一种为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置

1.一种为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置，其特征在于，该装置设有控制系统和环境模拟系统，控制系统核心采用可编程控制器，环境模拟系统设有环境箱，以及分别与环境箱连接的人工海水循环回路、压缩空气通道和热风通道，人工海水循环回路、压缩空气通道和热风通道上分别设有磁力驱动循环泵、电磁式空气压缩机、电吹风机，可编程控制器分别通过输出端口连接磁力驱动循环泵、电磁式空气压缩机、电吹风机。
2.按照权利要求1所述的为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置，其特征在于，可编程控制器是工作时间、间歇时间、工作次数可调的顺序循环控制器，共有四通道，即：磁力驱动循环泵通道、电磁式空气压缩机通道、电吹风机通道和备用通道，通过改变程序就能对磁力驱动循环泵、电磁式空气压缩机、电吹风机的工作情况进行控制，实现多种控制方案。
3.按照权利要求1所述的为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置，其特征在于，人工海水循环回路上设有储水罐(2)、磁力驱动循环泵(4)，储水罐(2)底部的循环出水口处的管路上设有磁力驱动循环泵(4)，磁力驱动循环泵(4)的出口分两路，这两路分别连接到两个喷嘴(7)的一个进口。
4.按照权利要求1所述的为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置，其特征在于，压缩空气通道上设有电磁式空气压缩机(1)，电磁式空气压缩机(1)的出口分两路，这两路分别连接到两个喷嘴(7)的一个进口。
5.按照权利要求3或4所述的为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置，其特征在于，喷嘴(7)为三通结构，共有两个进口，一个通人工海水，另一个通压缩空气，还有一个出口；喷嘴(7)固定在环境箱(10)的喷嘴孔(15)上。
6.按照权利要求1所述的为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置，其特征在于，热风通道上设有电吹风机(12)，电吹风机(12)出口分两路，这两路分别连接到环境箱上的两个吹风孔(13)。
7.按照权利要求1所述的为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置，其特征在于，环境箱(10)采用有机玻璃制成，环境箱(10)共有八个不同尺寸的圆形孔，环境箱上下底板中间各有一个用来安装疲劳试样(8)的试样孔：上底板试样孔(14)和下底板试样孔(16)；环境箱(10)中间有5个孔，有4个圆心在同一高度、尺寸相同对开的孔，对开的孔两两成90度，其中两个对开的孔为喷嘴孔(15)，另外两个对开的孔为吹风孔(13)，在这4个孔的上方有一排气孔(9)；环境箱(10)的下底板开有出水孔(6)。
8.按照权利要求7所述的为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置，其特征在于，环境箱(10)上的排气孔(9)通过管路与排气罐(11)连通。
9.按照权利要求7所述的为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置，其特征在于，环境箱(10)底部的出水孔(6)通过管路与储水罐(2)连通。

一种为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置\n技术领域\n[0001] 本实用新型属于海洋环境的模拟领域，具体是一种为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置。\n背景技术\n[0002] 海洋钢结构长期在海水浸泡以及海风、海浪、海流、海冰和地震等作用下会发生腐蚀疲劳而导致整体结构抗力的下降，严重影响海洋钢结构的服役安全，甚至酿成重大恶性事故，造成巨大的经济损失、人员伤亡、环境污染和资源的浪费。海洋钢结构的腐蚀疲劳安全性评价和寿命预测是保障海洋工程设施经济、安全和长寿运行，避免重大恶性事故发生的有效途径，是建立海洋工程设施耐久性寿命设计、施工和安全服役标准规范的科学支撑。\n然而要在实验室中进行研究，首先要求能够在实验室模拟海洋环境，为开展腐蚀疲劳试验提供保证。典型的海洋环境由静止海水、流动海水、潮差带以及浪花飞溅区组成。特别是飞溅区，其特征为海水处于干湿交替状态。这一区域的腐蚀速度最大，危害也最大。当前，主要采用人工手动方法为实验室内的腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境，这种方法存在费时费力和控制不精确等缺点，而国内还没有制造能够为实验室内的腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境控制的装置。\n实用新型内容\n[0003] 本实用新型的目的在于提供一种为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置，以实现实验室内开展模拟海洋环境下的腐蚀疲劳试验，解决现有技术中存在的费时费力、控制不精确等缺点，用于模拟潮差区、流动海水区和海洋飞溅区等环境的腐蚀疲劳试验。\n[0004] 本实用新型的技术方案如下：\n[0005] 一种为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置，该装置设有控制系统和环境模拟系统，控制系统核心采用可编程控制器，环境模拟系统设有环境箱，以及分别与环境箱连接的人工海水循环回路、压缩空气通道和热风通道，人工海水循环回路、压缩空气通道和热风通道上分别设有磁力驱动循环泵、电磁式空气压缩机、电吹风机，可编程控制器分别通过输出端口连接磁力驱动循环泵、电磁式空气压缩机、电吹风机。\n[0006] 所述的为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置，可编程控制器是工作时间、间歇时间、工作次数可调的顺序循环控制器，共有四通道，即：磁力驱动循环泵通道、电磁式空气压缩机通道、电吹风机通道和备用通道，通过改变程序就能对磁力驱动循环泵、电磁式空气压缩机、电吹风机的工作情况进行控制，实现多种控制方案。\n[0007] 所述的为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置，人工海水循环回路上设有储水罐、磁力驱动循环泵，储水罐底部的循环出水口处的管路上设有磁力驱动循环泵，磁力驱动循环泵的出口分两路，这两路分别连接到两个喷嘴的一个进口。\n[0008] 所述的为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置，压缩空气通道上设有电磁式空气压缩机，电磁式空气压缩机的出口分两路，这两路分别连接到两个喷嘴的一个进口。\n[0009] 所述的为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置，喷嘴为三通结构，共有两个进口，一个通人工海水，另一个通压缩空气，还有一个出口；喷嘴固定在环境箱的喷嘴孔上。\n[0010] 所述的为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置，热风通道上设有电吹风机，电吹风机出口分两路，这两路分别连接到环境箱上的两个吹风孔。\n[0011] 所述的为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置，环境箱采用有机玻璃制成，环境箱共有八个不同尺寸的圆形孔，环境箱上下底板中间各有一个用来安装疲劳试样的试样孔：上底板试样孔和下底板试样孔；环境箱中间有5个孔，有4个圆心在同一高度、尺寸相同对开的孔，对开的孔两两成90度，其中两个对开的孔为喷嘴孔，另外两个对开的孔为吹风孔，在这4个孔的上方有一排气孔；环境箱的下底板开有出水孔。\n[0012] 所述的为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置，环境箱上的排气孔通过管路与排气罐连通。\n[0013] 所述的为腐蚀疲劳试验提供模拟海洋环境的控制装置，环境箱底部的出水孔通过管路与储水罐连通。\n[0014] 本实用新型的有益效果是：\n[0015] 1、本实用新型的控制装置主要由以下两个系统组成：控制系统、环境模拟系统，在这两个系统的配合下，本实用新型装置可以为实验室内开展模拟海洋环境下的腐蚀疲劳试验提供模拟环境及相应的参数控制。\n[0016] 2、本实用新型的控制系统可以对海洋环境各参数进行精确到秒的控制，通过控制器的编程，可以实现不同间隔比例的潮差区和海洋飞溅区的模拟。该装置操作简便，并可做到自动控制，不需要人工值守，可完成超强度(或长时间)的模拟海洋环境下的腐蚀疲劳试验任务。\n[0017] 3、本实用新型的环境模拟系统可以进行海水流动区、潮差区和浪花飞溅区的模拟，通过阀门，可以调节人工海水流速以及浪花飞溅的强度和速度，进行不同海区的模拟。\n附图说明\n[0018] 图1(a)-(b)为环境模拟系统结构图。其中，图1(a)为主视图；图1(b)为侧视图。\n[0019] 图中，1-电磁式空气压缩机；2-储水罐；3-阀门；4-磁力驱动循环泵；5-劳试验机；6-出水孔；7-喷嘴；8-劳试样；9-非气孔；10-环境箱；11-排气罐；12-电吹风机；\n13-吹风孔；→海水流动方向； 空气流动方向。\n[0020] 图2为环境控制系统的电路图。\n[0021] 图3(a)-(c)为环境箱结构图。其中，图3(a)为主视图；图3(b)为俯视图；图3(c)为侧视图。\n[0022] 图中，6-出水孔；9-排气孔；13-吹风孔；14-上底板试样孔；15-喷嘴孔；16-下底板试样孔。\n具体实施方式\n[0023] 如图1-3所示，本实用新型的控制装置主要由控制系统、环境模拟系统两个系统组成，其中控制系统能对人工海水循环和干湿交替时间进行编程控制，可精确到秒，环境模拟系统能进行海水流动区、潮差区和浪花飞溅区的模拟。与疲劳试验程序配合，该装置可实现多种环境谱和载荷谱组合的海洋环境下的腐蚀疲劳试验。操作简便，无需人工值守，因而能完成强负荷(超强度或长时间)的腐蚀疲劳试验任务。具体如下：\n[0024] 如图1、3所示，环境模拟系统包括：人工海水循环回路、压缩空气通道和热风通道。其中，\n[0025] 人工海水循环回路的结构及工作原理为：储水罐2储存着一定量的人工海水，其底部的循环出水口处的管路上设有阀门3和磁力驱动循环泵4，阀门3用来调节循环回路中的人工海水流量，磁力驱动循环泵4可将储水罐2内的人工海水泵到循环回路中循环，而后通过磁力驱动循环泵4出口处的三通将人工海水分成两个回路，分别连接到两个具有三通结构的喷嘴7的一个进口(每个喷嘴共有两个进口，一个通人工海水，另一个通压缩空气；\n另外，还有一个出口)，喷嘴7固定在环境箱10的喷嘴孔15上。人工海水和压缩空气在喷嘴内混合产生雾状液滴，雾状液滴通过两个喷嘴7的出口喷射到疲劳试样8的两个表面。而后人工海水顺着疲劳试样8表面流到环境箱10底部，最后人工海水经管路从环境箱10底部的出水孔6流回到储水罐2，完成人工海水的循环。\n[0026] 压缩空气通道的结构及工作原理为：压缩空气由电磁式空气压缩机1产生，先通过电磁式空气压缩机1出口处的三通装置将压缩空气分成两个回路，而后将两个回路分别连接到两个喷嘴7的一个进口(另一进口通人工海水)。人工海水和压缩空气在喷嘴内混合产生雾状液滴，喷射到疲劳试样8表面，最后环境箱10内的空气通过环境箱10上的排气孔9和一个装有一定量水的排气罐11排放到大气中，环境箱10上的排气孔9通过管路与排气罐11连通。\n[0027] 热风通道的结构及工作原理为：热风由电吹风机12产生，先通过电吹风机12出口处的三通装置将热风分成两个回路，而后将两个回路分别连接到环境箱上的两个吹风孔\n13，通过吹风孔13对疲劳试样8表面进行吹风干燥，最后热风通过环境箱10上的排气孔9和一个装有一定量水的排气罐11排放到大气中。\n[0028] 如图3(a)-(c)所示，本实用新型中的环境箱10采用有机玻璃制成，环境箱共有八个不同尺寸的圆形孔，环境箱上下底板中间各有一个试样孔：上底板试样孔14和下底板试样孔16，用来安装疲劳试样8。环境箱中间有5个孔，有4个圆心在同一高度、尺寸相同对开的孔，对开的孔两两成90度，其中两个对开的孔为喷嘴孔15，另外两个对开的孔为吹风孔13，在这4个孔的上方有一排气孔9，用来将空气排出环境箱10。环境箱的下底板开有另一个孔，为出水孔6。\n[0029] 如图2所示，控制系统是工作时间、间歇时间、工作次数可调的顺序循环控制器，核心采用可编程控制器，共有四通道，即：磁力驱动循环泵通道、电磁式空气压缩机通道、电吹风机通道和备用通道。通过改变程序就能对磁力驱动循环泵、电磁式空气压缩机、电吹风机的工作情况进行控制，实现多种控制方案。控制系统的各部分的连接关系及工作过程如下：\n[0030] 控制系统主要由可编程控制器PLC进行控制，其各部分的连接关系如图2所示。其中，Y0，Y1，Y2，Y3为可编程控制器PLC的输出端口，每个输出端口所在的回路上分别连有回路保险、继电器、时间显示表、插座；FU1，FU2，FU3，FU4，FU5，FU6，FU7为回路保险；KM1，KM2，KM3，KM4为继电器；KT1，KT2，KT3，KT4为时间显示表；CA1，CA2，CA3，CA4为插座；SB1为急停按钮，SB2为电源开关。其中，\n[0031] 三个输出端口Y0，Y1，Y2分别连接磁力驱动循环泵、电磁式空气压缩机、电吹风机，另一输出端口Y3为备用端口。输出端口Y0所在的回路上连有继电器KM1、时间显示表KT1、回路保险FU4和插座CA1，输出端口Y1所在的回路上连有继电器KM2、时间显示表KT2、回路保险FU5和插座CA2，输出端口Y2所在的回路上连有继电器KM3、时间显示表KT3、回路保险FU6和插座CA3，输出端口Y3所在的回路上连有继电器KM4、时间显示表KT4、回路保险FU7和插座CA4，在回路总线L上设有回路保险FU1、回路保险FU2和急停按钮SB1，在回路总线N上设有回路保险FU3和电源开关SB2。\n[0032] 控制系统工作时，由可编程控制器PLC通过编制的程序按顺序打开或关闭输出端口Y0、Y1、Y2、Y3，继电器KM1、KM2、KM3、KM4随之吸合或释放，与此同时插座CA1、CA2、CA3、CA4将处于有电或无电状态，并带动负载进行工作或停车。时间显示表KT1、KT2、KT3、KT4将显示负载工作或停车的时间。\n[0033] 工作时，运行这套海洋环境模拟装置，包括如下步骤：\n[0034] 1、将疲劳试样8通过橡皮塞固定到环境箱10的试样孔中，而后采用硅胶将疲劳试样8与橡皮塞、橡皮塞与环境箱之间的间隙进行密封。等硅胶干燥后，即可将疲劳试样8在疲劳试验机5上进行装样。\n[0035] 2、根据试验要求，选择不同的环境模拟系统。对于潮差区和流动海水区的模拟，只需选用人工海水循环回路，不需要压缩空气通道和热风通道。浪花飞溅区的模拟需要人工海水循环回路、压缩空气通道和热风通道，根据选定的回路和通道，将磁力驱动循环泵、电磁式空气压缩机、电吹风机、三通、阀门、环境箱等设备通过管路进行正确的连接。\n[0036] 3、根据环境参数，对控制系统的不同通道的工作时间、间歇时间、工作次数进行编程控制，得到预期的潮差区时间间隔比或者飞溅区的干湿交替时间比。\n[0037] 本实施例中，进行浪花飞溅区模拟环境下的腐蚀疲劳试验。人工海水成分如表1所示，人工海水循环速度：120ml/min。\n[0038] 表1人工海水成分\n[0039] \n组分 NaCl MgCl2·6H2O Na2SO4 CaCl2 KCl NaHCO3 KBr H3BO3 SrCl2·6H2O NaF\n含量(g/l)24.53 11.11 4.09 1.16 0.695 0.201 0.10 0.027 0.04 0.003\n[0040] 本实施例中，模拟浪花飞溅区时的环境参数，即不同通道的工作时间、间歇时间、工作次数举例如下：人工海水循环回路的工作时间可设为10分钟，间歇时间为10分钟；同时压缩空气通道的工作时间为10分钟，间歇时间为10分钟；而热风通道的工作时间为2分钟；间歇时间为18分钟。\n[0041] 4、在储水罐中装入一定数量的人工海水，将选定的磁力驱动循环泵、电磁式空气压缩机、电吹风机电源线插入控制系统的相应通道。\n[0042] 5、对疲劳试验机5的参数进行设定，等再次检查各回路和通道，确定无误后，即可进行试验。试验过程中，可以通过阀门来调节人工海水流速以调节浪花飞溅的强度和速度。\n[0043] 本实施例中，疲劳试验机5的具体参数设定如下：频率：1Hz；波型：正弦波；载荷控制，应力比：0；最大应力：400MPa，最小应力：0MPa。\n[0044] 6、试验结束，先关闭阀门，再关闭控制系统，将各管路、三通等装置拆除，最后将疲劳试样从疲劳试验机5上卸下。\n[0045] 实施例结果表明，本实用新型中的控制系统能对人工海水循环和干湿交替时间进行编程控制，可精确到秒。本实用新型中的环境模拟系统能进行海水流动区、潮差区和浪花飞溅区的模拟。与疲劳试验程序配合，该装置可实现多种环境谱和载荷谱组合的海洋环境下的腐蚀疲劳试验。操作简便，无需人工值守，因而能完成强负荷的腐蚀疲劳试验任务。