南極低溫低壓環(huán)境模擬艙的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種環(huán)境模擬艙，具體涉及的是一種南極低溫低壓環(huán)境模擬艙。
【背景技術(shù)】
[0002]南極是地球上至今未被開發(fā)、未被污染的潔凈大陸，在全球氣候變化研究中起著不可替代的作用，而且南極蘊(yùn)藏著較北極更為豐富的資源和能源，對南極進(jìn)行開發(fā)有利于改變目前人類發(fā)展面臨的困境。但是南極洲的氣候比較惡劣，主要特點(diǎn)是酷寒、低壓、烈風(fēng)和干燥。南極內(nèi)陸高原年平均氣溫約_58°C，最低約-83°C，極限低溫可能達(dá)-100°C，為世界最冷的陸地，全洲平均風(fēng)速17.8米/秒，是世界上風(fēng)力最強(qiáng)和最多風(fēng)的地區(qū)，絕大部分地區(qū)降水量不足250毫米，空氣非常干燥，有“白色荒漠”之稱。
[0003]惡劣的環(huán)境使得南極科考使用的設(shè)備和相關(guān)實(shí)驗(yàn)面臨巨大的挑戰(zhàn)，而且在南極進(jìn)行科學(xué)研究需要付出的代價(jià)極大，但現(xiàn)有的人工環(huán)境模擬艙一般只具備單一的低溫或者低壓模擬功能，而且溫度還達(dá)不到模擬南極環(huán)境所需的低溫，無法滿足國內(nèi)進(jìn)行有關(guān)南極科學(xué)研究的需求。
[0004]為此，本發(fā)明充分考慮了南極的低溫、低壓、多風(fēng)環(huán)境，設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于模擬環(huán)境的南極低溫低壓環(huán)境模擬艙，從而達(dá)到校驗(yàn)相關(guān)設(shè)備或?qū)嶒?yàn)在南極環(huán)境下的可行性的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種應(yīng)用于模擬環(huán)境的南極低溫低壓環(huán)境模擬艙。
[0006]技術(shù)方案
為解決南極低溫低壓環(huán)境模擬艙設(shè)計(jì)上存在的問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種南極低溫低壓環(huán)境模擬艙，包括具有進(jìn)氣口和出氣口的艙體，其特征在于:所述艙體包括底座以及與一升降架連接的罩體，該罩體在所述升降架的作用下與所述底座密封會分離，所述進(jìn)氣口和出氣口設(shè)置在所述罩體上，在所述進(jìn)氣口和出氣口連接有一控制所述艙體內(nèi)溫度和壓力的溫度壓力調(diào)控系統(tǒng)，該溫度壓力調(diào)控系統(tǒng)包括進(jìn)風(fēng)干燥降溫裝置和壓力控制裝置，其中，進(jìn)風(fēng)干燥降溫裝置包括真空栗、制冷機(jī)組、液氮制冷裝置以及超聲波除冰器，所述真空栗連接在所述出氣口，所述制冷機(jī)組和液氮制冷裝置連接在所述進(jìn)氣口，在所述制冷機(jī)組制冷通道壁面上設(shè)置有所述超聲波除冰器；所述壓力控制裝置包括氣動(dòng)定值器與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，所述氣動(dòng)定值器設(shè)置在所述液氮制冷裝置與進(jìn)氣口之間，在所述進(jìn)氣口和出氣口各設(shè)一個(gè)所述電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；在所述艙體內(nèi)還設(shè)置有離心風(fēng)機(jī)和溫度、壓力、濕度、風(fēng)速傳感器，所述風(fēng)干燥降溫裝置根據(jù)所述溫度、壓力、濕度、風(fēng)速傳感器獲取的溫度和濕度信號控制從進(jìn)氣口進(jìn)入的氣體的溫度和濕度，所述壓力控制裝置根據(jù)所述溫度、壓力、濕度、風(fēng)速傳感器獲取的壓力信號通過調(diào)整進(jìn)氣口的進(jìn)風(fēng)量和出氣口的出風(fēng)量控制所述艙體內(nèi)的壓力；所述離心風(fēng)機(jī)根據(jù)所述溫度、壓力、濕度、風(fēng)速傳感器獲取的風(fēng)速信號調(diào)整風(fēng)速。
[0007]所述罩體包括外殼、內(nèi)殼、真空層以及保溫材料層，在所述外殼和內(nèi)殼之間形成一隔層，所述保溫材料層位于所述外殼外表面，所述真空層位于所述外殼內(nèi)表面，在所述內(nèi)殼上均布有小孔，所述進(jìn)氣口連接至所述隔層，所述出氣口開設(shè)在所述內(nèi)殼上。
[0008]在所述罩體內(nèi)還設(shè)置有照明燈和攝像頭。
[0009]在所述底座上設(shè)置有實(shí)驗(yàn)工作臺。
[0010]在所述實(shí)驗(yàn)工作臺上設(shè)置有3D移動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺。
[0011]在所述罩體上設(shè)置有航空接頭，所述攝像頭與溫度、壓力、濕度、風(fēng)速傳感器通過所述航空接頭與一監(jiān)控室連接。
[0012]所述制冷機(jī)組包括制冷機(jī)組一和制冷機(jī)組，所述制冷機(jī)組一采用單級壓縮制冷，制冷劑采用R717、R12、R22或R502，所述制冷機(jī)組二采用復(fù)疊式蒸汽壓縮制冷，低溫制冷劑采用R23、R13、R14或二氧化碳。
[0013]進(jìn)風(fēng)干燥降溫裝置與壓力控制裝置相連，其中制冷設(shè)備包括制冷機(jī)組一、制冷機(jī)組二和液氮制冷裝置，常規(guī)的制冷設(shè)備無法有效的使空氣溫度降低到模擬環(huán)境所需的低溫，兩個(gè)制冷機(jī)組和液氮制冷裝置搭配使用可以分步降低空氣的溫度，能夠滿足模擬南極環(huán)境的極限低溫要求。制冷機(jī)組一采用單級壓縮制冷，制冷劑可以采用R717、R12、R22，R502等，制冷機(jī)組二采用復(fù)疊式蒸汽壓縮制冷，低溫制冷劑可以采用R23、R13、R14、二氧化碳等，液氮制冷裝置采用液氮作為制冷劑。首先，真空栗對模擬艙抽真空，去除艙內(nèi)的氣體，降低艙內(nèi)壓力，空氣通過氣體流量計(jì)后，依次進(jìn)入制冷機(jī)組一、制冷機(jī)組二和液氮制冷裝置，溫度降低到一定程度后通過壓力控制裝置進(jìn)入艙內(nèi)，其次，制冷機(jī)組和液氮制冷裝置在降低空氣溫度的同時(shí)，低溫會使空氣含有的水蒸氣在送風(fēng)通道制冷壁面上凝結(jié)成冰，既除去了空氣中含有的水蒸氣，也達(dá)到了干燥空氣的目的。超聲波除冰器安裝在制冷機(jī)組和液氮制冷裝置送風(fēng)通道上，是一種利用超聲波的機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)和空化效應(yīng)來進(jìn)行除冰的裝置，用于除去制冷機(jī)組和液氮制冷裝置制冷壁面上形成的冰層，防止冰層影響制冷設(shè)備的工作效率。
[0014]氣動(dòng)定值器位于模擬艙的進(jìn)氣口，是一種高精度的壓力定值裝置，具有調(diào)定、比較和放大的功能，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥分別位于進(jìn)風(fēng)通道和排風(fēng)通道上，在艙內(nèi)壓力達(dá)到所需工況時(shí)，使氣動(dòng)定值器出口壓力值和艙內(nèi)壓力保持一致，調(diào)節(jié)兩側(cè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，使進(jìn)風(fēng)通道和排風(fēng)通道的氣體流量相同，實(shí)現(xiàn)在空氣流動(dòng)狀態(tài)下保持艙內(nèi)壓力穩(wěn)定的目的。
[0015]艙體系統(tǒng)包括艙體、底座、保溫層和艙體升降架，采用鐘罩形式，艙體采用雙層結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)殼和外殼，中間有隔層，內(nèi)殼上均勻分布通氣小孔，空氣進(jìn)入隔層后，通過通氣小孔進(jìn)入艙內(nèi)，使得進(jìn)入艙內(nèi)的氣流均勻穩(wěn)定，內(nèi)殼壁面上對稱裝有一對離心風(fēng)機(jī)機(jī)組，可以根據(jù)工況需求，調(diào)整風(fēng)機(jī)功率，改變模擬艙內(nèi)風(fēng)速模擬南極的多風(fēng)環(huán)境。艙體升降架通過纜繩和艙體連接，通過升降架上面的步進(jìn)電機(jī)(電磁制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī))控制艙體的升降，實(shí)現(xiàn)艙體上升安放調(diào)整實(shí)驗(yàn)儀器和下降形成密封艙的功能，艙體下降后嵌入到底座中去，在接觸面布有密封圈，兩者固定后能夠形成密封。保溫層包括真空層和保溫材料層，真空層位于外殼內(nèi)側(cè)與隔層相接觸，保溫材料層包裹在外殼上，保溫材料可采用PU (聚氨基甲酸酯簡稱聚氨酯)、聚乙烯等，可有效減少因艙內(nèi)外較大溫差造成的能量損失，具有較好的保溫效果。
[0016]監(jiān)控系統(tǒng)包括艙內(nèi)數(shù)據(jù)采集和艙體控制兩部分，數(shù)據(jù)采集部分接收位于艙內(nèi)的溫度、壓力、濕度、風(fēng)速傳感器和視頻監(jiān)控的數(shù)據(jù)信號，艙體內(nèi)部安裝有照明設(shè)備和360度全景攝像頭，360度全景攝像頭外部裝有球形護(hù)罩，和內(nèi)部輔助加熱保溫裝置，使攝像頭能夠在低溫低壓下安全穩(wěn)定工作，觀察艙內(nèi)實(shí)驗(yàn)狀況，所有的電線和數(shù)據(jù)線都通過艙體上的航空插頭和外部進(jìn)行連接，維持艙內(nèi)密封環(huán)境。艙體控制部分與溫度壓力調(diào)控系統(tǒng)以及實(shí)驗(yàn)工作平臺連接，利用計(jì)算機(jī)軟件平臺，實(shí)現(xiàn)模擬環(huán)境的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測，同時(shí)根據(jù)需要進(jìn)行工況參數(shù)調(diào)整，當(dāng)艙內(nèi)溫度升高時(shí)，可以通過控制系統(tǒng)降低制冷設(shè)備的制冷溫度來降低送風(fēng)溫度。
[0017]實(shí)驗(yàn)工作平臺位于底座上，上面安放有自動(dòng)3D移動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺，下部配備有水電接口，可以滿足實(shí)驗(yàn)過程中的供電供水需求，自動(dòng)3D移動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺和水電接口都可以通過監(jiān)控系統(tǒng)控制，在監(jiān)控下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)3D移動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺的上下左右移動(dòng)和水電通斷。
[0018]有益效果:
本發(fā)明涉及的是一種南極低溫低壓環(huán)境模擬艙，模擬艙溫度壓力調(diào)控系統(tǒng)中的兩臺制冷機(jī)組和液氮制冷裝置可以準(zhǔn)確有效的將空氣溫度降低到模擬艙所需的工況，同時(shí)采用壓力控制裝置和雙層艙體結(jié)構(gòu)使得艙內(nèi)壓力在空氣流動(dòng)狀態(tài)下保持穩(wěn)定。通過艙體下降與底座接觸，可以形成很好的艙內(nèi)密