连接，如果需要降低海水温度，则控制器控制制冷水槽5提供冷源，通过制冷胶管向制冷管13提供冷源，制冷管13与海水进行热交换从而降低海水温度；启动温控箱4的同时启动高压磁力泵14对压力罐1内的海水进行搅拌，通过水循环让温度场保持均匀。当压力罐1内的温度达到试验温度时，温控箱4进入保温状态，维持压力罐1内的温度恒定。温场恒定后，在压力罐1体内形成了海洋中的温、压环境，便于对海洋仪器进行测量，保证了测量的有效性以及准确性，简化了测量过程，方便海洋仪器的试验研究。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种海洋温、压环境模拟装置，其特征在于：包括压力罐(1)、标准压力源(2)、打压试验泵(3)、温控箱(4)、制冷水槽(5)；所述压力罐(1)内置压力密封舱(12)；所述压力密封舱(12)内置加热装置、制冷装置、搅拌装置；所述标准压力源(2)安装在所述压力罐(1)口处；所述打压试验泵(3)通过高压胶管与所述压力罐(1)连接；所述温控箱(4)通过电缆与所述制冷水槽(5)连接；所述温控箱(4)通过电缆与所述压力罐(1)连接；所述制冷水槽(5)通过制冷胶管与所述压力罐(1)连接。

2.根据权利要求1所述的一种海洋温、压环境模拟装置，其特征在于：所述压力罐(1)还包括压盖(10)、封盖(11)、打压接头(17)、水密底座(18)、温度传感器(19)；所述封盖(11)置于所述压力密封舱(12)的顶部；所述压盖(10)置于所述封盖(11)的顶部；所述打压接头(17)置于所述封盖(11)上部，通过高压胶管与所述标准压力源(2)连接；所述打压接头(17)通过高压胶管与打压试验泵(3)连接；所述水密底座(18)置于所述封盖(11)的下部；所述温度传感器(19)置于所述压力罐(1)的内部中间位置，通过电缆与所述水密底座(18)进行连接。

3.根据权利要求1所述的一种海洋温、压环境模拟装置，其特征在于：所述加热装置包括加热棒(15)，所述加热棒(15)置于所述压力密封舱(12)的底部，通过电缆与所述温控箱(4)连接。

4.根据权利要求1所述的一种海洋温、压环境模拟装置，其特征在于：所述制冷装置包括制冷管(13)、制冷管接头(16)，所述制冷管接头(16)置于所述压力密封舱(12)底部，通过制冷胶管与所述制冷水槽(5)连接，所述制冷管(13)置于所述压力密封舱(12)内部，与所述制冷管接头(16)连接。

5.根据权利要求1所述的一种海洋温、压环境模拟装置，其特征在于：所述搅拌装置包括高压磁力泵(14)，所述高压磁力泵(14)置于所述压力密封舱(12)的底部。

6.根据权利要求1所述的一种海洋温、压环境模拟装置，其特征在于：所述压力密封舱(12)外部设有保温层。

7.一种海洋温、压环境模拟方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)向压力罐(1)中注入海水，连接压力罐(1)与打压试验泵(3)；

(2)启动打压试验泵(3)直至标准压力源(2)的压力值到达试验压力值；

(3)启动温控装置检测压力罐(1)内温度，控制加热装置、制冷装置进行温度调节；

(4)启动搅拌装置对压力罐(1)内海水进行搅拌；

(5)当压力罐(1)内温度达到试验温度，温控箱(4)进入保温状态，温场恒定后在压力罐(1)内形成海洋中的温、压环境。