專利名稱：：一種為腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型屬于海洋環(huán)境的模擬領(lǐng)域，具體是一種為腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境的控制裝置。
背景技術(shù)：
：海洋鋼結(jié)構(gòu)長期在海水浸泡以及海風、海浪、海流、海冰和地震等作用下會發(fā)生腐蝕疲勞而導致整體結(jié)構(gòu)抗力的下降，嚴重影響海洋鋼結(jié)構(gòu)的服役安全，甚至釀成重大惡性事故，造成巨大的經(jīng)濟損失、人員傷亡、環(huán)境污染和資源的浪費。海洋鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕疲勞安全性評價和壽命預測是保障海洋工程設(shè)施經(jīng)濟、安全和長壽運行，避免重大惡性事故發(fā)生的有效途徑，是建立海洋工程設(shè)施耐久性壽命設(shè)計、施工和安全服役標準規(guī)范的科學支撐。然而要在實驗室中進行研究，首先要求能夠在實驗室模擬海洋環(huán)境，為開展腐蝕疲勞試驗提供保證。典型的海洋環(huán)境由靜止海水、流動海水、潮差帶以及浪花飛濺區(qū)組成。特別是飛濺區(qū)，其特征為海水處于干濕交替狀態(tài)。這一區(qū)域的腐蝕速度最大，危害也最大。當前，主要采用人工手動方法為實驗室內(nèi)的腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境，這種方法存在費時費力和控制不精確等缺點，而國內(nèi)還沒有制造能夠為實驗室內(nèi)的腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境控制的裝置。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種為腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境的控制裝置，以實現(xiàn)實驗室內(nèi)開展模擬海洋環(huán)境下的腐蝕疲勞試驗，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的費時費力、控制不精確等缺點，用于模擬潮差區(qū)、流動海水區(qū)和海洋飛濺區(qū)等環(huán)境的腐蝕疲勞試驗。本實用新型的技術(shù)方案如下—種為腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境的控制裝置，該裝置設(shè)有控制系統(tǒng)和環(huán)境模擬系統(tǒng)，控制系統(tǒng)核心采用可編程控制器，環(huán)境模擬系統(tǒng)設(shè)有環(huán)境箱，以及分別與環(huán)境箱連接的人工海水循環(huán)回路、壓縮空氣通道和熱風通道，人工海水循環(huán)回路、壓縮空氣通道和熱風通道上分別設(shè)有磁力驅(qū)動循環(huán)泵、電磁式空氣壓縮機、電吹風機，可編程控制器分別通過輸出端口連接磁力驅(qū)動循環(huán)泵、電磁式空氣壓縮機、電吹風機。所述的為腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境的控制裝置，可編程控制器是工作時間、間歇時間、工作次數(shù)可調(diào)的順序循環(huán)控制器，共有四通道，即磁力驅(qū)動循環(huán)泵通道、電磁式空氣壓縮機通道、電吹風機通道和備用通道，通過改變程序就能對磁力驅(qū)動循環(huán)泵、電磁式空氣壓縮機、電吹風機的工作情況進行控制，實現(xiàn)多種控制方案。所述的為腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境的控制裝置，人工海水循環(huán)回路上設(shè)有儲水罐、磁力驅(qū)動循環(huán)泵，儲水罐底部的循環(huán)出水口處的管路上設(shè)有磁力驅(qū)動循環(huán)泵，磁力驅(qū)動循環(huán)泵的出口分兩路，這兩路分別連接到兩個噴嘴的一個進口。所述的為腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境的控制裝置，壓縮空氣通道上設(shè)有電磁式空氣壓縮機，電磁式空氣壓縮機的出口分兩路，這兩路分別連接到兩個噴嘴的一個進口。3[0009]所述的為腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境的控制裝置，噴嘴為三通結(jié)構(gòu)，共有兩個進口，一個通人工海水，另一個通壓縮空氣，還有一個出口；噴嘴固定在環(huán)境箱的噴嘴孔上。所述的為腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境的控制裝置，熱風通道上設(shè)有電吹風機，電吹風機出口分兩路，這兩路分別連接到環(huán)境箱上的兩個吹風孔。所述的為腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境的控制裝置，環(huán)境箱采用有機玻璃制成，環(huán)境箱共有八個不同尺寸的圓形孔，環(huán)境箱上下底板中間各有一個用來安裝疲勞試樣的試樣孔上底板試樣孔和下底板試樣孔；環(huán)境箱中間有5個孔，有4個圓心在同一高度、尺寸相同對開的孔，對開的孔兩兩成90度，其中兩個對開的孔為噴嘴孔，另外兩個對開的孔為吹風孔，在這4個孔的上方有一排氣孔；環(huán)境箱的下底板開有出水孔。所述的為腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境的控制裝置，環(huán)境箱上的排氣孔通過管路與排氣罐連通。所述的為腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境的控制裝置，環(huán)境箱底部的出水孔通過管路與儲水罐連通。本實用新型的有益效果是1、本實用新型的控制裝置主要由以下兩個系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)、環(huán)境模擬系統(tǒng)，在這兩個系統(tǒng)的配合下，本實用新型裝置可以為實驗室內(nèi)開展模擬海洋環(huán)境下的腐蝕疲勞試驗提供模擬環(huán)境及相應(yīng)的參數(shù)控制。2、本實用新型的控制系統(tǒng)可以對海洋環(huán)境各參數(shù)進行精確到秒的控制，通過控制器的編程，可以實現(xiàn)不同間隔比例的潮差區(qū)和海洋飛濺區(qū)的模擬。該裝置操作簡便，并可做到自動控制，不需要人工值守，可完成超強度(或長時間)的模擬海洋環(huán)境下的腐蝕疲勞試驗任務(wù)。3、本實用新型的環(huán)境模擬系統(tǒng)可以進行海水流動區(qū)、潮差區(qū)和浪花飛濺區(qū)的模擬，通過閥門，可以調(diào)節(jié)人工海水流速以及浪花飛濺的強度和速度，進行不同海區(qū)的模擬。圖l(a)-(b)為環(huán)境模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。其中，圖l(a)為主視圖；圖1(b)為側(cè)視圖。圖中，1-電磁式空氣壓縮機；2_儲水罐；3_閥門；4_磁力驅(qū)動循環(huán)泵；5_勞試驗機；6_出水孔；7_噴嘴；8_勞試樣；9_非氣孔；10-環(huán)境箱；11_排氣罐；12_電吹風機；13-吹風孔；一海水流動方向；4空氣流動方向。圖2為環(huán)境控制系統(tǒng)的電路圖。圖3(a)-(c)為環(huán)境箱結(jié)構(gòu)圖。其中，圖3(a)為主視圖;圖3(b)為俯視圖;圖3(c)為側(cè)視圖。圖中，6-出水孔；9-排氣孔；13-吹風孔；14-上底板試樣孔；15-噴嘴孔；16_下底板試樣孔。具體實施方式如圖l-3所示，本實用新型的控制裝置主要由控制系統(tǒng)、環(huán)境模擬系統(tǒng)兩個系統(tǒng)組成，其中控制系統(tǒng)能對人工海水循環(huán)和干濕交替時間進行編程控制，可精確到秒，環(huán)境模擬系統(tǒng)能進行海水流動區(qū)、潮差區(qū)和浪花飛濺區(qū)的模擬。與疲勞試驗程序配合，該裝置可實現(xiàn)多種環(huán)境譜和載荷譜組合的海洋環(huán)境下的腐蝕疲勞試驗。操作簡便，無需人工值守，因而能完成強負荷(超強度或長時間)的腐蝕疲勞試驗任務(wù)。具體如下如圖1、3所示，環(huán)境模擬系統(tǒng)包括人工海水循環(huán)回路、壓縮空氣通道和熱風通道。其中，人工海水循環(huán)回路的結(jié)構(gòu)及工作原理為儲水罐2儲存著一定量的人工海水，其底部的循環(huán)出水口處的管路上設(shè)有閥門3和磁力驅(qū)動循環(huán)泵4，閥門3用來調(diào)節(jié)循環(huán)回路中的人工海水流量，磁力驅(qū)動循環(huán)泵4可將儲水罐2內(nèi)的人工海水泵到循環(huán)回路中循環(huán)，而后通過磁力驅(qū)動循環(huán)泵4出口處的三通將人工海水分成兩個回路，分別連接到兩個具有三通結(jié)構(gòu)的噴嘴7的一個進口(每個噴嘴共有兩個進口，一個通人工海水，另一個通壓縮空氣；另外，還有一個出口)，噴嘴7固定在環(huán)境箱10的噴嘴孔15上。人工海水和壓縮空氣在噴嘴內(nèi)混合產(chǎn)生霧狀液滴，霧狀液滴通過兩個噴嘴7的出口噴射到疲勞試樣8的兩個表面。而后人工海水順著疲勞試樣8表面流到環(huán)境箱10底部，最后人工海水經(jīng)管路從環(huán)境箱10底部的出水孔6流回到儲水罐2，完成人工海水的循環(huán)。壓縮空氣通道的結(jié)構(gòu)及工作原理為壓縮空氣由電磁式空氣壓縮機1產(chǎn)生，先通過電磁式空氣壓縮機1出口處的三通裝置將壓縮空氣分成兩個回路，而后將兩個回路分別連接到兩個噴嘴7的一個進口(另一進口通人工海水)。人工海水和壓縮空氣在噴嘴內(nèi)混合產(chǎn)生霧狀液滴，噴射到疲勞試樣8表面，最后環(huán)境箱10內(nèi)的空氣通過環(huán)境箱10上的排氣孔9和一個裝有一定量水的排氣罐11排放到大氣中，環(huán)境箱10上的排氣孔9通過管路與排氣罐ll連通。熱風通道的結(jié)構(gòu)及工作原理為熱風由電吹風機12產(chǎn)生，先通過電吹風機12出口處的三通裝置將熱風分成兩個回路，而后將兩個回路分別連接到環(huán)境箱上的兩個吹風孔13，通過吹風孔13對疲勞試樣8表面進行吹風干燥，最后熱風通過環(huán)境箱10上的排氣孔9和一個裝有一定量水的排氣罐11排放到大氣中。如圖3(a)_(c)所示，本實用新型中的環(huán)境箱10采用有機玻璃制成，環(huán)境箱共有八個不同尺寸的圓形孔，環(huán)境箱上下底板中間各有一個試樣孔上底板試樣孔14和下底板試樣孔16，用來安裝疲勞試樣8。環(huán)境箱中間有5個孔，有4個圓心在同一高度、尺寸相同對開的孔，對開的孔兩兩成90度，其中兩個對開的孔為噴嘴孔15，另外兩個對開的孔為吹風孔13，在這4個孔的上方有一排氣孔9，用來將空氣排出環(huán)境箱10。環(huán)境箱的下底板開有另一個孔，為出水孔6。如圖2所示，控制系統(tǒng)是工作時間、間歇時間、工作次數(shù)可調(diào)的順序循環(huán)控制器，核心采用可編程控制器，共有四通道，即磁力驅(qū)動循環(huán)泵通道、電磁式空氣壓縮機通道、電吹風機通道和備用通道。通過改變程序就能對磁力驅(qū)動循環(huán)泵、電磁式空氣壓縮機、電吹風機的工作情況進行控制，實現(xiàn)多種控制方案?？刂葡到y(tǒng)的各部分的連接關(guān)系及工作過程如下控制系統(tǒng)主要由可編程控制器PLC進行控制，其各部分的連接關(guān)系如圖2所示。其中，Y0，Y1，Y2，Y3為可編程控制器PLC的輸出端口，每個輸出端口所在的回路上分別連有回路保險、繼電器、時間顯示表、插座；FU1，F(xiàn)U2，F(xiàn)U3，F(xiàn)U4，F(xiàn)U5，F(xiàn)U6，F(xiàn)U7為回路保險；KM1，KM2，KM3，KM4為繼電器；KT1，KT2，KT3，KT4為時間顯示表；CA1，CA2，CA3，CA4為插座;SB1為急5停按鈕，SB2為電源開關(guān)。其中，三個輸出端口Y0，Yl，Y2分別連接磁力驅(qū)動循環(huán)泵、電磁式空氣壓縮機、電吹風機，另一輸出端口Y3為備用端口。輸出端口Y0所在的回路上連有繼電器KM1、時間顯示表KT1、回路保險FU4和插座CA1，輸出端口Y1所在的回路上連有繼電器KM2、時間顯示表KT2、回路保險FU5和插座CA2，輸出端口Y2所在的回路上連有繼電器KM3、時間顯示表KT3、回路保險FU6和插座CA3，輸出端口Y3所在的回路上連有繼電器KM4、時間顯示表KT4、回路保險FU7和插座CA4，在回路總線L上設(shè)有回路保險FU1、回路保險FU2和急停按鈕SB1，在回路總線N上設(shè)有回路保險FU3和電源開關(guān)SB2?？刂葡到y(tǒng)工作時，由可編程控制器PLC通過編制的程序按順序打開或關(guān)閉輸出端口Y0、Y1、Y2、Y3，繼電器KM1、KM2、KM3、KM4隨之吸合或釋放，與此同時插座CA1、CA2、CA3、CA4將處于有電或無電狀態(tài)，并帶動負載進行工作或停車。時間顯示表KT1、KT2、KT3、KT4將顯示負載工作或停車的時間。工作時，運行這套海洋環(huán)境模擬裝置，包括如下步驟1、將疲勞試樣8通過橡皮塞固定到環(huán)境箱10的試樣孔中，而后采用硅膠將疲勞試樣8與橡皮塞、橡皮塞與環(huán)境箱之間的間隙進行密封。等硅膠干燥后，即可將疲勞試樣8在疲勞試驗機5上進行裝樣。2、根據(jù)試驗要求，選擇不同的環(huán)境模擬系統(tǒng)。對于潮差區(qū)和流動海水區(qū)的模擬，只需選用人工海水循環(huán)回路，不需要壓縮空氣通道和熱風通道。浪花飛濺區(qū)的模擬需要人工海水循環(huán)回路、壓縮空氣通道和熱風通道，根據(jù)選定的回路和通道，將磁力驅(qū)動循環(huán)泵、電磁式空氣壓縮機、電吹風機、三通、閥門、環(huán)境箱等設(shè)備通過管路進行正確的連接。3、根據(jù)環(huán)境參數(shù)，對控制系統(tǒng)的不同通道的工作時間、間歇時間、工作次數(shù)進行編程控制，得到預期的潮差區(qū)時間間隔比或者飛濺區(qū)的干濕交替時間比。本實施例中，進行浪花飛濺區(qū)模擬環(huán)境下的腐蝕疲勞試驗。人工海水成分如表1所示，人工海水循環(huán)速度120ml/min。表1人工海水成分<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>[0040]本實施例中，模擬浪花飛濺區(qū)時的環(huán)境參數(shù)，即不同通道的工作時間、間歇時間、工作次數(shù)舉例如下人工海水循環(huán)回路的工作時間可設(shè)為10分鐘，間歇時間為10分鐘；同時壓縮空氣通道的工作時間為10分鐘，間歇時間為10分鐘；而熱風通道的工作時間為2分鐘；間歇時間為18分鐘。4、在儲水罐中裝入一定數(shù)量的人工海水，將選定的磁力驅(qū)動循環(huán)泵、電磁式空氣壓縮機、電吹風機電源線插入控制系統(tǒng)的相應(yīng)通道。5、對疲勞試驗機5的參數(shù)進行設(shè)定，等再次檢查各回路和通道，確定無誤后，即可進行試驗。試驗過程中，可以通過閥門來調(diào)節(jié)人工海水流速以調(diào)節(jié)浪花飛濺的強度和速度。本實施例中，疲勞試驗機5的具體參數(shù)設(shè)定如下頻率1HZ;波型正弦波；載荷控制，應(yīng)力比0;最大應(yīng)力400MPa，最小應(yīng)力OMPa。[0044]6、試驗結(jié)束，先關(guān)閉閥門，再關(guān)閉控制系統(tǒng)，將各管路、三通等裝置拆除，最后將疲勞試樣從疲勞試驗機5上卸下。實施例結(jié)果表明，本實用新型中的控制系統(tǒng)能對人工海水循環(huán)和干濕交替時間進行編程控制，可精確到秒。本實用新型中的環(huán)境模擬系統(tǒng)能進行海水流動區(qū)、潮差區(qū)和浪花飛濺區(qū)的模擬。與疲勞試驗程序配合，該裝置可實現(xiàn)多種環(huán)境譜和載荷譜組合的海洋環(huán)境下的腐蝕疲勞試驗。操作簡便，無需人工值守，因而能完成強負荷的腐蝕疲勞試驗任務(wù)。權(quán)利要求一種為腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境的控制裝置，其特征在于，該裝置設(shè)有控制系統(tǒng)和環(huán)境模擬系統(tǒng)，控制系統(tǒng)核心采用可編程控制器，環(huán)境模擬系統(tǒng)設(shè)有環(huán)境箱，以及分別與環(huán)境箱連接的人工海水循環(huán)回路、壓縮空氣通道和熱風通道，人工海水循環(huán)回路、壓縮空氣通道和熱風通道上分別設(shè)有磁力驅(qū)動循環(huán)泵、電磁式空氣壓縮機、電吹風機，可編程控制器分別通過輸出端口連接磁力驅(qū)動循環(huán)泵、電磁式空氣壓縮機、電吹風機。2.按照權(quán)利要求1所述的為腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境的控制裝置，其特征在于，可編程控制器是工作時間、間歇時間、工作次數(shù)可調(diào)的順序循環(huán)控制器，共有四通道，即磁力驅(qū)動循環(huán)泵通道、電磁式空氣壓縮機通道、電吹風機通道和備用通道，通過改變程序就能對磁力驅(qū)動循環(huán)泵、電磁式空氣壓縮機、電吹風機的工作情況進行控制，實現(xiàn)多種控制方案。3.按照權(quán)利要求1所述的為腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境的控制裝置，其特征在于，人工海水循環(huán)回路上設(shè)有儲水罐(2)、磁力驅(qū)動循環(huán)泵(4)，儲水罐(2)底部的循環(huán)出水口處的管路上設(shè)有磁力驅(qū)動循環(huán)泵(4)，磁力驅(qū)動循環(huán)泵(4)的出口分兩路，這兩路分別連接到兩個噴嘴(7)的一個進口。4.按照權(quán)利要求1所述的為腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境的控制裝置，其特征在于，壓縮空氣通道上設(shè)有電磁式空氣壓縮機(l)，電磁式空氣壓縮機(1)的出口分兩路，這兩路分別連接到兩個噴嘴(7)的一個進口。5.按照權(quán)利要求3或4所述的為腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境的控制裝置，其特征在于，噴嘴(7)為三通結(jié)構(gòu)，共有兩個進口，一個通人工海水，另一個通壓縮空氣，還有一個出口；噴嘴(7)固定在環(huán)境箱(10)的噴嘴孔(15)上。6.按照權(quán)利要求1所述的為腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境的控制裝置，其特征在于，熱風通道上設(shè)有電吹風機(12)，電吹風機(12)出口分兩路，這兩路分別連接到環(huán)境箱上的兩個吹風孔(13)。7.按照權(quán)利要求1所述的為腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境的控制裝置，其特征在于，環(huán)境箱(10)采用有機玻璃制成，環(huán)境箱(10)共有八個不同尺寸的圓形孔，環(huán)境箱上下底板中間各有一個用來安裝疲勞試樣(8)的試樣孔上底板試樣孔(14)和下底板試樣孔(16);環(huán)境箱(10)中間有5個孔，有4個圓心在同一高度、尺寸相同對開的孔，對開的孔兩兩成90度，其中兩個對開的孔為噴嘴孔(15)，另外兩個對開的孔為吹風孔(13)，在這4個孔的上方有一排氣孔(9);環(huán)境箱(10)的下底板開有出水孔(6)。8.按照權(quán)利要求7所述的為腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境的控制裝置，其特征在于，環(huán)境箱(10)上的排氣孔(9)通過管路與排氣罐(11)連通。9.按照權(quán)利要求7所述的為腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境的控制裝置，其特征在于，環(huán)境箱(10)底部的出水孔(6)通過管路與儲水罐(2)連通。專利摘要本實用新型屬于海洋環(huán)境的模擬領(lǐng)域，具體是一種為腐蝕疲勞試驗提供模擬海洋環(huán)境的控制裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的費時費力、控制不精確等缺點，用于模擬潮差區(qū)、流動海水區(qū)和海洋飛濺區(qū)等環(huán)境的腐蝕疲勞試驗。該裝置設(shè)有控制系統(tǒng)和環(huán)境模擬系統(tǒng)，控制系統(tǒng)核心采用可編程控制器，環(huán)境模擬系統(tǒng)設(shè)有環(huán)境箱，以及分別與環(huán)境箱連接的人工海水循環(huán)回路、壓縮空氣通道和熱風通道。控制系統(tǒng)能對與試驗樣品接觸的人工海水循環(huán)間隔和干濕交替時間進行編程控制，可精確到秒。環(huán)境模擬系統(tǒng)能模擬海水流動區(qū)、潮差區(qū)和浪花飛濺區(qū)的環(huán)境模式。與疲勞試驗程序配合，該裝置可實現(xiàn)任意環(huán)境譜和載荷譜組合下材料在流動海水區(qū)、潮差帶區(qū)、浪花飛濺區(qū)的腐蝕疲勞試驗。文檔編號G05B19/05GK201444138SQ20092001597公開日2010年4月28日申請日期2009年7月29日優(yōu)先權(quán)日2009年7月29日發(fā)明者張波,柯偉,王儉秋,鄭宇禮,韓恩厚,馬進申請人:中國科學院金屬研究