一种混凝土抗冲刷试验装置及混凝土抗冲刷试验系统的制作方法

1.本实用新型涉及混凝土性能试验装置，具体涉及一种用于测试混凝土抗冲刷性能的试验装置。


背景技术：

2.混凝土抗冲刷性能对于抗冲刷的混凝土耐久性的测试带来很多的意义，可以通过冲刷对混凝土的损耗，预测混凝土配合比对水工大坝实体建筑的耐冲刷的长期性能和耐久性能，对水工混凝土的服役期的判断起到重要意义。对此，各版本的《水工混凝土试验规程》都规定了混凝土抗含砂水流冲刷试验的要求，用于在实验室条件下比较各种混凝土（或砂浆）在含砂水流冲刷下的抗冲刷耐磨性能。该试验主要是观察和测量含砂磨损剂在圆环形试件中间冲刷一定间后试件的重量变化。该规程中通过规定试件规格、含砂磨损剂含砂量、冲刷速度和冲刷时间等参数，在一定程度上形成了对混凝土抗冲刷性能检测试验的标准。
3.基于上述规程，对混凝土进行标准化的抗冲刷性能检测需要使用专门的装置和设备。检测设备既需要有效地模拟混凝土受冲刷的环境和条件，达到上述规程规定的参数要求，也要尽可能地降低人力成本和维护成本。
4.现有技术中，有研发人员根据上述规程中的混凝土抗含砂水流冲刷试验（圆环法）的要求设计了专门的试验设备，主要特点是利用试件托盘将圆环形试件水平套放在叶轮外周，试验时在环形试件中间放置叶轮的空间内加入含砂磨损剂（石英砂与水的混合物），叶轮通过其下方的电机带动，以规定的速度和时间旋转，带动含砂磨损剂形成对试件表面的冲刷，该仪器逐渐成为测定各类混凝土内表面高速抗水流砂冲击磨损的能力的专用仪器。这类专用仪器 利用高速变频变速电机产生高速离心力旋转冲刷叶轮转动试件箱体内的水流砂冲击混凝土内环表面，水流速10-40m/s可通过变频电器控制柜操作来实现任意流速的设定，由于成型试件较重，往往采用液压升降试件箱的方式进行装卸，并且由于高速水流冲刷试件内环面将产生大量热量，还需在试件箱内壁采用制冷控制循环装置来实现试件箱体表面温度的聚热。此外，为了避免磨损剂进入叶轮下方的电机，还对电机部分做了密封处理。密封虽然可以避免电机进砂进水，但同时会导致电机转动过程中散热困难，因此进一步在电机周围设置了冷却液循环系统，由此形成的试验设备，不仅整体结构较为复杂，而且试件加载过程难度较大。由于该试验中使用的试件往往重量较大，需要使用起重吊装设备将环形试件放置在预定位置，该过程中要避免试件与叶轮之间的碰撞，将环形试件精准地套在叶轮周围，但起重吊装设备的操作精度不高，导致试件加载过程往往不顺利，不利于试验的高效开展。
5.为了解决上述问题，有必要对现有的混凝土抗含砂水流冲刷试验装置进行改造。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于：提供一种混凝土抗冲刷试验装置及系统，结构简单，试件加载难度低。
7.本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：
8.首先，提供一种基于圆环法的混凝土抗冲刷试验装置，包括试件托盘、托盘升降装置、冲刷叶轮、叶轮电机和托盘盖；
9.所述的试件托盘用于盛放圆环形混凝土试件，连接所述的托盘升降装置；
10.所述的冲刷叶轮设置在所述的叶轮电机下方，并与所述的叶轮电机形成轴连接；所述的冲刷叶轮用于在试验中嵌入所述圆环形混凝土试件中，并在所述叶轮电机驱动下水平旋转；
11.所述的托盘盖设置在所述冲刷叶轮和叶轮电机之间，用于在试验中覆盖在所述的试件托盘和冲刷叶轮上方。
12.本实用新型优选的试验装置中，进一步设有安装框架，用于将所述的试件托盘安装在低于所述冲刷叶轮下缘的水平；所述的安装框架具体结构和规格没有特别的限定，既可以是固定连接的一体化框架结构，此时所述的试件托盘和所述的冲刷叶轮及叶轮电机分别被安装在所述一体化框架的不同高度；也可以是独立的两组框架结构，其中一组用于将所述的冲刷叶轮及叶轮电机安装在较高位置，另一组用于将所述的试件托盘安装在低于所述冲刷叶轮下缘的水平。
13.本实用新型更优选的实施方式中，所述的安装框架包括固定安装所述叶轮电机的第一框架和固定安装所述试件托盘的第二框架；所述的冲刷叶轮中心固定设有主轴，所述的第一框架顶端设有水平盖板，所述的水平盖板设有第一通孔；所述的托盘盖设有第二通孔；所述冲刷叶轮的主轴自下而上依次穿过所述第二通孔和所述第一通孔，与所述叶轮电机的转轴通过联轴器连接；所述的第一通孔处和所述的第二通孔处分别设置至少一组轴承，用于加强所述冲刷叶轮转动运行和传导的效率、降低能量损耗。
14.本实用新型进一步优选的实施方式中，所述的水平盖板与所述的托盘盖之间进一步设有活动连接装置，使所述的托盘盖可在一定范围内沿竖直方向做远离或靠近所述的水平盖板的移动，同时避免发生其他方向的位移，以提高所述冲刷叶轮转动运行的稳定性。所述的活动连接装置可以是电动推杆和/或导向杆。
15.本实用新型进一步优选的实施方式中，所述的第二框架设有水平方向的滑轨和滑块组合，用于所述的试件托盘在低于所述的叶轮下缘的水平进行水平方向的往复滑动，使所述的试件托盘根据需要处于所述的叶轮正下方或处于远离叶轮正下方的位置。
16.本实用新型所述的试验装置中，所述的冲刷叶轮的具体结构没有特别的限制，其外径需要小于所述的圆环形试件内径。
17.本实用新型所述的试验装置中，所述的托盘盖规格与所述的试件托盘相匹配，并在所述的托盘盖和试件托盘上分别设置有相配合的闭合装置，以使所述的托盘盖在试验中能够与所述的试件托盘紧密结合。
18.本实用新型所述的试验装置中，所述的托盘升降装置具体类型和结构没有特别的限制，只要是能驱动装载有混凝土试件的试件托盘抬升和下降的装置，都可以用于本实用新型的试验装置。所述的托盘升降装置与所述的试件托盘之间的连接位置和连接方式也没有特别的限定，例如可以是将所述的托盘升降装置设置在所述的试件托盘下方，此时托盘升降装置可以包括千斤顶；也可以是将所述的托盘升降装置设置在试件托盘的一侧或两侧，通过提吊的方式实现托盘的升降。
19.本实用新型优选的试验装置中，所述的托盘升降装置包括升降台、固定板和千斤顶；所述的升降台位于所述的固定板上方，用于放置所述的试件托盘，其底部与穿过所述固定板的千斤顶顶部固定连接；所述的固定板用于固定所述的千斤顶，并与所述的升降台之间设有活动连接装置，使所述的升降台可在一定范围内沿竖直方向做远离或靠近所述固定板的移动，同时避免发生其他方向的位移，以提高所述升降台和试件托盘升降的稳定性。所述的活动连接装置可以是导向杆。
20.本实用新型进一步优选的试验装置中，所述托盘升降装置的导向杆底部连接底板，所述托盘升降装置的固定板下表面设有接近开关，所述的接近开关用于感受所述底板的位置，防止所述托盘升降装置将所述的试件托盘过度抬升。
21.本实用新型优选的试验装置中，所述的托盘盖上还设有橡胶密封件和温度传感器；所述的橡胶密封件用于防止含砂磨损剂从所述的托盘盖下方到达托盘盖上方；所述的温度传感器用于感受所述试件的温度。
22.在此基础上，本实用新型还提供一种混凝土抗冲刷试验系统，包括本实用新型所述的试验装置、循环冷却系统和控制单元；所述的循环冷却系统包括制冷设备、冷却介质、循环管路、换热设备和输送泵，所述的循环管路设置在所述试验装置易发热部位，通过输送泵驱动所述冷却介质在所述循环管路内的循环流动为装置降温，并经制冷设备和换热设备再生回流的冷却介质；所述的控制单元内设有配电盘和控制电路，用于为所述的试验装置和循环冷却系统的各组件供电，并控制循环冷却系统的运行。
23.本实用新型所述的混凝土抗冲刷试验装置适用于混凝土抗含砂水流冲刷试验（圆环法）。在实际使用时，首先将经过称量的圆环形试件通过常规方法放置在所述的试件托盘内，然后将所述试件托盘的位置调整至所述的冲刷叶轮正下方，向所述的圆环形试件中心空间内注入标准的含砂磨损剂，然后启动所述的托盘升降装置，抬升所述的圆环形试件，直至所述的冲刷叶轮完整浸入含砂磨损剂内，且所述的托盘盖充分接触所述的试件托盘，如需微调位置，还可以通过优选方案中设置在所述托盘盖和水平盖板之间的活动连接装置进行调整。确认设备位置后，封闭所述的试件托盘，启动所述的叶轮电机，带动所述的冲刷叶轮按预定条件完成冲刷试验。冲刷终止后，将所述的托盘盖打开，控制所述的试件托盘下降，取出冲刷后的圆环形试件，再次称重，得到试验结果。
24.与现有技术相比，本实用新型将传统试验装置中的叶轮电机位置做了改进，从原来的冲刷叶轮下方改至冲刷叶轮上方，这样避免了含砂磨损剂进入叶轮下方电机的可能性，所以无需像传统试验装置那样对叶轮电机进行密封处理，使叶轮电机能够在没有遮盖、充分暴露的条件下运行，因此非常有利于散热。经实践检验发现，本实用新型的试验装置可在无冷却的情况下、在常规要求的试验时间内正常运行完成试验。由此可以显著降低设备的生产和维护成本。另外，除了改变电机的位置，本实用新型的试验装置还彻底改变了试件加载方式。传统的试验装置中，由于电机和叶轮自下而上设置，必须通过吊装将环形试件提升至足够高的高度后再向下套在叶轮上，这种试件加载方式不仅吊装距离长、精度要求高，而且操作不当时容易损坏叶轮和电机，往往成为试验操作的难点。本实用新型中将叶轮和电机的位置改变后，仅需将试件由低到高抬升对接叶轮即可，抬升距离短，更容易控制，且不易对叶轮和电机造成损坏，获得了更加便捷和安全的试件加载方式。
附图说明
25.图1-图2是实施例1所述的基于圆环法的混凝土抗冲刷试验装置整体结构示意图。
26.图3是实施例1所述的基于圆环法的混凝土抗冲刷试验装置冲刷叶轮与叶轮电机连接部的纵向剖面结构示意图。
27.图4是实施例1所述的基于圆环法的混凝土抗冲刷试验装置托盘升降机构的纵向剖面结构示意图。
28.附图标记说明如下：
29.1-试件托盘，2-托盘升降装置，21-升降台，22-固定板，23-千斤顶，24-升降导向杆，25-底板，3-冲刷叶轮，31-主轴，4-叶轮电机，42-转轴，5-托盘盖，51-第二通孔，52-电动推杆，53-导向杆，6-第一框架，61-水平盖板，611-第一通孔，7-第二框架，71-滑轨，72-滑块，8-联轴器，9-轴承。
具体实施方式
30.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式以列举实施例的形式做详细的说明。
31.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
32.其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示装置结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
33.实施例1.
34.一种基于圆环法的混凝土抗冲刷试验装置，如图1、2所示，包括试件托盘1、托盘升降装置2、冲刷叶轮3、叶轮电机4、托盘盖5、第一框架6和第二框架7；
35.第一框架6用于安装叶轮电机4、托盘盖5和冲刷叶轮3的组合体；第二框架7用于安装试件托盘1和托盘升降装置2。第一框架6安装面的高度高于第二框架7的安装面高度，使得安装后的试件托盘1上缘低于冲刷叶轮3下缘的水平。
36.如图1、2、3所示，第一框架6顶部设有水平盖板61，水平盖板61上通过电机座41安装有叶轮电机4。冲刷叶轮3中心固定设有主轴31，水平盖板61设有第一通孔611，托盘盖5设有第二通孔51；冲刷叶轮3的主轴31自下而上依次穿过第二通孔51和第一通孔611，与叶轮电机4的转轴42通过联轴器8连接；第一通孔611处和第二通孔51处分别设置两组轴承9，用于加强所述冲刷叶轮转动运行和传导的效率、降低能量损耗。
37.如图1、2、3所示，水平盖板61与托盘盖5之间设有两组电动推杆52和四组导向杆53，共同组成水平盖板61与托盘盖5之间的活动连接装置，使所述的托盘盖可在一定范围内沿竖直方向做远离或靠近所述的水平盖板的移动，同时避免发生其他方向的位移，以提高所述冲刷叶轮转动运行的稳定性。
38.如图1所示，第二框架7设有水平方向的滑轨71，滑轨71上配套设有若干滑块72，用于使试件托盘1在低于冲刷叶轮3下缘的水平进行水平方向的往复滑动，使试件托盘1根据
需要处于冲刷叶轮3的正下方，或处于远离冲刷叶轮3正下方的位置。
39.所述的试件托盘1用于盛放圆环形混凝土试件，连接所述的托盘升降装置2；所述的冲刷叶轮3用于在试验中嵌入所述圆环形混凝土试件中，并在所述叶轮电机4的驱动下水平旋转，冲刷叶轮3的具体结构没有特别的限制，其外径需要小于圆环形试件内径；所述的托盘盖5用于在试验中覆盖在所述的试件托盘和冲刷叶轮上方；托盘盖5的规格与试件托盘1相匹配，托盘盖5和试件托盘1上分别设置有相配合的闭合装置，以使所述的托盘盖在试验中能够与所述的试件托盘紧密结合。托盘盖5上还设有橡胶密封件和温度传感器；橡胶密封件用于防止含砂磨损剂从托盘盖5的下方到达托盘盖5的上方；温度传感器用于感受试件的温度。
40.如图1、2、4所示，托盘升降装置2设置在试件托盘1下方。托盘升降装置2包括升降台21、固定板22、千斤顶23和升降导向杆24；升降台21位于固定板22上方，用于放置试件托盘1，其底部与穿过固定板22的千斤顶23的顶部固定连接；固定板22用于固定千斤顶23，并与升降台21之间通过四组导升降向杆24实现活动连接，使升降台21可在一定范围内沿竖直方向做远离或靠近固定板22的移动，同时避免发生其他方向的位移，以提高升降台21和试件托盘1升降的稳定性。各升降导向杆24底部还共同连接底板25，固定板22下表面设有接近开关（图中未示出），接近开关用于感受底板25的位置，防止托盘升降装置2将试件托盘1过度抬升。
41.本实施例的混凝土抗冲刷试验装置适用于混凝土抗含砂水流冲刷试验（圆环法）。在实际使用时，首先将试件托盘1沿第二框架7的滑轨71移动至远离冲刷叶轮3的位置，然后将经过称量的圆环形试件通过常规方法（如吊装法等）放置在试件托盘1内，再将试件托盘1沿第二框架7的滑轨71移动至冲刷叶轮3的正下方，向所述的圆环形试件中心空间内注入标准的含砂磨损剂，然后启动托盘升降装置2的千斤顶23，抬升试件托盘1和圆环形试件，直至冲刷叶轮3完整浸入含砂磨损剂内，且托盘盖5充分接触试件托盘1的上沿，如需微调位置，还可以通过设置在托盘盖5和水平盖板61之间的活动连接装置（电动推杆52和导向杆53）进行调整。确认设备位置后，锁紧试件托盘1和托盘盖5，启动叶轮电机4，带动冲刷叶轮3按预定条件完成冲刷试验。冲刷终止后，将托盘盖5打开，通过千斤顶23控制试件托盘1和试件下降，取出冲刷后的圆环形试件，再次称重，分析处理后可得到试验结果。
42.实施例2.
43.一种混凝土抗冲刷试验系统，包括实施例1所述的试验装置、循环冷却系统和电控单元；所述的循环冷却系统包括制冷设备、冷却介质、循环管路、换热设备和输送泵，所述的循环管路设置在所述试验装置易发热部位，通过输送泵驱动所述冷却介质在所述循环管路内的循环流动为装置降温，并经制冷设备和换热设备再生回流的冷却介质；所述的电控单元设有配电盘和控制电路，用于为所述的试验装置和循环冷却系统的各组件供电，并控制循环冷却系统的运行。
44.本实施例的试验系统在实施例1所述的试验装置基础上增设了循环冷却系统和控制单元。虽然本实施例的试验装置的叶轮电机等部位在实践中很少出现运转过热的问题，但是仍然可以在增设了循环冷却系统的情况下，选择性地采取电机冷却处理。相应地，增设的电控单元可以将试验装置和冷却循环系统两部分的电源配电控制集中设置，方便操作。