CN104155233B - 一种模拟浪花飞溅区的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料腐蚀与防护技术领域，具体涉及一种模拟浪花飞溅区的试验装置。其包括设置有溶液循环系统的箱体，箱体中部设置包覆了吸水材料包覆层的浪花生成装置，浪花生成装置周围设置腐蚀试样台架，通风装置，温度探测及控制元件，所述的浪花生成装置分别与溶液循环系统和动力装置相连，动力装置与含程序控制的控制系统相连。本发明可产生飞溅溶液颗粒，模拟浪花飞溅环境，可实现对浪花飞溅效率、浪花飞溅速率、浪花形态等进行精确控制，使模拟腐蚀实验结果与浪花飞溅区现场腐蚀结果有良好的对应性。从而提高实验效率，节约人力、物力资源，降低了实验成本；同时实验数据采集方便，保证了实验数据的完整性和实验结果的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及材料腐蚀与防护技术领域，具体涉及一种模拟浪花飞溅区的试验装置。
背景技术
海洋腐蚀不仅造成巨额的经济损失，如果防护不当还会形成安全隐患，影响海洋结构的正常运行。处于浪花飞溅区的构件因遭受干湿交替、表面充气充分、海水飞溅、阳光照射等多种苛刻环境因素耦合作用而腐蚀最为强烈，因此掌握浪花飞溅区材料的腐蚀规律对开展浪溅区防腐蚀设计具有重要科学意义。目前浪花飞溅区的腐蚀实验研究以现场腐蚀实验为主，然而现场实验不仅受地理位置、现场条件等因素限制，其实验周期较长且数据采集困难。此外，浪花飞溅区的现场实验条件较复杂，各环境因素波动较大，不利于掌握各种因素对材料腐蚀特征的影响规律。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种能够解决现场腐蚀实验周期长、条件因素复杂、采集数据困难问题的可精确模拟控制、操作简单方便、实验效率高、实验数据可靠的模拟浪花飞溅区的试验装置。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
一种模拟浪花飞溅区的试验装置，其包括设置有溶液循环系统的箱体，箱体中部设置包覆了吸水材料包覆层的浪花生成装置，浪花生成装置周围设置腐蚀试样台架，通风装置，温度探测及控制元件，所述的浪花生成装置分别与溶液循环系统和动力装置相连，动力装置与含程序控制的控制系统相连。
上述的一种模拟浪花飞溅区的试验装置，其所述的浪花生成装置为一个转动圆筒，转动圆筒通过转动轴与动力装置相连，转动圆筒顶端边缘设置凹槽，转动圆筒的筒身外侧圆周面均匀设置偶数个固定槽，固定槽顶端至转动圆筒顶端，固定槽底端远离转动圆筒底端，所述的吸水材料包覆层内侧设置的肋条通过固定槽与转动圆筒间隙配合固定。
上述的一种模拟浪花飞溅区的试验装置，其所述的固定槽为锥形凹槽。
上述的一种模拟浪花飞溅区的试验装置，其所述的凹槽与溶液循环系统的送液系统相连。
上述的一种模拟浪花飞溅区的试验装置，其所述的动力装置为可调节控制转速为40-1000r/min的无级变速动力，其与控制系统相连。
上述的一种模拟浪花飞溅区的试验装置，其所述的溶液循环系统包括回收系统和送液系统，回收系统一端与箱体相连，另一端通过回收液泵与溶液箱相连，送液系统一端与溶液箱相连，另一端通过送溶液泵与浪花生成装置相连。
上述的一种模拟浪花飞溅区的试验装置，其所述的回收液泵和送溶液泵的功率为2-20 mL/min。
上述的一种模拟浪花飞溅区的试验装置，其所述的腐蚀试样台架均匀分布在转动圆筒外且与转动圆筒同轴心的圆筒面上。
上述的一种模拟浪花飞溅区的试验装置，其所述的腐蚀试样台架包括由PVC多孔板材加工而成的水平放置的锯齿形板条，所述的腐蚀试样台架下对称设置向下倾斜的导流板。
上述的一种模拟浪花飞溅区的试验装置，其所述的腐蚀试样台架由锯齿形PVC板材加工为圆筒形。
上述的一种模拟浪花飞溅区的试验装置，其所述的通风装置包括箱体上的通风口和通过控制系统控制的外吸式通风机。
上述的一种模拟浪花飞溅区的试验装置，其所述的外吸式通风机风量为50-150m3/h。
上述的一种模拟浪花飞溅区的试验装置，其所述的温度探测及控制元件包括由控制系统控制的温度传感器和加热系统。
上述的一种模拟浪花飞溅区的试验装置，其所述的加热系统采用钛合金加热管直接蒸汽加温。
上述的一种模拟浪花飞溅区的试验装置，其所述的箱体上端面采用钢化玻璃制成，其他面由PVC板和保温层构成的复合板材加工制作。
上述的一种模拟浪花飞溅区的试验装置，其所述的箱体底部设置导流口，所述的导流口与溶液循环系统的回收系统相连。
上述的一种模拟浪花飞溅区的试验装置，其所述的箱体底部设置滑动装置。
有益效果：
本发明实现了浪花飞溅区的模拟，可产生飞溅溶液颗粒，模拟浪花飞溅环境，可模拟材料在浪花飞溅区腐蚀实验研究。其各环境因素可精确控制，可实现对浪花飞溅效率、浪花飞溅速率、浪花形态、环境温度、干湿周期等进行控制。上诉因素的精确控制可以准确模拟海洋浪花飞溅区环境，使模拟腐蚀实验结果与浪花飞溅区现场腐蚀结果有良好的对应性。从而提高实验效率，节约人力、物力资源，降低了实验成本；同时实验数据采集方便，保证了实验数据的完整性和实验结果的可靠性。
控制简单方便，各参数实时显示。通过控制程序实现各系统的调控，实验只需在控制系统界面设定各参数值，其操作简单。控制系统实时显示各参数值和实验设定值，方便查看设备运行情况。
实验结果观察方便。实验箱体结构顶端盖板采用钢化玻璃加工而成，透光性好，可在不影响实验进程的条件下观察实验结果。
低能耗。该实验箱体结构采用保温材料，降低实验过程中热能的损耗速率，减少加热系统工作时间并降低了实验能耗。
低排放，低污染。该实验装置设计了溶液回收系统，可减少实验溶液的排放。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的浪花生成装置的结构示意图。
图3为本发明的腐蚀试样台架的结构示意图。
图4为本发明的腐蚀试样台架导流板的结构示意图。
图5为本发明的溶液循环系统的结构示意图。
其中：1-浪花生成装置，2-吸水材料包覆层，3-腐蚀试样台架，4-通风装置，5-溶液循环系统，6-温度探测及控制元件，7-箱体，8-动力装置，9-控制系统，10-转动轴，11-转动圆筒，12-凹槽，13-肋条，14-锯齿形PVC板材，16-导流板，17-回收液微型泵，18-软管，19-溶液箱，20-送溶液微型泵。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照图1和图2，本发明包括设置有溶液循环系统5的箱体7，箱体7中部设置包覆了吸水材料包覆层2的浪花生成装置1，浪花生成装置1周围设置腐蚀试样台架3，通风装置4，温度探测及控制元件6，浪花生成装置1分别与溶液循环系统5和动力装置8相连，动力装置8与含程序控制的控制系统9相连。
浪花生成装置1为一个转动圆筒11，转动圆筒11为厚度5mm，直径250mm的空心不锈钢制圆筒，圆筒高度为400mm。转动圆筒11分为上下两个相同圆筒，上下两个圆筒中间通过直径为16mm 实心不锈钢棒链接，两转动圆筒间距为50mm。转动圆筒11通过转动轴10与动力装置8相连，转动圆筒11顶端边缘设置宽度10mm、深度35mm 的凹槽12与溶液循环系统的送液系统相连用于溶液导流，转动圆筒11的筒身外侧圆周面均匀设置偶数个深度10mm的锥形凹槽作为固定槽，锥形凹槽低端宽8 mm，锥顶宽10mm。固定槽顶端与转动圆筒11顶端交汇处设置为广口，固定槽底端远离转动圆筒11底端。
吸水材料包覆层2由吸水材料加工成厚度为16mm，高度为400mm的圆筒，且吸水材料包覆层2的内侧圆筒直径为250mm。其中，吸水材料包覆层2圆筒内侧圆周面上均匀分布有偶数个 (与转动圆筒11外侧面固定槽数相同) 深度为9mm的锥形肋条13，肋条13底端宽度8.2mm，顶端宽度10mm。吸水材料包覆层2紧密包覆在转动圆筒11外侧，且吸水材料包覆层2内侧的肋条13装配在转动圆筒11外侧面的固定槽中。装配完的肋条13和转动圆筒11外侧面固定槽底端有1mm的间隙作为飞溅溶液导流通道。
参照图3和图4，腐蚀试样台架3均匀分布在转动圆筒11外且与转动圆筒11同轴心的圆筒面上。腐蚀试样台架3由水平放置的锯齿形PVC板材14加工为圆筒形，圆筒直径1000mm。其中，腐蚀试样台架3也分为上下两层，上层支座比上层转动圆筒11底端低15mm。锯齿形PVC板材14宽度为50mm，锯齿顶端凸起处宽5mm，锯齿凹槽处宽5mm, 锯齿深度为10mm，整个锯齿状的长度为100mm，上、下层支座的间隔为50mm。上层的锯齿形PVC板材14底左右对称设置两块导流板16，导流板16向下倾斜30度，导流板16长度与锯齿形PVC板材14长度均为100mm, 导流板16两边缘处各设置一个梯形块增强导流效果。
实验箱体7由厚度为10mm PVC板组成直径为1200mm，高度1200mm 的圆桶，箱体7顶盖板由6mm厚度钢化玻璃加工而成，其他面由PVC板和保温层构成的复合板材加工制作。箱体7底部设置为漏斗状，漏斗中心位于箱体结构地面中心处，在箱体7结构地面漏斗中心处设置一个口径为10 mm 导流口，在该导流口处连接软管18，并将软管18与回收液微型泵17相连，以便将溅射溶液回收处理。箱体7底部可以设置滑动装置便于搬运。
参照图5，本发明的溶液循环系统5包括回收系统和送液系统，回收系统一端与箱体7相连，另一端通过回收液微型泵17与溶液箱19相连，送液系统一端与溶液箱19相连，另一端通过送溶液微型泵20与浪花生成装置1相连。回收液微型泵17和送溶液微型泵20的功率为2-20 mL/min，微型泵通过直径为10mm、壁厚为1.0mm的微型软管将飞溅溶液泵送到转动圆筒11的顶端面凹槽12处，凹槽12与转动圆筒11外侧圆周面的固定槽相通形成溶液出口。溶液循环系统5同时为上、下两个浪花生成装置1泵送溶液。
动力装置8为可调节控制转速为40-1000r/min的无级变速电机，其与控制系统相连。
通风装置4包括箱体7上的通风口和通过控制系统控制的外吸式通风机，外吸式通风机风量为50-150 m3/h。
温度探测及控制元件6包括由控制系统控制的温度传感器和加热系统，加热系统采用钛合金加热管直接蒸汽加温，加热均匀，效率高。
浪花的飞溅效率由溶液循环系统的泵送效率、泵送溶液时间、停泵间歇时间、腐蚀试样台架到转动圆筒圆心处距离、转动圆筒高度等决定。浪花飞溅效率(单位时间单位面积上溶液飞溅量V)与泵送溶液效率(j)和泵送时间(t1)成正比；与停泵间歇时间(t2)、转动圆筒高度(L)、腐蚀试样台架到转动圆筒圆心距离(r)成反比，即浪花飞溅效率与各参数存在关系式。
飞溅浪花的形态通过无极变速电机的转动速率控制，转动速率越大，形成的模拟飞溅浪花颗粒越小。飞溅浪花颗粒粒径与浪花飞溅效率成正比，与转动圆筒的转速成反比，浪花飞溅颗粒粒径 ，其中V为浪花飞溅效率，v为无级电机转动速率，n为 1000r/min的标准转速和泵送效率为10mL /min 时的浪花颗粒数，k 为浪花颗粒修正系数。
浪花飞溅效率确定实例。溶液泵送微型泵停机和工作时间为1:1，微型泵工作时泵送效率设定为6 mL/min，试样支座距离转动圆筒轴心距离为0.5 m，圆筒高度为0.4 m，则浪花飞溅效率为V= 0.02 ml / m2.S。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1. 一种模拟浪花飞溅区的试验装置，其特征在于，包括设置有溶液循环系统的箱体，所述箱体中部设置包覆了吸水材料包覆层的浪花生成装置，所述浪花生成装置周围设置腐蚀试样台架、通风装置、温度探测及控制元件，所述的浪花生成装置分别与溶液循环系统和动力装置相连，所述动力装置与含程序控制的控制系统相连；所述的浪花生成装置为一个转动圆筒，所述转动圆筒通过转动轴与动力装置相连，所述转动圆筒顶端边缘设置凹槽，转动圆筒的筒身外侧圆周面均匀设置偶数个固定槽，所述固定槽顶端至转动圆筒顶端，所述的凹槽与溶液循环系统的送液系统相连，所述固定槽底端远离转动圆筒底端，所述的吸水材料包覆层内侧设置的肋条通过固定槽与转动圆筒间隙配合固定；所述的腐蚀试样台架均匀分布在转动圆筒外且与转动圆筒同轴心的圆筒面上；所述的腐蚀试样台架包括由PVC多孔板材加工而成的水平放置的锯齿形板条，所述的腐蚀试样台架下对称设置向下倾斜的导流板；所述的腐蚀试样台架由锯齿形PVC板材加工为圆筒形，所述的固定槽为锥形凹槽；所述的通风装置包括箱体上的通风口和通过控制系统控制的外吸式通风机，所述的外吸式通风机风量为50-150 m3/h。
2.根据权利要求1所述的一种模拟浪花飞溅区的试验装置，其特征在于，所述的箱体底部设置导流口，所述的导流口与溶液循环系统的回收系统相连，所述的箱体底部设置滑动装置。
3.根据权利要求1所述的一种模拟浪花飞溅区的试验装置，其特征在于，所述的动力装置为可调节控制转速为40-1000r/min的无级变速动力，所述的动力装置与控制系统相连。
4.根据权利要求1所述的一种模拟浪花飞溅区的试验装置，其特征在于，所述的溶液循环系统包括回收系统和送液系统，回收系统一端与箱体相连，另一端通过回收液泵与溶液箱相连，送液系统一端与溶液箱相连，另一端通过送溶液泵与浪花生成装置相连。
5.根据权利要求1所述的一种模拟浪花飞溅区的试验装置，其特征在于，所述的温度探测及控制元件包括由控制系统控制的温度传感器和加热系统，所述的加热系统采用钛合金加热管直接蒸汽加温。
6.根据权利要求1所述的一种模拟浪花飞溅区的试验装置，其特征在于，所述的箱体上端面采用钢化玻璃制成，其余面由PVC板和保温层构成的复合板材加工制作。
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