[发明专利]深海快速加卸载装置及其方法

说明书

本发明公开了一种深海快速加卸载装置，包括主舱体和至少一个空气舱体，主舱体两端通过高压球阀控制开关，主舱体与空气舱体之间通过高压球阀连通，主舱体内部设置有温压探头。本发明还公开了一种深海快速加卸载方法，包括：关闭所有的高压球阀；将深海快速加卸载装置下放至预定深海位置；打开主舱体两端的高压球阀，实现主舱体的快速加压；关闭主舱体两端的高压球阀，然后打开主舱体与空气舱体之间的高压球阀，实现主舱体的快速卸压。本发明利用深海天然高压、恒温特性，不仅可用于直接测量深海海水原位热力学参数，还可开展大尺寸样品的绝热快速加卸载热力学实验，为介质热力学实验提供了一种非常简洁、有效的快速绝热加卸载方案。

技术领域

本发明涉及一种深海快速加卸载装置及其方法。

背景技术

介质的热力学参数(比如介质的绝热应力-温度响应系数((dT/dP)s)、膨胀系数(α)、热导率(λ)、体积热容(ρc_p)及热扩散率(κ)等参数)，是非常基础和重要的物性之一。这些热力学参数通常都在实验室环境下通过逐渐加温加压来测量。例如陈顺云等(2009)在开展岩石绝热应力变化的温度响应测试方法过程中，是将温度传感器贴在岩石样品表面，并与空气直接接触，处于开放系统，然后观察岩石样品表面在缓慢的应力加载过程中的温度变化，这不仅受常规应力加载台的限制，无法实现瞬间加、卸载，而且因为环境温度波动，且岩石表面与空气之间的热交换不可避免，从而无法真正实现绝热状态下的应力加、卸载。虽然杨小秋等(2017)通过在圆柱状岩石样品中心及表面分别安置一个温度传感器，然后用橡胶套封装后在放在充满硅油的耐压灌中，利用加压泵将其中一个耐压灌内的围压升至预定压力(比如130MPa)，待整个系统温度达到平衡后，再手动快速打开两个耐压灌之间的排泄阀，使得1～2s内，一个耐压灌内的围压瞬间降低，而另外一个耐压灌内的围压瞬间升高，而在快速打开排泄阀后的10～20s内，耐压灌内硅油的温度变化，还没有影响到岩石样品中心，从而实现了岩石样品的绝热加卸载。但实验室的环境温度的恒温能力非常有限，即便是在开启恒温空调的情况下，1小时内其温度波动也达到±1℃，这将影响岩石热力学测试结果。另外一方面，目前常规的压机或高压泵，可以实现小样品的应力加卸载，而针对大尺度岩石样品，则难以实现。

通过海底长期观测可知，深海不仅具备天然的高压环境，同时也具备天然的恒温环境。下面以2008年8月-2009年11月日本海沟底水温度波动特征为例(具体信息详见表1)。

表1日本海沟底水温度波动长期观测信息表(数据来源于KR09-16航次)

从上表可以看出，日本海沟水深1420-1830米海域的底水温度年际波动幅度在0.40-0.55℃，天波动幅度在0.02-0.24℃，而2小时内的波动幅度在0.001℃内(即≤1.0mK)，而且整体呈现随着水深增加，底水温度波动幅度越小，水深1700米以深的海域，其底水温度的天波动幅度在0.04℃以内。由此可知，深海(尤其是水深超过2000米的开阔大洋)的确是一个天然的高压、恒温环境。为此，可利用深海天然高压、恒温特性，为介质热力学实验提供一种新的应力加卸载方式。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种深海快速加卸载装置，可实现快速绝热加卸载。

本发明的另一个目的在于提供一种简洁、有效的深海快速加卸载方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种深海快速加卸载装置，包括主舱体和至少一个空气舱体，主舱体两端通过高压球阀控制开关，主舱体与空气舱体之间通过高压球阀连通，主舱体内部设置有温压探头。

使用时，通过水下机器人等载体或平台，将装置携带至深海，然后通过水下机器人等载体或平台的可控机械手，快速打开主舱体的高压球阀，使得主舱体内的压力瞬间升高或降低，从而实现瞬间加载或卸载。

优选的，所述的高压球阀通过端盖连接在主舱体两端。