一种水合物沉积体与壁面间粘附力测量装置及方法

本发明属于深水管道流动安全，尤其涉及一种水合物沉积体与壁面粘附力测量装置及方法。

背景技术：

1、水合物的聚集和沉积是导致管道堵塞的重要因素，随着水合物在管道中的聚集、沉积，水合物沉积层在管道壁面形成逐渐增厚，甚至导致管道堵塞。

2、目前对水合物与壁面间粘附特性的研究大多集中于借助微机械力装置(mmf)对水合物颗粒尺度的壁面粘附特性研究，颗粒尺度的研究与实际管道中水合物沉积体的粘附特性可能存在较大差异，因此开发高压条件下水合物沉积体的壁面粘附力测量方法对于深水管道安全流动保障具有重要影响。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷或不足，本发明提供了一种测量水合物沉积体与壁面粘附力的装置及方法，可实现在高压环境下测量水合物沉积体与壁面之间的粘附力大小，使实验条件更加接近于真实的管输环境。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明的实施例提供了一种水合物沉积体与壁面间粘附力测量装置，包括反应釜，所述反应釜通过管道与气瓶和真空泵、恒流泵相连，所述反应釜外侧设置有水浴夹套，所述水浴夹套与控温循环水浴相连；

4、所述反应釜上设置有磁力传动装置，所述反应釜内部设置弹簧联动装置，所述磁力传动装置通过齿轮齿条与弹簧联动装置相连，所述反应釜内还设置有金属壁面，所述金属壁面上放置有水合物生成槽，弹簧联动装置通过拉伸弹簧与水合物生成槽相连。

5、进一步地，还包括数据采集模块，所述反应釜上设置有温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和压力传感器均与数据采集模块电连接。

6、进一步地，所述磁力传动装置包括弧形磁铁，所述弧形磁铁设有两个，两个弧形磁铁对称设置，所述弧形磁铁位于反应釜外侧，两弧形磁铁之间设置有传动杆，所述传动杆远离弧形磁铁的一端伸入反应釜内部。

7、进一步地，所述弹簧联动装置包括弹簧联动装置底座，弹簧联动装置底座放置于反应釜内部，弹簧联动装置底座上设置有导轨，导轨设有两个，两导轨对称且平行设置。

8、进一步地，弹簧联动装置底座的上方设置有l型联动杆，l型联动杆通过导轨滑块与导轨滑动连接。

9、进一步地，水合物生成槽通过拉伸弹簧与l型联动杆相连，拉伸弹簧与导轨以及金属壁面平行设置。

10、进一步地，l型联动杆上设置有微型刻度尺，微型刻度尺与拉伸弹簧保持在同一高度且平行。

11、进一步地，所述齿条设置在l型联动杆一侧侧面，齿条与齿轮紧密啮合，齿轮固定在传动杆伸入反应釜内部一端的端部。

12、进一步地，反应釜侧壁面安装有圆形透明视窗，反应釜外侧设置有高速摄像装置，高速摄像装置正对圆形透明视窗设置。

13、第二方面，本发明的实施例提供了一种水合物沉积体与壁面间粘附力测量方法，利用如上所述的一种水合物沉积体与壁面间粘附力测量装置，包括以下步骤：

14、实验前测定拉伸弹簧的弹性系数δ；

15、试验时，首先将弹簧拉伸联动装置安置于反应釜中，检查反应釜传动杆上的齿轮与联动装置的齿条是否已卡紧，之后密封反应釜，检查气密性后通过真空泵将反应釜排空；

16、通过循环水浴与气瓶，调整反应釜内的温度与压力，使其满足实验条件；

17、通过恒流泵将水滴注入反应釜内，恒流泵出口与水合物生成槽的开口在同一垂直线上，将水滴滴入水合物生成槽内，等待水合物沉积体生成；

18、手动转动位于反应釜外侧的弧形磁铁，通过磁力传动装置驱动弹簧拉伸，将水合物槽从壁面处剥离，此时弹簧拉伸产生形变；

19、根据弹簧拉伸联动装置上的刻度尺记录剥离水合物沉积体过程中弹簧拉伸的形变k，最终结合其弹性系数δ及胡克定律f＝kδ，得到该实验条件下水合物沉积体与壁面间的粘附力f。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

21、1、本发明可实现高压条件下水合物沉积体与壁面间粘附力的原位测量，通过拉伸弹簧形变来测量粘附作用力，避免了力学测量电子设备元件在高压条件下安全性与准确度的问题，降低了设计成本，克服了现有通过研究水合物颗粒与壁面的粘附力，与实际大尺度水合物沉积体的粘附力特性可能存在较大差异的问题，对深水管道流动安全保障研究具有更实际的研究拓展意义。

22、2、本发明可实现通过弹簧联动装置上安置的刻度尺，直接对高压环境中弹簧弹性形变长度数据进行读取，同时对弹簧拉伸后的恢复性进行判断，避免了后续需要通过软件对弹簧形变进行长度识别的任务，避免了摄像焦距对于长度识别与读取的影响，避免了弹簧拉伸损伤对数据准确度的影响，可更为准确地记录实验实际数据，更真实地了解不同条件下水合物沉积体与壁面之间粘附作用的发展规律。

23、3、本发明采用了带有透明视窗的反应釜以及透明的水合物生成槽，结合微观摄像记录设备，不仅可以对弹簧拉伸形变进行测量，还可以对水合物反应槽中水合物沉积体生长演化的微观过程进行研究，实时记录不同实验条件下水合物沉积体生成的微观动态特征。

技术特征：

1.一种水合物沉积体与壁面间粘附力测量装置，其特征在于，包括反应釜，所述反应釜通过管道与气瓶和真空泵、恒流泵相连，所述反应釜外侧设置有水浴夹套，所述水浴夹套与控温循环水浴相连；

2.如权利要求1所述的一种水合物沉积体与壁面间粘附力测量装置，其特征在于，还包括数据采集模块，所述反应釜上设置有温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和压力传感器均与数据采集模块电连接。

3.如权利要求1所述的一种水合物沉积体与壁面间粘附力测量装置，其特征在于，所述磁力传动装置包括弧形磁铁，所述弧形磁铁设有两个，两个弧形磁铁对称设置，所述弧形磁铁位于反应釜外侧，两弧形磁铁之间设置有传动杆，所述传动杆远离弧形磁铁的一端伸入反应釜内部。

4.如权利要求3所述的一种水合物沉积体与壁面间粘附力测量装置，其特征在于，所述弹簧联动装置包括弹簧联动装置底座，弹簧联动装置底座放置于反应釜内部，弹簧联动装置底座上设置有导轨，导轨设有两个，两导轨对称且平行设置。

5.如权利要求4所述的一种水合物沉积体与壁面间粘附力测量装置，其特征在于，弹簧联动装置底座的上方设置有l型联动杆，l型联动杆通过导轨滑块与导轨滑动连接。

6.如权利要求5所述的一种水合物沉积体与壁面间粘附力测量装置，其特征在于，水合物生成槽通过拉伸弹簧与l型联动杆相连，拉伸弹簧与导轨以及金属壁面平行设置。

7.如权利要求4所述的一种水合物沉积体与壁面间粘附力测量装置，其特征在于，l型联动杆上设置有微型刻度尺，微型刻度尺与拉伸弹簧保持在同一高度且平行。

8.如权利要求5所述的一种水合物沉积体与壁面间粘附力测量装置，其特征在于，所述齿条设置在l型联动杆一侧侧面，齿条与齿轮紧密啮合，齿轮固定在传动杆伸入反应釜内部一端的端部。

9.如权利要求1所述的一种水合物沉积体与壁面间粘附力测量装置，其特征在于，反应釜侧壁面安装有圆形透明视窗，反应釜外侧设置有高速摄像装置，高速摄像装置正对圆形透明视窗设置。

10.一种水合物沉积体与壁面间粘附力测量方法，利用如权利要求1-9任一项所述的一种水合物沉积体与壁面间粘附力测量装置，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提供了一种水合物沉积体与壁面间粘附力测量装置及方法，属于深水管道流动安全技术领域，包括反应釜，所述反应釜通过管道与气瓶和真空泵、恒流泵相连，所述反应釜外侧设置有水浴夹套，所述水浴夹套与控温循环水浴相连；所述反应釜上设置有磁力传动装置，所述反应釜内部设置弹簧联动装置，所述磁力传动装置通过齿轮齿条与弹簧联动装置相连，所述反应釜内还设置有金属壁面，所述金属壁面上放置有水合物生成槽，弹簧联动装置通过拉伸弹簧与水合物生成槽相连。本发明可实现在高压环境下测量水合物沉积体与壁面之间的粘附力大小，使实验条件更加接近于真实的管输环境。

技术研发人员：李玉星,王武昌,钱裕川,宋光春
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1