CN110394202A - 一种可实时观测的模拟深海低温超高压环境的测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实时观测的模拟深海低温超高压环境的测试装置，其特征在于，包括压力模拟装置、观测装置和温度模拟装置。本发明能够模拟0‑120MP超高压力的深海环境模拟测试。且能够提供‑10℃‑室温范围的测试温度，压力、温度均可调可控。并具有观察窗，能够随时监控压力筒内部测试主体。本发明结构非常简单，密封效果好，耐用度高，并有效的降低了测试设备的成本，提升了测试结果的准确性和可靠性。

Description

一种可实时观测的模拟深海低温超高压环境的测试装置

技术领域

本发明涉及深海环境下装备及元器件性能测试技术领域，具体涉及一种能够实现实时观测实验装置内部情况的，并能够实现模拟深海低温超高压高盐环境的测试装置。

背景技术

深海设备是人类进行深海环境和深海资源勘探研究、开发利用及保护的主要工具。深海环境模拟试验检测装置的研制，为深海设备制造及相关材料研究提供深海环境模拟试验平台和可靠的技术支撑，降低了海上试验失败的风险，提高了设备研制和应用的成功率，促进了深海设备研制的发展。

模拟深海环境的试验中，压力筒是其中关键设备。随着深海资源越来越广的开发利用，对于深度的需求越来越高，而超过3000m以下的深海环境温度都在1-3度之间，常规设备不能模拟此种低温环境，而很多电子设备，能源设备，新材料等等，对低温非常敏感，并且对高盐环境也异常敏感，需要符合条件的实验设备在实际使用前，需要通过压力筒模拟的低温超高压高盐深海环境中进行测试，以提高海上运用的稳定性。因此，在国内外深海低温超高压环境模拟装置成为新的研发方向。

另外，目前国内许多从事深海工程装备研制单位的压力筒在模拟高压环境测试过程中是全封闭式的，即除了控制台压力表显示当前压力模拟测试装置内压强外，无观察窗供试验者监视压力筒内部被测对象在不同压力与温度情况下的表现，基本只能判断打压出来之后是否损坏，或是否可用。但对于某些新材料的运用上，压力并不会使其损坏，而是减弱其性能，因此，能够实时监测被测对象的表现，具有重要而深远的意义和实际的科研与工程价值。

在现有技术中，国内发明CN201610407281.1公开了一种深海高温高压环境模拟装置，虽然该装置通过加压口、调温介质和保温棉，可以实现加压及加热保温。但该装置并不适合营造海底常规低温环境，实现精准控温，也不能运用常规摄像头对压力仓内部进行实时观测。发明CN201410157296.8公开的一种深海高压环境模拟与检查装置，该装置能实现高压测试实验，但该装置不能模拟海底低温环境，并进行控温，也不能利用常规摄像头对压力仓内部进行实时观测。发明CN201710549403.5公开了一种全深海压力模拟测试装置实时监控系统及监控方法，能够模拟深海高压环境，实现对被测对象的实时观测，但该装置没有营造海底低温环境，并且，观测设备与被观测对象同在水下高压区域，因此需要使用耐极高压深海摄像头，该种摄像头造价昂贵，性能较低，运行不稳定。因此，需要能够一种结构简单，装配方便，成本可控，性能可靠，能够同时模拟深海超高压、低温环境的，并利用常规摄像头就能实现对实验舱内部进行实时观测的测试设备。

发明内容

本发明针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种能够满足120MPa以下超高压力的深海环境模拟测试装置，该装置能够提供-10℃-室温范围的测试温度，压力、温度均可调可控，并具有观察窗，能够随时监控压力筒内部测试主体。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种可实时观测的模拟深海低温超高压环境的测试装置，其特征在于，包括压力模拟装置、观测装置和温度模拟装置。

作为优选，压力模拟装置包括上盖、加压接头、组合密封圈、筒体、螺栓、左卡箍、右卡箍、螺母；其中，上盖为T型结构，盖在筒体上，并配合在筒体的孔内，筒体的上端开口处通过上盖闭合，上盖与筒体之间通过组合密封圈密封形成密闭腔体；左卡箍与右卡箍通过一定斜角配合，卡在上盖与筒体的外边缘上，卡箍之间用螺栓与螺母紧固，将上盖与筒体压紧；上盖上部设有加压接头，外部加压设备可以通过加压接头对筒体内部进行加压，使其达到测试要求压力。

作为优选，观测装置位于上盖上，包括O型圈，玻璃视窗和压盖；上盖中间开有上小下大的阶梯状开孔，其中，小孔与大孔交界面有密封沟槽，用来放置O形圈；玻璃视窗为T型结构的阶梯圆柱，上部的小柱部分放置于上盖下部的大孔内，并与上盖下部的大孔孔径相适配，下部的大柱端面紧贴在上盖的底端；压盖通过螺纹连接在上盖下部，压盖边缘将玻璃视窗压紧在上盖的大孔内，同时将密封沟槽中的O形圈压紧，起到初始密封的作用；在筒内压力逐步增大的情况下，内部压力会将玻璃视窗紧紧压在上盖上，并且通过密封沟槽中的O形圈实现紧密的密封；上盖小孔处，用来放置观测设备，通过玻璃视窗观测到筒体内的情况。

作为优选，所述温度模拟装置包括蒸发器管道、隔热外筒、温度传感器、隔热密封垫以及制冷主机。蒸发器管道均匀缠绕在筒体的外侧，隔热外筒套装在筒体外部，与筒体之间有一定间隙，隔绝有一定空气，用于隔热与保护；制冷主机设置在筒体外部，蒸发器管道穿过隔热外筒的开孔与外部制冷主机相连。

作为优选，所述观测设备包括网络摄像机、灯光，可以通过网络在远程实时监控实验主体的情况。

作为优选，所述筒体外周加工有匹配蒸发器管道的凹槽，蒸发器管道能够与筒体表面配合良好，增大接触面积，以助于更好的热传导。

作为优选，所述上盖与筒体相匹配的位置开有测温小孔，测温小孔内部用于安装温度传感器，可以深入筒体内部，检测到更为准确的温度信息，温度传感器的数据反馈进入制冷主机内；制冷主机包含有压缩机、冷凝器、节流器等，通过蒸发器管道给装置降温，通过温度传感器进行监控与反馈，实现恒温控制。

作为优选，所述隔热外筒材料优选为陶瓷，隔热外筒与左、右卡箍之间通过隔热密封垫进行密封，既能够起到密封作用，又避免使整个筒体的重量作用在隔热外筒上。

作为优选，所述上盖设置有吊装螺丝的螺纹孔，可安装吊环螺栓，方便开合盖。

作为优选，所述上盖与筒体材料可以为钛合金，耐腐蚀性较高，能够直接用海水进行模拟实验。

本发明的技术效果为：

1、本发明在使用过程中，将待测设备放入压力筒内加压，并在压力筒上设置有内外通透的密封玻璃，能够通过普通的摄像机观察到压力筒内的实验情况，不需要购买昂贵的超高压密封摄像机或者照相机。

2、本发明的玻璃内置技术，巧妙的利用上盖结构解决了玻璃在超高压下的支撑问题，使得结构非常简单，密封效果好，耐用度高。

3、所述玻璃为T型结构，既能够减小上盖承受的压力，从而降低上盖厚度，又能够最大限度的提高观测角度，使得观测窗的视野得到极大提升。

4、在筒体外部设置凹槽，并通过蒸发器管道直接对筒体制冷，通过外部制冷主机进行热交换，由设置在装置内部的温度传感器回传内部温度，起到自动调节与控制温度的效果，能够使装置稳定在-10℃至室温之间的任何温度，达到模拟不同深度，不同海域的温度。

5、温度传感器通过设置在上盖与筒体之间的测温小孔深入筒体内部，尽可能的接近筒内介质，获得非常接近筒内介质温度的数据，这样不需要使用能够耐受超高压的温度计，节约了成本，也简化了结构，不需要超高压的水密接插件将温度数据从筒体内部传输到筒外。

6、能够模拟0-120MPa的深海压力，在任意压力下可控。

附图说明

图1为本申请较佳实施例的装置截面图。

图2为本申请较佳实施例的装置俯视图。

图中标号的具体名称为：1-上盖；2-O形圈；3-玻璃视窗；4-加压接头；5-组合密封圈；6-压盖；7-筒体；8-蒸发器管道；9-隔热外筒；10-螺栓；11-左卡箍；12-右卡箍；13吊环螺栓；14螺母；15-温度传感器；16-隔热密封垫；17；制冷主机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明实施例中，第一、第二等，除有特别说明外仅用于区分不同的描述对象。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

结合图1、图2说明本实施方式，本发明的可实时观测得低温超高压深海环境模拟装置，包括压力模拟装置、观测装置和温度模拟装置。

压力模拟装置即为承压结构以及加压部件、包括上盖1、加压接头4、组合密封圈5、筒体7、螺栓10、左卡箍11、右卡箍12、螺母14。其中上盖1、筒体7组成主要的承压部件，上盖1盖在筒体7上，上盖为T型结构，配合在筒体7的孔内，筒体的上端开口处通过上盖闭合，上盖1与筒体7之间通过组合密封圈5实现两者之间的密封，组合密封圈5的实际直径比筒体7内径略大，筒体7的入口处需倒角，倒角角度为15°，长度大于等于1.5倍组合密封圈5的宽度；左卡箍11、右卡箍12通过一定斜角配合，卡在上盖1与筒体7的外边缘上，通过螺栓10与螺母14的紧固，将上盖1与筒体7压紧，并提供主要的锁紧力。上盖上设有加压孔，加压孔外有加压接头4，超高压加压设备通过管道与加压接头4连接，通过上盖上的加压孔，向筒体内部加压。

上盖1与筒体7均采用钛合金材质设计，具有良好的耐腐蚀性，在使用海水介质的时候，也不会因为盐雾腐蚀，而影响整体性能。模拟压力由外部加压设备控制，能够实现全海深压力模拟需求，可以在任意压力下保压。上盖上还设置有吊装螺丝的螺纹孔，可以方便安装吊环螺栓或其他装置，方便开合盖。

观测装置包括O形圈2、玻璃视窗3和压盖6，上盖1中间开孔为上小下大阶梯状，上部小孔用来放置观测设备，所述观测设备包括摄像机、照相机、灯光，通过玻璃拍摄到筒体内的情况。其中，摄像机可以是网络摄像机，亦可通过网络在远程实时监控实验主体的情况，并记录。下部大孔用来放置玻璃视窗3，上盖1的小孔与大孔交界面有密封沟槽，用来放置O形圈2。玻璃视窗3为T型结构的阶梯圆柱，上部的小柱部分放置于上盖下部的大孔内，并与上盖下部的大孔孔径相适配，下部的大柱端面紧贴在上盖的底端。压盖6通过螺纹连接在上盖1下部，压盖边缘将玻璃视窗3压紧在上盖1的大孔内，同时将密封沟槽中的O形圈2压紧，起到初始密封的作用。在筒内压力逐步增大的情况下，玻璃视窗3与上盖1的贴合力会越来越大，从而起到密封作用。玻璃视窗3是安装在整个模拟装置的内部的，这样内部压力会将玻璃视窗3紧紧压在上盖上，从而省去像卡箍一类的紧固装置，极大程度的简化了结构，节约了成本，玻璃视窗3经过高精度加工后，通透度极高，观测设备都可以布置在上盖1上部的孔内。玻璃视窗3上小下大的T型设计，可以减小上盖1的厚度，又可以增大观测角度，增加压力筒内的可视范围。

温度模拟装置包括蒸发器管道8、隔热外筒9、温度传感器15、隔热密封垫16以及制冷主机17。将制冷主机17设置在筒体外部，通过隔热外筒9的开孔与蒸发器管道8连接，蒸发器管道8均匀缠绕在筒体7的外侧，筒体7外侧开有匹配蒸发器管道8的圆槽，能够增大筒体7与蒸发器管道8的接触面积，有助于热传导，从而更有效的降低筒体内部液体的温度，筒体7放置在隔热外筒9内，隔热外筒9材料优选为陶瓷，隔热外筒9与筒体7之间有一定间隙，隔绝有一定空气，提高隔热效果，也起到保护筒体作用。隔热外筒9与左、右卡箍之间设置有隔热密封垫，用以增加密封度，提高隔热效果，也避免因为加工与装配精度的问题，整个筒体的重量压在隔热外筒的外边缘上，从而损坏隔热外筒9。上盖与筒体相匹配的位置开有测温小孔，温度传感器15通过测温小孔深入装置内部，尽量靠近筒内介质，从而获得较为准确的内部温度，并通过信号线传输回制冷主机17，制冷主机包含有压缩机、冷凝器、节流器等部件，通过蒸发器管道给装置降温，制冷主机17通过温度传感器15的反馈数据，随时调整制冷功率，达到实时控制模拟温度的功能。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种可实时观测的模拟深海低温超高压环境的测试装置，其特征在于，包括压力模拟装置、观测装置和温度模拟装置。

2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，压力模拟装置包括上盖、加压接头、组合密封圈、筒体、螺栓、左卡箍、右卡箍、螺母；其中，上盖为T型结构，盖在筒体上，并配合在筒体的孔内，筒体的上端开口处通过上盖闭合，上盖与筒体之间通过组合密封圈密封形成密闭腔体；左卡箍与右卡箍通过一定斜角配合，卡在上盖与筒体的外边缘上，卡箍之间用螺栓与螺母紧固，将上盖与筒体压紧；上盖上部设有加压接头，外部加压设备可以通过加压接头对筒体内部进行加压，使其达到测试要求压力。

3.如权利要求2所述的测试装置，其特征在于，观测装置位于上盖上，包括O型圈，玻璃视窗和压盖；上盖中间开有上小下大的阶梯状开孔，其中，小孔与大孔交界面有密封沟槽，用来放置O形圈；玻璃视窗为T型结构的阶梯圆柱，上部的小柱部分放置于上盖下部的大孔内，并与上盖下部的大孔孔径相适配，下部的大柱端面紧贴在上盖的底端；压盖通过螺纹连接在上盖下部，压盖边缘将玻璃视窗压紧在上盖的大孔内，同时将密封沟槽中的O形圈压紧，起到初始密封的作用；在筒内压力逐步增大的情况下，内部压力会将玻璃视窗紧紧压在上盖上，并且通过密封沟槽中的O形圈实现紧密的密封；上盖小孔处，用来放置观测设备，通过玻璃视窗观测到筒体内的情况。

4.如权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述温度模拟装置包括蒸发器管道、隔热外筒、温度传感器、隔热密封垫以及制冷主机；蒸发器管道均匀缠绕在筒体的外侧，隔热外筒套装在筒体外部，与筒体之间有一定间隙，隔绝有一定空气，用于隔热与保护；制冷主机设置在筒体外部，蒸发器管道穿过隔热外筒的开孔与外部制冷主机相连。

5.如权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述观测设备包括网络摄像机、灯光，可以通过网络在远程实时监控实验主体的情况。

6.如权利要求4所述的测试装置，其特征在于，所述筒体外周加工有匹配蒸发器管道的凹槽，蒸发器管道能够与筒体表面配合良好，增大接触面积，以助于更好的热传导。

7.如权利要求4、6所述的测试装置，其特征在于，所述上盖与筒体相匹配的位置开有测温小孔，测温小孔内部用于安装温度传感器，可以深入筒体内部，检测到更为准确的温度信息，温度传感器的数据反馈进入制冷主机内；制冷主机包含有压缩机、冷凝器、节流器等，通过蒸发器管道给装置降温，通过温度传感器进行监控与反馈，实现恒温控制。

8.如权利要求7所述的测试装置，其特征在于，所述隔热外筒材料优选为陶瓷，隔热外筒与左、右卡箍之间通过隔热密封垫进行密封，既能够起到密封作用，又避免使整个筒体的重量作用在隔热外筒上。

9.如权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述上盖设置有吊装螺丝的螺纹孔，可安装吊环螺栓，方便开合盖。

10.如权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述上盖与筒体材料可以为钛合金，耐腐蚀性较高，能够直接用海水进行模拟实验。