CN102680385B - 一种海洋飞溅环境模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋设备技术领域，涉及一种海洋飞溅环境模拟试验装置，箱盒式结构的试验箱体一侧面上部制有串通式测试电缆孔，另一侧制有框架结构的传动拉杆，下部制有飞溅板角度调节杆，飞溅板角度调节杆的内端处制有飞溅板；液体区处的侧面上自上而下排列分别制有各传感器和进水口；试验箱体的顶侧面上自右向左依次排列分别固定制有气体排出口，通风排湿器、红外加热灯和箱体温度传感器；试验箱体的对应于制有传动拉杆的侧面的对向侧面处分别制有紫外灯、鼓风风机、喷头、喷水水泵、液位控制器、溶解氧传感器和排水口；其结构简单、操作方便、自动化程度较高、无需人工值守，可在实验室内模拟海洋飞溅环境，实现对材料腐蚀老化性的分析评价。

Description

一种海洋飞溅环境模拟试验装置

技术领域：

本发明属于海洋设备技术领域，涉及一种海洋飞溅环境模拟试验装置，特别是一种模拟海洋飞溅试验区综合环境因素，用于室内开展材料腐蚀老化试验研究的装置。

背景技术：

随着社会的发展和陆地资源的枯竭，人类把更多的注意力转向资源丰富的海洋，开发和利用海洋离不开各种材料，而海水是一种成分复杂并具有较强腐蚀性的电解质，海洋环境中应用的各种材料时刻经受各种恶劣环境的考验，据统计海洋腐蚀的损失约占总腐蚀损失的1/3，目前，材料海水腐蚀试验主要是依靠海水自然环境试验站通过实海挂片的方式进行。我国目前在青岛、舟山、厦门和三亚建有海水自然环境试验站覆盖了从北到南不同海域海水的环境特点，积累了大量材料的腐蚀数据，为海洋船舶、平台港口和码头等领域所用材料的设计选材及新材料的研制开发，提供了科学依据和重要的技术支持。实海试验虽然具有真实准确的特点但存在以下不足：一是试验工作量大，消耗大量人力物力；二是试验周期长，无法及时满足新材料开发研制需求；三是试验条件不可控，无法开展系统研究。通过开发针对不同区带海水环境腐蚀模拟试验装置，一方面是对实海试验的重要补充，另一方面可以结合实验室其他研究手段实现对材料腐蚀行为和机理的全面认识。

海洋环境一般分为五个不同区带：海洋大气区、飞溅区、潮差区、全浸区及海泥区，材料在不同区带的腐蚀老化规律不同。处于海洋飞溅区的材料表面积聚的盐粒子浓度远大于海洋大气区，并且干湿交替频繁，再加上浪花冲击、阳光照射和风吹等综合作用，腐蚀老化破坏严重，飞溅区是海洋环境中一般钢铁材料腐蚀最严重的区带同时也是防腐涂层最容易脱落的区带，一般钢铁材料在海洋飞溅区的腐蚀都有一个峰值。对我国四个试验站测试结果表明，飞溅区的范围是在海水平均高潮位以上约0~2.4m的区间，腐蚀峰的位置一般在海水平均高潮位以上0.6~1.2m处。

用于实现海洋飞溅环境室内模拟的试验装置主要分为两类：一类是针对飞溅区带的模拟装置，如专利号为CN2938075Y的实用新型专利公开了一种耐候钢海水飞溅腐蚀实验装置，采用水泵将海水向装置内壁喷射，水流经折射形成对耐候钢的飞溅，喷射压力和喷射方向可调；专利号为CN20154369U的实用新型专利公开的海水飞溅模拟实验装置通过喷头将溶液喷淋到静置的试样上，液滴冲击力的大小和冲击时间可调，并可通过氮气和氧气调节溶液的含氧量，陈家才等在《热喷Zn涂层浪花飞溅区腐蚀的室内模拟研究》中应用该装置进行了喷Zn涂层耐蚀性研究；李春玲等在《电弧喷涂铝涂层海洋飞溅区腐蚀模拟试验研究》中报道了自制的海洋飞溅区腐蚀模拟试验装置，该装置利用磁力搅拌器带动转子形成海水的飞溅，调节转子的速度和液面高度控制飞溅的强度；郭晓军等在《海洋飞溅区模拟试验装置》中介绍了设计的装置，利用电动机带动搅拌转子以形成水的飞溅，通过调整电机的转速控制水的飞溅程度，用气泵将空气注入水中调节溶氧量。另一类是针对海洋环境的多区带模拟装置，如公开号为CN101285757A的发明专利和专利号为CN2421640Y的实用新型专利通过电机带动传动拉杆使造浪板往复摆动造浪，形成对试样的飞溅；公开号为CN101482482A的发明专利通过叶片式旋转试样架上的叶片拍打搅动海水飞溅到侧壁试样架的试样上；公开号为CN101986224A的发明专利通过人工海水和压缩空气在喷嘴内混合产生雾状液滴，喷射到试样表面形成飞溅，并通过热风通道实现对试样的干燥；专利号为CN2252989Y的实用新型专利公开的海洋腐蚀模拟试验机采用造浪泵使海水涌动实现浪花飞溅；专利号为CN20162223的实用新型专利通过电机与减速器相连输出转矩，减速器的输出轴上有一偏心轮，通过连杆与造浪板相连，造浪形成对飞溅的模拟。综合以上专利文献所述装置对海洋飞溅区环境的模拟时存在以下缺陷：一是海洋飞溅区材料腐蚀老化是海水、海风、阳光等多因素共同作用的结果，上述装置多只局限于对海水的模拟忽略了其他影响因素；二是采用造浪板、旋转叶片或直接喷淋方式模拟飞溅区，强度不易控制且有冲刷作用；三是飞溅位置、强度、角度对材料的腐蚀老化影响较大，且现有的装置和技术均不宜实现全面模拟。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种海洋飞溅环境综合模拟试验装置，能实现对海洋飞溅环境海水、海风、阳光等多种因素的综合模拟试验，以满足在室内开展海洋飞溅环境下材料腐蚀老化分析评价的需要。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括试验箱体、测试电缆孔、驱动电机、传动拉杆、试样框架、试验试样、飞溅板、飞溅板角度调节杆、隔板、水温传感器、盐度传感器、pH值传感器、进水水泵、进水口、固定支座、加热管、排水口、溶解氧传感器、液位控制器、喷水水泵、喷头、鼓风风机、紫外灯、气体排出口、通风排湿器、红外加热灯、箱体温度传感器、箱体门开启把手、编程控制器、水温加热开关、红外加热开关、水温显示单元、箱体温度显示单元、盐度值显示单元、pH值显示单元、溶解氧值显示单元、喷水强度旋钮、鼓风强度旋钮、飞溅角度调节旋钮、紫外照射开关、低液位报警指示灯和总电源开关；箱盒式结构的试验箱体制成长方体形状，试验箱体的一个侧面上部制有串通式测试电缆孔，另一侧面内外间制有框架结构的传动拉杆，传动拉杆的下部制有飞溅板角度调节杆，飞溅板角度调节杆的内端处制有飞溅板；试验箱体下部贮液区的侧面上自上而下排列分别制有水温传感器、盐度传感器、pH值传感器、进水水泵和进水口，进水水泵和进水口构成进水控制系统；试验箱体的底侧面下侧四角处分别制有固定支座，底侧面内侧制有加热管（设计为总开关控制供电加热管的开启由控制单元控制）；试验箱体的顶侧面上自右向左依次排列分别固定制有气体排出口，通风排湿器、红外加热灯和箱体温度传感器；试验箱体对应于制有传动拉杆的侧面的对向侧面处自上而下分别制有紫外灯、鼓风风机、喷头、喷水水泵、液位控制器、溶解氧传感器和排水口，喷水水泵和喷头管道式连通后的底端口插于试验箱体底部的液体区内；试验箱体制有测试电缆孔的侧面作为背面，其相对面作为试验箱体的正面或控制面板，试验箱体的控制板面上部横向排列分别制有水温显示单元、箱体温度显示单元、盐度值显示单元、pH值显示单元和溶解氧值显示单元，各显示单元下侧横向排列依次制有水温加热开关、红外加热开关、飞溅角度调节旋钮、鼓风强度旋钮和喷水强度旋钮；水温加热开关和红外加热开关的下侧制有编程控制器，编程控制器的右侧处分别制有紫外照射开关、低液位报警指示灯和总电源开关，试验箱体的控制面板上的各显示单元和控制旋钮分别与对应的被控部件电信息连通，实现相应的控制和调节；试验箱体的控制面板下部位处制有箱体门开启把手。

本发明的结构可分为试验箱体、控制系统、飞溅系统、光照系统、排气系统、传动系统和监测系统，试验箱体内设有的上下提拉式试样框架，通过控制系统控制传动系统调节试样框架的位置；试验箱体内设有的飞溅系统由喷水水泵、喷头、飞溅板和鼓风风机构成，通过控制系统实现对飞溅强度、角度、位置、时间以及风力的调节控制；试验箱体顶部设有的光照系统和排气系统利用红外、紫外灯模拟阳光照射并干燥试样；试验箱体下部的贮液箱内设有加热管及进排水口，并安装海水温度、盐度、pH值和溶解氧监测传感器，数据通过试验箱体的控制面板上的各显示单元分别显示；试验箱体一侧处上部设有测试电缆孔，便于连接设备进行相关测试。

本发明的试验箱体选用的材料为耐腐蚀性耐高低温性好的改性聚丙烯热塑板，试验箱体内的传动装置及试验框架材料为聚四氟乙烯，试验试样固定在试样框架上。

本发明的喷水水泵选用双相不锈钢或316L不锈钢质海水水泵，管路、喷头、鼓风风机选用316L不锈钢或工程塑料制作，飞溅板采用聚四氟乙烯或工程塑料制作，表面粗糙用于模拟海岸礁石。

本发明的光照系统由红外加热灯和紫外灯组成，红外加热灯用于加热试验箱体内腔并烘干试样，紫外灯用于考察材料耐老化性能。

本发明与现有技术相比，其结构简单、操作方便、自动化程度较高、无需人工值守，可在实验室内模拟海洋飞溅环境，实现对材料腐蚀老化性能的分析评价；通过试验参数和过程的设定，在实验室内开展金属及非金属材料海洋飞溅区腐蚀模拟加速试验，可在较短的时间内取得大量科学合理的试验数据，为研究材料腐蚀老化规律和开发新材料提供便捷的试验方法；本装置对海洋飞溅环境模拟真实全面，飞溅位置、飞溅强度和飞溅角度可调可控，对海风、干湿交替和紫外老化等实海飞溅环境因素的模拟性好，试验数据准确可靠，与实海数据对应性好；本装置设有海水温度、盐度、pH值和溶解氧传感器，全面监测海水水文水质，便于及时更换实验海水。

附图说明：

图1为本发明的试验箱体结构原理示意图。

图2为本发明的试验箱体控制面板结构原理示意图。

具体实施方式：

下面结合附图并通过实施例对本发明做进一步说明。

本实施例的主体结构包括试验箱体1、测试电缆孔2、驱动电机3、传动拉杆4、试样框架5、试验试样6、飞溅板7、飞溅板角度调节杆8、隔板9、水温传感器10、盐度传感器11、pH值传感器12、进水水泵13、进水口14、固定支座15、加热管16、排水口17、溶解氧传感器18、液位控制器19、喷水水泵20、喷头21、鼓风风机22、紫外灯23、气体排出口24、通风排湿器25、红外加热灯26、箱体温度传感器27、箱体门开启把手28、编程控制器29、水温加热开关30、红外加热开关31、水温显示单元32、箱体温度显示单元33、盐度值显示单元34、pH值显示单元35、溶解氧值显示单元36、喷水强度旋钮37、鼓风强度旋钮38、飞溅角度调节旋钮39、紫外照射开关40、低液位报警指示灯41和总电源开关42；箱盒式结构的试验箱体1制成长方体形状，试验箱体1的一个侧面上部制有串通式测试电缆孔2，另一侧面内外间制有框架结构的传动拉杆4，传动拉杆4的下部制有飞溅板角度调节杆8，飞溅板角度调节杆8的内端处制有飞溅板7；试验箱体1下部的贮液区的侧面上自上而下排列分别制有水温传感器10、盐度传感器11、pH值传感器12、进水水泵13和进水口14，进水水泵13和进水口14构成进水控制系统；试验箱体1的底侧面下侧四角处分别制有固定支座15，底侧面内侧制有加热管16；试验箱体1的顶侧面上自右向左依次排列分别固定制有气体排出口24，通风排湿器25、红外加热灯26和箱体温度传感器27；试验箱体1对应于制有传动拉杆4的侧面的对向侧面处自上而下分别制有紫外灯23、鼓风风机22、喷头21、喷水水泵20、液位控制器19、溶解氧传感器18和排水口17，喷水水泵20和喷头21管道式连通后的底端口插于试验箱体1底部的液体区内；试验箱体1制有测试电缆孔2的侧面作为背面，其相对面作为试验箱体1的正面或控制面板，试验箱体1的控制板面上部横向排列分别制有水温显示单元32、箱体温度显示单元33、盐度值显示单元34、pH值显示单元35和溶解氧值显示单元36，各显示单元下侧横向排列依次制有水温加热开关30、红外加热开关31、飞溅角度调节旋钮39、鼓风强度旋钮38和喷水强度旋钮37；水温加热开关30和红外加热开关31的下侧制有编程控制器29，编程控制器29的右侧处分别制有紫外照射开关40、低液位报警指示灯41和总电源开关42，试验箱体1的控制面板上的各显示单元和控制旋钮分别与对应的被控部件电信息连通，实现相应的控制和调节；试验箱体1的控制面板下部位处制有箱体门开启把手28。

本实施例的试验试样6固定在试样框架5上，通过传动拉杆4并在驱动电机3的带动下，实现试验试样6的上升或下降；试验箱体1的液体区位于装置的下部并设有进水口14和排水口17实现循环式进排水，加热管16加热试验箱体1内液体区的海水或模拟海水，并设有水温传感器10、盐度传感器11、pH值传感器12和溶解氧传感器18，其数值通过试验箱体1的控制面板上水温显示单元32、盐度值显示单元34、pH值显示单元35和溶解氧值显示单元36分别显示出来，试验箱体1内的液体区设有液位控制器19用于监测液位高低；在试验箱体1的一侧试样框架5下方设有的飞溅板7用于实现海水折射飞溅，飞溅板7可通过试验箱体1的控制面板上的飞溅角度调节旋钮39控制飞溅板角度调节杆8实现角度的调节，在试验箱体1另一侧设有喷头21和鼓风风机22，喷头21通过喷水水泵20从试验箱体1内的液体区抽水并喷射到飞溅板7上形成飞溅，鼓风风机22用于模拟海风，通过试验箱体1的控制面板上的喷水强度旋钮37、鼓风强度旋钮38分别调节喷水和鼓风强度；试验箱体1顶部分别设有的通风排湿器25、红外加热灯26和箱体温度传感器27实现控制试验箱体1的温度通风排湿和加热烘干试验试样6，气体排出口24实现排出鼓风产生的多余气体，紫外灯23通过紫外照射开关40开启用于模拟紫外照射，实现对材料老化的行为的评价；编程控制器29作为主控制模块可通过程序实现对飞溅系统、光照系统和传动系统的控制，选用常规的控制模块和结构。

本实施例工作时，先将试验试样6固定安装在试样框架5上，打开试验箱体1的控制面板上的总电源开关42，利用进水水泵13将海水或模拟海水从进水口14注入试验箱体1的贮液区中，通过液位控制器19控制液位高度，当液位过低时低液位报警指示灯41会发出警示；利用水温传感器10、盐度传感器11、pH值传感器12和溶解氧传感器18分别获取溶液温度、盐度、pH值及溶解氧数据，并通过试验箱体1的控制面板上水温显示单元32、盐度值显示单元34、pH值显示单元35和溶解氧值显示单元36分别显示出来，便于试验人员及时掌握相关参数；编程控制器29作为主控制模块可实现水温加热开关30的开启用于加热溶液并保持温度，并可通过程序控制实现对飞溅强度、飞溅时间、飞溅板角度、鼓风风机开启时间、鼓风强度的调节，飞溅周期结束后，通过程序控制驱动电机3带动传动拉杆4实现试样框架5的上升，同时开启通风排湿器25和红外加热灯26，对试验试样6进行烘干，若需考察材料老化性能可同时开启紫外灯23；试验箱体1的控制面板上的红外加热开关31、喷水强度旋钮37、鼓风强度旋钮38、飞溅角度调节旋钮39和紫外照射开关40分别用于手动开启或调节相关参数；干燥周期结束后，通过程序控制驱动电机3带动传动拉杆4，实现试样框架5的下降，转入下一个飞溅周期试验；试验所有周期结束后，关闭总电源开关42，打开试验箱体1控制面板上的箱体门开启把手28，将试验试样6从试样框架5上取下，并打开排水口17将溶液排出；若试验周期较长可以分段进行，一段试验结束后进行试验用溶液的更换；若需要进行相关电化学测试可以通过测试电缆孔2将测试电缆接入试验箱体1内进行。

Claims (1)

1.一种海洋飞溅环境模拟试验装置，主体结构包括试验箱体、测试电缆孔、驱动电机、传动拉杆、试样框架、试验试样、飞溅板、飞溅板角度调节杆、隔板、水温传感器、盐度传感器、pH值传感器、进水水泵、进水口、固定支座、加热管、排水口、溶解氧传感器、液位控制器、喷水水泵、喷头、鼓风风机、紫外灯、气体排出口、通风排湿器、红外加热灯、箱体温度传感器、箱体门开启把手、编程控制器、水温加热开关、红外加热开关、水温显示单元、箱体温度显示单元、盐度值显示单元、pH值显示单元、溶解氧值显示单元、喷水强度旋钮、鼓风强度旋钮、飞溅角度调节旋钮、紫外照射开关、低液位报警指示灯和总电源开关，其特征在于箱盒式结构的试验箱体制成长方体形状，试验箱体的背侧面上部制有串通式测试电缆孔，左侧面内外间制有框架结构的传动拉杆，传动拉杆的下部制有飞溅板角度调节杆，飞溅板角度调节杆的内端处制有飞溅板；试验箱体下部贮液区的侧面上自上而下排列分别制有水温传感器、盐度传感器、pH值传感器、进水水泵和进水口，进水水泵和进水口构成进水控制系统；试验箱体的底侧面下侧四角处分别制有固定支座，底侧面内侧制有加热管；试验箱体的顶侧面上自右向左依次排列分别固定制有气体排出口，通风排湿器、红外加热灯和箱体温度传感器；试验箱体对应于制有传动拉杆的侧面的对向侧面处自上而下分别制有紫外灯、鼓风风机、喷头、喷水水泵、液位控制器、溶解氧传感器和排水口，喷水水泵和喷头管道式连通后的底端口插于试验箱体底部的液体区内；试验箱体制有测试电缆孔的侧面作为背面，其相对面作为试验箱体的控制面板，试验箱体的控制面板上部横向排列分别制有水温显示单元、箱体温度显示单元、盐度值显示单元、pH值显示单元和溶解氧值显示单元，各显示单元下侧横向排列依次制有水温加热开关、红外加热开关、飞溅角度调节旋钮、鼓风强度旋钮和喷水强度旋钮；水温加热开关和红外加热开关的下侧制有编程控制器，编程控制器的右侧处分别制有紫外照射开关、低液位报警指示灯和总电源开关，试验箱体的控制面板上的各显示单元和控制旋钮分别与对应的被控部件电信息连通，实现相应的控制和调节；试验箱体的控制面板下部位处制有箱体门开启把手；试验试样固定在试样框架上，通过传动拉杆并在驱动电机的带动下，实现试验试样的上升或下降；试验箱体内的液体区设有液位控制器用于监测液位高低。

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