[發(fā)明專利]深海快速加卸載裝置及其方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110500950.0
• 申請日: 2021-05-08
• 公開（公告）號: CN113092243B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊小秋;許鶴華;夏林琪;張志剛;陳順;邵佳;趙鵬;劉璐
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院南海海洋研究所;南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室（廣州）;磐索地勘科技（廣州）有限公司
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N25/00
• 代理公司: 廣州科粵專利商標(biāo)代理有限公司 44001
• 代理人: 周友元;劉明星

本發(fā)明公開了一種深海快速加卸載裝置，包括主艙體和至少一個空氣艙體，主艙體兩端通過高壓球閥控制開關(guān)，主艙體與空氣艙體之間通過高壓球閥連通，主艙體內(nèi)部設(shè)置有溫壓探頭。本發(fā)明還公開了一種深海快速加卸載方法，包括：關(guān)閉所有的高壓球閥；將深海快速加卸載裝置下放至預(yù)定深海位置；打開主艙體兩端的高壓球閥，實現(xiàn)主艙體的快速加壓；關(guān)閉主艙體兩端的高壓球閥，然后打開主艙體與空氣艙體之間的高壓球閥，實現(xiàn)主艙體的快速卸壓。本發(fā)明利用深海天然高壓、恒溫特性，不僅可用于直接測量深海海水原位熱力學(xué)參數(shù)，還可開展大尺寸樣品的絕熱快速加卸載熱力學(xué)實驗，為介質(zhì)熱力學(xué)實驗提供了一種非常簡潔、有效的快速絕熱加卸載方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種深海快速加卸載裝置及其方法。

背景技術(shù)

介質(zhì)的熱力學(xué)參數(shù)(比如介質(zhì)的絕熱應(yīng)力-溫度響應(yīng)系數(shù)((dT/dP)s)、膨脹系數(shù)(α)、熱導(dǎo)率(λ)、體積熱容(ρc_p)及熱擴散率(κ)等參數(shù))，是非常基礎(chǔ)和重要的物性之一。這些熱力學(xué)參數(shù)通常都在實驗室環(huán)境下通過逐漸加溫加壓來測量。例如陳順云等(2009)在開展巖石絕熱應(yīng)力變化的溫度響應(yīng)測試方法過程中，是將溫度傳感器貼在巖石樣品表面，并與空氣直接接觸，處于開放系統(tǒng)，然后觀察巖石樣品表面在緩慢的應(yīng)力加載過程中的溫度變化，這不僅受常規(guī)應(yīng)力加載臺的限制，無法實現(xiàn)瞬間加、卸載，而且因為環(huán)境溫度波動，且?guī)r石表面與空氣之間的熱交換不可避免，從而無法真正實現(xiàn)絕熱狀態(tài)下的應(yīng)力加、卸載。雖然楊小秋等(2017)通過在圓柱狀巖石樣品中心及表面分別安置一個溫度傳感器，然后用橡膠套封裝后在放在充滿硅油的耐壓灌中，利用加壓泵將其中一個耐壓灌內(nèi)的圍壓升至預(yù)定壓力(比如130MPa)，待整個系統(tǒng)溫度達到平衡后，再手動快速打開兩個耐壓灌之間的排泄閥，使得1～2s內(nèi)，一個耐壓灌內(nèi)的圍壓瞬間降低，而另外一個耐壓灌內(nèi)的圍壓瞬間升高，而在快速打開排泄閥后的10～20s內(nèi)，耐壓灌內(nèi)硅油的溫度變化，還沒有影響到巖石樣品中心，從而實現(xiàn)了巖石樣品的絕熱加卸載。但實驗室的環(huán)境溫度的恒溫能力非常有限，即便是在開啟恒溫空調(diào)的情況下，1小時內(nèi)其溫度波動也達到±1℃，這將影響巖石熱力學(xué)測試結(jié)果。另外一方面，目前常規(guī)的壓機或高壓泵，可以實現(xiàn)小樣品的應(yīng)力加卸載，而針對大尺度巖石樣品，則難以實現(xiàn)。

通過海底長期觀測可知，深海不僅具備天然的高壓環(huán)境，同時也具備天然的恒溫環(huán)境。下面以2008年8月-2009年11月日本海溝底水溫度波動特征為例(具體信息詳見表1)。

表1日本海溝底水溫度波動長期觀測信息表(數(shù)據(jù)來源于KR09-16航次)

從上表可以看出，日本海溝水深1420-1830米海域的底水溫度年際波動幅度在0.40-0.55℃，天波動幅度在0.02-0.24℃，而2小時內(nèi)的波動幅度在0.001℃內(nèi)(即≤1.0mK)，而且整體呈現(xiàn)隨著水深增加，底水溫度波動幅度越小，水深1700米以深的海域，其底水溫度的天波動幅度在0.04℃以內(nèi)。由此可知，深海(尤其是水深超過2000米的開闊大洋)的確是一個天然的高壓、恒溫環(huán)境。為此，可利用深海天然高壓、恒溫特性，為介質(zhì)熱力學(xué)實驗提供一種新的應(yīng)力加卸載方式。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的在于提供一種深海快速加卸載裝置，可實現(xiàn)快速絕熱加卸載。

本發(fā)明的另一個目的在于提供一種簡潔、有效的深海快速加卸載方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種深海快速加卸載裝置，包括主艙體和至少一個空氣艙體，主艙體兩端通過高壓球閥控制開關(guān)，主艙體與空氣艙體之間通過高壓球閥連通，主艙體內(nèi)部設(shè)置有溫壓探頭。

使用時，通過水下機器人等載體或平臺，將裝置攜帶至深海，然后通過水下機器人等載體或平臺的可控機械手，快速打開主艙體的高壓球閥，使得主艙體內(nèi)的壓力瞬間升高或降低，從而實現(xiàn)瞬間加載或卸載。

優(yōu)選的，所述的高壓球閥通過端蓋連接在主艙體兩端。