CN110501247A - 一种变频干湿循环自动化试验系统及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种变频干湿循环自动化试验系统及试验方法。该试验系统可保证在试验进行过程中电机长期处于正常开启状态,改进了传统干湿循环试验装置中由于高频启动‑关闭水泵所引起的电机发热损伤的这一问题,原理简单,使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土或其他材料的腐蚀试验。
背景技术
经大量研究表明,潮汐区和浪溅区的干湿交替作用会加速钢筋混凝土材料性能劣化,尤其是在浪溅区内不同波浪频率的交替作用下,钢筋混凝土材料的劣化损伤程度较其他腐蚀区域最为严重。
目前,已有的类似试验装置(系统)多采用不同干湿比例的“涨水-消落”循环机制来模拟潮汐区内的潮汐循环过程,或采用“喷淋-干燥”的干湿循环制度来模拟浪溅区中波浪飞溅对混凝土耐久性的影响。
然而,由于水泵等其他部件的规格参数无法完全满足实际情况下不同波浪频率的要求,尤其是当波浪频率较高(波周期较低)时,采用长时间、高频率的“涨-落”或“喷-干”控制系统极易造成水泵过度发热而导致电机损伤,严重者甚至会引起电机烧毁断电等危险事故。
因此,十分有必要在已有干湿循环试验装置(系统)的基础上,经优化设计提出一种变频干湿循环自动化试验系统,用以改善已有装置的局限性,杜绝在试验过程中存在上述安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种变频干湿循环自动化试验系统,其特征在于:主要包括试验箱、多部件集成板、旋转支架、底座和控制系统。
所述试验箱内部容纳多部件集成板、旋转支架和底座。
所述底座固定在试验箱内腔的底部。所述旋转支架位于底座上方的支撑柱的一侧。所述支撑柱上固定安装变频电机。所述旋转支架安装在变频电机的转轴上。
试验开始前,所述旋转支架上固定若干试验试件。这些试验试件环绕旋转支架的旋转中心分布。
所述多部件集成板固定在旋转支架的上方。所述多部件集成板上安装有温控装置和/或送风装置。
试验开始前,所述试验箱内部注入试验用腐蚀溶液。所述试验用腐蚀溶液淹没部分旋转支架。
所述控制系统控制变频电机的转动,以及所述加热装置、制冷装置和吹风装置的启动。
进一步,还包括一蓄水箱。所述蓄水箱上端具有外接水管、底部具有蓄水箱排水阀门、内部具有水位传感器I。所述蓄水箱通过防腐蚀水管接入试验箱。所述防腐蚀水管串接水泵和电磁阀。所述蓄水箱内部容纳待使用的所述试验用腐蚀溶液。所述控制系统通过控制水泵和电磁阀的启闭,实现向试验箱注入或回收试验用腐蚀溶液。
进一步,所述温控装置包括制冷和/或制热装置。所述送风装置为风扇。
进一步,所述旋转支架为圆盘状支架。该圆盘的侧面上,固定有若干试验试件固定装置。所述试验试件固定装置用于固定试验试件。
进一步,所述试验试件固定装置由螺杆、固定挡板、螺帽和固定底座组成。所述固定底座一侧的板面连接旋转支架、另一侧的板面与其侧板和一块固定挡板组合成整体。固定挡板和固定底座侧板分别具有贯穿的通孔I和通孔II,固定挡板和固定底座侧板之间的部分用于容纳试验试件。固定试验试件时,所述两根螺杆穿过通孔I和通孔II后,两端旋入螺帽。
进一步,所述试验箱内部安装有温度传感器、水位传感器II。所述试验箱底部具有试验箱排水阀门。所述温度传感器、水位传感器II所采集的信号传递给控制系统。
进一步,所述控制系统包括温度及风速控制系统和PLC控制系统。
进一步,所述控制系统的预设参数通过显示屏界面输入。
本发明还公开一种上述系统的变频干湿循环自动化试验方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)制作试验试件,并将其安装在所述固定装置上。
2)设定浪溅区的波浪频率f、单次干湿循环的浸湿时间t1,干湿循环次数n。
设定腐蚀环境的目标温度Tt。
3)所述控制系统根据步骤2)的设定,可计算出以下参数:
旋转支架旋转一周的时间,即周期T=1/f。
风干时间t2=T-t1。
旋转支架旋转的总时间,即总的循环时间t=T×n。
试验箱中的水位H=L-Rcos(ft1π),其中:R为旋转支架(14)的半径,L为旋转支架(14)转轴的高度,f为电机的转动频率(即:波浪频率),t1为单次干湿循环的浸湿时间。
4)所述控制系统根据步骤3)的计算结果和水位传感器反馈的实时水位高度,控制试验箱进水或排水,直至试验箱水位等于H。
5)启动变频电机,电机工作频率为f,工作时长为t。
6)所述控制系统根据步骤2)设定的目标温度Tt和温度传感器反馈的实时测量温度,通过所述温度控制装置来控制试验箱内部的温度。
7)当变频电机运行时间达到t后,控制系统发出关闭变频电机和温度控制装置的指令。待旋转支架停转后,取出试验试件。
进一步,步骤6)中,启用送风装置,加速对试验试件的风干。
本发明的技术效果是毋庸置疑的,变频干湿循环自动化试验系统可保证在试验进行过程中电机长期处于正常开启状态,改进了传统干湿循环试验装置中由于高频启动-关闭水泵所引起的电机发热损伤的这一问题,原理简单,使用方便。
附图说明
图1是本发明的变频干湿循环自动化试验系统结构示意图;
图2是本发明的图1中12部分试验试件固定装置构造示意图;
图3是本发明的图1中20部分控制系统显示屏中各参数设定的界面示意图。
图中:蓄水箱(1)、外接水管(2)、蓄水箱水位(3)、水位传感器I(4)、水位传感器II(40)、蓄水箱排水阀门(5)、水泵(6)、电磁阀(7)、防腐蚀水管(8)、试验箱(9)、温度传感器(10)、多部件集成板(11)、试验试件固定装置(12)、试验箱水位(13)、旋转支架(14)、底座(15)、试验箱排水阀门(16)、变频电机(17)、温度及风速控制系统(18)、PLC控制系统(19)、变频干湿循环自动化控制系统显示屏界面(20)、控制线路(21)、试验试件(22)、固定螺杆(23)、试件的固定挡板(24)、试件的固定螺帽(25)、试件的固定底座(26)。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明,但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段,做出各种替换和变更,均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1:
参见图1,一种变频干湿循环自动化试验系统,其特征在于:主要包括蓄水箱1、试验箱9、多部件集成板11、旋转支架14、底座15和控制系统。
所述蓄水箱1上端具有外接水管2、底部具有蓄水箱排水阀门5、内部具有水位传感器I4。所述蓄水箱1通过防腐蚀水管8接入试验箱9。所述防腐蚀水管8串接水泵6和电磁阀7。所述蓄水箱1内部容纳待使用的所述试验用腐蚀溶液。
本实施例所述控制系统包括但不限于温度及风速控制系统18和PLC控制系统19。本实施例选用PLC控制的方式。所述PLC控制系统19的预设参数通过显示屏界面20输入。在本系统运行过程中,通过PLC控制系统19接收水位传感器I4、水位传感器II40和温度传感器10的信号,控制进水阀(安装在控制外接水管2上)、蓄水箱排水阀门5(蓄水箱1排水)、水泵6、电磁阀7(安装在防腐蚀水管8上)、试验箱排水阀门16(试验箱9排水)、变频电机17,以及温度及风速控制系统18。
所述PLC控制系统19通过控制水泵6和电磁阀7的启闭,实现向试验箱9注入或向蓄水箱1回收试验用腐蚀溶液。试验完成后,蓄水箱1的废水可以从底部的蓄水箱排水阀门5排出。
所述试验箱9内部容纳多部件集成板11、旋转支架14和底座15。实施例中,多部件集成板11被悬空地支撑固定在旋转支架14的上方。
所述底座15固定在试验箱9内腔的底部。所述底座15包括一个竖直的支撑柱。所述旋转支架14位于底座15上方的支撑柱的一侧。所述支撑柱上固定安装变频电机17。所述旋转支架14安装在变频电机17的转轴上。实施例中,所述旋转支架14为圆盘状支架。该圆盘的侧面上,固定有若干试验试件固定装置12(例如图1的12个),这些试验试件固定装置12绕旋转支架14的圆心均匀分布。
所述试验试件固定装置12用于固定试验试件22。例如图2所示:所述试验试件固定装置12由螺杆23、固定挡板24、螺帽25和固定底座26组成。所述固定底座26一侧的板面连接旋转支架14、另一侧的板面与其侧板和另一块固定挡板24组合成整体。固定挡板24和固定底座26侧板分别具有贯穿的通孔I和通孔II,固定挡板24和固定底座26侧板之间的部分用于容纳试验试件22。固定试验试件22时,所述两根螺杆23穿过通孔I和通孔II后,两端旋入螺帽25。
试验开始前,所述旋转支架14上固定若干试验试件22。这些试验试件22环绕旋转支架14的旋转中心分布。
所述多部件集成板11固定在旋转支架14的上方。所述多部件集成板11上安装有温控装置和送风装置。所述温控装置包括制冷和制热装置。制冷装置为空调制冷机。制热装置可以是浴霸灯。所述送风装置可以是风扇。
所述试验箱9内部安装有温度传感器10、水位传感器II40。
所述试验箱9底部具有试验箱排水阀门16。
所述温度传感器10、水位传感器II40所采集的信号传递给PLC控制系统19。
试验开始前,通过PLC控制系统19控制水泵6,向所述试验箱9内部注入试验用腐蚀溶液。所述试验用腐蚀溶液淹没部分旋转支架14。
所述PLC控制系统19通过向温度及风速控制系统18发送信号来控制所述加热装置、制冷装置和吹风装置的启动。
实施例2:
本实施例公开了一种基于实施例1所述系统的变频干湿循环自动化试验方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)根据试验需求,制作若干(如图1所示的12个)试验试件22。将这些(如图1所示的12个)试验试件22安装在所述固定装置12上。
蓄水箱1内部储存预先配置的试验用腐蚀溶液。
2)参见图3,可根据试验需求,在控制界面20上设置相应的试验参数,包括:浪溅区的波浪频率f、单次干湿循环的浸湿时间t1,干湿循环次数n、设定目标温度Tt。
3)所述控制系统根据步骤2)的设定,计算并在控制界面20上显示(或部分显示)出以下参数:
旋转支架14旋转一周的时间,即周期T=1/f。
风干时间t2=T-t1。
旋转支架14旋转的总时间,即总的循环时间t=T×n。
试验箱9中的水位H=L-Rcos(ft1π),其中:R为旋转支架(14)的半径,L为旋转支架(14)转轴的高度,f为电机的转动频率(即:波浪频率),t1为单次干湿循环的浸湿时间。
4)所述控制系统根据步骤3)的计算结果和水位传感器4反馈的实时水位高度,启动水泵6,向试验箱9注入试验用腐蚀溶液,直至试验箱9水位等于H时,关闭水泵6和电磁阀7。
5)所述控制系统根据步骤2)设定的目标温度Tt和温度传感器10反馈的实时测量温度,通过所述温度控制装置来控制试验箱9内部的温度。
6)点击图3所示控制界面上的启动按钮,启动变频电机17,设定电机工作频率为f,即控制旋转支架14旋转一周的时间为周期T=1/f。
启用送风装置(旋转支架14上方的风扇),可以加速对试验试件22的风干。在试验运行过程中,根据试验的要求,若要令试件表面水分加速风干,可选择“启动”风控系统,若不需要,则选择“关闭”风控系统。在启动风控系统时,需要设置目标风速大小以及吹风时间这两个参数。在试验过程中,温度及风速控制系统18会根据实测的风速与目标风速之间的差异性来实时调整风扇扇叶产生的风量大小,保证二者在误差范围内能够保持一致。吹风时间可以与循环时间t相同,也可以不同,一旦吹风时间达到了设置的时间后,风控系统会自动停止并关闭。
圆形旋转支架14转动一周的时间为T,等同于一次波浪频率作用的时间,试验试件的腐蚀暴露面(顶面)暴露于试验箱水位13以上的时间为单次干湿循环的风干时间t2,而暴露于试验箱水位13以下的时间则为单次干湿循环的浸湿时间t1。上述过程即实现了在不同波浪频率作用下海洋浪溅区内试验试件的变频干湿循环模拟过程。
7)当变频电机17运行时间达到t后,控制系统发出关闭变频电机17和温度控制装置的指令。在旋转支架14停转后,取出试验试件22进行分析测试,即可用以开展后续相应的物理试验研究。
Claims (10)
1.一种变频干湿循环自动化试验系统,其特征在于:主要包括所述试验箱(9)、多部件集成板(11)、旋转支架(14)、底座(15)和控制系统;
所述试验箱(9)内部容纳多部件集成板(11)、旋转支架(14)和底座(15);
所述底座(15)固定在试验箱(9)内腔的底部;所述旋转支架(14)位于底座(15)上方的支撑柱的一侧;所述支撑柱上固定安装变频电机(17);所述旋转支架(14)安装在变频电机(17)的转轴上;
试验开始前,所述旋转支架(14)上固定若干试验试件(22);这些试验试件(22)环绕旋转支架(14)的旋转中心分布;
所述多部件集成板(11)固定在旋转支架(14)的上方;所述多部件集成板(11)上安装有温控装置和/或送风装置;
试验开始前,所述试验箱(9)内部注入试验用腐蚀溶液;所述试验用腐蚀溶液淹没部分旋转支架(14);
所述控制系统控制变频电机(17)的转动,以及所述加热装置、制冷装置和吹风装置的启动。
2.根据权利要求1所述的一种变频干湿循环自动化试验系统,其特征在于:
还包括一蓄水箱(1);
所述蓄水箱(1)上端具有外接水管(2)、底部具有蓄水箱排水阀门(5)、内部具有水位传感器I(4);
所述蓄水箱(1)通过防腐蚀水管(8)接入试验箱(9);
所述防腐蚀水管(8)串接水泵(6)和电磁阀(7);
所述蓄水箱(1)内部容纳待使用的所述试验用腐蚀溶液;
所述控制系统通过控制水泵(6)和电磁阀(7)的启闭,实现向试验箱(9)注入或回收试验用腐蚀溶液。
3.根据权利要求1或2所述的一种变频干湿循环自动化试验系统,其特征在于:
所述温控装置包括制冷和/或制热装置;
所述送风装置为风扇。
4.根据权利要求3所述的一种变频干湿循环自动化试验系统,其特征在于:
所述旋转支架(14)为圆盘状支架;该圆盘的侧面上,固定有若干试验试件固定装置(12);
所述试验试件固定装置(12)用于固定试验试件(22)。
5.根据权利要求4所述的一种变频干湿循环自动化试验系统,其特征在于:
所述试验试件固定装置(12)由螺杆(23)、固定挡板(24)、螺帽(25)和固定底座(26)组成;
所述固定底座(26)一侧的板面连接旋转支架(14)、另一侧的板面与其侧板和另一块固定挡板(24)组合成整体;
固定挡板(24)和固定底座(26)的侧板分别具有贯穿的通孔I和通孔II,固定挡板(24)和固定底座(26)侧板之间的部分用于容纳试验试件(22);
固定试验试件(22)时,所述两根螺杆(23)穿过通孔I和通孔II后,两端旋入螺帽(25)。
6.根据权利要求1或3所述的一种变频干湿循环自动化试验系统,其特征在于:所述试验箱(9)内部安装有温度传感器(10)、水位传感器II(40);
所述试验箱(9)底部具有试验箱排水阀门(16);
所述温度传感器(10)、水位传感器II(40)所采集的信号传递给控制系统。
7.根据权利要求1或3所述的一种变频干湿循环自动化试验系统,其特征在于:所述控制系统包括温度及风速控制系统(18)和PLC控制系统(19)。
8.根据权利要求7所述的一种变频干湿循环自动化试验系统,其特征在于:所述控制系统的预设参数通过显示屏界面(20)输入。
9.一种基于权利要求1所述系统的变频干湿循环自动化试验方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)制作试验试件(22),并将其安装在所述固定装置(12)上;
2)设定浪溅区的波浪频率f、单次干湿循环的浸湿时间t1,干湿循环次数n;
设定腐蚀环境的目标温度Tt。
3)所述控制系统根据步骤2)的设定,可计算出以下参数:
旋转支架(14)旋转一周的时间,即周期:T=1/f;
风干时间t2=T-t1;
旋转支架(14)旋转的总时间,即总的干湿循环时间t=T×n;
试验箱(9)中的水位H=L-Rcos(ft1π),其中:R为旋转支架(14)的半径,L为旋转支架(14)转轴的高度,f为电机的转动频率(即:波浪频率),t1为单次干湿循环的浸湿时间;
4)所述控制系统根据步骤3)的计算结果和水位传感器(4)反馈的实时水位高度,控制试验箱(9)进水或排水,直至试验箱(9)水位等于H;
5)启动变频电机(17),电机工作频率为f,工作时长为t;
6)所述控制系统根据步骤2)设定的目标温度Tt和温度传感器(10)反馈的实时测量温度,通过所述温度控制装置来控制试验箱(9)内部的温度;
7)当变频电机(17)运行时间达到t后,控制系统发出关闭变频电机(17)和温度控制装置的指令;待旋转支架(14)停转后,取出试验试件(22)。
10.根据权利要求9所述的一种变频干湿循环自动化试验方法,其特征在于:
步骤6)中,启用送风装置,加速对试验试件(22)的风干。
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