自清洁式岩石冻融自动化试验装置的制作方法

本发明涉及岩土测试设备技术领域，尤其是涉及一种自清洁式岩石冻融自动化试验装置。

背景技术：

岩石冻融试验主要用于判定岩石性能，通常是将岩石试件置于模拟外界环境的“冻结-融化”温度循环变化模式下，在试验结束后通过测试试件质量损失率、单轴抗压强度、冻融系数等评定岩石性能。冻融实验的具体步骤为：将装有试件的铁皮容器在-20±2℃下冻结，持续四个小时后，然后取出铁皮容器，向铁皮容器内注水浸没试件，水温保持在20±2℃，持续融解四个小时为一个冻融循环；每进行一个循环，检查试件有无掉块、裂缝，观察其破坏过程，上述循环次数不低于20次，严寒地区不应少于25次。早期实验采用独立的冷冻设备和融化设备，试件需要在上述设备间反复搬运，不仅费时费力，而且不易精确控制冷冻和加热时间，严重影响实验结果的准确性。目前出现了一种冻融一体化试验箱，将试件置于其中，不需要再来回搬运，然而试验箱升温、降温耗时较长（升温耗时40分钟左右，降温耗时长达几小时），且由于融化过程使用的热水中存在大量杂物和杂质，通过水泵抽排加热水时，易引起泵路堵塞，甚至损坏泵体。

技术实现要素：

本发明提供一种自清洁式岩石冻融自动化试验装置，目的在于解决现有一体化试验箱温度转变耗时较长、能耗较大和抽排水泵容易堵塞的问题。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的自清洁式岩石冻融自动化试验装置，包括箱体，所述箱体内设置有冻融试验箱、制冷系统、加热系统和控制系统，所述冻融试验箱内设置有温度传感器，所述制冷系统的冷风出口位于冻融试验箱上方，所述加热系统包括位于冻融试验箱下方的储水箱，所述储水箱内设置有第一加热器，设置在储水箱和冻融试验箱之间的进出水管路上分别对应连通有注水泵和排水泵，所述冻融试验箱的底部设置有自清洁过水装置，所述自清洁装置过水的壳体内腔通过竖向分隔板分为污水腔和净水腔，所述污水腔的底板低于净水腔的底板，污水腔的进口与冻融试验箱相连通，净水腔通过开设在竖向分隔板下部的过水孔与污水腔相连通，所述过水孔最低点以下的污水腔区域形成杂物收纳盒，过水孔最高点以下的净水腔区域内填充有过滤介质，靠近所述过滤介质以上的净水腔与所述排水泵的进水管相连通。

为了减缓污水区进口水流速对底部沉淀杂物的冲击，避免杂物上翻堵塞过水孔，将所述竖向分隔板位于污水腔进口处，且进口位置处沿水流向倾斜设置。

为了精确控制冻融试验箱的温度变化，所述温度传感器包括岩石试件温度传感器、冻融试验箱空间温度传感器和冻融试验箱箱壁温度传感器。

为了便于控制液位，所述储水箱内设置有第一液位传感器。

为了便于加热和控制液位，所述冻融试验箱内设置有第二加热器和第二液位传感器。

本发明提供的自清洁式岩石冻融自动化试验装置，结构简单，使用方便，箱体内的冻结-融化实验条件采用自动化控制，减少了人为误差；升温和降温迅速，大大降低了实验能耗，提高了实验精确度；同时，设置了自清洁式过水装置，可以提高热水水质洁净度，防止水泵堵塞和损坏，提高设备使用寿命。

附图说明

图1是本发明的外观结构示意图。

图2是图1的内部结构示意图。

图3是图2中自清洁过水装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明所述的自清洁式岩石冻融自动化试验装置，包括带有液晶控制面板的箱体，箱体内设置有冻融试验箱1、制冷系统、加热系统和控制系统。

不锈钢冻融试验箱1内设置有温度传感器2，为了多方位掌握冻融试验箱内的温度状况，精确控制冻融试验箱的温度变化，温度传感器2包括岩石试件温度传感器、冻融试验箱空间温度传感器和冻融试验箱箱壁温度传感器。制冷系统包括压缩机、蒸发器、风机等，其冷风出口3位于冻融试验箱1上方，用于降低冻融试验箱1的温度，达到-20±2℃进行岩石试件的冷冻。加热系统包括位于冻融试验箱1下方的用于存储融化过程用热水的保温储水箱4.1，储水箱4.1内设置有第一加热器4.2，设置在储水箱4.1和冻融试验箱1之间的进出水管路上分别对应连通有注水泵4.3和排水泵4.4。使用时，在储水箱中4.1注入一定量的水，开启第一加热器4.2进行加热，达到指定温度后进行保温；当需要对岩石试件进行加热时，通过注水泵4.3将热水注入冻融试验箱1，融化过程结束后，排水泵4.4将热水从冻融试验箱1中抽回至储水箱4.1中。

为了防止从冻融试验箱1底部排出的热加水堵塞进出水管路及损坏泵体，在冻融试验箱1的底部设置有自清洁过水装置5。如图3所示，自清洁过水装置的壳体5.1内腔通过竖向分隔板5.2分为污水腔5.3和净水腔5.4，污水腔5.3的底板低于净水腔5.4的底板，污水腔5.3的进口与冻融试验箱1相连通，净水腔5.4通过开设在竖向分隔板5.2下部的过水孔5.5与污水腔5.3相连通，过水孔5.5最低点以下的污水腔5.3区域形成杂物收纳盒5.6，过水孔5.5最高点以下的净水腔5.4区域内填充有过滤介质5.7，靠近过滤介质5.7以上的净水腔与排水泵4.4的进水管4.5相连通。排水泵4.4进行抽水时，冻融试验箱1内的热水首先进入污水腔5.3，所含杂物经沉淀落入底部杂物收纳盒5.6，经过上述初步过滤后的热水通过竖向分隔板5.2上的过水孔5.5进入净水腔5.4，并经过滤介质5.7进行二次过滤，净化后的热水进入过滤介质5.7上方的净水腔5.4中，并通过排水泵4.4抽至储水箱4.1中。

为了减缓污水区进口水流速对底部沉淀杂物的冲击，避免杂物上翻堵塞过水孔，将所述竖向分隔板5.2设置于污水腔5.3进口处，且竖向分隔板5.2上部沿水流向倾斜设置。为了便于控制液位，储水箱4.1内设置有第一液位传感器4.6。为了便于加热和控制液位，冻融试验箱1内设置有第二加热器1.1和第二液位传感器1.2。

使用本发明进行岩石冻融试验时，按照以下步骤进行：

1、冻融试验开始之前，做好准备工作，将试样按照规定时间进行浸泡处理。

2、将浸泡完成的试样装入试样盒内并放进冻融试验箱1，启动电源，通过液晶控制面板设定冷冻温度、融化温度、冻融时间和冻融循环次数，使系统开始自动工作。

3、进行冷冻时，控制系统使制冷系统启动，冷风出口3持续吹出冷风，使冻融试验箱1内保持在-20℃±2℃，并自动计时4小时。

4、冷冻结束后，控制系统使制冷装置关闭，根据试样放置量设定冻融试验箱1内第二液位传感器1.2的液位值，同时使启动注水泵4.3，将热水加注到冻融试验箱1内，使热水与岩石试件相接触并发生热交换，并通过改变热水温度或不断抽排水等方法使冻融试验箱1内的温度保持在20℃±2℃，并持续4小时。

5、融化结束后，控制系统使制冷系统启动，并通过排水泵4.4将热水从冻融试验箱1内完全抽至储水箱4.1。

6、装置经过规定次数的冻融循环后，对自清洁过水装置5中杂物收纳盒5.6中储存的杂物进行清理。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种自清洁式岩石冻融自动化试验装置，包括设置有冻融试验箱、制冷系统、加热系统和控制系统的箱体，箱内设置有温度传感器，制冷系统的冷风出口位于冻融试验箱上方，加热系统包括位于冻融试验箱下方设置有第一加热器的储水箱，设置在储水箱和冻融试验箱之间的进出水管路上分别对应连通有注水泵和排水泵，冻融试验箱的底部设置有自清洁过水装置。本发明结构简单，使用方便，箱体内的冻结‑融化实验条件采用自动化控制，减少了人为误差；升温和降温迅速，大大降低了实验能耗，提高了实验精确度；同时，设置了自清洁式过水装置，可以提高热水水质洁净度，防止水泵堵塞和损坏，提高设备使用寿命。

技术研发人员：习晓红;路新景;房后国;李振灵;吴中伟;邓伟杰;张陌;张惠平
受保护的技术使用者：黄河勘测规划设计有限公司
技术研发日：2017.07.24
技术公布日：2017.09.08