CN101871877B - 用于模拟海洋潮汐环境的自动化试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于模拟海洋潮汐环境的自动化试验装置，其海水循环控制器包括进装置和排水装置，进水装置的进水水泵和排水装置中的排水水泵为变频式水泵，进水装置与主腐蚀工作室的进水口、辅助腐蚀工作室的出水口分别连通，排水装置与主腐蚀工作室的出水口、辅助腐蚀工作室的进水口分别连通，进水装置中安装有第一流量传感器，排水装置中安装有第二流量传感器；海水温度控制器安装于主腐蚀工作室的底部；主腐蚀工作室内固定安装有低位液位控制器和高位液位控制器；光照装置和吹风装置的吹风口位于高位液位控制器的上方；进水装置、排水装置、海水温度控制器、吹风装置和光照装置分别与控制器连接。本发明可实现对实际海洋潮汐环境的有效模拟。

Description

用于模拟海洋潮汐环境的自动化试验装置

技术领域

本发明涉及人工环境试验装置，尤其涉及一种用于模拟海洋潮汐环境的自动化试验装置。

背景技术

国内外已有大量事实表明，导致混凝土结构发生破坏很少是因为结构到达了承载能力极限状态，而是由于钢筋锈蚀所引起的结构耐久性失效，进而影响结构的极限承载力。对于海工结构物，氯化物污染引起的钢筋锈蚀破坏是严重威胁钢筋混凝土结构耐久性最主要的因素。近10年来对我国海工建筑物的调查表明，因氯化物侵蚀导致混凝土结构破坏的现象遍及我国沿海所有码头、闸涵、抽水站、滨海电厂等。海港码头钢筋混凝土上部结构由于氯离子渗入引起钢筋锈蚀.使位于浪溅区的梁、板使用不到10年即普遍出现顺筋开裂及混凝土保护层剥落的现像。同时在调查研究中发现，钢筋锈蚀最为严重的部分几乎都是出现在水位变动区域，而对于长期浸没在水下的部分则只发生轻微锈蚀或者根本不发生锈蚀。这是因为对于处在水位变动区域的部分，一方面由于海水干湿循环作用，增强了表层混凝土的对流传输效应，加速了氯离子的侵蚀速度；另一方面，干湿循环作用为钢筋锈蚀提供了充足的水分和氧气，使得钢筋锈蚀可以一直持续下去直到混凝土表面开裂发生耐久性失效。因此在对海工结构物进行耐久性设计时，对这部分区域的混凝土结构需要加以高度重视。浙江大学曾对国内某港口码头进行了全面的耐久性检测，发现结构物处于水位变动区的部分往往在某一高程处氯离子侵蚀最为剧烈，分析原因主要是由于不同高程处海水浸润风干时间不同。然而，现有的室内模拟试验只是单纯地依靠干湿循环方式加速混凝土试件的劣化，试验结果也只能反映该材料的抗氯离子侵蚀性能。2008年8月20日公开的中国发明专利申请CN101246115A公开了一种潮汐模拟自动化试验装置，其实质是一台干湿循环试验装置，并不能对实际海洋潮汐环境进行有效模拟。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于模拟海洋潮汐环境的自动化试验装置，可对实际海洋潮汐环境进行有效模拟。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：该用于模拟海洋潮汐环境的自动化试验装置主要包括海水循环控制器、海水温度控制器、吹风装置、光照装置、主腐蚀工作室、辅助腐蚀工作室和控制器；所述海水循环控制器包括进水装置和排水装置，进水装置的进水水泵和排水装置中的排水水泵为变频式水泵，所述进水装置与主腐蚀工作室的进水口、辅助腐蚀工作室的出水口分别连通，所述排水装置与主腐蚀工作室的出水口、辅助腐蚀工作室的进水口分别连通，进水装置中安装有用于测量主腐蚀工作室的进水流量的第一流量传感器，排水装置中安装有用于测量辅助腐蚀工作室的进水流量的第二流量传感器；海水温度控制器安装于主腐蚀工作室的底部；主腐蚀工作室内固定安装有低位液位控制器和高位液位控制器；光照装置和吹风装置的吹风口位于高位液位控制器的上方；所述进水装置、排水装置、海水温度控制器、吹风装置和光照装置分别与控制器连接。

进一步地，本发明所述主腐蚀工作室的底部固定安装有液位传感器，所述液位传感器与控制器连接。

进一步地，本发明所述第一流量传感器安装于进水水泵和主腐蚀工作室的进水口之间。

进一步地，本发明所述第二流量传感器安装于排水水泵和辅助腐蚀工作室的进水口之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：实现对实际海洋潮汐环境进行有效模拟，工作效率高，能够自动、快速测试沿海结构物位于潮汐区的整体耐久性性能。本发明结构合理，能够适应长期、稳定、安全、可靠的生产需求，能够满足用户从事长期使用要求，且使用、操作、维修方便，使用寿命长。

附图说明

图1是本发明试验装置的部分结构示意图(除控制器外)；

图2是本发明试验装置中控制器与其他部分的连接示意图；

图中：1.主腐蚀工作室、2.辅助腐蚀工作室、3.排水水泵、4.进水管、5.排水电磁阀、6.第二流量传感器、7.进水水泵、8.排水管、9.进水电磁阀、10.第一流量传感器、11.液位传感器、12.低位液位控制器、13.高位液位控制器、14.吹风机、15.吹风管、16.光照装置、17.吹风口、18.加热管、19.温度传感器、20.控制器。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明用于模拟海洋潮汐环境的自动化试验装置主要包括海水循环控制器、海水温度控制器、吹风装置、光照装置、主腐蚀工作室、辅助腐蚀工作室和控制器。海水循环控制器包括进水装置和排水装置，进水装置包括进水管4、进水水泵7、进水电磁阀9和第一流量传感器10；排水装置包括排水管8、排水水泵3、排水电磁阀5、第二流量传感器6。

将进水管4的一端与辅助腐蚀工作室2底部的出水口连通，之后在进水管4上依次安装进水电磁阀9、进水水泵7和第一流量传感器10，最后进水管4的另一端与主腐蚀工作室1上部的进水口连通。如图1所示，当第一流量传感器10安装于进水水泵7和主腐蚀工作室的进水口之间时比安装在其他位置具有更高的测量精度。

将排水管8的一端与主腐蚀工作室1底部的出水口连通，之后在排水管8上依次安装排水电磁阀5、排水水泵3和第二流量传感器6，最后排水管8的另一端与辅助腐蚀工作室2上部的进水口连通。第二流量传感器6安装于排水水泵3和辅助腐蚀工作室的进水口之间比安装在其他位置具有更高的测量精度。

海水温度控制器包括加热管18和温度传感器19，加热管18和温度传感器19分别安装于主腐蚀工作室1底部。吹风装置包括吹风管15和吹风机14。吹风管15穿过主腐蚀工作室1上部的进风口后伸入到主腐蚀工作室1内，之后在吹风管15的进风口端安装吹风机14。光照装置16可为功率较大的工业照明灯，光照装置16安装于主腐蚀工作室1顶部的内壁上。此外，为对海水涨潮与落潮进行液位控制，可在主腐蚀工作室1内固定安装有液位传感器11、低位液位控制器12和高位液位控制器13。其中，液位传感器11固定安装于主腐蚀工作室1的底部，高位液位控制器13位于低位液位控制器12的上方，且高位液位控制器13位于吹风管15的出吹口的下方。本发明中，低位液位控制器12和高位液位控制器13可使用自动化仪表五厂生产的UQK-01型浮球液位控制器。第一流量传感器10和第二流量传感器6可使用北京锦华亿能科技发展有限公司生产的LW系列液体涡轮流量传感器。液位传感器11可使用中南大学电子设备厂生产的PPM203型液位传感器。

最后，将排水水泵3、排水电磁阀5、第二流量传感器6、进水水泵7、进水电磁阀9、第一流量传感器10、液位传感器11、低位液位控制器12、高位液位控制器13、吹风机14、光照装置16、加热管18、温度传感器19分别与控制器20相连。其中，控制器20可使用PLC可编程控制器，具有试验参数设定、断电记忆和全自动运行等功能。

模拟试验前，将试验样品(混凝土墙、柱、梁等大尺寸试件)放入主腐蚀工作室1中。根据对现场海洋实际潮汐数据统计分析后，在控制器20上设置涨潮时间、最高潮位、落潮时间、最高潮位保持时间、最低潮位保持时间、海水温度、海风风速、海水循环次数等八个试验参数。试验过程中，进水模拟涨潮，排水模拟落潮，吹风模拟海风，照明模拟太阳光。涨潮时间为海水从最低潮位(即低位液位控制器12所在的位置)涨至设定的最高潮位处所用的时间；落潮时间为海水水位从设定的最高潮位处落至低位液位控制器12处所用的时间；最高潮位保持时间为海水涨至设定最高潮位后的水位保持时间，相当于海水浸泡时间；最低潮位保持时间为海水水位落至低位液位控制器12处后的水位保持时间，相当于晾干时间。其中，一个涨潮过程和一个落潮过程为一个循环，当试验达到设定的海水循环次数后，模拟试验自动停止。在各试验参数设定完毕后，启动控制器20，则可自动完成整个试验过程。在试验进行过程中，控制器20每隔一定时间对试验参数进行刷新并储存。因此，试验过程中对试验参数进行修改时无需停止试验。若出现停电事故，系统会自动根据断电前储存的试验参数对系统进行自动恢复运行，无须人工参与。

试验开始，运行设备，吹风机14、照明装置16和进水水泵7开始工作，涨潮开始。控制器20根据已输入的最高潮位、涨潮时间和落潮时间的设定值，结合主腐蚀工作室1的底面积大小、进水管4直径和排水管8直径自动计算理论进水流量和理论排水流量。

控制器20根据第一流量传感器10测得的当前进水管4中的实际流量，自动调整进水水泵3的转速使得进水管4中的实际流量与理论进水流量保持一致。如此一来，海水便能按照设定的涨潮时间准确地涨至设定的最高潮位。当海水涨至设定的最高潮位后(由液位传感器11监测)，控制器20自动停止进水水泵7工作，同时关闭进水电磁阀9。此后，水位将根据设定的最高潮位保持时间一直维持在该最高潮位。待达到最高潮位保持时间后，排水水泵3开始工作，落潮开始。控制器20根据第二流量传感器6测得的当前排水管8中的实际流量自动调整排水水泵3的转速使得排水管8中的实际流量与理论排水流量保持一致。如此一来，海水便能按照设定的落潮时间准确地降至设定的最低潮位。当海水水位落至低位液位控制器12处时，控制器20自动停止排水水泵3工作同时关闭排水电磁阀5。此后，水位将根据设定的最低潮位保持时间一直维持在该最低潮位。最低潮位保持时间结束后，一个循环结束。之后，控制器20将根据设定的海水循环次数，按照第一次的运行的涨落潮过程重复进行直到达到设定的海水循环次数，试验停止。此时，取出主腐蚀工作室1内的试验样品，并分析试验样品在上述海洋潮汐模拟环境中的性能变化，例如混凝土结构的耐久性。可以看到，区别于现有的干湿循环试验装置(如中国发明专利申请CN101246115A公开的潮汐模拟自动化试验装置)，本发明装置通过安装了第一流量传感器10、第二流量传感器6、变频式的进水水泵7和排水水泵3实现了对涨潮时间与落潮时间的准确控制，从而对海洋潮汐环境进行有效模拟。结构简单、易行，效果显著。

试验期间，光照装置16和吹风机14可随意开启和关闭。并且，吹风口17的吹风角度可以人工调节。对于海水温度控制装置，为防止加热管18干烧，涨潮过程中，当液位传感器11监测的水位高度等于加热管18顶部高度时加热管开始工作；落潮过程中，当液位传感器11监测的水位高度等于加热管18顶部高度时加热管停止工作。此外，海水温度控制装置会根据设定的海水温度和温度传感器19实测的海水温度自动开启关闭加热管18，使得主腐蚀工作室1中的海水温度保持恒定。当海水涨至高位液位控制器13处时，系统自动报警并停止运行。这是为了防止海水涨潮高于吹风口17导致海水通过吹风口17进入吹风管15。

此外，由于辅助腐蚀工作室2的尺寸与主腐蚀工作室1相同，因此也可以在辅助腐蚀工作室2中同样放置试验样品，这样便能大大提高本发明装置的使用效率。

主腐蚀工作室1和辅助腐蚀工作室2的箱体可由优质的SUS316L板材拼装焊接而成，耐腐蚀、易清洗、无泄漏；箱盖材料为透明板材，耐腐蚀，易清洗。

Claims (4)

1.一种用于模拟海洋潮汐环境的自动化试验装置，其特征在于：包括海水循环控制器、海水温度控制器、吹风装置、光照装置、主腐蚀工作室、辅助腐蚀工作室和控制器；所述海水循环控制器包括进水装置和排水装置，进水装置包括进水管（4）、进水水泵（7）、进水电磁阀（9）和第一流量传感器（10），排水装置包括排水管（8）、排水水泵（3）、排水电磁阀（5）和第二流量传感器（6），进水管（4）的一端与辅助腐蚀工作室（2）底部的出水口连通，进水管（4）的另一端与主腐蚀工作室（1）上部的进水口连通；沿辅助腐蚀工作室（2）向主腐蚀工作室（1）的方向，进水电磁阀（9）、进水水泵（7）和第一流量传感器（10）依次安装于进水管（4）上；排水管（8）的一端与主腐蚀工作室（1）底部的出水口连通，排水管（8）的另一端与辅助腐蚀工作室（2）上部的进水口连通；沿主腐蚀工作室（1）向辅助腐蚀工作室（2）的方向，排水电磁阀（5）、排水水泵（3）和第二流量传感器（6）依次安装于排水管（8）上；进水装置的进水水泵（7）和排水装置中的排水水泵（3）为变频式水泵，所述进水装置与主腐蚀工作室的进水口、辅助腐蚀工作室的出水口分别连通，所述排水装置与主腐蚀工作室的出水口、辅助腐蚀工作室的进水口分别连通，进水装置中安装有用于测量主腐蚀工作室的进水流量的第一流量传感器（10），排水装置中安装有用于测量辅助腐蚀工作室的进水流量的第二流量传感器（6）；海水温度控制器安装于主腐蚀工作室的底部；主腐蚀工作室内固定安装有低位液位控制器（12）和高位液位控制器（13）；光照装置和吹风装置的吹风口位于高位液位控制器（13）的上方；所述进水装置、排水装置、海水温度控制器、吹风装置和光照装置分别与控制器连接；控制器根据第一流量传感器测得的当前进水管中的实际流量，自动调整进水水泵的转速使得进水管中的实际流量与理论进水流量保持一致，海水便能按照设定的涨潮时间准确地涨至设定的最高潮位；控制器根据第二流量传感器测得的当前排水管中的实际流量自动调整排水水泵的转速使得排水管中的实际流量与理论排水流量保持一致，海水便能按照设定的落潮时间准确地降至设定的最低潮位。

2.根据权利要求1所述的用于模拟海洋潮汐环境的自动化试验装置，其特征在于：所述主腐蚀工作室的底部固定安装有液位传感器（11），所述液位传感器（11）与控制器（20）连接。

3.根据权利要求1或2所述的用于模拟海洋潮汐环境的自动化试验装置，其特征在于：所述第一流量传感器（10）安装于进水水泵（7）和主腐蚀工作室的进水口之间。

4.根据权利要求1或2所述的用于模拟海洋潮汐环境的自动化试验装置，其特征在于：所述第二流量传感器（6）安装于排水水泵（3）和辅助腐蚀工作室的进水口之间。

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