前言
深海取样设备,往往受船载缆绳的承载能力的限制,特别是带光缆的缆绳,而一根带光缆的缆绳其价值往往远远超过使用仪器的价值,所以在深海取样作业中,对于缆绳的安全性是必须考虑的一个重要环节。例如:施放设备本身的重量、取得样品的重量以及缆绳自身的重量都要进行实时监控。但作为在深海高压环境的称重又是一个新的课题,一般的应变式称重传感器固然不能适应深海的外压环境,在国家“863”项目某主题深海可视电视抓斗项目的实施中,我们自主开发并设计了一种适应深海高压环境的液压称重仪,解决了缆绳的安全性问题,并在太平洋海域的多航次科学考察中取得了良好的效果。
1 用途
通过甲板计算机实时监测被施放到深海中设备的重量、设备在工作过程中的重量变化、设备取样完成后的总重量以及设备在深海遇危险情况下(如被卡住)需要采取紧急措施来保护缆绳,以达到缆绳安全的目的。
2 工作原理
如图1所示:利用缆绳的张力和重量对液压腔产生的压力由压力传感器的电信号经过处理后,上传给甲板计算机进行实时监控。
在常态(即陆地状态)当力F作用于前铰耳和尾座上时,在不考虑摩擦的情况下,由压力传感器检测到的电信号转换成力值,在深海缆绳作用下,称重器处在海水外压环境下,由于称重器壳体是刚性的,故不考虑壳体的压力传递,活塞杆两端等面积,施加在活塞杆两端的环境压力相互抵消,故与常态下标定值一致。即在不考虑摩擦的情况下:
3 组成
前铰耳1与缆绳连接,尾座8与仪器连接。防转块3防止缆绳或仪器在深海转动时引起活塞2转动,破坏压力传感器的传输线。水密接插件7为专用于海水中的电缆接插件。
4 设计中应注意的问题
(1)在海水外压力下,活塞杆必须是双出杆,而且两端面积相等,才能使活塞两端受海水的压力相互抵消;
(2)壳体及端盖尾座刚性足够,使内压力不受壳体外海水压力的影响;
(3)端盖和尾座最好用螺钉连接,防止旋转;
(4)密封性能可靠,因为空腔端装有压力变送器,一旦海水进入,压力变送器就被损坏,导致整个仪器损坏;
(5)活塞、铰耳必须采取防转措施;
(6)水密接插件连接、密封可靠,有良好的保护措施;
(7)所有材料必须耐海水腐蚀;
(8)称重器必须进行参数标定;
(9)称重器必须进行高压仿真模拟试验。
5 结论
该称重器的设计及实施在国家863项目海洋环境探测某主题的项目实施中,得到成功运用,并取得了良好的预期效果。
