CN109100297B - 衬砌结构加速腐蚀试验的腐蚀液温度控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种衬砌结构加速腐蚀试验的腐蚀液温度控制装置，包括设于衬砌结构外侧的试验水槽、电控开关隔离板、控温水箱、电动搅拌器、电加热器、电制冷器、控制器、自动选择开关、第一温度传感器、第二温度传感器、腐蚀液回收箱、加液泵和回收泵，共同构成恒温自动控制系统。本发明还公开了一种衬砌结构加速腐蚀试验的腐蚀液温度控制装置采用的温度控制方法，通过恒温自动控制系统控制试验水槽内的腐蚀液处于恒温状态。本发明通过恒温自动控制系统确保试验水槽内的腐蚀液保持恒定并可以根据需要精确调节，可满足在加载条件下进行工程结构的室内衬砌结构加速腐蚀试验的要求，对相关研究具有极大的价值。

Description

衬砌结构加速腐蚀试验的腐蚀液温度控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种衬砌结构加速腐蚀试验装置，尤其涉及一种衬砌结构加速腐蚀试验的腐蚀液温度控制装置及控制方法。

背景技术

在土木工程结构耐久性的研究中，通常采用室内加速锈蚀试验来研究材料、构件以至结构性能的侵蚀劣化规律。在此类室内加速腐蚀试验中，主要采用氯盐、硫酸盐、酸碱溶液等腐蚀离子来模拟工程材料或隧道衬砌结构实际服役环境中的周围复杂离子侵蚀环境的长期作用，从而研究锈蚀后的隧道衬砌试件或构件的强度、刚度、破坏情况等力学及工程特性，为侵蚀环境中隧道衬砌结构的设计、施工及长期的安全性评价提供参考和依据。

现有室内加速腐蚀试验中，一般采用外加直流电源的方法来提高离子运移速率，从而达到加速结构腐蚀的目的。然而在实际环境中，影响离子运移速率的因素有很多，比如溶液浓度、水压大小、温度等，尤其是温度对离子的运移、腐蚀反应等均有较大影响，为了更准确研究各因素对离子侵蚀速率的影响，需要严格控制其它因素保持恒定。然而，由于室内加速试验周期一般较长，季节、昼夜温差较大，试验中不同时段腐蚀溶液的温度变化较大，造成温度对加速腐蚀试验的影响较大。目前的室内衬砌结构加速腐蚀试验中，还未见用于在加速锈蚀试验中对腐蚀溶液温度进行控制并使其保持恒定不变的循环控温设备和温控方法。

综上，如需真实模拟隧道所处的侵蚀环境，侵蚀溶液的温度需得到精确控制，因此，发明一种能在衬砌结构加速腐蚀试验时保证循环利用的腐蚀溶液温度可控的试验装置显得尤为必要。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种衬砌结构加速腐蚀试验的腐蚀液温度控制装置及控制方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种衬砌结构加速腐蚀试验的腐蚀液温度控制装置，包括设于衬砌结构外侧的试验水槽，还包括电控开关隔离板、控温水箱、电动搅拌器、电加热器、电制冷器、控制器、自动选择开关、第一温度传感器、第二温度传感器、腐蚀液回收箱、加液泵和回收泵，所述控温水箱设于所述试验水槽的上方，所述试验水槽的上端和所述控温水箱的下端均开口，水平方向的所述电控开关隔离板设于所述控温水箱和所述试验水槽之间，所述电动搅拌器的搅拌叶轮、所述电加热器的加热件、所述电制冷器的制冷件和所述第一温度传感器分别置于所述控温水箱内，所述自动选择开关的两个分支接线端分别与所述电加热器的输入端和所述电制冷器的输入端连接，所述第二温度传感器置于所述试验水槽内，所述加液泵的出口与所述控温水箱通过液管连接，所述加液泵的入口与所述腐蚀液回收箱的出口连接，所述回收泵的入口与所述试验水槽的出口连接，所述回收泵的出口与所述腐蚀液回收箱的入口连接；所述第一温度传感器的信号输出端和所述第二温度传感器的信号输出端分别与所述控制器的信号输入端连接，所述控制器的输出端分别与所述自动选择开关的中心接线端、所述电控开关隔离板的控制输入端、所述电动搅拌器的控制输入端、所述加液泵的控制输入端和所述回收泵的控制输入端对应连接。

上述结构中，试验水槽用于储存恒温腐蚀液并对衬砌结构的外侧进行加速腐蚀作用；控温水箱用于储存非设定温度的腐蚀液并配合其它部件实现腐蚀液的恒温调节；电控开关隔离板用于在控制器控制下实现自动开关，从而实现控温水箱内的腐蚀液到试验水槽之间的自动开关控制，其结构采用常规技术即可轻易实现，比如采用两层孔板，由控制器控制电机带动一层孔板移动的结构就可实现该功能；电动搅拌器用于对控温水箱内的腐蚀液进行搅拌以实现温度的快速均匀，采用常规的电机带动搅拌叶片的结构即可；电加热器和电制冷器分别用于对控温水箱内的腐蚀液进行加热，采用常规部件即可；控制器用于实现自动化控制，采用常规控制器即可；自动选择开关用于在控制器的控制下实现电加热器和电制冷器之间的转换控制，采用常规的能够实现自动转换的单刀双掷开关即可；第一温度传感器用于检测控温水箱内腐蚀液的温度并将该温度信息传输给控制器；第二温度传感器用于检测试验水槽内腐蚀液的温度并将该温度信息传输给控制器；腐蚀液回收箱用于储存腐蚀液以为控温水箱提供腐蚀液并回收试验水槽内需要排出的腐蚀液；加液泵用于将腐蚀液回收箱内的腐蚀液泵入控温水箱；回收泵用于将试验水槽内的腐蚀液泵入腐蚀液回收箱。

作为优选，所述回收泵为入口侧设有过滤芯片的回收泵；或者，所述回收泵的入口侧设有过滤器；所述加液泵为设于所述腐蚀液回收箱上的微型泵。这样可以将试验水槽内腐蚀液中的锈渣等过滤掉，避免再次进入试验水槽。

一种衬砌结构加速腐蚀试验的腐蚀液温度控制装置采用的温度控制方法，包括以下步骤：

步骤一、在控制器中设置腐蚀液的目标温度T^*；

步骤二、控制器控制电控开关隔离板处于关闭状态，同时控制加液泵启动，将腐蚀液回收箱中的腐蚀液泵入控温水箱，并同时控制电动搅拌器开启；

步骤三、第一温度传感器将控温水箱内的腐蚀液温度T₁的相关信息传输给控制器，控制器进行如下判断：当T₁-T^*＞0且

时，控制器启动电制冷器，直到T₁＝T^*停止；当T₁-T^*＜0且

时，控制器启动电加热器，直到T₁＝T^*停止；

步骤四、当T₁＝T^*后，控制器控制电控开关隔离板处于开启状态，使控温水箱内的腐蚀液均匀流入试验水槽中，到达设定高度后，控制器控制电控开关隔离板关闭；

步骤五、第二温度传感器将试验水槽内的腐蚀液温度T₂的相关信息传输给控制器，控制器进行如下判断：当

时，控制器控制电控开关隔离板处于开启状态，同时控制回收泵开启，使试验水槽内的腐蚀液被回收到腐蚀液回收箱以使试验水槽内腐蚀液的体积保持不变，直到

时，控制器控制电控开关隔离板关闭，同时控制回收泵关闭；

步骤六、控制器控制加液泵启动，将腐蚀液回收箱中的腐蚀液泵入控温水箱，重复步骤二至步骤五。

本发明的有益效果在于：

本发明通过由控温水箱、电动搅拌器、电加热器、电制冷器、控制器、自动选择开关、第一温度传感器、第二温度传感器、腐蚀液回收箱、加液泵和回收泵构成的恒温自动控制系统确保试验水槽内的腐蚀液保持恒定并可以根据需要精确调节，可满足在加载条件下进行工程结构的室内衬砌结构加速腐蚀试验的要求，对研究侵蚀环境中衬砌结构的侵蚀劣化规律及长期安全性的深入研究具有极大的价值。

附图说明

图1是本发明所述衬砌结构加速腐蚀试验的腐蚀液温度控制装置的主视结构示意图；

图2是本发明所述衬砌结构加速腐蚀试验的腐蚀液温度控制装置的试验水槽的固定装置的主视结构示意图，图中比例大于图1。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明所述衬砌结构加速腐蚀试验的腐蚀液温度控制装置包括设于衬砌结构14外侧的试验水槽9、电控开关隔离板2、控温水箱3、电动搅拌器4、电加热器7、电制冷器8、控制器1、自动选择开关6、第一温度传感器5、第二温度传感器10、腐蚀液回收箱12、加液泵13和回收泵11，控温水箱3设于试验水槽9的上方，试验水槽9的上端和控温水箱3的下端均开口，水平方向的电控开关隔离板2设于所述控温水箱和所述试验水槽之间，电控开关隔离板2的边缘与试验水槽9和控温水箱3的边缘均密封连接，电动搅拌器4的搅拌叶轮、电加热器7的加热件、电制冷器8的制冷件和第一温度传感器5分别置于控温水箱3内，自动选择开关6的两个分支接线端分别与电加热器7的输入端和电制冷器8的输入端连接，第二温度传感器10置于试验水槽9内，加液泵13为设于腐蚀液回收箱12上的微型泵，加液泵13的出口与控温水箱3通过液管连接，加液泵13的入口与腐蚀液回收箱12的出口连接，入口侧设有过滤芯片的回收泵11的入口与试验水槽9的出口连接，回收泵11的出口与腐蚀液回收箱12的入口连接；第一温度传感器5的信号输出端和第二温度传感器10的信号输出端分别与控制器1的信号输入端连接，控制器1的输出端分别与自动选择开关6的中心接线端、电控开关隔离板2的控制输入端、电动搅拌器4的控制输入端、加液泵13的控制输入端和回收泵11的控制输入端对应连接。

如图2所示，为了更好地安装试验水槽9，用多根竖向的螺杆16穿过衬砌结构14，且螺杆16的两端分别穿过设于衬砌结构14的外侧和内侧的横梁18上的通孔15并用螺帽19固定，螺杆16的上端还穿过试验水槽9的底板，在衬砌结构14外侧的横梁18下与试验水槽9的底板之间设置橡胶圈17，可以保证衬砌结构14产生一定变形时试验水槽9不会出现漏水情况。上述固定装置既能实现衬砌结构是单面侵蚀，又不妨碍衬砌结构14两端荷载的施加和四周测试仪器的布置，可以很好地在不影响衬砌结构14的弯矩和轴力的施加和测试元件布置的情况下实现衬砌结构14的单侧锈蚀试验。

如图1所示，本发明所述衬砌结构加速腐蚀试验的腐蚀液温度控制装置采用的温度控制方法，包括以下步骤：

步骤一、在控制器1中设置腐蚀液的目标温度T^*；

步骤二、控制器1控制电控开关隔离板2处于关闭状态，同时控制加液泵13启动，将腐蚀液回收箱12中的腐蚀液泵入控温水箱3，并同时控制电动搅拌器4开启；

步骤三、第一温度传感器5将控温水箱3内的腐蚀液温度T₁的相关信息传输给控制器1，控制器1进行如下判断：当T₁-T^*＞0且

时，控制器1启动电制冷器8，直到T₁＝T^*停止；当T₁-T^*＜0且

时，控制器1启动电加热器7，直到T₁＝T^*停止；

步骤四、当T₁＝T^*后，控制器1控制电控开关隔离板2处于开启状态，使控温水箱3内的腐蚀液均匀流入试验水槽9中，到达设定高度后，控制器1控制电控开关隔离板2关闭；

步骤五、第二温度传感器10将试验水槽9内的腐蚀液温度T₂的相关信息传输给控制器1，控制器1进行如下判断：当

时，控制器1控制电控开关隔离板2处于开启状态，同时控制回收泵11开启，使试验水槽9内的腐蚀液被回收到腐蚀液回收箱12以使试验水槽9内腐蚀液的体积保持不变，直到

时，控制器1控制电控开关隔离板2关闭，同时控制回收泵11关闭；

步骤六、控制器1控制加液泵13启动，将腐蚀液回收箱12中的腐蚀液泵入控温水箱3，重复步骤二至步骤五。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (3)

1.一种衬砌结构加速腐蚀试验的腐蚀液温度控制装置，包括设于衬砌结构外侧的试验水槽，其特征在于：还包括电控开关隔离板、控温水箱、电动搅拌器、电加热器、电制冷器、控制器、自动选择开关、第一温度传感器、第二温度传感器、腐蚀液回收箱、加液泵和回收泵，所述控温水箱设于所述试验水槽的上方，所述试验水槽的上端和所述控温水箱的下端均开口，水平方向的所述电控开关隔离板设于所述控温水箱和所述试验水槽之间，所述电动搅拌器的搅拌叶轮、所述电加热器的加热件、所述电制冷器的制冷件和所述第一温度传感器分别置于所述控温水箱内，所述自动选择开关的两个分支接线端分别与所述电加热器的输入端和所述电制冷器的输入端连接，所述第二温度传感器置于所述试验水槽内，所述加液泵的出口与所述控温水箱通过液管连接，所述加液泵的入口与所述腐蚀液回收箱的出口连接，所述回收泵的入口与所述试验水槽的出口连接，所述回收泵的出口与所述腐蚀液回收箱的入口连接；所述第一温度传感器的信号输出端和所述第二温度传感器的信号输出端分别与所述控制器的信号输入端连接，所述控制器的输出端分别与所述自动选择开关的中心接线端、所述电控开关隔离板的控制输入端、所述电动搅拌器的控制输入端、所述加液泵的控制输入端和所述回收泵的控制输入端对应连接；所述电控开关隔离板采用两层孔板并由所述控制器控制电机带动一层孔板移动的结构实现所述控温水箱内的腐蚀液到试验水槽之间的自动开关控制功能。

2.根据权利要求1所述的衬砌结构加速腐蚀试验的腐蚀液温度控制装置，其特征在于：所述回收泵为入口侧设有过滤芯片的回收泵；或者，所述回收泵的入口侧设有过滤器；所述加液泵为设于所述腐蚀液回收箱上的微型泵。

3.一种如权利要求1所述的衬砌结构加速腐蚀试验的腐蚀液温度控制装置采用的温度控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、在控制器中设置腐蚀液的目标温度T^*；

步骤二、控制器控制电控开关隔离板处于关闭状态，同时控制加液泵启动，将腐蚀液回收箱中的腐蚀液泵入控温水箱，并同时控制电动搅拌器开启；

步骤三、第一温度传感器将控温水箱内的腐蚀液温度T₁的相关信息传输给控制器，控制器进行如下判断：当T₁-T^*＞0且

时，控制器启动电制冷器，直到T₁＝T^*停止；当T₁-T^*＜0且

时，控制器启动电加热器，直到T₁＝T^*停止；

步骤四、当T₁＝T^*后，控制器控制电控开关隔离板处于开启状态，使控温水箱内的腐蚀液均匀流入试验水槽中，到达设定高度后，控制器控制电控开关隔离板关闭；

步骤五、第二温度传感器将试验水槽内的腐蚀液温度T₂的相关信息传输给控制器，控制器进行如下判断：当

时，控制器控制电控开关隔离板处于开启状态，同时控制回收泵开启，使试验水槽内的腐蚀液被回收到腐蚀液回收箱以使试验水槽内腐蚀液的体积保持不变，直到

时，控制器控制电控开关隔离板关闭，同时控制回收泵关闭；

步骤六、控制器控制加液泵启动，将腐蚀液回收箱中的腐蚀液泵入控温水箱，重复步骤二至步骤五。

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