7月29日,世界首台大体积深海低温超高压模拟装置在三亚崖州湾载人深潜工程实验室完成调试并通过现场技术验收,预计今年8月开始投入运行。

  这个筒体内径1.0米,筒深2.5米的大家伙就是深海低温超高压模拟装置,业内俗称“压力筒”,它是专门为各种深海装备及材料提供压力测试而设置的。

  中国科学院深海科学与工程研究所工程师 林觉智:因为深海装备下海作业都要承受海水压力,所以在出海前所有承压的装备以及材料都需要经过专门的压力筒进行压力可靠性测试,测试装备的结构强度、密封性或疲劳性等。

  这套装置由筒体、框架、低温控制管理系统以及增压站、卸压站、液压控制和电控等模块组成。在设计和技术上,与我国现有的深海超高压试验装置相比,首次实现了高压条件下的深海低温模拟。

  四川航空工业川西机器有限责任公司高级工程师 何晓:首先,这套设备我们是采用了新型的双层式筒体结构,以此来实现主机与控温通道的集成设计;第二,我们课题组也是专门研制了一套低温控制管理系统,实现低温模拟。整个技术路线完全摒弃了传统的外夹套式或盘管式的老路线,有着非常强的创新性和可行性。

  据了解,目前我国现有的深海超高压模拟试验装置,基本已经可以在一定程度上完成全海深的压力模拟,但是现实中的深海除了超高的压力环境,还同时具有2-4摄氏度的低温特征。而目前在国内甚至国际上,还没有可以在一定程度上完成可在线控温的中大型全海深压力模拟装置。因此,基于目前实际试验应用情况的迫切需求,2018年新立项研制了这套深海低温试验装置。

  目前这套装置最高试验压力能够达到200MPa(兆帕),最大优点是通过主机与控温通道集成设计实现低温控制。那么,这套专门研制的低温控制管理系统是如何运行的呢?

  筒体主要由内套筒、外套筒以及外层的预应力钢丝层组成,科研人员在内、外套筒之间预留了独立的螺旋水槽,也就是冷却通道,低温控制管理系统主要由3套制冷机组和一个大约4立方米的水箱组成。

  中国科学院理化技术研究所项目副研究员 杨少柒:低温控制管理系统的难点是200MPa的增压下,压缩热大,引起水温升高,同时整个装置的热容很大。为实现温度控制,首先利用制冷设备通过降温通道将增压装置预冷到0℃左右,同时采用绝热手段减少环境漏热的进入,其次产生的流态冰水混合物注入筒内,利用冰的潜热储存冷量,实现增压后桶内维持在4℃以下。

  在提前设置相关参数之后,整个控温流程基本由系统全自动完成。在筒内集成冷却通道的做法,既保证了筒体的承压性能,也大幅度的提升了冷却效率。

  据介绍,这台大体积深海低温超高压模拟装置可实现在线加卸压自动控制,加卸压速率为每分钟0.5MPa至5.0MPa,筒内温度控制范围在2℃至常温区间。那么,它将来投入哪些科考应用?

  这套装置建成后,将弥补我国在深海超高压试验装置领域温控的技术空白,实现深海超高压低温的真实环境模拟,与现有试验装置进行功能互补,有望为特种深海材料及仪器装备提供超高压及低温的压力试验保障。

  中国科学院深海科学与工程研究所工程师 林觉智:这里所说的特种深海材料和装备,是指有些材料和装备在压力测试的时候,除了有高压要求,还对温度有一定要求。如果温度太高了可能会影响到材料本身的性能,比如浮力材料和钛合金载人舱,做压力测试的时候,都是有低温要求的。

  另外,我国目前正在进行深海极地方面的前沿研究,这套装备也可能能够为将来开展极地低温的海洋装备和材料提供一定的技术积累和保障。