CN203981554U - 一种模拟深海环境的老化试验装置 - Google Patents

Abstract

一种模拟深海环境的老化试验装置属于环境试验设备技术领域，其结构主要包括配海水箱和高压试验容器，配海水箱用于实现能均匀调制试验用的海水溶液；高压试验容器利用高压泵、单向阀、PLC控制器完成增压功能，高压试验容器内部的两组换热管道和外接的压缩机组通过PLC控制器完成容器内部的温度调节；高压试验容器壁开有四个对称分布的视镜，中间开有一人孔；配置的抽水泵、抽水阀、排水阀、PLC控制器实现对配海水箱内海水溶液抽排；老化试验装置还设置电气控制柜、电源接头、电源总开关、触摸控制屏。本实用新型结构简单、操作方便，自动化程度高，可在实验室内实现对不同温度不同压力的深海环境模拟，为科学研究材料腐蚀老化性能提供试验环境。

Description

一种模拟深海环境的老化试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种模拟深海环境的老化试验装置，包含有一配海水箱，该配水箱用于盛装已调制好的海水溶液，一海水温度调节控制系统，用于产生不同温度海水以模拟不同深度的海洋温度，一高压试验容器，用于产生不同深度的海水压力以模拟各种深海环境，以及一套老化试验控制系统的软硬件配置。 

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、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、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深海浸泡、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深海老化试验系统，在实验室内模拟出不同深度海洋压力、不同海洋温度下的海水环境，有助于长时间、持续、纵深开展深海环境老化试验研究工作，这将为实海环境中使用的生产设备设计和维护提供客观数据，为研究材料的深海环境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

本实用新型的目的是：设计开发一种模拟深海环境的老化试验装置，在实验室内模拟不同气候条 件下的深海海洋环境，为研究材料在深海环境下浸泡、腐蚀行为和探索材料在深海环境下老化失效机理提供试验环境。 

为了实现上述目的，本实用新型发明采用以下技术予以实现：一种模拟深海环境的老化试验装置包括配海水箱、高压试验容器、进水管道、增压管道、溢压管道、排水管道以及电气控制柜；配海水箱内部装有自动搅拌装置；配海水箱下方设置有一通过一组支撑架联接的高压试验容器；高压试验容器的外形结构制成圆筒形增强其抗压能力，高压试验容器表面开有对称分布的四个视镜，高压试验容器表面中间位置开有一用于装卸试件的人孔，高压试验容器内部装有两组换热管道，换热管的外表面制成螺纹状以增大换热面积，高压试验容器一侧外接与换热管道配合压缩机组；进水管道和进水阀安装于配海水箱与高压试验容器之间；增压管道位于配海水箱一侧，增压管道中设置有高压泵和单向阀；溢压管道位于配海水箱另一侧，溢压管道中设置有溢压阀；抽水管道位于配海水箱中间侧，抽水管道中设置有抽水泵和抽水阀；排水管道位于配海水箱底部一侧，排水管道中设置有排水阀；电气控制柜由触摸控制屏、电源接头、PLC控制器、电源总开关构成，PLC控制器与高压试验容器内部的压力传感器、温度传感器以及进水阀、高压泵、抽水阀、溢压阀、排水阀是电连接。 

本实用新型的结构可分为配海水箱、高压试验容器、水温调节装置和PLC控制器，配海水箱用于调制试验用海水溶液，通过PLC控制进水控制阀门给高压试验容器装海水溶液；高压试验容器利用高压泵实现对其增压，压力调节由溢压阀完成；水温调节由压缩机组、换热管路通过PLC控制完成，换热管；高压试验结束时，由抽水泵将高压容器内的海水溶液抽进配海水箱，然后经配海水箱下部的排水管路排净；增压过程、水温调节和排水过程都由PLC协调处理。 

本实用新型的配海水箱体选用的材料为耐腐蚀性耐高低温性好的改性聚丙烯热塑板；高压试验容器材料为316L不锈钢质，高压试验容器材质厚度是根据试验压力需要，进行特种压力校核后确定，为增强其抗压能力，高压试验容器外形结构是圆筒形，高压试验容器内部布置的隔板、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，为增大其换热面积，换热管的外表面形状是螺纹状。 

本实用新型的高压泵和抽水泵选用双相不锈钢质海水水泵，进水管道、增压管道、溢流管道和排水管道的管路选用316L不锈钢材质制作。 

本实用新型的高压试验容器的视镜材料采用耐高压的透明玻璃制作，玻璃厚度选择是依据耐高压的压力大小核算确定；在视镜外部安装有用于观察容器内部现象的视灯，视灯照射角度和位置设计成可以自由调节，以便于实现从一侧视镜上观察，另一侧视镜上视灯照射的目的。 

本实用新型结构简单、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不同位置的深海环境，实现对材料深海浸泡、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深海老化的加速试验，在较短的时间内取得大量试验数据，为研究材料深海腐蚀 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为本实用新型的试验装置的结构原理主视图 

图2为本实用新型的试验装置的结构原理侧视图 

图3为本实用新型控制柜结构原理示意图 

图4为本实用新型电路部分的连接框图 

1：配海水箱；2：搅拌装置；3：支撑架；4：进水管道；5：增压管道；6：进水阀门；7：换热管封头；8：换热管；9：内部温度传感器；10：高压试验容器；11：高压泵；12：单向阀；13：压力容器支撑；14：抽水泵；15：装试件的人孔；16：抽水阀；17：压缩机组；18：放试件隔板；19：内部压力传感器；20：视镜；21：溢压阀；22：排水阀；23：排水管道；24：抽水管道；25：溢流管道；26：触摸控制屏；27：电源接头；28：PLC控制器；29：总电源开关；30：电气控制柜。 

具体实施方式

下面通过具体的实施例，并结合附图，对本实用新型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，一种模拟深海环境的老化试验装置，包括有配海水箱1，配水箱1内部安装自动搅拌装置2，配水箱1与高压试验容器10是通过一组支撑架3联接，进水管道4安装在配海水箱1与高压试验容器10之间，配海水箱10可通过重力作用完成对高压试验容器的注水功能；在配海水箱10一侧安装有增压管道5，利用增压泵11和单向阀12通过PLC控制器28可完成对高压试验容器的增压至工作压力，当增压压力过高时，通过溢压阀21和溢压管道25降压，使高压试验容器内部保持在工作压力；高压试验容器壁开有四个视镜20，成对称分布，便于操作人员从外部观察到内部试件的老化状态；高压试验容器中间位置开有一人孔15，用于装卸试件；高压试验容器10内部安装两组换热管道8，与外接的压缩机组17配合，通过PLC控制器28实现对内部海水溶液的温度调节；若需要将高压试验容器内部的海水溶液抽空，抽水泵14和抽水阀16通过PLC控制器28协调配合将海水容器全部抽进配海水箱1，然后通过配海水箱1下部的排水管道23和排水阀22将全部海水溶液排空。 

本实用新型在使用时，首先，操作者需要事先在配海水箱1内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2搅匀；打开总电源开关29，操作者在触摸控制屏幕26上进行试验过程的设置，通过人机交互界面设定好温度交变压力试验温度、压力与试验时间； 

其次，按下触摸控制屏幕26上试验开始按钮，控制系统将会自动打开进水阀门6和溢压阀门21，当试验用液自动充满整个试验罐，系统自动关闭控制阀门；这时，PLC控制器控制高压泵11，通过高压单向阀12往高压试验容器10内注入海水溶液，增压到设定压力；当压力传感器13监测到容器内压力超过 预设定的安全压力时，系统会自动打开溢压阀21进行安全泄压。 

再次，当PLC控制器28监测到高压试验容器内部达到所需压力时，将会自动起动压缩机组17，PLC控制器28根据试验设定的温度控制压缩机组工作状态，对高压试验容器10内的海水进行升降温操作，当温度调节至设定温度值时，将会自动关闭压缩机组。 

然后，整个系统自动开始计时，并进入试验状态，当在温度交变压力试验过程中有温度损失超过规定的阈值限时，PLC控制器28将会重启压缩机组17进行温度补偿。当在试验过程中有压力损失超过规定的阈值限时，PLC控制器28将会重启高压泵11，进行压力补偿，温度与压力在试验过程中，将会实时监控，实时补偿，使其温度与压力达到试验规定要求，直至试验结束。 

当试验时间结束时，PLC控制器28将自动关闭压缩机组17和高压泵11，自动打开溢压阀21进行泄压，使高压试验容器10的溶液回归至常态。 

若要取出试件，需将高压试验容器10内的海水溶液排空，只需在触摸屏幕上点击起动抽水泵14，将会把高压试验容器10的海水溶液抽空，试验用海水溶液将全部移至配海水箱1内，点击触摸控制屏幕26上排空溶液按钮，PLC控制器28将会自动打开配海水箱10下方的排水阀22，将配海水箱10内的溶液全部排空。 

Claims (3)

1.一种模拟深海环境的老化试验装置，它包括配海水箱(1)、高压试验容器(10)、进水管道(4)、增压管道(5)、溢压管道(25)、抽水管道(24)、排水管道(23)以及电气控制柜(30)，其特征在于：所述的配海水箱(1)内部设置有自动搅拌装置(2)，配海水箱(1)下方设置有一通过一组支撑架(3)联接的高压试验容器(10)；所述的高压试验容器(10)表面开有对称分布的四个视镜(20)，高压试验容器(10)表面中间位置开有一用于装卸试件的人孔(15)，高压试验容器(10)内部装有两组换热管道(8)，高压试验容器(10)一侧外接与换热管道(8)配合压缩机组(17)；所述的进水管道(4)和进水阀(6)安装于配海水箱(1)与高压试验容器(10)之间；所述的增压管道(5)位于配海水箱(1)一侧，增压管道(5)中设置有高压泵(11)和单向阀(12)；所述的溢压管道(25)位于配海水箱(1)另一侧，溢压管道(25)中设置有溢压阀(21)；所述的抽水管道(24)位于配海水箱(1)中间侧，抽水管道(24)中设置有抽水泵(14)和抽水阀(16)；所述的排水管道(23)位于配海水箱(1)底部一侧，排水管道(23)中设置有排水阀(22)；所述的电气控制柜(30)由触摸控制屏(26)、电源接头(27)、PLC控制器(28)、电源总开关(29)构成，所述的PLC控制器(28)与高压试验容器(10)内部的压力传感器(19)、温度传感器(9)以及进水阀(6)、高压泵(11)、抽水阀(16)、溢压阀(21)、排水阀(22)电连接。

2.如权利要求1所述的一种模拟深海环境的老化试验装置，其特征在于：所述的高压试验容器(10)的外形结构是圆筒形。

3.如权利要求1所述的一种模拟深海环境的老化试验装置，其特征在于：所述的换热管(8)的外表面形状是螺纹状。