海洋干湿循环试验模拟装置制造方法
【专利摘要】本发明属于海洋结构物物理试验模拟领域，具体地，涉及一种海洋干湿循环试验模拟装置。海洋干湿循环试验模拟装置包括：支撑机构、连通装置、驱动机构、控制系统和风干装置；支撑机构的升降是由驱动机构驱动，控制系统通过控制驱动机构的运动和停止来控制实验的循环周期和循环次数；风干装置模拟海风，贴合海洋实际环境。本发明在实验过程中，装置运行更加稳定：在实验过程中，可以选择大小不同的试样槽，能够满足试样大小不同的实验：内部空间可以通过活动的夹板调节，能够固定小于试样槽架最大尺寸的试样槽；试样槽内部试样板的底板上设有小孔，而且是一个凹面，不会有残余水的存在，使实验结果更加可靠；支架结构简洁，容易加工，节省材料。
【专利说明】海洋干湿循环试验模拟装置
【技术领域】
[0001]本发明属于海洋结构物物理试验模拟领域，具体地，涉及一种海洋干湿循环试验模拟装置。用于实验室中一定条件(循环周期、循环次数)下模拟海洋中潮差区的腐蚀环境。
【背景技术】
[0002]随着我国大力推进蓝色海洋经济的发展，大量的海上基础设施兴建，海洋腐蚀问题更加突出，研究海洋腐蚀机理成为一个热点。海洋每天的潮涨潮落和浪花飞溅所造成的干湿循环是造成海洋腐蚀的重要因素之一。目前来看，用于模拟海洋环境干湿循环的实验装置各有优缺点，例如，专利号为200610069586.2的一种自动干湿循环试验装置中，应用了多个电磁阀、传感器、控制板和继电器等电学元件，此外还要用计算机控制数据，虽然大大增加了实验的稳定性和可靠度，但是成本较高。再比如专利号为ZL200620060304.8的干湿循环实验装置，成本较低、结构简单，但是运行中使试样发生移动，可能会增加实验的变量，从而会造成实验过程不稳定。
[0003]目前，专利号为ZL201320181312.8的实用新型专利公开了一种干湿循环实验装置，试样槽在左右支架的上部，重心太高，会造成实验过程中的不稳定。试样槽直接固定在左右支架上，无法改变尺寸，当实验中所用到的试样太大时就难以应用该装置，若试样太小就会造成介质溶液的浪费。试样槽中的试样板底部是平板，这样就会容易造成水流不净的现象，影响实验的结果。下半支架部分前后跨度过大，不仅会使加工工艺变复杂，还会造成材料浪费，并且造型也不美观。此外，该装置中应用了两个电动机，实是多余，用一个电动机就足够完成。以上的这些因素会造成装置运行过程不稳定，不灵活，并且浪费材料，实验过程具有很大的局限性，不能为后续实验提供可靠的试样。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中所存在的不足，本发明提供一种海洋干湿循环试验模拟装置，用于模拟海洋中潮差区的腐蚀环境。
[0005]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下:
一种海洋干湿循环试验模拟装置，包括:支撑机构、连通装置、驱动机构、控制系统、风干装置；支撑机构I的升降是由驱动机构驱动，控制系统通过控制驱动机构的运动和停止来控制实验的循环周期和循环次数；风干装置模拟海风，贴合海洋实际环境。
[0006]相对于现有技术，本发明具有以下优势:
1、在实验过程中，装置运行更加稳定:将试样槽的位置降低到左右两侧的试样槽架内，使装置的重心降低。
[0007]2、在实验过程中，可以选择大小不同的试样槽，能够满足试样大小不同的实验:在试样槽架上设有可以活动的夹板，其内部空间可以通过夹板调节，能够固定小于试样槽架最大尺寸的试样槽。[0008]3、在实验过程中，装置运行更加可靠:试样槽内部试样板的底板上设有小孔，而且是一个凹面，当试样槽处于干燥状态时试样板上不会有残余水的存在，使实验结果更加可
O
[0009]4、支架结构简洁，容易加工，节省材料。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明的海洋干湿循环试验模拟装置的整体结构示意图；
图2为本发明的海洋干湿循环试验模拟装置的立体结构示意图；
图3为本发明的海洋干湿循环试验模拟装置的支撑机构和驱动机构结构示意图；
图4为本发明的海洋干湿循环试验模拟装置的连通装置结构示意图；
图中:1、支撑机构，2、连通装置，3、驱动机构，4、控制系统，5、风干装置，11、底座，12、竖支架，13、上横梁，14、下横梁，15、试样槽架，16、夹板，17、紧固螺钉，18、耳板，19、橡胶层，21、试样槽，22、软管，23、试样板底板，24、试样板立柱，25、试样板支撑脚，26、试样夹，31、步进电机，32、步进电机底座，33、小齿轮，34、下横梁半齿轮，51、风干装置基座，52、鹅颈管，53、电机，54、风扇翅。
【具体实施方式】
[0011]如图1、图2所示，海洋干湿循环试验模拟装置，包括:支撑机构1、连通装置2、驱动机构3、控制系统4、风干装置5 ;支撑机构I用于保持海洋干湿循环试验模拟装置的稳定，实现模拟装置左右两端试样槽架15 (如图3所示)的升降。支撑机构I的升降是由驱动机构3中的步进电机31 (如图`3所示)带动齿轮转动,通过齿轮之间的啮合传动实现的；控制系统4通过控制驱动机构3的运动和停止来控制实验的循环周期和循环次数等参数；风干装置5能模拟海风，贴合海洋实际环境。
[0012]如图3所示，支撑机构1，包括:底座11、竖支架12、上横梁13、下横梁14、两个试样槽架15、两个夹板16和四个紧固螺钉17 ;底座11为一矩形板，四角处设有支撑脚；竖支架12由两根平行设置的长板条构成，竖支架12固定在底座11的中部；竖支架12的长板条的中部和顶端均设有销孔；上横梁13为截面为矩形的长杆，上横梁13的中心、两端均设置销孔；下横梁14为截面为矩形的长杆，下横梁14带有下横梁半齿轮34，下横梁14的中心、两端均设置销孔；下横梁半齿轮34为整齿轮的一半，下横梁半齿轮34的圆心与下横梁14中心的销孔重合；上横梁13、下横梁14的长度相同；上横梁13通过中部销孔与竖支架12顶端的销孔由销轴连接；下横梁14通过中部的销孔与竖支架12中部的销孔由销轴连接。
[0013]试样槽架15为有底无盖的圆筒，圆筒两侧沿母线被切去一部分，呈“U”型，“U”型的两侧圆筒壁高度不同；在“『’型较高一侧的圆筒壁上，沿同一母线设有两对耳板18，并且该较高一侧的圆筒壁的内壁上设有橡胶层19 ;在“『’型较低一侧的圆筒壁上，沿同一母线设有两个螺纹通孔。夹板16为一块弧面板，置于试样槽架15内，弧面板的大小与试样槽架15上较低一侧圆筒壁的大小相同；夹板16的弧面内侧设有橡胶层19,弧面外侧设有两个盲孔；两个盲孔与试样槽架15的两个螺纹通孔相对应；紧固螺钉17是一长螺钉，末端无螺纹；紧固螺钉17与试样槽架15上的两个螺纹通孔螺纹配合；紧固螺钉17的末端顶进夹板16上的盲孔中，并能在盲孔内自由旋转。[0014]如图4所示,连通装置2,包括:两个试样槽21、软管22、两个试样板底板23和多根试样板立柱24。
[0015]试样槽21为圆柱体或者长方体，由耐蚀材料制成,试样槽21的底部设有小孔；两个试样槽21分别置于左右两个试样槽架15(如图3所示)中，并由紧固螺钉17通过夹板16紧固；两个试样槽21通过底部小孔由软管22相连，左右试样槽21和软管22组成一个可以随着试样槽架15(如图3所示)升降的连通器。当左边的试样槽高于右边的试样槽时，介质溶液就会流到右边的试样槽中，反之，就会流到左边的试样槽中，使试样槽中处于干燥或是润湿环境中。若要更换介质溶液时，松开紧固螺钉17(如图3所示)，取下试样槽即可更换。
[0016]试样板底板23为圆板或是矩形板,与试样槽相适应，试样板底板23置于试样槽内；试样板底板23底面设有三个支撑脚25，与试样槽的底部保持一定距离，即使试样槽底部存有少量的介质溶液也不会对实验产生太大影响；试样板底板23上开有小孔、边缘处设有多个环形排列的螺纹孔；试样板底板23的上表面为边缘高中间低的凹陷的面，保证当试样槽处于干燥状态时，底板上不会留有残余的介质溶液。试样板立柱24为细长的圆杆，底端设有螺纹，以与试样板底板23上的螺纹孔配合，可以根据试样的多少确定试样板立柱24的数量；试样板立柱24顶端设有试样夹26，对试样起到固定的作用。
[0017]只要旋转紧固螺钉17，就能移动夹板16，使试样槽架15内部的空间变大或是变小，从而对不同尺寸的试样槽进行固定，能满足试样大小不同的实验，并能减少介质溶液的浪费。同时，试样槽架15的内侧的橡胶层19与夹板16内侧的橡胶层19相配合，能够更好的固定夹在其中的试样槽，增大试样槽架15和夹板16对试样槽的摩擦力，并能起到缓冲吸震的作用，使实验过程更稳定。
[0018]上横梁13和下横梁14两端的销孔分别与左右两侧的试样槽架15的耳板18上的销孔通过销轴连接；上横梁13、下横梁14和左/右试样槽架15组成平行四边形结构；平行四边形结构优点是:无论试样槽架15处于任何位置，都能保持竖直的状态；保证试样槽中的介质溶液不会因为试样槽架15的倾斜而溢出。
[0019]竖支架12中部的销孔与底座11的距离大于试样槽架15的高度，确保试样槽架15的升降距离大于它本身的高度，因而才能保证当试样槽架15升到最高点时，介质溶液会从一侧的试样槽中完全流到另一侧的试样槽中，使试样槽中实现干燥或是润湿的环境。
[0020]如图3所示，驱动机构3，包括:步进电机31、步进电机底座32和小齿轮33。
[0021]步进电机31的底部设有步进电机底座32，步进电机底座32固定在底座11上；小齿轮33装在步进电机31的主轴上；步进电机31通过电机轴带动小齿轮33转动；小齿轮33带动下横梁半齿轮34围绕下横梁14中间销孔转动；由于下横梁14与下横梁半齿轮34接合在一起，下横梁14也会围绕它中间的销孔转动，使下横梁14左右两端升起或下降，实现试样槽架15的升降过程。
[0022]控制系统4控制步进电机31旋转的时间、转数和转向，进而控制下横梁半齿轮34旋转的角度和方向，从而控制试样槽架15的升降，实现干湿循环的过程。控制系统4可以设定干湿循环的周期和干湿循环的次数或者干湿循环的总时间，达到干湿循环的次数或干湿循环的总时间，系统自动停止。
[0023]如图1、图2所示，风干装置5左右各设置一个，每个风干装置包括:风干装置基座51、鹅颈管52、电机53、风扇翅54 ;风干装置基座51固定在竖支架12 (如图3所示)的顶部；鹅颈管52的一端连在风干装置基座51上，另一端连接在电机53上，电机53带动风扇翅54转动；鹅颈管52的长度超过上横梁13 (如图3所示)长度的一半加上试样槽架15 (如图3所示)的最大尺寸的和，确保风扇产生的风能够到达试样槽架15(如图3所示)的每个位置。电机53的控制线通过鹅颈管52和竖支架12 (如图3所示)进入控制系统4 ;电机53的启动停止由控制系统4控制。由于鹅颈管52具有一定的定型强度，鹅颈管52可以随意调整风扇的位置，使实验过程更贴合实际。
[0024]本发明的海洋干湿循环试验模拟装置用于实验室中模拟海洋潮差区，可以在一定条件(循环周期、循环次数)下模拟实现海洋干湿循环的腐蚀环境，利用了连通器内液面处处平齐的原理，通过升降左右试样槽架，使介质溶液流到左边或是右边的试样槽中，从而使试样槽的环境处于干燥或是湿润状态。整体采用平行四边形结构，可以保持试样槽架一直处于竖直状态，保证介质溶液不会由于倾斜而溢出。试样槽架可以适应不同大小的试样槽，满足试样大小不同的实验。能够很好的模拟海洋干湿循环的腐蚀环境，为后续的电化学实验提供一定的物质基础。
【权利要求】
1.一种海洋干湿循环试验模拟装置，包括:支撑机构、连通装置、驱动机构、控制系统、风干装置；支撑机构的升降由驱动机构驱动，控制系统通过控制驱动机构的运动和停止来控制实验的循环周期和循环次数；风干装置模拟海风，贴合海洋实际环境。
2.根据权利要求1所述的海洋干湿循环试验模拟装置，其特征在于:支撑机构，包括:底座、竖支架、上横梁、下横梁、两个试样槽架、两个夹板和四个紧固螺钉；底座为一矩形板，四角处设有支撑脚；竖支架由两根平行设置的长板条构成，竖支架固定在底座的中部；竖支架的长板条的中部和顶端均设有销孔；上横梁为截面为矩形的长杆，上横梁的中心、两端均设置销孔；下横梁为截面为矩形的长杆，下横梁带有半齿轮，下横梁的中心、两端均设置销孔；下横梁的半齿轮为整齿轮的一半，半齿轮的圆心与下横梁中心的销孔重合；上横梁、下横梁的长度相同；上横梁通过中部销孔与竖支架顶端的销孔由销轴连接；下横梁通过中部的销孔与竖支架中部的销孔由销轴连接。
3.根据权利要求1-2所述的海洋干湿循环试验模拟装置，其特征在于:试样槽架有底无盖的圆筒，圆筒两侧沿母线被切去一部分，呈“U”型，“U”型的两侧圆筒壁高度不同；在“U”型较高一侧的圆筒壁上，沿同一母线设有两对耳板，并且该较高一侧的圆筒壁的内壁上设有橡胶层；在“『’型较低一侧的圆筒壁上，沿同一母线方向设有两个螺纹通孔； 夹板为一块弧面板，置于试样槽架内，弧面板的大小与试样槽架上较低一侧圆筒壁的大小相同；夹板的弧面内侧设有橡胶层，弧面外侧设有两个盲孔；两个盲孔与试样槽架的两个螺纹通孔相对应；紧固螺钉是一长螺钉，末端无螺纹；紧固螺钉与试样槽架上的两个螺纹通孔螺纹配合；紧固螺钉的末端顶进夹板上的盲孔中，并能在盲孔内自由旋转。
4.根据权利要求1-3所述的海洋干湿循环试验模拟装置，其特征在于:连通装置，包括:两个试样槽、软管、两个试样板底板和多根试样板立柱；试样槽为圆柱体或者长方体，由耐蚀材料制成，试样槽的底部设有小孔；两个试样槽分别置于左右两个试样槽架中，并由紧固螺钉通过夹板紧固；两个试样槽通过底部小孔由软管相连，左右试样槽和软管组成一个可以随着试样槽架升降的连通器。`
5.根据权利要求1-4所述的海洋干湿循环试验模拟装置，其特征在于:试样板底板为圆板或是矩形板，与试样槽相适应，试样板底板置于试样槽内；试样板底板底面设有三个支撑脚，试样板底板上开有小孔、边缘处设有多个环形排列的螺纹孔；试样板底板的上表面为边缘高中间低的凹陷的面，试样板立柱为细长的圆杆，底端设有螺纹，以与试样板底板上的螺纹孔配合；试样板立柱顶端设有试样夹。
6.根据权利要求1-5所述的海洋干湿循环试验模拟装置，其特征在于:驱动机构，包括:步进电机、步进电机底座和小齿轮；步进电机的底部设有步进电机底座，步进电机底座固定在底座上；小齿轮装在步进电机的主轴上；步进电机通过电机轴带动小齿轮转动；小齿轮带动下横梁的半齿轮围绕下横梁中间销孔转动；由于下横梁与半齿轮接合在一起，下横梁也会围绕它中间的销孔转动，使下横梁左右两端升起或下降，实现试样槽架的升降过程；控制系统控制步进电机旋转的时间、转数和转向，进而控制半齿轮旋转的角度和方向，从而控制试样槽架的升降，实现干湿循环的过程；控制系统4可以设定干湿循环的周期和干湿循环的次数或者干湿循环的总时间，达到干湿循环的次数或干湿循环的总时间，系统自动停止。
7.根据权利要求1-6所述的海洋干湿循环试验模拟装置，其特征在于:风干装置左右各设置一个，每个风干装置包括:风干装置基座、鹅颈管、电机、风扇翅；风干装置基座固定在竖支架的顶部；鹅颈管的一端连在风干装置基座上，另一端连接在电机上，电机带动风扇翅转动；鹅颈管的长度超过上横梁长度的一半加上试样槽架的最大尺寸的和。
8.根据权利要求1-7所述的海洋干湿循环试验模拟装置，其特征在于:上横梁和下横梁两端的销孔分别与左右两侧的试样槽架的耳板上的销孔通过销轴连接。
9.根据权利要求1-8所述的海洋干湿循环试验模拟装置，其特征在于:竖支架中部的销孔与底座的距离大于试样槽架的高度。
10.根据权利要求1-9所述的海洋干湿循环试验模拟装置，其特征在于:电机的控制线通过鹅颈管和竖支架 进入控制系统；电机的启动停止由控制系统控制。
【文档编号】G01N17/00GK103558145SQ201310564811
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月14日 优先权日:2013年11月14日
【发明者】王炳英, 张文龙, 尹宇, 余俊, 詹发福 申请人:中国石油大学(华东)