CN205898649U - 一种涂层耐候性试验设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种涂层耐候性试验设备，涉及化工试验设备领域，包括：风洞，控温机构，沙尘模拟机构和覆冰模拟机构，其中：风洞内部设有试样放置台，试样放置台用于放置测试试样；控温机构包括压缩机，冷凝器和加热器；控温机构与风洞连接，用于调节风洞内部的温度；沙尘模拟机构包括供料组件，风洞加速组件和收尘组件；供料组件将收尘组件收集的颗粒物送至风洞内部；风洞加速组件对供料组件送至的颗粒物进行加速；覆冰模拟机构与风洞连接，用于向风洞提供冻霜和冻雨环境；冻霜和冻雨的温度由控温机构调节。本实用新型可以模拟高温气候或者严寒气候中各等级沙尘气候或雨霜覆冰气候，可以进行动态模拟测试实验，也可以进行静态测试实验。
Description
技术领域
本实用新型涉及化工试验设备领域，尤其涉及一种涂层耐候性试验设备。
背景技术
我国风电产业发展势头良好，新增风电装机总量刷新历史记录。据统计，到2015年底，我国风电装机累计达1亿千瓦，作为风电产业配套产业，风电涂料市场需求量随着风电产业的快速发展而增加。我国的风场大多位于“三北”地区(东北、华北、西北)，风沙冲击严重，昼夜温差大，气候相当恶劣，叶片在高速运转时，会受到各类风沙的袭击和雨雪的冲刷，因此对风电涂料的耐磨性、抗石击性及防覆冰性能提出了较高要求。目前涂料行业亟需解决风电涂料对环境适应性的问题，模拟各类风沙和雨霜对叶片表面涂层及塔筒表面涂层的冲刷破坏是十分有必要的，同时还可以进行加速实验，然而目前市场上没有此类同时用于模拟风沙气候和雨霜气候的设备。国家电网公司的专利(申请号：201410041844.0)实用新型了覆冰试验气候箱，只能用于模拟覆冰试验，不能用于同时模拟“三北”地区的沙尘环境和雨霜环境。
实用新型内容
为了解决上述现有技术中的设备无法同时模拟沙尘气候和冰雪气候的环境，本实用新型提供一种涂层耐候性试验设备，包括：风洞，控温机构，沙尘模拟机构和覆冰模拟机构，其中：
所述风洞内部设有试样放置台，所述试样放置台用于放置测试试样；
所述控温机构包括压缩机，冷凝器和加热器；所述控温机构与所述风洞连接，用于调节所述风洞内部的温度；
所述沙尘模拟机构包括供料组件，风洞加速组件和收尘组件；所述供料组件将所述收尘组件收集的颗粒物送至所述风洞内部；所述风洞加速组件对所述供料组件送至的颗粒物进行加速；
所述覆冰模拟机构与所述风洞连接，用于向所述风洞提供冻霜和冻雨环境；所述冻霜和冻雨的温度由所述控温机构调节。
进一步地，所述风洞内部还设有速度传感器和滚动角测量装置；
所述速度传感器用于测量风洞内部气流的速度；
所述滚动角测量装置用于测量所述测试试样表面液滴的滚动角。
进一步地，所述风洞内部还设有导流板；所述导流板由框架和百叶窗叶片组成；所述导流板用于对颗粒物流的方向进行调节。
进一步地，所述供料组件由分沙箱和抽砂泵组成；
所述风洞加速组件由加速器和增压风机组成；
所述收尘组件为袋式除尘器；
所述抽砂泵将所述袋式除尘器收集的颗粒物重新抽至所述分沙箱；所述分沙箱连续为所述风洞提供颗粒物；所述加速器对所述分沙箱提供的颗粒物进行加速；所述增压风机对已加速的颗粒物进行扰动。
进一步地，所述沙尘模拟机构和所述覆冰模拟机构均与所述控温机构连接。
进一步地，所述风洞的底部为漏斗状。
进一步地，所述供料组件还设有出沙流量计。
进一步地，还包括激光粒子图像测速机构；
所述激光粒子图像测速机构包括激光发射器，CCD相机，同步机和计算机，用于监控风洞内部颗粒物和液滴与所述测试试样图层的撞击过程和磨损情况。
进一步地，所述试样放置台为旋转加速试样放置台。
进一步地，所述风洞设有观察窗口。
本实用新型提供的涂层耐候性试验设备通过设置风洞，控温机构，沙尘模拟机构，覆冰模拟机构和激光粒子图像测速机构，控温机构使风洞内温度在-30℃～+60℃范围内可调，沙尘模拟机构和覆冰模拟机构模拟风机叶片表面涂层遭受风沙侵蚀和覆冰所需的自然环境条件，可以模拟各等级沙尘气候和雨霜覆冰气候，可以进行动态模拟测试实验也可以进行静态测试实验。涂层耐候性试验设备中设计激光粒子图像测速仪来获取颗粒物和液滴运动瞬时图像加以分析得到风沙流中颗粒物和冻霜、冻雨过程中液滴的速度变化情况，以及对颗粒物和液滴在涂层表面的撞击过程进行监测。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型提供的涂层耐候性试验装置结构示意图。
附图标记
100风洞 101试样放置台 102测试试样
103压缩机 104冷凝器 105加热器
106速度传感器 107导流板 201分沙箱
202抽砂泵 203加速器 204增压风机
205袋式除尘器 206出沙流量计 301激光发射器
302CCD相机 303同步机 304计算机
401空气压缩机 402增压隔膜水泵 403雾化喷头
404喷雨喷头 405管式换热器 406通气管
407第一通液管 408第二通液管 409抽水泵
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1为本实用新型提供的涂层耐候性试验装置结构示意图，如图1所示：涂层耐候性试验设备，包括：风洞100，控温机构，沙尘模拟机构和覆冰模拟机构，其中：所述风洞100内部设有试样放置台101，所述试样放置台101用于放置测试试样102；所述控温机构包括压缩机103，冷凝器104和加热器105；所述控温机构与所述风洞100连接，用于调节所述风洞100内部的温度；所述沙尘模拟机构包括供料组件，风洞加速组件和收尘组件；所述供料组件将所述收尘组件收集的颗粒物送至所述风洞100内部；所述风洞加速组件对所述供料组件送至的颗粒物进行加速；所述覆冰模拟机构与所述风洞100连接，用于向所述风洞100提供冻霜和冻雨环境；所述冻霜和冻雨的温度由所述控温机构调节。
具体实施时，将测试试样102置于试样放置台101上。压缩机103，冷凝器104和加热器105使风洞100内具有一定的气流，气流的温度在-30℃～+60℃范围可调，温度可精确到小数点后1位。沙尘模拟机构和覆冰模拟机构采用同一个控温机构进行加热或者冷却，既可以模拟高温气候，例如戈壁滩夏季炎热气候刮沙尘暴、多雨时测试试样102的工作环境；也可以模拟严寒时，例如戈壁滩冬季严寒气候刮沙尘暴、冻雨时测试试样102的工作环境。沙尘模拟机构的供料组件为风洞100提供颗粒物模拟不同级别的沙尘气候，风洞加速组件对供料组件送至的颗粒物进行加速，模拟测试试样102位于沙尘气候环境中的颗粒物对涂层的磨损状况。覆冰模拟机构主要在风洞100内部模拟大雨、小雨和大雾弥漫等自然气候环境，模拟测试试样102在此类恶劣环境条件下液滴对涂层的磨损影响。
本实用新型提供的涂层耐候性试验设备通过设置控温机构使测试试样在风洞内进行高温或者低温试验，通过设置沙尘模拟机构和覆冰模拟机构模拟风机叶片表面涂层遭受高温气候或者低温气候时风沙侵蚀和覆冰所需的各级别沙尘和冰雪自然环境条件，操作方便，为各类涂料尤其是耐风沙涂料和防覆冰涂料的性能评价、评级提供了试验平台。
优选地，所述风洞100内部还设有速度传感器106和滚动角测量装置；所述速度传感器106用于测量风洞100内部气流的速度；所述滚动角测量装置用于测量所述测试试样102表面液滴的滚动角。
具体实施时，速度传感器106用于监控和调节风洞100内的气流。为了便于计算，将风洞100内部流场进行适当的简化，设定颗粒物的入射速度等于气流速度，颗粒物在涂层表面的撞击速度由激光粒子图像测速仪测得，颗粒物的碰撞速度也是影响试样冲蚀率的重要因素之一，测得的结果以实际测量值为准。风洞试验中颗粒物入射速度可根据某地区实际情况设定，设定范围为9～35m/s。表1为风力等级表，根据平均风速设计气体的入射速度。
表1风力(风速)等级表
| 风力等级 | 风速范围m/s | 平均风速m/s |
| 1 | 0.3～1.5 | 1 |
| 2 | 1.6～3.4 | 2 |
| 3 | 3.5～5.5 | 4 |
| 4 | 5.6～8.0 | 7 |
| 5 | 8.1～10.8 | 9 |
| 6 | 10.9～13.9 | 12 |
| 7 | 14.0～17.2 | 16 |
| 8 | 17.3～20.8 | 19 |
| 9 | 20.9～24.8 | 23 |
| 10 | 24.9～28.8 | 26 |
| 11 | 28.9～33.6 | 31 |
| 12 | 33.7～38.6 | 35 |
具体实施时，风洞100内部的气流速度可达到30m/s。
优选地，所述风洞100内部还设有导流板107；所述导流板107由框架和百叶窗叶片组成；所述导流板107用于对颗粒物流的方向进行调节。百叶窗叶片可旋转不同的角度，优选地，百叶窗叶片可旋转30°，60°和90°。影响材料冲蚀磨损的因素很多，包括碰撞速度、碰撞角度、颗粒物属性，规定初始气流方向与测试试样102表面切线方向的夹角为入射角，颗粒物与表面碰撞时冲击方向和表面切线方向的夹角为碰撞角，与之对应的颗粒物速度分别为入射速度和碰撞速度。由于颗粒物密度较空气大，在其自身惯性作用下，会向叶片的迎风面流动。同时，也有少量的颗粒物随气流一起向叶片背风面流动。颗粒物运动过程中，由于气流的携带及自身惯性的作用，与叶片表面涂层发生碰撞之后会反弹重新进入流道，所以气流中的颗粒物与叶片发生碰撞时的角度也不相同。通过调整导流板107上百叶窗叶片的角度来调整气体的入射角，实验可设置的入射角度为30°，60°和90°。
优选地，所述供料组件由分沙箱201和抽砂泵202组成；所述风洞加速组件由加速器203和增压风机204；所述收尘组件为袋式除尘器205；所述抽砂泵202将所述袋式除尘器205收集的颗粒物重新抽至所述分沙箱201；所述分沙箱201连续为风洞100提供颗粒物，分沙箱201可分开放置不同地区的颗粒物；所述加速器203对所述分沙箱201提供的颗粒物进行加速；所述增压风机204对已加速的颗粒物进行扰动。
具体实施时，袋式除尘器205设置于风洞100的底部，便于颗粒物的回收。加速器203通过空气压缩机401对颗粒物进行加速。增压风机204对已加速的颗粒物进行扰动，进一步加速颗粒物，使颗粒物在风洞100内均匀分布。
优选地，所述沙尘模拟机构和所述覆冰模拟机构均与所述控温机构连接。控温机构与沙尘模拟机构和覆冰模拟机构连接，即可在颗粒物和水滴进入风洞100之前预先进行加热或者冷冻，更好地模拟实际的气候环境。
优选地，所述风洞100的底部为漏斗状。风洞100底部为漏斗状，并设有出口，出口与袋式除尘器205相连。风洞100内部的颗粒物速度降低后，依靠自身重力，直接落入袋式除尘器205。
较佳地，所述供料组件还设有出沙流量计206。具体实施时，出沙流量计206用于计算并调节出沙量，控制风洞100内部不同的沙尘环境。根据近年来对我国沙尘天气过程中颗粒物浓度的统计，对沙尘天气进行了定量分级，沙尘天气分级为浮尘、扬尘、沙尘暴、强沙尘暴，每小时总悬浮微粒(Total Suspended Particulate，简称TSP)(单位：mg/m3)限值分别是：1.0≤TSP＜2.0、2.0≤TSP＜5.0、5.0≤TSP＜9.0、TSP≥9.0。沙尘模拟机构可选用不同地区的沙尘颗粒物进行实际模拟，也可选用200目的沙尘颗粒物，以2g/min的速度往风洞100内部进行喷砂，模拟效果比强沙尘暴的环境还恶劣，足够满足测试试样102工作环境的模拟。沙尘颗粒物的速度可通过加速器203进行调节。
覆冰模拟机构包括喷淋组件和水气制冷组件；喷淋组件包括空气压缩机401，增压隔膜水泵402，雾化喷头403和喷雨喷头404；水气制冷组件为管式换热器405；空气压缩机401通过通气管406与雾化喷头403连接；增压隔膜水泵402通过第一通液管407与雾化喷头403连接；增压隔膜水泵402通过第二通液管408与喷雨喷头404连接；通气管406，第一通液管407和第二通液管408均穿过管式换热器405。
具体实施时，空气压缩机401为雾化喷头403提供气流，增压隔膜水泵402为雾化喷头403和喷雨喷头404提供水流。雾化喷头403和喷雨喷头404可以单独工作也可以同时工作。单独工作时，雾化喷头403容易制造雾凇结冰，喷雨喷头404容易制造雨凇结冰。雾化喷头403和喷雨喷头404同时工作时容易制造混合淞结冰。覆冰模拟机构水气制冷机构采用管式换热器405制冷。管式换热器405制冷换热面积大，换热效率高、温度控制准确，通气管406、第一通液管407和第二通液管408穿过管式换热器405内部，制冷剂在通气管406和通液管(407和408)管外进行循环制冷，使喷淋组件用水水温和用气温度在-2℃～5℃范围内可调，温度可精确到小数点后1位，保证能够稳定的为喷淋组件提供过冷水。风洞100的底部设有出水口，出水口与抽水泵409连接，便于风洞100内部的水排出。
优选地，所述涂层耐候性试验设备还包括激光粒子图像测速机构；所述激光粒子图像测速机构包括激光发射器301，CCD相机302，同步机303和计算机304。激光粒子图像测速机构用于监控风洞100内部颗粒物和液滴与测试试样102图层的撞击过程和磨损情况。激光粒子图像测速机构基于流动图像显示处理技术对风洞100内粒子同时进行多点测量来获取颗粒物和液滴运动瞬时图像加以分析得到风沙流中颗粒物和冻霜、冻雨过程中液滴的速度变化情况，以及对颗粒物和液滴在涂层表面的撞击过程进行监测。
较佳地，所述试样放置台101为旋转加速试样放置台。旋转加速试样放置台角度在0°～90°范围可调。旋转加速试样放置台既可以使测试试样102处于静止状态进行静态测试实验，也可以使测试试样102模拟实际转动状态进行动态测试。同时，旋转加速试样放置台还可用于配合激光粒子图像测速机构对测试试样102在沙尘或冻霜冻雨环境中的表面磨损情况进行检测。
优选地，所述风洞100设有观察窗口，便于模拟试验的实时观察。
最后应说明的是以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种涂层耐候性试验设备，其特征在于，包括：风洞(100)，控温机构，沙尘模拟机构和覆冰模拟机构，其中：
所述风洞(100)内部设有试样放置台(101)，所述试样放置台(101)用于放置测试试样(102)；
所述控温机构包括压缩机(103)，冷凝器(104)和加热器(105)；所述控温机构与所述风洞(100)连接，用于调节所述风洞(100)内部的温度；
所述沙尘模拟机构包括供料组件，风洞加速组件和收尘组件；所述供料组件将所述收尘组件收集的颗粒物送至所述风洞(100)内部；所述风洞加速组件对所述供料组件送至的颗粒物进行加速；
所述覆冰模拟机构与所述风洞(100)连接，用于向所述风洞(100)提供冻霜和冻雨环境；所述冻霜和冻雨的温度由所述控温机构调节。
2.根据权利要求1所述的涂层耐候性试验设备，其特征在于：所述风洞(100)内部还设有速度传感器(106)和滚动角测量装置；
所述速度传感器(106)用于测量风洞(100)内部气流的速度；
所述滚动角测量装置用于测量所述测试试样(102)表面液滴的滚动角。
3.根据权利要求1所述的涂层耐候性试验设备，其特征在于：所述风洞(100)内部还设有导流板(107)；所述导流板(107)由框架和百叶窗叶片组成；所述导流板(107)用于对颗粒物流的方向进行调节。
4.根据权利要求1所述的涂层耐候性试验设备，其特征在于：
所述供料组件由分沙箱(201)和抽砂泵(202)组成；
所述风洞加速组件由加速器(203)和增压风机(204)组成；
所述收尘组件为袋式除尘器(205)；
所述抽砂泵(202)将所述袋式除尘器(205)收集的颗粒物重新抽至所述分沙箱(201)；所述分沙箱(201)连续为所述风洞(100)提供颗粒物；所述加速器(203)对所述分沙箱(201)提供的颗粒物进行加速；所述增压风机(204)对已加速的颗粒物进行扰动。
5.根据权利要求1所述的涂层耐候性试验设备，其特征在于：所述沙尘模拟机构和所述覆冰模拟机构均与所述控温机构连接。
6.根据权利要求1所述的涂层耐候性试验设备，其特征在于：所述风洞(100)的底部为漏斗状。
7.根据权利要求1所述的涂层耐候性试验设备，其特征在于：所述供料组件还设有出沙流量计(206)。
8.根据权利要求1所述的涂层耐候性试验设备，其特征在于：还包括激光粒子图像测速机构；
所述激光粒子图像测速机构包括激光发射器(301)，CCD相机(302)，同步机(303)和计算机(304)，用于监控风洞(100)内部颗粒物和液滴与所述测试试样(102)图层的撞击过程和磨损情况。
9.根据权利要求8所述的涂层耐候性试验设备，其特征在于：所述试样放置台(101)为旋转加速试样放置台。
10.根据权利要求1～9任一项所述的涂层耐候性试验设备，其特征在于：所述风洞(100)设有观察窗口。
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