一种框架式超高压环境模拟装置与试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及深海环境模拟装置技术领域，特指一种框架式超高压环境模拟装置，包括压力模拟系统与温度调节系统，所述压力模拟系统包括筒体与框架，筒体与框架对应设置，温度调节系统包括水箱、设于水箱内部的温度控制元件与设于筒体内部的温度控制元件。本发明专利技术采用这样的结构设置，在保证体积和压力两项指标同时满足测试需求的基础上，又能够有效仿真高温条件，实现温度自动调节控制，其结构合理，控温效果快速有效。

A frame type ultra high pressure environment simulation device and test method

The present invention relates to a deep-sea environment simulation device technical field, in particular to a frame type ultra high pressure environment simulation device comprises a pressure regulating system simulation system and the temperature, the pressure of the simulation system includes a cylinder body and the cylinder body and the corresponding frame, frame set, temperature adjusting system comprises a temperature control element and a cylinder internal temperature control in the water tank, water tank internal components. The present invention adopts the structure setting, and ensures the two indexes of volume and pressure to meet the test requirements simultaneously, and effectively simulates the high temperature conditions, and realizes automatic temperature adjustment and control. The structure is reasonable, and the temperature control effect is fast and effective.

【技术实现步骤摘要】
一种框架式超高压环境模拟装置与试验方法
本专利技术涉及深海环境模拟装置
，特指一种框架式超高压环境模拟装置与试验方法，具体涉及到一种可以高效模拟深海超高压环境及实现温度仿真与控制的装置，主要为深海科考装备提供压力测试支持以及为开展深海地质、生物等研究提供原位监测模拟平台。
技术介绍
深海探测及运载仪器和装备在研制和运用过程中必须考虑到水静压力的影响，这就需要利用专门的压力试验装备来模拟深海环境，在深海仪器设备进入深海之前进行针对深海仪器设备的耐压强度、水密性能、抗疲劳性能或者高压条件下的功能性等各项性能指标测试。2016年我国已经正式启动了国家重点研发计划“深海关键技术与装备”重点专项，计划在“十三五”期间完成全海深载人潜水器的研制，受静水压100Mpa以上就属于深海超高压力范畴，而目前公认的全海深深度为11000米，静水压强约为110Mpa，如果按照1.5的安全系数计算，则全海深载人装备需要至少承受165Mpa的压强。所以作为全海深深海装备提供水静压力试验的模拟装置，其工作筒体一方面需要模拟至少大于165Mpa的深海超高压力，另一方面在工作时也要保证工作筒体能够装下深海装备，这样筒体内径的尺寸设计至少不小于2M，因此这对其工作压力和体积的要求都比较高。由于运用范畴及技术受限，在全海深背景下，目前我国还没有深海模拟装置能够在压力和容积两项技术指标上同时满足上述要求。另一方面，深海模拟装置常常被运用于海洋地质、海洋生物等领域进行模拟实验，为深海科考原位获取的数据提供实验验证。作为科考数据验证时，除了需要模拟深海高压环境的同时，也需仿真不同温度的环境。在深海不同区域温度都是变化的，特别是随着海洋热液被发现以来，人们对热液矿、热液生物的研究方兴未艾，研究矿物、生物在高压高温下的物理化学应变参数，这些新的研究领域也推进了深海高压高温环境模拟装置研发的进程。专利201410157296.8：深海超高压环境模拟与检测装置，公开了一种超高压、大体积的深海高压模拟检测装置，但是专利未能实现温度仿真的功能；专利201610407281.1：深海高温高压环境模拟装置，通过在压力筒外增设一个夹套的方式来实现调温介质对筒体的外壁进行加热，然后通过筒壁热量传递给筒内的工作介质从而达到给内部工作介质加温的目的，这种加热方式，虽然结构和操作相对比较简单，但是温度调节的效率比较低，而且如果是涉及到模拟超高压力的筒体，往往其筒壁14厚度都会比较大，这样如果单独通过这种方式，调温效率会更低，甚至这个加热方法在筒壁厚度比较大的压力筒上不可行，同时，采用种方法会导致压力筒内部中间位置与筒壁附近的介质温度分布不均匀。所以，针对上述问题，本专利专利技术了一种模拟深海超高压力的装置，特别是涉及到一种框架结构的超高压模拟装置，在满足超高压静水试验的同时，又能高效实现温度自动调节控制的目的。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提供了一种框架式超高压环境模拟装置与试验方法，在保证体积和压力两项指标同时满足测试需求的基础上，又能够有效仿真高温条件，实现温度自动调节控制，其结构合理，控温效果快速有效。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种框架式超高压环境模拟装置，包括压力模拟系统与温度调节系统，压力模拟系统包括筒体与框架，筒体与框架对应设置，温度调节系统包括水箱、设于水箱内部的温度控制元件与设于筒体内部的温度控制元件。进一步而言，所述筒体采用钢合金材料制成，筒体包括芯筒、上端盖与下端盖，芯筒采用上下两端设有开口的圆筒结构设置，上端盖设于芯筒的上端开口处，且通过密封装置密封于芯筒的上端开口，下端盖设于芯筒的下端开口处，且通过密封装置密封于芯筒的下端开口，芯筒、上端盖与下端盖对应连接构成一个密闭腔体。进一步而言，所述上端盖的上端面设有用于起吊装置起吊用的T型槽，下端盖两侧对应设置有自动升降装置。进一步而言，所述下端盖上还设有加压孔，加压孔一端连通于筒体内部，所述加压孔另一端通过增压器高压泵连接于水箱。进一步而言，所述密封装置包括组合密封圈与随动环，组合密封圈设于随动环上。进一步而言，所述框架包括上半圆梁、下半圆梁与立柱，立柱上端通过具有一定预应力的扁钢丝缠绕于上半圆梁，立柱下端通过具有一定预应力的扁钢丝缠绕于下半圆梁。进一步而言，所述筒体的筒壁外层设有用于隔热保温的隔热保护层。进一步而言，所述设于水箱内部的温度控制元件包括电加热器与温度传感器。进一步而言，所述设于筒体内部的温度控制元件包括加热元件与感温探头，加热元件与感温探头对应设置，且通过水密封器外接有控制系统。一种框架式超高压环境模拟装置的试验方法，其步骤如下：步骤一，将待测样品或深海装备仪器放置筒体内，外部起吊装置通过T型钩将上端盖吊至筒体上端开口处并闭合密封，框架在外部的液压系统作用下移动到工作位置，保证框架的上半圆梁、下半圆梁的下端面分别与上端盖、下端盖外表面对齐，两者之间有2～3mm的间距；步骤二，通过水箱中的电加热器把水加热到预设温度后，再由增压器高压泵将水经过下端盖上的加压孔输送到筒体内，当筒体内水静压力达到预设压力值后，加压孔阀门关闭装置停止升压工作，系统进入水静压力保压耐压试验，当筒体内被工作介质水填满后，筒体内部温度调节系统开始启动，筒体内上下两个感温探头将筒体内的实时温度反馈至外部控制系统，如果筒体内温度低于预设温度时，外部控制系统将增大筒体内加热盘管或电阻丝的功率进行温度自动补偿；步骤三，模拟装置在进行水静压力试验时，筒体和框架将筒体内压力有效分解，这样大大提升了整个压力模拟系统的承压能力和操作安全系数；步骤四，试验的保压耐压阶段结束后，通过系统其他的泄压阀门和管道将内部的工作介质水排尽，框架在外部液压系统作用下移出工作位置，起吊装置把上端盖打开，将筒体内样品或深海装置仪器取出，试验结束。本专利技术有益效果：本专利技术采用这样的结构设置，整体结构设计创新及合理，一方面采用筒体和框架相结合的承压结构，工作时，筒体和框架分别承受径向压力和轴向压力，并结合上端盖与下端盖大尺寸大重量的特点，单独设置对应的升降装置，实现上端盖自动闭合和下端盖自动升降功能，另一方面采用先预热后加热保温的方法，设计了一套能够高效实现温度控制系统，通过本深海超高压模拟装置，可以实现大压力、大体积的深海环境模拟，同时通过温度调节系统，能够快速实现高温及温度控制均匀的深海条件，大大缩短了工作介质升温时间。附图说明图1是本专利技术整体结构外部示意图；图2是本专利技术筒体与框架剖视示意图；图3是本专利技术整体结构工作原理图。1.筒体；11.芯筒；12.上端盖；13.下端盖；14.筒壁；15.隔热保护层；16.T型槽；17.组合密封圈；18.随动环；19.自动升降装置；2.框架；21.上半圆梁；22.下半圆梁；23.立柱；3.水箱；31.电加热器；32.温度传感器；4.加热元件；41.控制系统；42.感温探头；5.水密封器；6.增压器高压泵；7.加压孔。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术的技术方案进行说明。如图1至图3所示，本专利技术所述一种框架式超高压环境模拟装置，包括压力模拟系统与温度调节系统，压力模拟系统包括筒体1与框架2，筒体1与框架2对应设置，温度调节系统包括水箱3、设于水箱3内部的温度控制元件与设于筒体1内部的温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种框架式超高压环境模拟装置，其特征在于：包括压力模拟系统与温度调节系统，所述压力模拟系统包括筒体(1)与框架(2)，所述筒体(1)与框架(2)对应设置，所述温度调节系统包括水箱(3)、设于水箱(3)内部的温度控制元件与设于筒体(1)内部的温度控制元件。

【技术特征摘要】
1.一种框架式超高压环境模拟装置，其特征在于：包括压力模拟系统与温度调节系统，所述压力模拟系统包括筒体(1)与框架(2)，所述筒体(1)与框架(2)对应设置，所述温度调节系统包括水箱(3)、设于水箱(3)内部的温度控制元件与设于筒体(1)内部的温度控制元件。2.根据权利要求1所述一种框架式超高压环境模拟装置，其特征在于：所述筒体(1)采用钢合金材料制成，所述筒体(1)包括芯筒(11)、上端盖(12)与下端盖(13)，所述芯筒(1)采用上下两端设有开口的圆筒结构设置，所述上端盖(12)设于芯筒(11)的上端开口处，且通过密封装置密封于芯筒(11)的上端开口，所述下端盖(13)设于芯筒(11)的下端开口处，且通过密封装置密封于芯筒(11)的下端开口，所述芯筒(11)、上端盖(12)与下端盖(13)对应连接构成一个密闭腔体。3.根据权利要求2所述一种框架式超高压环境模拟装置，其特征在于：所述上端盖(12)的上端面设有用于起吊装置起吊用的T型槽(16)，所述下端盖(13)两侧对应设置有自动升降装置(19)。4.根据权利要求2所述一种框架式超高压环境模拟装置，其特征在于：所述下端盖(13)上还设有加压孔(7)，所述加压孔(7)一端连通于筒体(1)内部，所述加压孔(7)另一端通过增压器高压泵(6)连接于水箱(3)。5.根据权利要求2所述一种框架式超高压环境模拟装置，其特征在于：所述密封装置包括组合密封圈(17)与随动环(18)，所述组合密封圈(17)设于随动环(18)上。6.根据权利要求1所述一种框架式超高压环境模拟装置，其特征在于：所述框架(2)包括上半圆梁(21)、下半圆梁(22)与立柱(23)，所述立柱(23)上端通过具有一定预应力的扁钢丝缠绕于上半圆梁(21)，所述立柱(23)下端通过具有一定预应力的扁钢丝缠绕于下半圆梁(22)。7.根据权利要求1所述一种框架式超高压环境模拟装置，其特征在于：所述筒体(1)的筒壁(14)外层设有用...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋磊，林觉智，杨槐，张云，
申请(专利权)人：中国科学院深海科学与工程研究所，四川航空工业川西机器有限责任公司，
类型：发明
国别省市：海南,46