一種模擬深海環(huán)境的老化試驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】一種模擬深海環(huán)境的老化試驗(yàn)裝置屬于環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，其結(jié)構(gòu)主要包括配海水箱和高壓試驗(yàn)容器，配海水箱用于實(shí)現(xiàn)能均勻調(diào)制試驗(yàn)用的海水溶液；高壓試驗(yàn)容器利用高壓泵、單向閥、PLC控制器完成增壓功能，高壓試驗(yàn)容器內(nèi)部的兩組換熱管道和外接的壓縮機(jī)組通過PLC控制器完成容器內(nèi)部的溫度調(diào)節(jié)；高壓試驗(yàn)容器壁開有四個(gè)對稱分布的視鏡，中間開有一人孔；配置的抽水泵、抽水閥、排水閥、PLC控制器實(shí)現(xiàn)對配海水箱內(nèi)海水溶液抽排；老化試驗(yàn)裝置還設(shè)置電氣控制柜、電源接頭、電源總開關(guān)、觸摸控制屏。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，自動化程度高，可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)對不同溫度不同壓力的深海環(huán)境模擬，為科學(xué)研究材料腐蝕老化性能提供試驗(yàn)環(huán)境。
【專利說明】一種模擬深海環(huán)境的老化試驗(yàn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種模擬深海環(huán)境的老化試驗(yàn)裝置，包含有一配海水箱，該配水箱用于盛裝已調(diào)制好的海水溶液，一海水溫度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，用于產(chǎn)生不同溫度海水以模擬不同深度的海洋溫度，一高壓試驗(yàn)容器，用于產(chǎn)生不同深度的海水壓力以模擬各種深海環(huán)境，以及一套老化試驗(yàn)控制系統(tǒng)的軟硬件配置。

【背景技術(shù)】
[0002]海洋不僅是擁有著豐富資源的寶庫，還是人類生存與發(fā)展不可缺少的空間環(huán)境。21世紀(jì)以來，各國都非常重視海洋資源開發(fā)利用，我國是一個(gè)人口眾多，資源相對緊缺的國家，尤其人均資源占有量更是大大低于世界平均水平。然而我國擁有近300萬平方公里的管轄海域，大陸海岸線長達(dá)1.8萬公里，6500多個(gè)島嶼的岸線長1.4萬公里。開發(fā)海洋資源，發(fā)展沿海經(jīng)濟(jì)，對我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。
[0003]海洋資源的開發(fā)和利用離不開海上基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，船舶、港口設(shè)施及跨海大橋等海洋工程結(jié)構(gòu)使用大量的材料設(shè)備，而且投入量在逐年增加。由于海洋苛刻的自然環(huán)境，材料結(jié)構(gòu)的腐蝕、溶解、溶脹不可避免。金屬材料一旦發(fā)生海水腐蝕不僅影響材料的外觀，其機(jī)械性能將發(fā)生變化，喪失應(yīng)有的強(qiáng)度、硬度和韌性，直至材料完全失效結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。非金屬材料表面和海水介質(zhì)接觸后，海水溶液會逐漸擴(kuò)散到材料內(nèi)部，材料表面和內(nèi)部都可能產(chǎn)生一系列變化，如橡膠和塑料受溶劑作用后可能全部或部分溶解或溶脹，溶液浸入材料內(nèi)部后可引起溶脹或增重，表面會發(fā)生起泡、變粗糙、變色，內(nèi)部發(fā)生功能減弱或喪失；高分子有機(jī)物受海水介質(zhì)作用可能發(fā)生分解。據(jù)統(tǒng)計(jì)，船體大約90%的破壞歸因于材料功能喪失，材料在海洋環(huán)境中的浸泡、腐蝕失效數(shù)據(jù)積累及試驗(yàn)研究一直受到各國的重視。因此，針對材料的深海浸泡、腐蝕行為和材料功能失效機(jī)理研究開展一些有益探索工作，為海洋工程的設(shè)計(jì)、選材、防護(hù)及新材料開發(fā)提供依據(jù)，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0004]實(shí)海環(huán)境下研究不同材料深海浸泡、腐蝕行為和探索材料在海洋環(huán)境下老化失效機(jī)理更加客觀、真實(shí)，但由于實(shí)海環(huán)境影響因素復(fù)雜多變，在此情況下開展相關(guān)試驗(yàn)研究往往難以長時(shí)間持續(xù)進(jìn)行，同時(shí)由于實(shí)海環(huán)境惡劣，不利于相關(guān)科研活動深入開展，而研制一套模擬實(shí)海環(huán)境的深海老化試驗(yàn)系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬出不同深度海洋壓力、不同海洋溫度下的海水環(huán)境，有助于長時(shí)間、持續(xù)、縱深開展深海環(huán)境老化試驗(yàn)研究工作，這將為實(shí)海環(huán)境中使用的生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)和維護(hù)提供客觀數(shù)據(jù)，為研究材料的深海環(huán)境老化過程和材料功能失效機(jī)理，進(jìn)一步改善材料性能、提高材料質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的是:設(shè)計(jì)開發(fā)一種模擬深海環(huán)境的老化試驗(yàn)裝置，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬不同氣候條件下的深海海洋環(huán)境，為研究材料在深海環(huán)境下浸泡、腐蝕行為和探索材料在深海環(huán)境下老化失效機(jī)理提供試驗(yàn)環(huán)境。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型發(fā)明采用以下技術(shù)予以實(shí)現(xiàn):一種模擬深海環(huán)境的老化試驗(yàn)裝置包括配海水箱、高壓試驗(yàn)容器、進(jìn)水管道、增壓管道、溢壓管道、排水管道以及電氣控制柜；配海水箱內(nèi)部裝有自動攪拌裝置；配海水箱下方設(shè)置有一通過一組支撐架聯(lián)接的高壓試驗(yàn)容器；高壓試驗(yàn)容器的外形結(jié)構(gòu)制成圓筒形增強(qiáng)其抗壓能力，高壓試驗(yàn)容器表面開有對稱分布的四個(gè)視鏡，高壓試驗(yàn)容器表面中間位置開有一用于裝卸試件的人孔，高壓試驗(yàn)容器內(nèi)部裝有兩組換熱管道，換熱管的外表面制成螺紋狀以增大換熱面積，高壓試驗(yàn)容器一側(cè)外接與換熱管道配合壓縮機(jī)組；進(jìn)水管道和進(jìn)水閥安裝于配海水箱與高壓試驗(yàn)容器之間；增壓管道位于配海水箱一側(cè)，增壓管道中設(shè)置有高壓泵和單向閥；溢壓管道位于配海水箱另一側(cè)，溢壓管道中設(shè)置有溢壓閥；抽水管道位于配海水箱中間側(cè)，抽水管道中設(shè)置有抽水泵和抽水閥；排水管道位于配海水箱底部一側(cè)，排水管道中設(shè)置有排水閥；電氣控制柜由觸摸控制屏、電源接頭、PLC控制器、電源總開關(guān)構(gòu)成，PLC控制器與高壓試驗(yàn)容器內(nèi)部的壓力傳感器、溫度傳感器以及進(jìn)水閥、高壓泵、抽水閥、溢壓閥、排水閥是電連接。
[0007]本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)可分為配海水箱、高壓試驗(yàn)容器、水溫調(diào)節(jié)裝置和PLC控制器，配海水箱用于調(diào)制試驗(yàn)用海水溶液，通過PLC控制進(jìn)水控制閥門給高壓試驗(yàn)容器裝海水溶液；高壓試驗(yàn)容器利用高壓泵實(shí)現(xiàn)對其增壓，壓力調(diào)節(jié)由溢壓閥完成；水溫調(diào)節(jié)由壓縮機(jī)組、換熱管路通過PLC控制完成，換熱管；高壓試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，由抽水泵將高壓容器內(nèi)的海水溶液抽進(jìn)配海水箱，然后經(jīng)配海水箱下部的排水管路排凈；增壓過程、水溫調(diào)節(jié)和排水過程都由PLC協(xié)調(diào)處理。
[0008]本實(shí)用新型的配海水箱體選用的材料為耐腐蝕性耐高低溫性好的改性聚丙烯熱塑板；高壓試驗(yàn)容器材料為316L不銹鋼質(zhì)，高壓試驗(yàn)容器材質(zhì)厚度是根據(jù)試驗(yàn)壓力需要，進(jìn)行特種壓力校核后確定，為增強(qiáng)其抗壓能力，高壓試驗(yàn)容器外形結(jié)構(gòu)是圓筒形，高壓試驗(yàn)容器內(nèi)部布置的隔板、配件選用耐海水腐蝕的316L不銹鋼質(zhì)；水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)換熱管采用耐高壓耐海水腐蝕的316L不銹鋼管，為增大其換熱面積，換熱管的外表面形狀是螺紋狀。
[0009]本實(shí)用新型的高壓泵和抽水泵選用雙相不銹鋼質(zhì)海水水泵，進(jìn)水管道、增壓管道、溢流管道和排水管道的管路選用316L不銹鋼材質(zhì)制作。
[0010]本實(shí)用新型的高壓試驗(yàn)容器的視鏡材料采用耐高壓的透明玻璃制作，玻璃厚度選擇是依據(jù)耐高壓的壓力大小核算確定；在視鏡外部安裝有用于觀察容器內(nèi)部現(xiàn)象的視燈，視燈照射角度和位置設(shè)計(jì)成可以自由調(diào)節(jié)，以便于實(shí)現(xiàn)從一側(cè)視鏡上觀察，另一側(cè)視鏡上視燈照射的目的。
[0011]本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、自動化程度較高、無需長時(shí)間值守，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)可模擬出不同位置的深海環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對材料深海浸泡、腐蝕和失效老化性能的分析評價(jià)；通過試驗(yàn)參數(shù)和試驗(yàn)過程的設(shè)定，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開展材料深海老化的加速試驗(yàn)，在較短的時(shí)間內(nèi)取得大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為研究材料深海腐蝕老化規(guī)律和開發(fā)新材料提供科學(xué)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)原理主視圖
[0013]圖2為本實(shí)用新型的試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)原理側(cè)視圖
[0014]圖3為本實(shí)用新型控制柜結(jié)構(gòu)原理示意圖
[0015]圖4為本實(shí)用新型電路部分的連接框圖
[0016]1:配海水箱；2:攪拌裝置；3:支撐架；4:進(jìn)水管道；5:增壓管道；6:進(jìn)水閥門；7:換熱管封頭；8:換熱管；9:內(nèi)部溫度傳感器；10:高壓試驗(yàn)容器；11:高壓泵；12:單向閥；13:壓力容器支撐；14:抽水泵；15:裝試件的人孔；16:抽水閥；17:壓縮機(jī)組；18:放試件隔板；19:內(nèi)部壓力傳感器；20:視鏡；21:溢壓閥；22:排水閥；23:排水管道；24:抽水管道；25:溢流管道；26:觸摸控制屏；27:電源接頭；28:PLC控制器；29:總電源開關(guān)；30:電氣控制柜。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面通過具體的實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程作進(jìn)一步的具體描述。
[0018]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，一種模擬深海環(huán)境的老化試驗(yàn)裝置，包括有配海水箱1，配水箱I內(nèi)部安裝自動攪拌裝置2，配水箱I與高壓試驗(yàn)容器10是通過一組支撐架3聯(lián)接，進(jìn)水管道4安裝在配海水箱I與高壓試驗(yàn)容器10之間，配海水箱10可通過重力作用完成對高壓試驗(yàn)容器的注水功能；在配海水箱10 —側(cè)安裝有增壓管道5，利用增壓泵11和單向閥12通過PLC控制器28可完成對高壓試驗(yàn)容器的增壓至工作壓力，當(dāng)增壓壓力過高時(shí)，通過溢壓閥21和溢壓管道25降壓，使高壓試驗(yàn)容器內(nèi)部保持在工作壓力；高壓試驗(yàn)容器壁開有四個(gè)視鏡20，成對稱分布，便于操作人員從外部觀察到內(nèi)部試件的老化狀態(tài)；高壓試驗(yàn)容器中間位置開有一人孔15，用于裝卸試件；高壓試驗(yàn)容器10內(nèi)部安裝兩組換熱管道8，與外接的壓縮機(jī)組17配合，通過PLC控制器28實(shí)現(xiàn)對內(nèi)部海水溶液的溫度調(diào)節(jié)；若需要將高壓試驗(yàn)容器內(nèi)部的海水溶液抽空，抽水泵14和抽水閥16通過PLC控制器28協(xié)調(diào)配合將海水容器全部抽進(jìn)配海水箱1，然后通過配海水箱I下部的排水管道23和排水閥22將全部海水溶液排空。
[0019]本實(shí)用新型在使用時(shí)，首先，操作者需要事先在配海水箱I內(nèi)調(diào)制滿足試驗(yàn)要求的海水溶液，海水溶液調(diào)制后利用攪拌裝置2攪勻；打開總電源開關(guān)29，操作者在觸摸控制屏幕26上進(jìn)行試驗(yàn)過程的設(shè)置，通過人機(jī)交互界面設(shè)定好溫度交變壓力試驗(yàn)溫度、壓力與試驗(yàn)時(shí)間；
[0020]其次，按下觸摸控制屏幕26上試驗(yàn)開始按鈕，控制系統(tǒng)將會自動打開進(jìn)水閥門6和溢壓閥門21，當(dāng)試驗(yàn)用液自動充滿整個(gè)試驗(yàn)罐，系統(tǒng)自動關(guān)閉控制閥門；這時(shí)，PLC控制器控制高壓泵11，通過高壓單向閥12往高壓試驗(yàn)容器10內(nèi)注入海水溶液，增壓到設(shè)定壓力；當(dāng)壓力傳感器13監(jiān)測到容器內(nèi)壓力超過預(yù)設(shè)定的安全壓力時(shí)，系統(tǒng)會自動打開溢壓閥21進(jìn)行安全泄壓。
[0021]再次，當(dāng)PLC控制器28監(jiān)測到高壓試驗(yàn)容器內(nèi)部達(dá)到所需壓力時(shí)，將會自動起動壓縮機(jī)組17，PLC控制器28根據(jù)試驗(yàn)設(shè)定的溫度控制壓縮機(jī)組工作狀態(tài)，對高壓試驗(yàn)容器10內(nèi)的海水進(jìn)行升降溫操作，當(dāng)溫度調(diào)節(jié)至設(shè)定溫度值時(shí)，將會自動關(guān)閉壓縮機(jī)組。
[0022]然后，整個(gè)系統(tǒng)自動開始計(jì)時(shí)，并進(jìn)入試驗(yàn)狀態(tài)，當(dāng)在溫度交變壓力試驗(yàn)過程中有溫度損失超過規(guī)定的閾值限時(shí)，PLC控制器28將會重啟壓縮機(jī)組17進(jìn)行溫度補(bǔ)償。當(dāng)在試驗(yàn)過程中有壓力損失超過規(guī)定的閾值限時(shí)，PLC控制器28將會重啟高壓泵11，進(jìn)行壓力補(bǔ)償，溫度與壓力在試驗(yàn)過程中，將會實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)補(bǔ)償，使其溫度與壓力達(dá)到試驗(yàn)規(guī)定要求，直至試驗(yàn)結(jié)束。
[0023]當(dāng)試驗(yàn)時(shí)間結(jié)束時(shí)，PLC控制器28將自動關(guān)閉壓縮機(jī)組17和高壓泵11，自動打開溢壓閥21進(jìn)行泄壓，使高壓試驗(yàn)容器10的溶液回歸至常態(tài)。
[0024]若要取出試件，需將高壓試驗(yàn)容器10內(nèi)的海水溶液排空，只需在觸摸屏幕上點(diǎn)擊起動抽水泵14，將會把高壓試驗(yàn)容器10的海水溶液抽空，試驗(yàn)用海水溶液將全部移至配海水箱I內(nèi)，點(diǎn)擊觸摸控制屏幕26上排空溶液按鈕，PLC控制器28將會自動打開配海水箱10下方的排水閥22，將配海水箱10內(nèi)的溶液全部排空。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬深海環(huán)境的老化試驗(yàn)裝置，它包括配海水箱(I)、高壓試驗(yàn)容器(10)、進(jìn)水管道(4)、增壓管道(5)、溢壓管道(25)、抽水管道(24)、排水管道(23)以及電氣控制柜(30)，其特征在于:所述的配海水箱(I)內(nèi)部設(shè)置有自動攪拌裝置(2)，配海水箱(I)下方設(shè)置有一通過一組支撐架(3)聯(lián)接的高壓試驗(yàn)容器(10);所述的高壓試驗(yàn)容器(10)表面開有對稱分布的四個(gè)視鏡(20)，高壓試驗(yàn)容器(10)表面中間位置開有一用于裝卸試件的人孔(15)，高壓試驗(yàn)容器(10)內(nèi)部裝有兩組換熱管道(8)，高壓試驗(yàn)容器(10) —側(cè)外接與換熱管道(8)配合壓縮機(jī)組(17);所述的進(jìn)水管道(4)和進(jìn)水閥(6)安裝于配海水箱(I)與高壓試驗(yàn)容器(10)之間；所述的增壓管道(5)位于配海水箱⑴一側(cè)，增壓管道(5)中設(shè)置有高壓泵(11)和單向閥(12);所述的溢壓管道(25)位于配海水箱(I)另一側(cè)，溢壓管道(25)中設(shè)置有溢壓閥(21);所述的抽水管道(24)位于配海水箱(I)中間側(cè)，抽水管道(24)中設(shè)置有抽水泵(14)和抽水閥(16);所述的排水管道(23)位于配海水箱(I)底部一側(cè)，排水管道(23)中設(shè)置有排水閥(22);所述的電氣控制柜(30)由觸摸控制屏(26)、電源接頭(27)、PLC控制器(28)、電源總開關(guān)(29)構(gòu)成，所述的PLC控制器(28)與高壓試驗(yàn)容器(10)內(nèi)部的壓力傳感器(19)、溫度傳感器(9)以及進(jìn)水閥(6)、高壓泵(11)、抽水閥(16)、溢壓閥(21)、排水閥(22)電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種模擬深海環(huán)境的老化試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的高壓試驗(yàn)容器(10)的外形結(jié)構(gòu)是圓筒形。
3.如權(quán)利要求1所述的一種模擬深海環(huán)境的老化試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的換熱管(8)的外表面形狀是螺紋狀。
【文檔編號】G01N17/00GK203981554SQ201420361200
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】陳家焱, 洪濤, 盧玉鳳, 郭洋 申請人:中國計(jì)量學(xué)院