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第一章 绪论

1。1 选题的背景和意义

目前，人类面临着陆地资源及能源日渐匮乏的困境，而蕴藏丰富资源的海洋逐渐成 为科学研究最重要的科研领域。拥有地球表面四分之三领土的海洋，它能为人类社会提 供极其丰富的矿产资源、医疗资源及海洋生物资源，能够为人类社会的发展提供无尽的 宝贵财富和发展前景[1]。人类对于海洋的了解随着海洋设备及装备技术的发展与进步而 日益加深，深海装备的研究与发展对海洋的探测有着必要性，所以，模拟水压环境装置 的开发尤为重要[2]。

最近几年，我国对水下技术的研究和发展速度很快，包括军事上的潜艇，海洋资源 研究方面的水下无人机，水下潜体的开发都起着不可缺少的角色。通过模拟试验的方式 可解决因海洋环境的复杂性及特殊性而难以身临其境地对其进行分析和研究的难题，深 海静水压力试验装置的研究就显得尤为重要[3]。深海静水压力模拟试验装置可用于对海 下设备进行压力试验和疲劳试验。水下设备在实际深海作业过程中，不会因设备运动导 致自身体积变化而影响周围环境，但是在压力试验时，试验装置容积不可能大到可以忽 略被测设备因运动而影响试验容器内的压力变化；深海静水压力模拟装置内的内压波动 影响着试验的精度，故需要设计一个模拟恒压的系统，即静水压力系统，以便获得更加 真是的实验数据。我国在压力容器安全工程方面已经步入了先进国家的行列，不过，也 有很多问题有待解决。现有设备仅仅是模拟水下环境的某些物理参数，如静压力和温度， 但无法模拟类似生物群、海水化学系统、压力与深度的梯度等。在模拟压力设备方面面 临一系列难题，还需要后续几代人的努力[4]。

分析深海静水压力模拟装置的研究现状，本文研究及设计了一个模拟深海 4000 米 处的静水压力试验平台，能有效控制压力试验时因各种原因引起的压力变化，为水下设 备的安全性及可靠性提供重要的理论依据。静水压力试验具有操作简单和可重复性高等 特点，易监测被测物整个试验过程，获取完整的试验数据。静水压力系统主要部分是高 压舱及控制系统，高压舱经常设计成圆筒型结构，采用液压气动或电动控制，在高压甚 至超压时，筒体的直径很大且筒身很长，壁厚厚，装置笨重，技术要求高，制造成本高。 高压容器的设计、生产及制造，影响一个国家对海洋资源的开发水平，间接反映出一个 国家的科技实力，对高压容器的研究及优化设计，降低高压容器的技术要求和成本，同

时提高高压容器的安全性和可靠性，具有不可替代的意义[5]。

1。2  国内外研究现状

1。2。1 国外现有模拟压力装置

1。2。2 国内现有模拟压力装置

1。3   静水压力系统研究的必要性

从目前国内外已经设计研发的水压试验装置现状来分析，当前的水压试验装置尺 寸都比较大，不利于水压设备的操作与维修，并且因为高压模拟舱内压力很大，很难甚 至无法开设观察孔对舱内被测元件的测试进行实时监测。

主要存在的问题如下几点[8]：

（1）水压模拟试验装置多为大型设备，尺寸过大不利于设备的操作与维修；

（2）由于水压模拟试验装置高压舱内压力很高，不易于开设观察窗口，不能实时监 控舱内被测物，很难得到整个试验过程的试验数据；

（3）水压模拟试验装置密封形式应用最广泛的是螺栓+橡胶密封，采用单层密封， 所用紧固螺栓承受筒体的内部压力，通过橡胶圈实现平盖与筒体的密封。这种密封形式， 随着压力增高，螺栓会随之变笨重，且相应的螺栓数量也会增加，不利于拆装；