Лаборатория высокого давления.

Назначение лаборатории высокого давления.

Лаборатория высокого давления (ЛВД) позволяет проводить биологические, химические, геологические и термодинамические исследования в контролируемом объёме при определённых параметрах окружающей среды: давлении, температуре, гидродинамических, химического состава и термодинамического состояния водяного столба или морского придонного слоя.
Преимущества по сравнению с исследованиями in-situ проявляются в следующем:

независимость от места проведения исследований;
существенно меньшие материальные затраты на экспериментальную установку;
возможность изменения параметров среды для проведения систематических исследований в широком диапазоне;
контроль хода эксперимента в реальном масштабе времени.

Ниже приведён далеко не полный перечень возможного применения ЛВД:

исследование термодинамики образования и растворения морского метана, двуокиси углерода и сопутствующих газообразных гидратов (см. фото: искусственно полученный гидрат метана);
исследование механических свойств морского дна, образованного пропитанными газовыми гидратами осадками;
исследование жизненного пространства микроорганизмов в придонном слое;
проведение исследований на местности с экстремальными условиями, горячие источники, грязевые вулканы и т.д.

Конструкция ЛВД позволяет помещать в контролируемый объём и извлекать из него жидкие и твёрдые пробы, добываемые под давлением, без изменения состояния образцов.
ЛВД можно смонтировать стационарно или на транспортном средстве в лабораторном контейнере.
На этой странице помещены фотографии отдельных частей лаборатории LD 2, разработанной в рамках проекта OMEGA Министерства образования и научных исследований.
Разработчик этой лаборатории инженер Хольгер Штефен ( Holger Steffen ), в настоящее время является заведующим Aar-Naval Ltd .
Такая лаборатория успешно используется в Институте морских исследований г. Киль ( IFM GEOMAR ) впроектах COMET-GRAL (газово-гидратные исследования), и Carboocean (выделение двуокиси углерода), поддержанного средствами евросоюза.

Камеры высокого давления.

Всостав лаборатории высокого давления входят:

главная камера, в которой проводятся исследования,
и одна или несколько дополнительных камер, в них хранится жидкость, которую можно изобарическим путём обменивать с жидкостью в главной камере и, таким образом, влиять на химическое и термодинамическое состояние среды (например содержание соли, растворённого кислорода, метана, двуокиси углерода).

Камеры высокого давления изготовлены из титана и качественной стали (объём до 150 литров и максимальное рабочее давление 63 MPa , см. фото справа вверху), или из стекла (объём до 25 литров и максимальное рабочее давление 1 MPa , в настоящее время находятся в разработке, см. рисунок справа), они оборудованы быстрыми затворами.
Камеры являются устройствами, требующими постоянного контроля, и подвергаются технической сертификации Обществом технического контроля или GL (Germanischer Lloyd) , кроме того, проводится оценка соответствия требованиям европейского стандарта согласно дерективе ЕС N о 97-93.
При большом количестве камер высокого давления, для обслуживания ЛВД требуется технический специалист.

Устройства доступа.

Обмен жидкостями или газами между главной камерой высокого давления и дополнительными а так же приведение в действие гидравлических цилиндров в главной камере осуществляется при помощи гидравлических трубопроводов.
Перемещения с малым угловым моментом и большим числом оборотов (мешалки, насосы) производятся посредством изолированных микроэлектродвигателей. Привод вала, уплотнённый по высокому давлению, передаёт установочные параметры с малым числом оборотов и большим угловым моментом внутрь камеры высокого давления (см. фигуру справа).
Смотровые окна позволяют наблюдать за ходом эксперимента (см. фото справа: поверхность осадочного ядра диаметром 100 мм, на расстоянии 700 мм от смотрового окна) кроме того, существует возможность установки миниатюрных телевизионных камер.
Для обеспечения электрических соединений использованы стандартные водонепроницаемые разъёмы.
Шлюзы диаметром до 110 мм, работающие под давлением, позволяют подсоединять к ЛВД различную аппаратуру, выполнять специальные задачи в ходе эксперимента после выравнивания давления во внутренних полостях или извлекать пробы. Эти шлюзы позволяют ввести пробы, например, осадка без потери давления.
Расположение шлюзов позволяет удовлетворить требования практически любых исследований.

Внутренние устройства.

Часто возникает необходимость провести исследования в пластмассовых или металлических контейнерах специально приспособленных для конкретной задачи. Внутренняя поверхность камеры высокого давления ЛВД снабжена приспособлениями для крепления экспериментальных устройств, телевизионных камер, сенсоров и т.д.
Кроме того ЛВД снабжена насосом и вращающимся диском, для создания желаемой гидродинамики в камере высокого давления.

Периферия.

Вне камер давления расположены все необходимые для манипуляции в ЛВД подъёмные механизмы и направляющие.
В случае установки лаборатории в морском контейнере для использования в открытом море, этот контейнер сертифицируется согласно требованиям GL , так как для надёжной работы внешних механизмов необходимы повышенные требования.
Если работа проводится на суше с частыми перемещениями, рекомендуется размещение ЛВД в контейнере содержащем необходимое оборудование вплоть до небольшой химической лаборатории. Разумеется, ЛВД может быть установлена стационарно в соответствующем помещении.
Так же к периферийным устройствам относятся: установка для создания давления, гидравлические соединения и устройства нагрева и охлаждения.
Установка и контроль параметров среды, находящейся под давлением, осуществляется посредством компьютера. Исследования нестационарных процессов таких как, например, оседание осадка, всплытие пузырьков метана в водяном столбе или явления обусловленные приливами и отливами можно проволить в программном режиме, заданном таблицей или аналитической функцией.
Для эксплуатации ЛВД необходимы трёхфазная сеть, сжатый воздух, возможность подачи воды и её слива.