CN109283078A - 一种海洋环境与力荷载耦合实验模拟机 - Google Patents

一种海洋环境与力荷载耦合实验模拟机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及海洋模拟技术领域。一种海洋环境与力荷载耦合实验模拟机，包括腐蚀模拟室（12）、海水储存室（3）、总控制箱（1）；腐蚀模拟室（12）侧壁上有观察窗口（18）、浮球液位计，腐蚀模拟室（12）底部有排水孔通过第一防腐管（7）与海水储存室（3）连接，第一防腐管（7）上安装有第一电磁阀（27）、第一流量计（36）、海水盐度检测器（26），腐蚀模拟室（12）顶部有自来水入水口（20）、造浪海水入水口（35）、自动加盐器（21）、搅拌器马达（23）。本发明的有益效果是：能够模拟受力构件腐蚀并能够自动检测调节海水质量。

Description

一种海洋环境与力荷载耦合实验模拟机
技术领域
本发明涉及海洋模拟技术领域。
背景技术
海洋蕴藏着丰富的资源，具有巨大的潜在经济价值和重要的战略性地位。海洋资源的开发和利用不仅能够有效缓解陆地资源短缺问题，更是一个国家海洋技术发达程度的体现。因此各沿海国家纷纷把目光投向海洋，在海洋资源开发方面我国也做出了巨大的成就。海洋资源在带来各种利益的同时也带来了新的挑战，海洋腐蚀造成了巨大的经济损失，2016年3月，全球腐蚀调查报告表明，世界平均腐蚀损失约占全球国民生产总值（GNP）的3.4%。一般认为，海洋腐蚀损失约占总腐蚀的1/3，因此海洋腐蚀的损失是惊人的。然而研究海洋环境是海洋防腐的基础，通常在研究海洋环境下的构件腐蚀时，主要研究方法是实海挂件腐蚀试验法。但是，实验存在诸多缺陷，比如试验的离散型大，环境恶劣极易导致试验试件丢失，试验的不可控因素多，同时实海试验需要大量的人力物力财力，试验周期漫长，对科学研究造成了极大的困难。近年来为了解决实海试验的诸多问题国内外学者提出了用海洋环境模拟器模拟海洋环境来研究海洋腐蚀，同时也研制了各种海洋环境模拟器，能够很好的模拟海洋腐蚀，同时考虑到了海洋中波、浪、潮、流对构件造成低频往复力和冲击，更加真实的模拟了海洋环境，推动了海洋环境模拟技术的发展。但是，这些模拟器还存在两个方面的缺陷。1、只能模拟纯构件（不受工作荷载的构件）的腐蚀情况，然而真实情况是处于工作状态下的构件受海洋腐蚀，这与真实的海洋腐蚀环境是不相符的；2、在进行长期的海洋腐蚀模拟时，海水盐度会发生变化，以往的腐蚀模拟机没有考虑到海水盐度发生变化导致与真实情况不符。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种能够模拟受力构件腐蚀并能够自动检测调节海水质量海洋腐蚀模拟器。
本发明所采用的技术方案是：一种海洋环境与力荷载耦合实验模拟机，包括腐蚀模拟室（12）、海水储存室（3）、总控制箱（1）；腐蚀模拟室（12）侧壁上有观察窗口（18）、浮球液位计，腐蚀模拟室（12）底部有排水孔通过第一防腐管（7）与海水储存室（3）连接，第一防腐管（7）上安装有第一电磁阀（27）、第一流量计（36）、海水盐度检测器（26），腐蚀模拟室（12）顶部有自来水入水口（20）、造浪海水入水口（35）、自动加盐器（21）、搅拌器马达（23），自来水入口（20）管道连接自来水管，自来水入口（20）与自来水管之间有第二电磁阀（19）、第二流量计（34），腐蚀模拟室（12）内部造浪海水入水口（35）通过伸缩管（25）连接浮式喷头，腐蚀模拟室（12）外部的造浪海水入水口（35）通过第二防腐管（4）与海水储存室（3）连接，第二防腐管（4）上安装有第三电磁阀、第三流量计、造浪水泵（5），搅拌器马达（23）下端连接搅拌器（9），压力机压头（24）深入腐蚀模拟室（12），压力机、第一电磁阀（27）、第一流量计（36）、海水盐度检测器（26）、自动加盐器（21）、搅拌器马达（23）、第二电磁阀（19）、第二流量计（34）、第三电磁阀、第三流量计、浮式喷头、造浪水泵（5）连接总控制箱。
作为一种优选方式：总控制箱包括计算机主机、显示器（15）、输入键盘（17）。
作为一种优选方式：自动加盐器（21）由自动称重器、漏嘴组成，自动称重器与总控制箱连接，漏嘴将称好的海盐加到腐蚀模拟室（12）内。漏嘴上有可控门（如电磁阀控制关闭和开启的门），门上安装重量测量装置，海盐为粒状，当需要加海盐时，可控门打开，同时通过重量测量装置获得减少的重量即为添加的盐量。
作为一种优选方式：浮球液位计由底部与腐蚀模拟室（12）管道连接的液位管（16）、安装在液位管中的浮球（33）、用于检测浮球（33）位置的红外线测距装置（14）构成，红外线测距装置（14）连接总控制箱（1）。
作为一种优选方式：浮式喷头是把双层环形喷头固定在矩形框漂浮气囊上制成的，双层环形喷头的上层喷头有一半没入海水，下层喷头全部没入海水，双层环形喷头分布在矩形框的四边与四角上上下两层共有16个，每个双层环形喷头水平向中心喷射，浮式喷头进水口安装有第四电磁阀，第四电磁阀连接总控制箱（1）。
作为一种优选方式：在做压力试验时，腐蚀模拟室（12）的底部放置试样，压力机压头（24）对试样进行加压。
作为一种优选方式：模拟海浪冲击时，造浪水泵（5）抽取海水储存室（3）内的海水通过处于腐蚀模拟室（12）内的浮式喷头喷出模拟海浪冲击。
作为一种优选方式：模拟潮汐时，以腐蚀模拟室（12）内的液面高度变化来模拟潮汐，第三流量计将注水量传送到总控制箱（1），总控制箱（1）根据液位高度与注水速率调整第一流量计（36）流量，进而调整排水流量。
作为一种优选方式：模拟海水盐度时，海水盐度检测器（26）实时检测海水盐度并将盐度传送到总控制箱（1），总控制箱（1）根据实时盐度与目标盐度值比较，若实时盐度与目标盐度一样则不做应答，若大于目标盐度，则计算加水量并启动第二电磁阀（19）加入所需自来水，若小于目标盐度，则计算加盐量并启动自动加盐器（21）加入所需海盐。
本发明的有益效果是：能够模拟受力构件腐蚀并能够自动检测调节海水质量。
附图说明
图1、本发明海洋环境模拟机的整体示意图；
图2、本发明海洋环境模拟机的内部构造示意图；
图3、本发明海水腐蚀室顶部示意图；
图4、本发明海水腐蚀室内部构造放大图示意图；
图5、图二所示B部构造详图示意图；
图6、图二所示A部和图三所示C部构造详图示意图；
图7、本发明海水储存室内部构造图示意图；
图8、本发明腐蚀模拟室底板图示意图；
图9、本发明海洋环境工作流程图；
图10、本发明控制箱内的信息传递图；
图11、本发明海水质量检测控制程序图；
图12、本发明潮汐模拟控制程序图；
图13、本发明预应力控制程序图；
图14、本发明海水盐度控制程序图；
其中，1、总控制箱，2、油泵，3、海水储存室，4、第二防腐管，5、造浪水泵，6、排水抽水泵，7、第一防腐管，9、搅拌器，10、压力机横梁与油缸，11、压力机试验机支撑柱，12、腐蚀模拟室，13、浮式喷水口，14、红外线测距装置，15、显示器、16、液位管，17、输入键盘，18、观察窗口，19第二电磁阀，20、自来水入水口，21、自动加盐器，22、侧板固定槽，23、搅拌器马达，24、压力机压头，25、伸缩管，26、海水盐度检测器，27、第一电磁阀，28、顶盖，29、底板，30、连接孔，31、试件放置区，32、固定爪，33、浮球，34、第二流量计，35，造浪海水入水口，36、第一流量计。
具体实施方式
由图1和图2可看出本发明的机体部分为三部分，腐蚀模拟室12、海水储存室3、总控制箱1。腐蚀模拟室12是模拟实验的核心部件，进行腐蚀模拟的场所，海水储存室3是腐蚀模拟室的辅助部件，由第二防腐管4、第一防腐管7与腐蚀模拟室12连接，第一防腐管7上设置有海水盐度检测器26、第一电磁阀27、第一第一流量计36，海水盐度检测器26能够根据总控制箱1的指令检测海水盐度，并传到总控制箱1。第一电磁阀27和第一流量计36能够按照总控制箱1的指令控制排水量，协助调节腐蚀模拟室12的液面高度。油泵2是压力试验机的动力部件，总控制箱1是所有控制的中心，所有信息的传递、分析、发出调节指令的中枢，通过信息传出线路与信息传回线路与其他部件连接。具体的腐蚀模拟室12是进行腐蚀试验的场所，内装有人工海水，由底板29、侧板、顶盖28围成，底板29是用加厚钢板制成如图8所示，四角有固定爪32，可以用螺丝固定在水平地面，靠近边缘处有侧板固定槽22，可以将侧板固定在底板29上，正中间是试件放置区31，试件放置区31外有对称的压力机支撑柱11，支撑着压力机横梁和油缸10；由图1可看到侧板由玻璃钢制成，固定在底板29上的侧板固定槽22内，并做防渗处理，正面开设观察窗口18，观察窗口18安装有玻璃可以观察内部腐蚀情况，左侧安装有液位管16，液位管16通过侧板底部的连接孔30与腐蚀模拟室12连接，可随时监测腐蚀模拟室12的液位高度，液位管16内有浮球33，液位管16顶部安装有红外线测距装置14，可以通过浮球33确定液位高度，并通过信息传递线路与总控制箱1连接；顶盖28有两部分，左侧为可拆卸部分，右侧为固定部分，两部分拼接处由三个半圆形缺口，拼在一起形成压力机支撑柱11、压力机压头24通道，可拆卸部分可以打开放置试件，固定部分上安装有搅拌器马达23、自动加盐器21、自来水入水口20、造浪海水入水口35，搅拌器马达23连接腐蚀模拟室12的搅拌器9，能够在收到指令时搅拌；自动加盐器21在腐蚀模拟室12的海水盐度低于设定值时能够根据总控制箱1传出的指令自动称量定量盐自动加入腐蚀模拟室12，调节海水盐度；自来水入口20上设置有第二流量计34与第二电磁阀19，在腐蚀模拟室12的海水盐度高于设定值时能够根据总控制箱1的指令加入定量的自来水，调节海水盐度；造浪海水入水口35上设置有第三电磁阀与第三流量计，一端通过第二防腐管4、造浪水泵5与海水储存室3连接，另一端通过伸缩管25与浮式喷水口13连接。在腐蚀模拟室12内有16个浮式喷水口13、防腐压头24、压力机支撑柱11、搅拌器9，浮式喷水口13通过伸缩管与造浪水泵5连接，通过喷水来模拟海浪；防腐压头上部连接横梁与油缸10，下部压在试件上；压力机支撑柱11下部焊接在底板29上，并做防腐处理，支撑着压力机横梁与油缸10；搅拌器9上部连接着搅拌器马达23，可在搅拌器马达23的带动下旋转搅拌海水，使海水均匀。海水储存室3作为腐蚀模拟室12的辅助构件，其通体由玻璃钢制成通过造浪水泵5、第一防腐管7与腐蚀模拟室连接，造浪水泵5下部连接第二防腐管4，第一防腐管7端部连接排水抽水泵6。总控制箱1内部计算机主机定时发出对海水的检测与调节指令，可以实现图9-图14的流程，通过输入键盘17设置预压应力F0、液位高度h0、海水盐度S0、检测间隔时间t0等参数，显示器15实时显示设定值与检测值。油泵2与压力机横梁与油缸10连接，能够给压力机提供动力。
图11—图14所示流程为潮汐控制、预应力控制、海水盐度控制流程，其中图11所示流程为海水质量检测流程，图12—图14为控制流程。按照图9所示的顺序图进行控制。在图12中，启动模拟机的同时发出检测指令，即向腐蚀模拟室12左侧液位管16顶部的红外线测距装置14发出检测液位的指令，向油泵2发出检测预压应力检测指令，向第一防腐管7上的海水盐度检测器26发出检测海水盐度的指令。待检测完成后将检测结果传回到总控制箱1的计算机主机，通过显示器15（图10所示信号传递方式）显示，完成一次检测流程。紧接着依次启动控制流程对海水质量进行调整控制，启动顺序为预压应力控制、海水盐度控制、潮汐控制。图13所示流程中首先根据检测系统检测到的实时预压应力Fi与预先输入的预压应力F0进行比较，计算出差值δF，再比较Fi与F0的大小关系，若Fi<F0，给压力试验机发出加压δF指令，若Fi>F0, 给压力试验机发出减压δF指令，若Fi=F0，不做调整，完成一次预压应力调节。图14所示流程中首先根据检测系统检测到的实时海水盐度Si与预先输入的海水盐度S0进行比较，若Si<= S0，计算加盐量M，给腐蚀模拟室顶部的自动加盐器21发出加盐M的指令，若Si>S0,计算加水量V，给腐蚀模拟室顶部的自来水加水口20处的电磁阀19、第二流量计34发出加水V的指令，完成一次海水盐度调节。图13所示流程中首先根据检测系统检测到的实时液位高度hi与预先输入的液位高度h0进行比较，计算出差值δV，再比较hi与h0的大小关系，若hi<h0，给第一防腐管7上的第一电磁阀27与第一流量计36发出减少排水量δV的指令，若hi>h0,给第一防腐管7上的第一电磁阀27与第一流量计36发出增加排水量δV的指令，若hi=h0，不做调整，完成一次潮汐调节。以上就是本发明专利的全部内容。
具体操作步骤
1、掀开模拟室的可拆卸的顶盖28，将试件放置在试件放置区31，注入适当高度水位的预制人工海水；
2、启动总控制箱1，在输入键盘17上设定参数t0、F0、S0、h0；
3、启动压力试验机，模拟机按照图9、图10运行，具体的是模拟机通过图11所示流程的运行控制图12、图13、图14所示流程运行，进而控制潮汐、试件预压应力、海水盐度。

Claims (9)

1.一种海洋环境与力荷载耦合实验模拟机，其特征在于：包括腐蚀模拟室（12）、海水储存室（3）、总控制箱（1）；腐蚀模拟室（12）侧壁上有观察窗口（18）、浮球液位计，腐蚀模拟室（12）底部有排水孔通过第一防腐管（7）与海水储存室（3）连接，第一防腐管（7）上安装有第一电磁阀（27）、第一流量计（36）、海水盐度检测器（26），腐蚀模拟室（12）顶部有自来水入水口（20）、造浪海水入水口（35）、自动加盐器（21）、搅拌器马达（23），自来水入口（20）管道连接自来水管，自来水入口（20）与自来水管之间有第二电磁阀（19）、第二流量计（34），腐蚀模拟室（12）内部造浪海水入水口（35）通过伸缩管（25）连接浮式喷头，腐蚀模拟室（12）外部的造浪海水入水口（35）通过第二防腐管（4）与海水储存室（3）连接，第二防腐管（4）上安装有第三电磁阀、第三流量计、造浪水泵（5），搅拌器马达（23）下端连接搅拌器（9），压力机压头（24）深入腐蚀模拟室（12），压力机、第一电磁阀（27）、第一流量计（36）、海水盐度检测器（26）、自动加盐器（21）、搅拌器马达（23）、第二电磁阀（19）、第二流量计（34）、第三电磁阀、第三流量计、浮式喷头、造浪水泵（5）连接总控制箱。
2.根据权利要求1所述的一种海洋环境与力荷载耦合实验模拟机，其特征在于：总控制箱包括计算机主机、显示器（15）、输入键盘（17）。
3.根据权利要求1所述的一种海洋环境与力荷载耦合实验模拟机，其特征在于：自动加盐器（21）由自动称重器、漏嘴组成，自动称重器与总控制箱连接，漏嘴将称好的海盐加到腐蚀模拟室（12）内。
4.根据权利要求1所述的一种海洋环境与力荷载耦合实验模拟机，其特征在于：浮球液位计由底部与腐蚀模拟室（12）管道连接的液位管（16）、安装在液位管中的浮球（33）、用于检测浮球（33）位置的红外线测距装置（14）构成，红外线测距装置（14）连接总控制箱（1）。
5.根据权利要求1所述的一种海洋环境与力荷载耦合实验模拟机，其特征在于：浮式喷头是把双层环形喷头固定在矩形框漂浮气囊上制成的，双层环形喷头的上层喷头有一半没入海水，下层喷头全部没入海水，双层环形喷头分布在矩形框的四边与四角上上下两层共有16个，每个双层环形喷头水平向中心喷射，浮式喷头进水口安装有第四电磁阀，第四电磁阀连接总控制箱（1）。
6.根据权利要求1所述的一种海洋环境与力荷载耦合实验模拟机，其特征在于：在做压力试验时，腐蚀模拟室（12）的底部放置试样，压力机压头（24）对试样进行加压。
7.根据权利要求1所述的一种海洋环境与力荷载耦合实验模拟机，其特征在于：模拟海浪冲击时，造浪水泵（5）抽取海水储存室（3）内的海水通过处于腐蚀模拟室（12）内的浮式喷头喷出模拟海浪冲击。
8.根据权利要求1所述的一种海洋环境与力荷载耦合实验模拟机，其特征在于：模拟潮汐时，以腐蚀模拟室（12）内的液面高度变化来模拟潮汐，第三流量计将注水量传送到总控制箱（1），总控制箱（1）根据液位高度与注水速率调整第一流量计（36）流量，进而调整排水流量。
9.根据权利要求1所述的一种海洋环境与力荷载耦合实验模拟机，其特征在于：模拟海水盐度时，海水盐度检测器（26）实时检测海水盐度并将盐度传送到总控制箱（1），总控制箱（1）根据实时盐度与目标盐度值比较，若实时盐度与目标盐度一样则不做应答，若大于目标盐度，则计算加水量并启动第二电磁阀（19）加入所需自来水，若小于目标盐度，则计算加盐量并启动自动加盐器（21）加入所需海盐。
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