7月29日，世界首臺大體積深海低溫超高壓模擬裝置在三亞崖州灣載人深潛工程實驗室完成調(diào)試并通過現(xiàn)場技術(shù)驗收，預(yù)計今年8月開始投入運行。
(相關(guān)資料圖)
這個筒體內(nèi)徑1.0米，筒深2.5米的大家伙就是深海低溫超高壓模擬裝置，業(yè)內(nèi)俗稱“壓力筒”，它是專門為各種深海裝備及材料提供壓力測試而設(shè)置的。
中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所工程師 林覺智：因為深海裝備下海作業(yè)都要承受海水壓力，所以在出海前所有承壓的裝備以及材料都需要經(jīng)過專門的壓力筒進行壓力可靠性測試，測試裝備的結(jié)構(gòu)強度、密封性或疲勞性等。
這套裝置由筒體、框架、低溫控制系統(tǒng)以及增壓站、卸壓站、液壓控制和電控等模塊組成。在設(shè)計和技術(shù)上，與我國現(xiàn)有的深海超高壓試驗裝置相比，首次實現(xiàn)了高壓條件下的深海低溫模擬。
四川航空工業(yè)川西機器有限責(zé)任公司高級工程師 何曉：首先，這套設(shè)備我們是采用了新型的雙層式筒體結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)主機與控溫通道的集成設(shè)計；第二，我們課題組也是專門研制了一套低溫控制系統(tǒng)，實現(xiàn)低溫模擬。整個技術(shù)路線完全摒棄了傳統(tǒng)的外夾套式或盤管式的老路線，具有很強的創(chuàng)新性和可行性。
與深海超高壓模擬試驗裝置形成互補
據(jù)了解，目前我國現(xiàn)有的深海超高壓模擬試驗裝置，基本已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)全海深的壓力模擬，但是現(xiàn)實中的深海除了超高的壓力環(huán)境，還同時具有2-4攝氏度的低溫特征。而目前在國內(nèi)甚至國際上，還沒有能夠?qū)崿F(xiàn)可在線控溫的中大型全海深壓力模擬裝置。因此，基于目前實際試驗應(yīng)用情況的迫切需求，2018年新立項研制了這套深海低溫試驗裝置。
主機與控溫通道集成設(shè)計 實現(xiàn)低溫控制
目前這套裝置最高試驗壓力可以達到200MPa（兆帕），最大優(yōu)勢在于通過主機與控溫通道集成設(shè)計實現(xiàn)低溫控制。那么，這套專門研制的低溫控制系統(tǒng)是如何運行的呢？
筒體主要由內(nèi)套筒、外套筒以及外層的預(yù)應(yīng)力鋼絲層組成，科研人員在內(nèi)、外套筒之間預(yù)留了獨立的螺旋水槽，也就是冷卻通道，低溫控制系統(tǒng)主要由3套制冷機組和一個大約4立方米的水箱組成。
中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所項目副研究員 楊少柒：低溫控制系統(tǒng)的難點是200MPa的增壓下，壓縮熱大，引起水溫升高，同時整個裝置的熱容很大。為實現(xiàn)溫度控制，首先利用制冷設(shè)備通過降溫通道將增壓裝置預(yù)冷到0℃左右，同時采用絕熱手段減少環(huán)境漏熱的進入，其次產(chǎn)生的流態(tài)冰水混合物注入筒內(nèi)，利用冰的潛熱儲存冷量，實現(xiàn)增壓后桶內(nèi)維持在4℃以下。
在提前設(shè)置相關(guān)參數(shù)之后，整個控溫流程基本由系統(tǒng)全自動完成。在筒內(nèi)集成冷卻通道的做法，既保證了筒體的承壓性能，也大大提高了冷卻效率。
保障深海材料及儀器裝備壓力測試
據(jù)介紹，這臺大體積深海低溫超高壓模擬裝置可實現(xiàn)在線加卸壓自動控制，加卸壓速率為每分鐘0.5MPa至5.0MPa，筒內(nèi)溫度控制范圍在2℃至常溫區(qū)間。那么，它將來投入哪些科考應(yīng)用？
這套裝置建成后，將彌補我國在深海超高壓試驗裝置領(lǐng)域溫控的技術(shù)空白，實現(xiàn)深海超高壓低溫的真實環(huán)境模擬，與現(xiàn)有試驗裝置進行功能互補，有望為特種深海材料及儀器裝備提供超高壓及低溫的壓力試驗保障。
中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所工程師 林覺智：這里所說的特種深海材料和裝備，是指有些材料和裝備在壓力測試的時候，除了有高壓要求，還對溫度有一定要求。如果溫度太高了可能會影響到材料本身的性能，比如浮力材料和鈦合金載人艙，做壓力測試的時候，都是有低溫要求的。
另外，我國目前正在進行深海極地方面的前沿研究，這套裝備也可能能夠為將來開展極地低溫的海洋裝備和材料提供一定的技術(shù)積累和保障。
