CN108801890A - 一种集成化岛礁海洋大气综合模拟加速试验装置 - Google Patents

一种集成化岛礁海洋大气综合模拟加速试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明是一种集成化岛礁海洋大气综合模拟加速试验装置，本发明装置能够在同一试验区间内分别模拟温度、湿度、干湿交替、盐浓度、紫外辐照、红外干燥或鼓风的单因素试验效果。同时，安装温度传感器、湿度传感器、辐照计、风速传感器、水位监控装置和pH计，对所模拟的温度、湿度、盐浓度、辐照强度、风速大小、pH值大小进行精确测量。

Description

一种集成化岛礁海洋大气综合模拟加速试验装置
技术领域
本发明是一种集成化岛礁海洋大气综合模拟加速试验装置，属于环境工程与试验技术领域，用于快速评价材料和构件在岛礁海洋大气环境中的环境适应性。
背景技术
长时间暴露于自然环境中的典型材料，在各种环境因素的作用下，容易发生腐蚀/老化。由于构成材料本身的元素种类、成键方式、表面状态、结构特点等存在差异，各种典型材料在特定的自然环境条件下的腐蚀/老化变化规律不尽相同。为了掌握各种典型材料在特定环境条件中的腐蚀/老化变化规律，便需要对其开展长时间的户外环境试验。开展此项工作，通常需要将制备的各类典型材料试片、连接件、结构件等投放在户外环境试验站点，并定期进行取样观察及测试，积累相关数据，从而掌握相关变化规律。户外环境试验的优点是直接、真实，但同时也存在周期长、成本高、试样易遗失、极端环境条件下管理难度大等缺点，为试验的开展造成了较大的阻碍。在此背景的促使下，许多装置研制企业，研究机构纷纷进行技术革新，努力提升装置的对所模拟的环境因素的控制精度。此外，随着对典型材料腐蚀/老化失效机理地深入探究，室内加速试验装置的功能也开始由单因素模拟向多因素耦合模拟的方向发展。
目前，国内外针对海洋大气环境的模拟加速试验设备仍以单项环境因子加速的试验设备为主，如盐雾试验箱、周期浸润试验箱、太阳辐射试验箱、湿热试验箱、霉菌试验箱、腐蚀性气体试验箱等，然而这些单项环境因子的加速试验箱对海洋大气环境的模拟性并不理想：一方面大多数设备仅能针对材料试片进行环境试验评价，无法评价尺寸较大的结构件样品的环境适应性；另一方面所考虑的环境因子种类较少，更缺乏针对不同环境因子间耦合作用的模拟。
岛礁海洋大气环境具有高温、高湿、高盐、高辐照强度、高风速、干湿交替频繁等特征，目前缺少针对岛礁海洋大气环境特点进行有效模拟的加速试验装置。因此，构建一座面向岛礁海洋大气环境、面向结构件的多因子综合环境模拟实验装置成为合理的技术选择。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种集成化岛礁海洋大气综合模拟加速试验装置，其目的是在实验室条件下模拟岛礁海洋大气环境的多因素集成化加速试验。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
该种集成化岛礁海洋大气综合模拟加速试验装置，其特征在于：该装置包括一个箱体15，箱体15内部空间的中心区域为试验区间3，在试验区间3的周围分布试验系统作用于试验区间3，包括：
加热系统，该系统包括设置在箱体15左侧内壁中部的电加热管10；
加湿系统，该系统包括设置在箱体15左侧外壁上的加湿器11，加湿器11与试验区间3连通；
制冷系统，该系统包括设置在箱体15左侧外部的全封闭制冷机组9，设置在箱体15左侧内壁与全封闭制冷机组9相连接的冷凝管8，冷凝管8位于电加热管10的下方；
浸渍系统，该系统包括设置在箱体15顶部的浸渍升降杆2和设置在箱体15底部的溶液槽6，在浸渍升降杆2与溶液槽6之间安装有浸渍挂架5，该浸渍挂架5上安装试样，试样能够随浸渍挂架5上、下移动使试样在溶液槽6中浸渍后回到试验区间3；
辐照系统，该系统包括设置在箱体内部前、后两侧内壁上的辐照灯管12；
鼓风系统，该系统包括设置在箱体15外部上方的鼓风机1和设置在箱体15左侧内壁上部的风扇13，风扇13连接一根风管16，该风管16延伸至箱体15后侧内壁上与辐照灯管12并列，风管16在后侧内壁上的部分加工有鼓风孔4用于向试样吹风；
控制系统，该系统包括加热系统控制器、制冷系统控制器、浸渍系统控制器、辐照系统控制器和鼓风系统控制器，通过工控机实现对各个控制器的协同控制；
另外，在箱体15的右侧壁上设置有箱门14，在箱体15的底部设置有活动轮7。
进一步，将多个本发明所述的装置组合在一起联合使用，构成具有多个试验区间3的综合模拟加速试验设备。
进一步，该装置的箱体15采用不锈钢冷板制造，其外壁表面进行静电喷塑，内壁表面用聚丙烯板贴附。
进一步，该装置中所述加热系统的电加热管10为电热干燥管，辐照灯管12为红外灯管，电热干燥管与红外灯管联合进行加热，加热采用PID自动调节控制。
进一步，溶液槽6具有水位自动监控、PH值实时监控、自动搅拌和自动给排水的功能。
进一步，该装置中所述辐照系统的辐照灯管12包括紫外辐照灯阵和红外灯阵。
本发明装置不仅适用于典型材料试片的成批量模拟加速试验，也适用连接件试样和较大尺寸的结构件试样的模拟加速试验。
本发明装置能够在同一试验区间内分别模拟温度、湿度、干湿交替、盐浓度、紫外辐照、红外干燥或鼓风的单因素试验效果。同时，安装温度传感器、湿度传感器、辐照计、风速传感器、水位监控装置和pH计，对所模拟的温度、湿度、盐浓度、辐照强度、风速大小、pH值大小进行精确测量。所述制冷系统可通过全封闭式制冷压缩机机组进行强制降温除湿，并可通过干湿球冷热平衡控制原理进行恒温恒湿环境模式的自动闭环控制，从而达到温度、湿度技术指标稳定的功效。所述浸渍系统可对试样的浸渍时间、干燥时间、移动速率等进行自动控制，并具备水位自动监控、PH值实时监控、自动搅拌和自动给排水的功能；所述辐照系统能够对模拟岛礁海洋大气环境中的紫外辐照及红外干燥效果，实现所在试验子区间内的紫外加速老化试验条件和红外干燥条件，可对辐照时间、辐照周期、辐照区域和辐照强度进行设定和自动调节。所述鼓风系统以变频器调节鼓风机的输出功率，实现对风速的自动控制和调节。所述控制系统通过大屏幕液晶显示触摸控制屏工控机实现总体参数设置和监控，将各系统有机结合，成为一套完整的综合模拟加速试验单元区间。其中，液晶显示触摸屏具有中文操作显示界面，分为参数设置界面和实时数据监控界面，将多项控制功能集约为一体，进行综合运行控制和试验数据记录。在参数设置界面，可人工手动输入各个试验子区间的温度、湿度、定时时间、辐照周期、挂架移动速度、紫外灯辐照强度等设定参数；在实时数据监控界面，能够实时显示运行时间、运行周期定时时间、试验状态、试验参数，如实时温度值、实时湿度值、加热、辐照、挂架移动、制冷、搅拌、通风以及故障信息等功能。
附图说明
图1为本发明装置的整体结构图
图2为图1的A向剖视图
图3为本发明装置中加热控湿过程的示意图
图4为降温除湿的执行机构的示意图
图5为浸渍的执行机构的示意图
图6为辐照及鼓风的执行机构的示意图
图7为本发明实施例的综合模拟加速试验的流程图
图8为本发明实施例的控制系统的软件逻辑架构图
图中，1-鼓风机；2-浸渍升降杆；3-试验区间；4-鼓风孔；5-浸渍挂架；6-溶液槽；7-活动轮；8-冷凝管；9-全封闭制冷机组；10-电加热管；11-加湿器；12-辐照灯管；13-风扇；14-箱门；15-装置箱体；16-风管。
具体实施方式
下面结合附图和实施实例对本发明作进一步说明。
实施例
该实施例是针对五组试样进行实验，其试验内容为模拟岛礁海洋大气环境条件的加速老化过程，包括恒温恒湿、溶液浸渍、干湿交替、辐照、鼓风的过程。为此，分别设置五个装置系统，并以其中一组试样的试验内容为例，说明本发明技术方案内容。
该实施装置的整体结构如图1～2所示，该装置包括一个箱体15，箱体15内部空间的中心区域为试验区间3，在试验区间3的周围分布试验系统作用于试验区间3，包括：
加热系统，该系统包括设置在箱体15左侧内壁中部的电加热管10；
加湿系统，该系统包括设置在箱体15左侧外壁上的加湿器11，加湿器11与试验区间3连通；
制冷系统，该系统包括设置在箱体15左侧外部的全封闭制冷机组9，设置在箱体15左侧内壁与全封闭制冷机组9相连接的冷凝管8，冷凝管8位于电加热管10的下方；
浸渍系统，该系统包括设置在箱体15顶部的浸渍升降杆2和设置在箱体15底部的溶液槽6，在浸渍升降杆2与溶液槽6之间安装有浸渍挂架5，该浸渍挂架5上安装试样，试样能够随着浸渍挂架5上、下移动使试样在溶液槽6中浸渍后回到试验区间3；
辐照系统，该系统包括设置在箱体内部前、后两侧内壁上的辐照灯管12；
鼓风系统，该系统包括设置在箱体15外部上方的鼓风机1和设置在箱体15左侧内壁上部的风扇13，风扇13连接一根风管16，该风管16延伸至箱体15后侧内壁上与辐照灯管12并列，风管16在后侧内壁上的部分加工有鼓风孔4用于向试样吹风；
控制系统，该系统包括加热系统控制器、制冷系统控制器、浸渍系统控制器、辐照系统控制器和鼓风系统控制器，通过工控机实现对各个控制器的协同控制；
另外，在箱体15的右侧壁上设置有箱门14，在箱体15的底部设置有活动轮7。
所述加热系统及加湿系统的执行机构如图3所示，在单个试验区间3中，通过电加热管10、红外灯管12增加试验区间3内的温度，通过加湿器11增加试验区间3内的湿度，通过pt100铂电阻传感器实现温度的测量，从而实现试验区间3内的温度参数变化功能和感知功能，并结合控制程序对具体温度值进行自动调节和精确控制。所述制冷系统的执行机构如图4所示，在单个试验区间3中，通过全封闭制冷机组9降低试验区间3内的温度，通过冷凝管8降低试验区间3内的湿度，通过双干湿球传感器实现湿度的测算，从而实现试验区间3内的湿度参数变化功能和感知功能，并结合控制程序实现对具体湿度值进行自动调节和精确控制。所述浸渍系统的执行机构如图5所示，在单个试验区间3中，将试验样品固定于浸渍挂架5上，通过程序精确控制浸渍活动杆2的相对位置和定位时间，实现干湿交替的试验功能。所述辐照系统和鼓风系统的执行机构如图6所示，在单个试验区间3中，通过控制辐照灯管12的功率实现辐照强度参数的变化控制，通过辐照强度计实现箱体15内辐照强度的感知功能，并结合控制程序实现对辐照灯管12的辐照强度、辐照区域、辐照时间进行自动调节和显示；在单个试验区间3中，可利用输出功率控制器调节鼓风机1的输出功率，从而实现风速参数的变化功能。
本发明实施例的综合模拟加速试验的流程图如图7所示，本发明实施例的控制系统的软件逻辑架构图如图8所示。该试验过程如下：
试验前需将待试验试样固定放置于浸渍挂架5上。随后，开启电源，并在控制软件界面上对试验区间3内的浸渍时间、干燥时间、辐照时间、吹风时间、循环周期数等进行设定，如浸渍时间设定为10分钟、干燥时间设定为20分钟、辐照时间设定为20分钟、吹风时间为10分钟、循环周期数设定为1440次。完成正常设置后，再对试验区间3内的温度、湿度、辐照强度、风速等参数进行设置，如温度设定为45℃、湿度设定为95％、辐照强度为80W/m2、风速设定为6m/s。待试验区间3内的实际温度、湿度等参数数值达到设定值并稳定后开启试验，直至完成所设置的循环周期数后自动停止试验。

Claims (6)

1.一种集成化岛礁海洋大气综合模拟加速试验装置，其特征在于：该装置包括一个箱体(15)，箱体(15)内部空间的中心区域为试验区间(3)，在试验区间(3)的周围分布试验系统作用于试验区间(3)，包括：
加热系统，该系统包括设置在箱体(15)左侧内壁中部的电加热管(10)；
加湿系统，该系统包括设置在箱体(15)左侧外壁上的加湿器(11)，加湿器(11)与试验区间(3)连通；
制冷系统，该系统包括设置在箱体(15)左侧外部的全封闭制冷机组(9)，设置在箱体(15)左侧内壁与全封闭制冷机组(9)相连接的冷凝管(8)，冷凝管(8)位于电加热管(10)的下方；
浸渍系统，该系统包括设置在箱体(15)顶部的浸渍升降杆(2)和设置在箱体(15)底部的溶液槽(6)，在浸渍升降杆(2)与溶液槽(6)之间安装有浸渍挂架(5)，该浸渍挂架(5)上安装试样，试样能够随着浸渍挂架(5)上、下移动使试样在溶液槽(6)中浸渍后回到试验区间(3)；
辐照系统，该系统包括设置在箱体内部前、后两侧内壁上的辐照灯管(12)；
鼓风系统，该系统包括设置在箱体(15)外部上方的鼓风机(1)和设置在箱体(15)左侧内壁上部的风扇(13)，风扇(13)连接一根风管(16)，该风管(16)延伸至箱体(15)后侧内壁上与辐照灯管(12)并列，风管(16)在后侧内壁上的部分加工有鼓风孔(4)用于向试样吹风；
控制系统，该系统包括加热系统控制器、制冷系统控制器、浸渍系统控制器、辐照系统控制器和鼓风系统控制器，通过工控机实现对各个控制器的协同控制；
另外，在箱体(15)的右侧壁上设置有箱门(14)，在箱体(15)的底部设置有活动轮(7)。
2.根据权利要求1所述的集成化岛礁海洋大气综合模拟加速试验装置，其特征在于：将多个本发明所述的装置组合在一起联合使用，构成具有多个试验区间(3)的综合模拟加速试验设备。
3.根据权利要求1所述的集成化岛礁海洋大气综合模拟加速试验装置，其特征在于：该装置的箱体(15)采用不锈钢冷板制造，其外壁表面进行静电喷塑，内壁表面用聚丙烯板贴附。
4.根据权利要求1所述的集成化岛礁海洋大气综合模拟加速试验装置，其特征在于：该装置中所述加热系统的电加热管(10)为电热干燥管，辐照灯管(12)为红外灯管，电热干燥管与红外灯管联合进行加热，加热采用PID自动调节控制。
5.根据权利要求1所述的集成化岛礁海洋大气综合模拟加速试验装置，其特征在于：溶液槽(6)具有水位自动监控、PH值实时监控、自动搅拌和自动给排水的功能。
6.根据权利要求1所述的集成化岛礁海洋大气综合模拟加速试验装置，其特征在于：该装置中所述辐照系统的辐照灯管(12)包括紫外辐照灯阵和红外灯阵。
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