【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及海洋勘探技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超深海壓力環(huán)境的模擬方法及裝置。

背景技術(shù)：

深海海底中儲(chǔ)存有豐富的礦藏資源，目前，對(duì)于海洋資源的開(kāi)發(fā)，特別是深海海底中儲(chǔ)存的各種礦藏資源的開(kāi)發(fā)具有重要的意義。深海熱液、冷泉和石油等資源已成為人類(lèi)生產(chǎn)生活中的重要能源之一。但由于深海海底復(fù)雜的地形、洋流和壓力等環(huán)境因素，研究深海環(huán)境已成為當(dāng)今世界的前沿科學(xué)。為了更深入地研究深海環(huán)境，以更進(jìn)一步利用深海海洋的資源，對(duì)深海環(huán)境的模擬已顯得尤為重要。目前，對(duì)深海壓力環(huán)境的模擬大多采用高壓釜，但高壓釜不僅成本高，且所承受的壓力范圍較為局限，最大承受壓力較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種超深海壓力環(huán)境的模擬方法及裝置。本發(fā)明采用自制的超高壓厚壁圓筒代替高壓釜，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且模擬成本低。本發(fā)明中的超高壓厚壁圓筒適用于工作壓力為15-150mpa，工作壓力范圍寬且最大承受壓力大，實(shí)用性強(qiáng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種超深海壓力環(huán)境的模擬裝置，包括水箱，還包括相連接的高壓泵、增壓器和超高壓厚壁圓筒，所述高壓泵與所述水箱連接，所述高壓泵與所述增壓器之間位于所述高壓泵的出口處設(shè)有溢流閥；所述增壓器與所述超高壓厚壁圓筒之間設(shè)有節(jié)流閥，所述節(jié)流閥與所述所述增壓器之間還設(shè)有蓄能器，所述蓄能器與所述增壓器之間及所述蓄能器與所述節(jié)流閥之間均設(shè)有方向朝向所述超高壓厚壁圓筒的單向閥，所述超高壓厚壁圓筒的出口處還設(shè)有一卸荷閥。

進(jìn)一步地，所述超深海壓力環(huán)境的模擬裝置還包括壓力調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，所述壓力調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)包括壓力傳感器、壓力控制器和調(diào)壓閥，所述壓力控制器和調(diào)壓閥相連接且設(shè)于所述節(jié)流閥與所述超高壓厚壁圓筒之間,所述壓力傳感器設(shè)于超高壓厚壁圓筒內(nèi),所述壓力傳感器與所述壓力控制器連接，所述壓力控制器基于所述壓力傳感器測(cè)量到的壓力控制所述調(diào)壓閥。

進(jìn)一步地，所述節(jié)流閥與所述超高壓厚壁圓筒之間靠近所述超高壓厚壁圓筒的入口處還設(shè)有穩(wěn)壓閥和壓力表。

進(jìn)一步地，所述高壓泵的最大出口壓力為15mpa。

進(jìn)一步地，所述溢流閥的壓力調(diào)節(jié)范圍為1.5-15mpa。

進(jìn)一步地，所述增壓器的增壓比為1：10。

進(jìn)一步地，所述超高壓厚壁圓筒的內(nèi)徑為25-30毫米，外徑為60-75毫米。

進(jìn)一步地，所述超高壓厚壁圓筒的材料為高級(jí)氮化鋼材料。

本發(fā)明還提供了一種超深海壓力環(huán)境的模擬方法，包括如下步驟：

(1)打開(kāi)所述水箱，根據(jù)所需模擬海洋深度的環(huán)境壓力的大小調(diào)節(jié)所述溢流閥的調(diào)定壓力；

(2)啟動(dòng)所述高壓泵、增壓器和蓄能器，緩慢開(kāi)啟所述單向閥和節(jié)流閥，使所述水箱中的液體變?yōu)楦邏阂后w后流入所述超高壓厚壁圓筒；

(3)啟動(dòng)壓力調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，壓力控制器通過(guò)壓力傳感器測(cè)量得到的壓力控制調(diào)壓閥，待高壓液體充滿(mǎn)所述超高壓厚壁圓筒后且壓力穩(wěn)定后，得到的所述超高壓厚壁圓筒內(nèi)的高壓液體即為所模擬的超深海壓力環(huán)境；

(4)開(kāi)啟所述卸荷閥，使所述超高壓厚壁圓筒泄壓，即完成特定壓力環(huán)境的模擬；

(5)改變所述溢流閥的調(diào)定壓力，重復(fù)上述步驟，即可實(shí)現(xiàn)另一海水深度壓力環(huán)境的模擬。

進(jìn)一步地，步驟(3)中，所述壓力穩(wěn)定為通過(guò)設(shè)于靠近所述超高壓厚壁圓筒的入口處的穩(wěn)壓閥調(diào)節(jié)。

通過(guò)采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明采用自制的超高壓厚壁圓筒代替高壓釜，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且模擬成本低。本發(fā)明中的超高壓厚壁圓筒的材料選用強(qiáng)度高、硬度大及耐磨性高等性能優(yōu)異的高級(jí)氮化鋼38crmoal，并結(jié)合深海環(huán)境制作適當(dāng)厚度的超高壓厚壁圓筒，使本發(fā)明的超高壓厚壁圓筒適用于工作壓力為15-150mpa，工作壓力范圍寬且最大承受壓力大，實(shí)用性強(qiáng)。

(2)本發(fā)明可模擬的海洋深度范圍為2000-11000米，且可利用溢流閥根據(jù)水深的變化調(diào)節(jié)模擬環(huán)境壓力的大小，還可利用壓力調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)對(duì)進(jìn)入超高壓厚壁圓筒內(nèi)的高壓液體進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，使所模擬的深海壓力更精確。同時(shí)通過(guò)壓力調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)后還設(shè)置穩(wěn)壓閥，使超高壓厚壁圓筒內(nèi)的高壓液體的壓力保持穩(wěn)定，利于本發(fā)明在此壓力環(huán)境中的研究。

(3)本發(fā)明模擬方法簡(jiǎn)單，可操作性及可重復(fù)性強(qiáng)，通過(guò)調(diào)節(jié)溢流閥等，可模擬不同海水深度的壓力環(huán)境，便于研究人員在不同的海水深度的壓力環(huán)境下進(jìn)行研究。

【附圖說(shuō)明】

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-水箱，2-高壓泵，3-溢流閥，4-增壓器，5-單向閥，6-蓄能器，7-節(jié)流閥，8-超高壓厚壁圓筒，9-卸荷閥，10-穩(wěn)壓閥，11-壓力表,12-壓力控制器，13-調(diào)壓閥。

【具體實(shí)施方式】

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

需要說(shuō)明的是，當(dāng)組件被稱(chēng)為“固定于”另一個(gè)組件，它可以直接在另一個(gè)組件上或者也可以存在居中的組件。當(dāng)一個(gè)組件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)組件，它可以是直接連接到另一個(gè)組件或者可能同時(shí)存在居中組件。當(dāng)一個(gè)組件被認(rèn)為是“設(shè)置于”另一個(gè)組件，它可以是直接設(shè)置在另一個(gè)組件上或者可能同時(shí)存在居中組件。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類(lèi)似的表述只是為了說(shuō)明的目的。

實(shí)施例

如圖1，一種超深海壓力環(huán)境的模擬裝置，包括水箱1，還包括相連接的高壓泵2、增壓器4和超高壓厚壁圓筒8，高壓泵2與水箱1連接，其中高壓泵2的最大出口壓力為15mpa，增壓器4的增壓比為1：10。高壓泵2與增壓器4之間且靠近高壓泵2的出口處設(shè)有溢流閥3，溢流閥3的壓力調(diào)節(jié)范圍為1.5-15mpa。增壓器4與超高壓厚壁圓筒8之間設(shè)有節(jié)流閥7，節(jié)流閥7與增壓器4之間還設(shè)有蓄能器6，蓄能器6的設(shè)置是為了避免模擬裝置的壓力波動(dòng)或在調(diào)壓過(guò)程中所產(chǎn)生的液壓沖擊對(duì)超高壓厚壁圓筒內(nèi)壓力的影響。蓄能器6與增壓器4之間及蓄能器6與節(jié)流閥7之間均設(shè)有方向朝向所述超高壓厚壁圓筒8的單向閥5，超高壓厚壁圓筒8的出口處還設(shè)有一卸荷閥9。本發(fā)明中超高壓厚壁圓筒8的尺寸可以選：內(nèi)徑25-30毫米、外徑60-75毫米，本實(shí)施例中則優(yōu)選為內(nèi)徑30毫米、外徑75毫米。

本發(fā)明中，超高壓厚壁圓筒8所選用的材料可以為低淬透性滲碳鋼(20cr)和高級(jí)氮化鋼(38crmoal)等。本實(shí)施例中超高壓厚壁圓筒的材料優(yōu)選為高級(jí)氮化鋼38crmoal，高級(jí)氮化鋼具有高的表面硬度，耐磨性及疲勞強(qiáng)度，并具有良好的耐熱性及耐腐蝕性，淬透性不高，用于制作高耐磨性、高疲勞強(qiáng)度和相當(dāng)大的強(qiáng)度、處理后尺寸精度高的氮化零件。

進(jìn)一步地，本實(shí)施例中的超深海壓力環(huán)境的模擬裝置還包括壓力調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，該壓力調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)包括壓力傳感器(圖中未示出)、壓力控制器12和調(diào)壓閥13，壓力控制器12和調(diào)壓閥13相連接且調(diào)壓閥13設(shè)于節(jié)流閥7與超高壓厚壁圓筒8之間,壓力傳感器設(shè)于超高壓厚壁圓筒8內(nèi),壓力傳感器與所述壓力控制器12連接，壓力控制器12基于所述壓力傳感器測(cè)量到的壓力控制調(diào)壓閥13，使流入超高壓厚壁圓筒8內(nèi)的液體的壓力得到自動(dòng)調(diào)控。

進(jìn)一步地，本實(shí)施例中，節(jié)流閥7與超高壓厚壁圓筒8之間靠近超高壓厚壁圓筒8的入口處還設(shè)有穩(wěn)壓閥10和壓力表11，使超高壓厚壁圓筒8內(nèi)的高壓液體的壓力保持穩(wěn)定，利于在此壓力環(huán)境中的研究。且壓力表11還能精確觀(guān)察到超高壓厚壁圓筒8內(nèi)的實(shí)際壓力，從而判斷超高壓厚壁圓筒8內(nèi)的壓力是否達(dá)到了所需模擬海洋深度的環(huán)境壓力的大小，進(jìn)而視具體情況調(diào)節(jié)溢流閥3和啟動(dòng)壓力調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。

本發(fā)明實(shí)施例一種超深海壓力環(huán)境的模擬裝置的模擬方法，包括如下步驟：

(1)打開(kāi)所述水箱1，根據(jù)所需模擬海洋深度的環(huán)境壓力的大小調(diào)節(jié)溢流閥3的調(diào)定壓力；

(2)啟動(dòng)高壓泵2、增壓器4和蓄能器6，緩慢開(kāi)啟單向閥5和節(jié)流閥7，使水箱1中的液體變?yōu)楦邏阂后w后流入超高壓厚壁圓筒8；

(3)啟動(dòng)壓力調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，壓力控制器12通過(guò)壓力傳感器測(cè)量得到的壓力控制調(diào)壓閥13，待高壓液體充滿(mǎn)所述超高壓厚壁圓筒8，且通過(guò)設(shè)于靠近超高壓厚壁圓筒8的入口處的穩(wěn)壓閥10使壓力穩(wěn)定后，所得到的超高壓厚壁圓筒8內(nèi)的高壓液體即為所模擬的超深海壓力環(huán)境，在此環(huán)境壓力下可開(kāi)展相關(guān)研究；

(4)開(kāi)啟卸荷閥9，使所述超高壓厚壁圓筒泄壓，即完成特定壓力環(huán)境的模擬；

(5)改變溢流閥3的調(diào)定壓力，重復(fù)上述步驟，即可實(shí)現(xiàn)另一海水深度壓力環(huán)境的模擬。

本發(fā)明中，高壓泵2所產(chǎn)生的高壓液體經(jīng)增壓器4增壓及節(jié)流閥7控制流量等后進(jìn)入超高壓厚壁圓筒8。調(diào)節(jié)溢流閥3的調(diào)定壓力可改變高壓泵2出口壓力的大小，并經(jīng)壓力調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)調(diào)控，可自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)入超高壓厚壁圓筒8的液體壓力的大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)深海壓力環(huán)境的模擬及對(duì)超深海環(huán)境壓力隨深度而改變的壓力調(diào)節(jié)。

本發(fā)明采用自制的超高壓厚壁圓8筒代替高壓釜，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且模擬成本低。本發(fā)明中的超高壓厚壁圓筒8的材料選用強(qiáng)度高、硬度大及耐磨性高等性能優(yōu)異的高級(jí)氮化鋼38crmoal，并結(jié)合深海環(huán)境制作適當(dāng)厚度的超高壓厚壁圓筒8，使本發(fā)明的超高壓厚壁圓筒8適用于工作壓力為15-150mpa，工作壓力范圍寬且最大承受壓力大，實(shí)用性強(qiáng)。本發(fā)明可模擬的海洋深度范圍為2000-11000米，且可利用溢流閥3根據(jù)水深的變化調(diào)節(jié)模擬環(huán)境壓力的大小，還可利用壓力調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)對(duì)進(jìn)入超高壓厚壁圓筒8內(nèi)的高壓液體進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，使所模擬的深海壓力更精確。同時(shí)通過(guò)壓力調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)后還設(shè)置穩(wěn)壓閥10，使超高壓厚壁圓筒8內(nèi)的高壓液體的壓力保持穩(wěn)定，利于本發(fā)明在此壓力環(huán)境中的研究。本發(fā)明模擬方法簡(jiǎn)單，可操作性及可重復(fù)性強(qiáng)，通過(guò)調(diào)節(jié)溢流閥3等，可模擬不同海水深度的壓力環(huán)境，便于研究人員在不同的海水深度的壓力環(huán)境下進(jìn)行研究。

上述說(shuō)明是針對(duì)本發(fā)明較佳可行實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，但實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明的專(zhuān)利申請(qǐng)范圍，凡本發(fā)明所提示的技術(shù)精神下所完成的同等變化或修飾變更，均應(yīng)屬于本發(fā)明所涵蓋專(zhuān)利范圍。