CN102129805B

CN102129805B - 可模拟自然环境气候条件的大型实验装置

Info

Publication number: CN102129805B
Application number: CN201010611109A
Authority: CN
Inventors: 江友钿; 雷洪; 赵新; 胡建林; 陆锋
Original assignee: China United Engineering Corp Ltd
Current assignee: United Engineers Ltd in China
Priority date: 2010-12-29
Filing date: 2010-12-29
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2030-12-29
Also published as: CN102129805A

Abstract

本发明涉及一种可模拟自然环境气候条件的大型实验装置，目前还没有结构简单，安全性和密闭性好的该类装置。本发明包括罐体，其特征是：罐体的底部从上往下依次由4-6mm厚环氧砂浆耐磨面层、300-500mm厚防水混凝土找坡层、8-12mm厚石灰砂浆隔离层、1.5-2.5mm厚防水层、18-22mm厚水泥砂浆找平层、140-160mm厚挤塑聚苯乙烯板、1.5-2.5mm厚底部隔汽层和450-550mm厚钢筋混凝土底板组成，罐体的壁面和顶部由内而外依次由钢板幕墙面层、硬质聚氨酯保温层、内隔汽层、钢筋混凝土层、外隔汽层和外墙涂料层组成。本发明设计合理，安全性和密闭性好，生产成本低，便于维护维修。

Description

可模拟自然环境气候条件的大型实验装置

技术领域

本发明涉及一种大型实验装置，尤其是涉及一种可模拟自然环境气候条件的大型实验装置，属于一种大型的环境气候实验装置，可模拟高海拔、低温、浓雾、雨天自然环境气候条件，主要用于进行环境气候模拟试验，也可以用于其它需要得到各种模拟自然环境的场所。

背景技术

环境气候模拟装置主要用于进行环境气候模拟试验，传统的环境气候试验罐体的体积通常较小，这些环境气候试验罐体在设计中均采用钢结构形式，而对于具有较大空间要求的环境气候实验室就需要大型的环境气候试验罐体，若这些大型的环境气候试验罐体也采用钢结构形式，就导致设备的制造难度较大，生产成本非常高，安全性和密闭性较差，维护和维修的成本也较高，从而阻碍了大型的环境气候模拟实验装置的发展。现有的环境模拟实验装置，不具备雾天、雨天的低温、高海拔环境模拟条件。

当然，目前也有一些大型的综合环境模拟试验装置，如公开日为2007年08月01日，公开号为CN101008651的中国专利中，公开了一种大型综合环境模拟试验装置，该大型综合环境模拟试验装置集常压低温、常压高温、低气压(高度)、温度-高度试验及温度冲击等五项常规环境模拟试验功能于一体，该温压舱和高温舱有效试验容积高达5m×2m×2m，但是该专利所公开的内容中没有记载温压舱和高温舱的具体结构。

综上所述，目前还没有一种结构简单，安全性和密闭性好，生产成本低，便于维护和维修的可模拟自然环境气候条件的大型实验装置，从而给模拟自然环境气候条件带来较大的不便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，安全性和密闭性好，生产成本低，便于维护和维修的可模拟自然环境气候条件的大型实验装置。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该可模拟自然环境气候条件的大型实验装置包括罐体、制冷系统、喷雾系统、喷水覆冰系统和真空系统，所述罐体由底部、壁面和顶部组成，所述底部和顶部分别固定在壁面的底端和顶端；所述制冷系统包括制冷机、冷媒管道、制冷送风管和冷风机，所述制冷机位于罐体外，所述制冷送风管和冷风机位于罐体内，该制冷送风管与冷风机相连接，所述制冷机和冷风机通过冷媒管道相连接；所述喷雾系统包括高压微雾设备、高压雾水输送管道和高压喷雾喷嘴系统，所述高压微雾设备位于罐体外，所述高压喷雾喷嘴系统安装在罐体内，该高压喷雾喷嘴系统位于罐体的上部，所述高压微雾设备和高压喷雾喷嘴系统通过高压雾水输送管道相连接；所述喷水覆冰系统包括覆冰水制备装置、覆冰水输送管道和喷水覆冰喷嘴系统，所述覆冰水制备装置和喷水覆冰喷嘴系统分别位于罐体外和罐体内，该覆冰水制备装置和喷水覆冰喷嘴系统通过覆冰水输送管道相连接；所述真空系统包括真空泵、抽真空管道和破坏真空装置，所述真空泵通过抽真空管道与罐体相连接，所述破坏真空装置安装在罐体上；其特点在于：所述底部从上往下依次由4-6mm厚的环氧砂浆耐磨面层、300-500mm厚的防水混凝土找坡层、8-12mm厚的石灰砂浆隔离层、1.5-2.5mm厚的防水层、18-22mm厚的水泥砂浆找平层、140-160mm厚的挤塑聚苯乙烯板、1.5-2.5mm厚的底部隔汽层和450-550mm厚的钢筋混凝土底板组成，所述石灰砂浆隔离层中石灰和砂浆的重量比为1:4，所述水泥砂浆找平层中水泥和砂浆的重量比为1:3，所述挤塑聚苯乙烯板的抗压强度≥0.4Mpa，该挤塑聚苯乙烯板的地坪荷载≥14t/m²；所述壁面和顶部由内而外均依次由90-110mm厚的钢板幕墙面层、165-185mm厚的硬质聚氨酯保温层、1.5-2.5mm厚的内隔汽层、450-550mm厚的钢筋混凝土层、5-7mm厚的外隔汽层和5-7mm厚的外墙涂料层组成；所述壁面的高度在15-35m之间。

本发明所述底部为圆形结构，该底部的半径在5-15m之间，所述顶部为球冠形结构，所述壁面为圆筒状结构。

本发明所述钢筋混凝土底板和钢筋混凝土层中均掺有重量比为8%-12%的减水膨胀剂和1Kg/m³的聚丙烯纤维。

本发明所述外墙涂料层采用有机硅改性丙烯酸外墙涂料。

本发明所述底部从上往下依次由5mm厚的环氧砂浆耐磨面层、400mm厚的防水混凝土找坡层、10mm厚的石灰砂浆隔离层、2mm厚的防水层、20mm厚的水泥砂浆找平层、150mm厚的挤塑聚苯乙烯板、2mm厚的底部隔汽层和500mm厚的钢筋混凝土底板组成。

本发明所述壁面和顶部由内而外均依次由100mm厚的钢板幕墙面层、175mm厚的硬质聚氨酯保温层、2mm厚的内隔汽层、500mm厚的钢筋混凝土层、6mm厚的外隔汽层和6mm厚的外墙涂料层组成。本发明中100mm厚的钢板幕墙面层包括龙骨厚度。

本发明所述防水层和底部隔汽层均为聚合物水泥防水涂料材质。

本发明所述内隔汽层和外隔汽层均为聚合物水泥防水涂料材质。

本发明所述罐体喷水覆冰的温度达-19℃，人工污秽试验起雾的湿度达90%，真空试验时的气压为0.05MP。

本发明所述罐体的壁面的下部设置有一扇保温密封门。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：可模拟低温、高海拔、雾天、雨天、覆冰复杂自然环境气候条件，结构设计合理，布局科学，罐体的主体部分主要采用钢筋混凝土结构，不仅可以保证罐体的安全性和密封性，而且较为经济、便于维护，该罐体壁面的结构形式及内外表面所采用的多项构造措施成功的满足了各项环境气候模拟试验的要求，扩大了适用面。

本发明的罐体耐-19℃的低温，防水和耐水性能强，保温隔热性能好，耐反复冻融性能好；耐90%相对湿度，防锈蚀，使用寿命长；耐气压0.05MP真空压力。自洁能力强，具有防开裂功能。

本发明罐体中的外墙涂料层采用有机硅改性丙烯酸外墙涂料，外隔汽层采用聚合物水泥砂浆防水涂料，使得罐体具有更好的防水、耐候、自洁能力，还具有外表装饰及防开裂的功能。硬质聚氨酯保温层采用聚氨酯为保温材料，挤塑聚苯乙烯板采用挤塑板为保温材料，硬质聚氨酯保温层和挤塑聚苯乙烯板的内保温隔热防冷桥构造满足了保温隔热、防冷桥、防真空压力的要求。钢板幕墙面层满足了保温隔热、防水淋、防高湿度、防真空压力的要求。

本发明采用钢筋混凝土结构的罐体、制冷系统、喷雾系统、喷水覆冰系统和真空系统解决了大型实验罐体的各种设计技术和制造、维修经济性问题，获得复杂自然环境气候条件。

附图说明

图1是本发明实施例中可模拟自然环境气候条件的大型实验装置的结构示意图。

图2是本发明实施例中罐体的结构示意图。

图3是本发明实施例中罐体横截面的结构示意图。

图4是图2中A处放大后的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例：

参见图1至图4，本实施例中的可模拟自然环境气候条件的大型实验装置包括罐体1、制冷系统、喷雾系统、喷水覆冰系统和真空系统，其中，罐体1由底部3、壁面4和顶部5组成，底部3和顶部5分别固定在壁面4的底端和顶端，在壁面4的下部设置有一扇保温密封门2，本实施例中的底部3为圆形结构，该底部3的半径为10.6m，顶部5为球冠形结构，壁面4为圆筒状结构，该壁面4的高度为25m。本发明中底部3的半径通常在5-15m之间，壁面4的高度通常在15-35m之间。

本实施例中的制冷系统包括制冷机15、冷媒管道14、制冷送风管13和冷风机12，其中，制冷机位于罐体1外，制冷送风管13和冷风机12位于罐体1内，该制冷送风管13与冷风机12相连接，制冷机15和冷风机12通过冷媒管道14相连接。制冷机15的冷量通过冷媒管道14输送到制冷送风管13中，经热交换从冷风机12通过布置在罐体1侧壁上的制冷送风管13输送到送风口，从而实现对罐体1进行温度调节的目的。

本实施例中的喷雾系统包括高压微雾设备16、高压雾水输送管道17和高压喷雾喷嘴系统22，其中，高压微雾设备16位于罐体1外，高压喷雾喷嘴系统22安装在罐体1内，该高压喷雾喷嘴系统22位于罐体1的上部，高压微雾设备16和高压喷雾喷嘴系统22通过高压雾水输送管道17相连接。高压微雾设备16制备的高压水通过高压雾水输送管道17输送到布置在罐体1上方的高压喷雾喷嘴系统22中，高压水最后从高压喷雾喷嘴系统22上的喷嘴微孔中喷出，从而使罐体1内的试验空间充满需要的雾气。

本实施例中的喷水覆冰系统包括覆冰水制备装置18、覆冰水输送管道19和喷水覆冰喷嘴系统23，覆冰水制备装置18和喷水覆冰喷嘴系统23分别位于罐体1外和罐体1内，该覆冰水制备装置18和喷水覆冰喷嘴系统23通过覆冰水输送管道19相连接。覆冰水制备装置18制备而成的低温水通过覆冰水输送管道19输送到罐体1侧壁上的喷水覆冰喷嘴系统23中，低温水最后从喷水覆冰喷嘴系统23上的喷嘴小孔中喷出，形成一定大小粒径的水雾喷射到试验物品上，与制冷系统配合达到喷水覆冰试验的目的。

本实施例中的真空系统包括真空泵20、抽真空管道21和破坏真空装置24，真空泵20通过抽真空管道21与罐体1相连接，破坏真空装置24安装在罐体1上。真空系统可以模拟不同地区，大气压力不同的试验条件，真空泵20通过抽真空管道21连接罐体1抽取空气，调节罐体1内的压力，当试验完成后由破坏真空装置24向罐体1内充气，使罐体1恢复当地大气压力。

本实施例中的底部3从上往下依次由5mm厚的环氧砂浆耐磨面层31、400mm厚的防水混凝土找坡层32、10mm厚的石灰砂浆隔离层33、2mm厚的防水层34、20mm厚的水泥砂浆找平层35、150mm厚的挤塑聚苯乙烯板36、2mm厚的底部隔汽层37和500mm厚的钢筋混凝土底板38组成。当然，本发明中的底部3从上往下可以依次由4-6mm厚的环氧砂浆耐磨面层31、300-500mm厚的防水混凝土找坡层32、8-12mm厚的石灰砂浆隔离层33、1.5-2.5mm厚的防水层34、18-22mm厚的水泥砂浆找平层35、140-160mm厚的挤塑聚苯乙烯板36、1.5-2.5mm厚的底部隔汽层37和450-550mm厚的钢筋混凝土底板38组成。

本实施例的石灰砂浆隔离层33中石灰和砂浆的重量比为1:4，水泥砂浆找平层35中水泥和砂浆的重量比为1:3，挤塑聚苯乙烯板36的抗压强度≥0.4Mpa，该挤塑聚苯乙烯板36的地坪荷载≥14t/m2。本实施例的钢筋混凝土底板38和钢筋混凝土层44中均掺有重量比为8%-12%的减水膨胀剂和1Kg/m³的聚丙烯纤维，以降低水化热，提高抗裂性能；防水层34和底部隔汽层37均为聚合物水泥防水涂料材质。减水膨胀剂和聚丙烯纤维对本领域的技术人员来说为公知常识，此处不再详述。

本实施例中壁面4和顶部5由内而外均依次由100mm厚的钢板幕墙面层41、175mm厚的硬质聚氨酯保温层42、2mm厚的内隔汽层43、500mm厚的钢筋混凝土层44、6mm厚的外隔汽层45和6mm厚的外墙涂料层46组成。当然，本发明中壁面4和顶部5由内而外均可以依次由90-110mm厚的钢板幕墙面层41、165-185mm厚的硬质聚氨酯保温层42、1.5-2.5mm厚的内隔汽层43、450-550mm厚的钢筋混凝土层44、5-7mm厚的外隔汽层45和5-7mm厚的外墙涂料层46组成。本发明中所说的钢板幕墙面层41的厚度包括龙骨厚度，这对本领域的技术人员来说为公知常识，此处不再对龙骨进行详述。

本实施例中的外墙涂料层46采用有机硅改性丙烯酸外墙涂料，内隔汽层43和外隔汽层45均为聚合物水泥防水涂料材质。

本实施例中罐体1的喷水覆冰温度达-19℃，人工污秽试验起雾的湿度达90%，真空试验时的气压达0.05MP。

本实施例中掺有重量比为8%-12%的减水膨胀剂和1Kg/m³的聚丙烯纤维的钢筋混凝土底板38和钢筋混凝土层44的强度、抗裂、抗渗、低收缩性能均非常好，具体参数见表1。

表1.混凝土材料性能

编号	试验内容	要求
			1	28天龄期立方体试块抗压强度标准值	≥35N/mm²
2	28天龄期立方体试块劈裂抗拉强度标准值	≥2.5N/mm²
			3	混凝土抗冻融设计标号	≥D200
4	混凝土透气系数¹	≤1×10^-14cm/s
			5	混凝土60天自收缩值²	≤600×10^-6
6	限裂效能等级³	一级
			7	线膨胀系数（-10℃～100℃）⁴	﹤1×10^-5/℃

注：1、渗透系数定义为根据根据达西（Darcy）公式计算得到。

2、在标准养护条件下，定义为初始长度与测量时刻长度的差值再除以测量标距长度。

本实施例中防水混凝土找坡层32的最薄处可以为300mm厚，该防水混凝土找坡层32中的i=0.5%，随捣随抹光，内配ф12200双层双向。挤塑聚苯乙烯板36的厚度为150mm，该挤塑聚苯乙烯板36的λ≤0.03w/mk，抗压强度≥0.4MPa，要求材料满足约14t/m²地坪荷载。钢筋混凝土底板38中掺入8%-12%高效减水剂和1Kg/m³的高性能聚丙烯纤维，以降低水化热，提高抗裂性能。硬质聚氨酯保温层42的厚度为175mm，该硬质聚氨酯保温层42的λ≤0.03w/mk，k≤0.17w/m²k。钢筋混凝土层44中掺入8%-12%高效减水剂和1Kg/m³的高性能聚丙烯纤维，以降低水化热，提高抗裂性能。

本发明中罐体1的底部3的半径通常在5-15m之间，壁面4的高度通常在15-35m之间，可以满足可模拟自然环境气候条件的大型实验装置的要求，而且结构设计合理，性能可靠，生产成本低，有利于更好的模拟自然环境气候条件。

需要说明的是，本发明的罐体1中还设置有的一些通风管、排水沟、预留钢管等结构，这对本领域的技术人员来说为公知常识，故此次均不再详述。本发明中所用的制冷系统、喷雾系统、喷水覆冰系统和真空系统与现有技术相同或者相近似。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种可模拟自然环境气候条件的大型实验装置，包括罐体、制冷系统、喷雾系统、喷水覆冰系统和真空系统，所述罐体由底部、壁面和顶部组成，所述底部和顶部分别固定在壁面的底端和顶端；所述制冷系统包括制冷机、冷媒管道、制冷送风管和冷风机，所述制冷机位于罐体外，所述制冷送风管和冷风机位于罐体内，该制冷送风管与冷风机相连接，所述制冷机和冷风机通过冷媒管道相连接；所述喷雾系统包括高压微雾设备、高压雾水输送管道和高压喷雾喷嘴系统，所述高压微雾设备位于罐体外，所述高压喷雾喷嘴系统安装在罐体内，该高压喷雾喷嘴系统位于罐体的上部，所述高压微雾设备和高压喷雾喷嘴系统通过高压雾水输送管道相连接；所述喷水覆冰系统包括覆冰水制备装置、覆冰水输送管道和喷水覆冰喷嘴系统，所述覆冰水制备装置和喷水覆冰喷嘴系统分别位于罐体外和罐体内，该覆冰水制备装置和喷水覆冰喷嘴系统通过覆冰水输送管道相连接；所述真空系统包括真空泵、抽真空管道和破坏真空装置，所述真空泵通过抽真空管道与罐体相连接，所述破坏真空装置安装在罐体上；其特征在于：所述底部从上往下依次由4-6mm厚的环氧砂浆耐磨面层、300-500mm厚的防水混凝土找坡层、8-12mm厚的石灰砂浆隔离层、1.5-2.5mm厚的防水层、18-22mm厚的水泥砂浆找平层、140-160mm厚的挤塑聚苯乙烯板、1.5-2.5mm厚的底部隔汽层和450-550mm厚的钢筋混凝土底板组成，所述石灰砂浆隔离层中石灰和砂浆的重量比为1:4，所述水泥砂浆找平层中水泥和砂浆的重量比为1:3，所述挤塑聚苯乙烯板的抗压强度≥0.4Mpa，该挤塑聚苯乙烯板的地坪荷载≥14t/m²；所述壁面和顶部由内而外均依次由90-110mm厚的钢板幕墙面层、165-185mm厚的硬质聚氨酯保温层、1.5-2.5mm厚的内隔汽层、450-550mm厚的钢筋混凝土层、5-7mm厚的外隔汽层和5-7mm厚的外墙涂料层组成；所述壁面的高度在15-35m之间。

2.根据权利要求1所述的可模拟自然环境气候条件的大型实验装置，其特征在于：所述底部为圆形结构，该底部的半径在5-15m之间，所述顶部为球冠形结构，所述壁面为圆筒状结构。

3.根据权利要求1所述的可模拟自然环境气候条件的大型实验装置，其特征在于：所述钢筋混凝土底板和钢筋混凝土层中均掺有重量比为8%-12%的减水膨胀剂和1Kg/m³的聚丙烯纤维。

4.根据权利要求1所述的可模拟自然环境气候条件的大型实验装置，其特征在于：所述外墙涂料层采用有机硅改性丙烯酸外墙涂料。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的可模拟自然环境气候条件的大型实验装置，其特征在于：所述底部从上往下依次由5mm厚的环氧砂浆耐磨面层、400mm厚的防水混凝土找坡层、10mm厚的石灰砂浆隔离层、2mm厚的防水层、20mm厚的水泥砂浆找平层、150mm厚的挤塑聚苯乙烯板、2mm厚的底部隔汽层和500mm厚的钢筋混凝土底板组成。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的可模拟自然环境气候条件的大型实验装置，其特征在于：所述壁面和顶部由内而外均依次由100mm厚的钢板幕墙面层、175mm厚的硬质聚氨酯保温层、2mm厚的内隔汽层、500mm厚的钢筋混凝土层、6mm厚的外隔汽层和6mm厚的外墙涂料层组成。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的可模拟自然环境气候条件的大型实验装置，其特征在于：所述防水层和底部隔汽层均为聚合物水泥防水涂料材质。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的可模拟自然环境气候条件的大型实验装置，其特征在于：所述内隔汽层和外隔汽层均为聚合物水泥防水涂料材质。

9.根据权利要求1或2或3或4所述的可模拟自然环境气候条件的大型实验装置，其特征在于：所述罐体的喷水覆冰的温度达-19℃，人工污秽试验起雾的湿度达90%，真空试验时的气压为0.05MP。

10.根据权利要求1或2或3或4所述的可模拟自然环境气候条件的大型实验装置，其特征在于：所述罐体的壁面的下部设置有一扇保温密封门。