CN105651633B - 一种模拟船舶行驶的海浪冲刷老化试验装置 - Google Patents

Abstract

一种模拟船舶行驶的海浪冲刷老化试验装置属于环境试验设备技术领域，其结构主要包括冲刷室、冲刷喷头、试件夹具装置和恒温水箱，恒温水箱利用压缩机组、换热管道和PLC控制试验海水温度，海水在PLC控制下通过抽水泵、抽水管道和冲刷喷头进入冲刷室完成冲刷，冲刷室内试件夹具装置通过大小手轮控制调节冲刷试验角度，操作者能调整试件在海浪不同冲刷角度和不同冲刷速度下的老化过程。恒温水箱内设置了人孔和温度传感器，下部还配置有排水阀、排水管道可以排出实验完毕后的海水；电气控制柜内设置有PLC、保险开关和触摸屏。本试验装置结构简单、操作方便，在实验室内模拟出船舶不同行驶状态下海浪冲刷老化行为，为科学研究材料老化失效状况提供条件。

Description

一种模拟船舶行驶的海浪冲刷老化试验装置

技术领域

本发明涉及一种模拟海浪冲刷的老化试验装置，包含有一个冲刷室及冲刷喷头装置，用于模拟海水冲刷状态，一个恒温水箱，用于盛装已调制好的海水溶液，模拟出不同纬度地区的海水温度，一个流速控制系统，用于模拟船舶在不同航速下海浪冲刷速度，还有一个调整角度的夹具装置，用于模拟船舶表面经受变化风浪时不同冲刷角度的老化失效状况。

背景技术

海洋不仅是拥有着丰富资源的宝库，还是人类生存与发展不可缺少的空间环境。21世纪以来，各国都非常重视海洋资源开发利用，我国是一个人口众多，资源相对紧缺的国家，尤其人均资源占有量更是大大低于世界平均水平。然而我国拥有近300万平方公里的管辖海域，大陆海岸线长达1.8万公里，6500多个岛屿的岸线长1.4万公里。开发海洋资源，发展沿海经济，对我国经济建设和社会发展具有重大战略意义。

海洋资源的开发和利用离不开海上基础设施的建设，船舶、港口设施及跨海大桥等海洋工程结构使用大量的材料设备，而且投入量在逐年增加。由于海洋苛刻的自然环境，材料结构的腐蚀、溶解、溶胀不可避免。金属材料一旦发生海水腐蚀不仅影响材料的外观，其机械性能将发生变化，丧失应有的强度、硬度和韧性，直至材料完全失效结构发生破坏。非金属材料表面和海水介质接触后，海水溶液会逐渐扩散到材料内部，材料表面和内部都可能产生一系列变化，如橡胶和塑料受溶剂作用后可能全部或部分溶解或溶胀，溶液浸入材料内部后可引起溶胀或增重，表面会发生起泡、变粗糙、变色，内部发生功能减弱或丧失；高分子有机物受海水介质作用可能发生分解。据统计，船体大约90％的破坏归因于材料功能丧失，材料在海洋环境中的浸泡、冲刷腐蚀失效数据积累及试验研究一直受到各国的重视。因此，针对材料的深海浸泡、冲刷腐蚀行为和材料功能失效机理研究开展一些有益探索工作，为海洋工程的设计、选材、防护及新材料开发提供依据，具有十分重要的现实意义。

实海环境下研究不同材料浸泡、冲刷腐蚀行为和探索材料在海洋环境下老化失效机理更加客观、真实，但由于实海环境影响因素复杂多变，在此情况下开展相关试验研究往往难以长时间持续进行，同时由于实海环境恶劣，不利于相关科研活动深入开展，而研制一套模拟实海环境的海浪冲刷老化试验装置，在实验室内模拟出船舶在不同的航速下海浪冲刷状态，有助于长时间、持续、纵深开展海浪冲刷老化试验研究工作，这将为实海环境中使用的生产设备设计利维护提供客观数据，为研究材料的海浪冲刷老化过程和材料功能失效机理，进一步改善材料性能、提高材料质量提供科学依据。

发明内容

本发明的目的是：设计开发一种模拟海浪冲刷环境老化试验装置，在实验室模拟不同海浪冲刷速度与角度的海洋环境，来研究船舶在出港、航行中、进港等不同行驶状态的海浪冲刷老化失效情况。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术予以实现：一种模拟海浪冲刷环境的老化试验装置包括冲刷室、冲刷喷头、夹具、透明罩、大小手轮、压板、进水管道、恒温水箱、换热管、人孔、底座、排水阀、排水管道、抽水管道、抽水泵、电磁流量计、温度传感器、压缩机组以及电气控制柜；冲刷室位于恒温水箱上方，且二者通过进水管道直接相连，使得进入冲刷室的海水能在最短的时间内进入到恒温水箱进行保温。冲刷室内部装有透明罩、夹具、压板；恒温水箱内部装有水温调节系统的换热管，换热管有多根，恒温水箱上表面一侧开有人孔，用于装进海水；恒温水箱最下方是排水管道和抽水管道，排水管道用于对水箱内海水的进行排空，该抽水管道、抽水泵、流量计与冲刷喷头相连通，冲刷喷头的一端接至冲刷室，冲刷喷头外形结构一端是与抽水管道相连的圆形接头，另一端喷头是长方形，保证冲刷速度的均匀性；电气控制柜由触摸屏、PLC控制器、电压表、电流表构成，PLC控制器与恒温水箱内部的温度传感器以及抽水泵、电磁流量计是电连接。

本发明的结构可分为冲刷室、夹具、恒温水箱、抽水泵、电磁流量计、压缩机组和电气控制柜；冲刷室内部的夹具用于装卸试件，冲刷室收集冲刷试验用的海水溶液送入恒温水箱，冲刷室内夹具通过大小手轮控制调节冲刷试验角度，角度调节范围是0-90度；恒温水箱对用于装进调制试验用海水溶液进行水温调节，水温调节由压缩机组换热管路通过PLC控制完成；恒温水箱内的海水通过抽水泵和电磁流量计调节控制冲刷速度；实验结束打开恒温水箱下面排水阀经排水管道排出。

本发明的冲刷室和恒温水箱材料为316L不锈钢质，配件选用耐海水腐蚀的316L不锈钢质；水温调节系统换热管采用耐高压耐海水腐蚀的316L不锈钢管；抽水泵选用双相不锈钢质海水水泵，进水管道、抽水管道和排水管道的管路选用316L不锈钢材质制作。

本发明结构简单、操作方便、自动化程度较高、无需长时间值守，在实验室内可模拟出船舶行驶在不同情况下的受海浪冲刷影响，实现对材料海浪冲刷腐蚀和失效老化性能的分析评价；通过试验参数和试验过程的设定，在实验室内开展材料海浪冲刷老化的加速试验，在较短的时间内取得大量试验数据，为研究材料海浪冲刷腐蚀老化规律和开发新材料提供科学的试验数据。

附图说明

图1为本发明的试验装置的结构原理主视图

图2为本发明的试验装置的结构原理俯视图

图3为本发明控制柜结构原理示意图

图4为本发明电路部分的连接框图

1：冲刷室；2：恒温水箱；3：底座；4：排水管；5：抽水管；6：排水阀；7：电磁流量计；8：大手轮；9：小手轮；10：小手轮(侧面)；11：压板；12：夹具；13：透明罩；14：温度传感器；15：进水管道；16：换热管道；17：抽水泵；18：人孔；19：冲刷喷头；20：压缩机组；21：指示灯；22：PLC；23：触摸屏；24：急停按钮；25：电气控制柜；26：电压表；27：电流表；

具体实施方式

下面通过具体的实施例，并结合附图，对本发明的技术实现过程作进一步的具体描述。

如图1、图2、图3和图4所示，一种模拟海浪冲刷老化试验装置，包括冲刷室1，其内部有透明罩13、夹具12，通过进水管道15与恒温水箱2连接，用抽水泵对恒温水箱2完成注水功能，恒温水箱2内部安装一组换热管道16，与外接的压缩机组20配合，通过PLC控制器实现对内部海水溶液的温度调节；实验结束打开排水阀6经排水管道4排出海水。

本系统在使用之前，操作者需要事先在水桶容器调制满足试验要求的海水溶液，海水溶液调制后利用搅拌装置搅匀，再用抽水泵送至恒温水箱2；拧开小手炉小手轮9，拿出压板11，取出透明罩13，装上试件，拧松大手轮8，拧动侧部小手轮10调整角度，再拧紧大手轮8；打开总电源开关，操作者在触摸屏幕23上进行试验过程的设置，通过人机交互界面设定好冲刷试验温度、速度与试验时间。

其次，打开控制柜电源开关，按下触摸屏上启动按钮，抽水泵17开始低速循环抽水，同时压缩机组20开始工作，控制系统PLC22将根据试验设定温度要求，自动打开或关闭压缩机组进行工作，当温度达到设定温度时，控制系统PLC22将根据试验设定温度要求，调整抽水泵17流量输出，电磁流量计7实时监测管道中流体流量，并作为反馈信号送入PLC22，PLC22根据流速控制要求，输出信号反馈修正抽水泵17的输出流量，以满足流速控制要求。

当温度与流速都达到设定的目标值时，控制系统将开始计时试验运行时间。根据试验设定的时间，系统按照既定的温度与流速目标值稳定运行，直至达到试验时间。当时间达到目标值时，控制系统自动关闭抽水泵17和压缩机组20。

结束本次试验时，按下触摸屏幕上的停止按钮，关闭电气控制柜25开关，打开排水阀6排空海水溶液，取出试件。

Claims (2)

1.一种模拟船舶行驶的海浪冲刷老化试验装置，它包括冲刷室(1)、恒温水箱(2)、排水管(4)、抽水管(5)、排水阀(6)、电磁流量计(7)、抽水泵(17)及电气控制柜(25)，其特征在于，冲刷室(1)通过进水管道(15)与下面恒温水箱(2)相连，恒温水箱(2)表面有温度传感器(14)和一人孔(18)，一侧连接压缩机组(20)，恒温水箱(2)由底座(3)支撑；所述的恒温水箱(2)通过抽水管(5)利用抽水泵(17)把海水送到冲刷室(1)，其内部装有换热管道(16)；所述的冲刷室(1)里有夹具(12)和透明罩(13)，拧开两个小手轮(9)和拿出压板(11)可将透明罩(13)放进冲刷室(1)；冲刷室(1)一侧通过大手轮(8)与小手轮(10)配合可以调整夹具(12)夹试件的角度；所述的排水管(4)在恒温水箱(2)下面，排水管(4)中设置有排水阀(6)；所述的电磁流量计(7)安装在抽水管(5)上，抽水管(5)末端装有冲刷喷头(19)；所述的电气控制柜(25)由指示灯(21)、触摸屏(23)、急停按钮(24)、电压表(26)、电流表(27)和PLC(22)构成；所述的PLC与电磁流量计(7)、温度传感器(14)、压缩机组(20)电连接；

所述的冲刷室(1)位于恒温水箱(2)上方，且二者通过进水管道直接相连，使得进入冲刷室的海水能在最短的时间内进入到恒温水箱进行保温；

所述的冲刷喷头(19)的外形结构是一端是圆形接头，另一端喷头是长方形，保证冲刷速度的均匀性。

2.如权利要求1所述的一种模拟船舶行驶的海浪冲刷老化试验装置，其特征在于：所述的冲刷室内夹具(12)通过大小手轮控制调节冲刷试验角度，角度调节范围是0～90度。