用于压载舱涂层试验的波浪舱设计方法及试验装置

摘要

本发明公开了一种用于压载舱涂层试验的波浪舱设计方法及试验装置，该试验装置由并排的4个各自独立的单个试验舱室组成，各单独试验舱室内均放置4块试验样板，能够真实的、全方位的、立体的再现压载舱保护涂层所处的各种环境条件下的模拟试验。能够真实的、全方位的、立体的再现压载舱保护涂层所处的各种环境条件，可实现在试验舱内模拟压载舱保护涂层的实际应用环境条件，方便用于研究、检测和评价压载舱保护涂层的耐腐蚀性能和环境适应性能，为船舶专用海水压载舱保护涂层的质量预测、评定、涂层资格认可等提供一个动态的科学的加速方法。

说明书

技术领域

本发明属于试验装备技术领域，是一种模拟船舶专用海水压载舱保护涂层真实环境状况的一种用于压载舱涂层试验的波浪舱设计方法及试验装置。

背景技术

据了解，目前国际上只有挪威船级社(DNV)和日本海上技术安全研究所二家建有同类压载舱专用模拟加速波浪试验舱。2006年挪威和日本的波浪试验舱的各个舱壁温度的控制采用的均是水循环温控系统，摇摆系统采用的是电机带动偏心轮的机械方式。2007年11月挪威船级社(DNV)最新设计建造的压载舱专用模拟加速波浪试验舱，其改进后的设计是：模拟甲板下顶部的边舱遭受太阳曝晒和昼夜交替的状况的压载舱模拟试验舱顶部50℃加热12小时/20℃冷却12小时的循环模式采用红外线的照射方式，侧壁和海水的温控采用的是水循环温控系统，摇摆系统采用的是汽缸推动方式。但试验舱顶部的温度控制敞开式，采用通过红外照射和不照射转换方式进行，虽然模拟更直观和形象但温度控制的均匀性和精度不会太高。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于压载舱涂层试验的波浪舱设计方法及试验装置，该试验装置由并排的4个各自独立的单个试验舱室组成，各单独试验舱室内均放置4块试验样板，能够真实的、全方位的、立体的再现压载舱保护涂层所处的各种环境条件下的模拟试验。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

所述的用于压载舱涂层试验的波浪舱设计方法包含以下内容：

I、采用汽缸伺服推拉系统模拟船的颠簸和摇摆，可实现试验舱周期性的倾斜运动，运动形式为整个箱体绕底部中心沿长度方向水平横轴上下倾斜摇摆，运动频率至少为3秒，运动幅度至少为0～20°可调，造成舱内海水波浪运动，确保放置在试验舱内前后和顶部的样品能够周期地喷溅到海水；

II、模拟压载舱内的真实状况，试验舱装满1/3体积的海水，试验舱底部隔套水盒加热试验舱内海水温度，海水温度保持在35±2℃；由同试验舱底一体的薄型PP材质水盒和一个外部恒温水箱构成，试验中由编程自动控制水泵攻入外部热水源并循环隔套加热试验舱内海水，试验中14天海水/7天空舱循环；

III、编程水温调节控制系统，模拟甲板下顶部的边舱遭受太阳曝晒和昼夜交替的状况，该顶制冷(热)组件由为同试验舱顶盖一体的薄型PP材质水盒和外部两个水温分别为20℃和50℃恒温水箱构成，试验中由编程自动控制水泵分别将两个恒温水送入PP水盒并循环，达到试验舱顶部为50±2℃加热12小时/20±2℃冷却12小时的循环模式；

IV、采用编程水温调节控制系统，模拟一个压载舱翼舱的冷却舱壁；侧制冷组件设计由为同试验舱一个垂直舱壁一体的薄型PP材质水盒和一个水温为15℃的恒温水箱构成，试验中由编程自动控制水泵将恒温水送入PP水盒并循环，达到试验舱的一个垂直舱壁为背部冷却，控制温度为15±2℃；

V、压载舱试验波浪舱的另一个垂直舱壁设计为既不加热也不冷却；

VI、为了评估压载舱涂层的阴极保护的效果，压载舱试验波浪舱内固定锌牺牲阳极，试验时使其与在舱底放置的一块试样相连接；

VII、采用计算机主控制系统，压载舱试验波浪舱设计一个主控台，主控台上安装一台真彩液晶显示屏试验程序控制仪，试验过程及所有试验参数都由编程自动控制，所有控制参数及采集信号都集中于触摸屏控制，试验过程中的所有试验参数的即时状态和历史数据可随时查阅和打印输出；

VIII、压载舱外壁采用不锈钢材料，内壁采用PP材料；管道、恒温水循环箱采用PVC材料。

所述的用于压载舱涂层试验的波浪舱试验装置由主控台、摇摆试验舱、温控系统三部分组成，其中主控台上安装有显示屏试验程序控制仪，负责控制参数、采集信号、查阅和打印；摇摆试验舱由四个独立舱室组成，各舱室设计为上盖开启式，每个舱内设计安放四块试验样板，每个舱室外均有显示舱内水位的水位计，各舱内试验舱壁的温度通过水循环系统由控温系统控制，由安置在各个试验舱壁的温度传感器将信号送至主控台，由显示屏试验程序控制仪显示控制参数及采集信号达到试验要求，四舱联机由摇摆汽缸、摇摆传感器、启动传感器、限位开关控制摇摆试验舱的颠簸和摇摆，且整个舱体绕底部中心沿长度方向水平横轴上、下倾斜摇摆，运动频率至少为3秒，运动幅度至少为0～20°可调；温控系统由海水箱、15℃水箱、50℃水箱、35℃水箱、20℃水箱、冷却机组及相应的温控组件组成，控温组件控制各水箱；各舱室通过进出水管与温控系统各水箱切换联接。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

一、本发明能够真实的、全方位的、立体的再现压载舱保护涂层所处的各种环境条件，可实现在试验舱内模拟压载舱保护涂层的实际应用环境条件，方便用于研究、检测和评价压载舱保护涂层的耐腐蚀性能和环境适应性能，为船舶专用海水压载舱保护涂层的质量预测、评定、涂层资格认可等提供一个动态的科学的加速方法。

二、本发明试验舱各个舱壁分别处于各不相同的试验条件，设计中采用各自独立的温控和循环系统，选择控温水循环系统与压载舱试验波浪舱结构的设计组合，其特点是：各舱室的相同舱壁温度控制精度高(±2℃)、均匀性好。

三、采用汽缸伺服推拉系统实现波浪舱的摇摆和颠簸，相比其他机械方式摇摆系统，具有波浪试验舱舱体轻巧、噪声低、维护简单、使用寿命长等优点。

四、采用计算机主控制系统，使压载舱状况模拟试验舱的运行参数和历史数据存储和查阅实现编程控制自动化。

五、本发明具有显著的创新性，不仅填补国内空白且达国际领先水平。

附图说明

图1是本发明设计方法原理示意图；

图2是本发明试验装置示意图；

上述图中：1-样板；2-上盖；3-海水箱；4-15℃水箱；5-50℃水箱；6-进出水管；7-35℃水箱；8-20℃水箱；9-2冷却机组；10-摇摆传感器；11-启动传感器；12-摇摆汽缸；13-限位开关；14-摇摆试验舱；15-水位计；16-主控台；17-显示屏试验程序控制仪。

具体实施方式

由图1、2看出：本发明的用于压载舱涂层试验的波浪舱试验装置由主控台16、摇摆试验舱14、温控系统三部分组成，其中主控台上安装一台10.4寸真彩液晶显示屏试验程序控制仪17，负责试验过程及所有试验参数都由编程自动控制，所有控制参数及采集信号都集中于触摸屏控制，试验过程中的所有试验参数的即时状态和历史数据可随时查阅和打印输出；摇摆试验舱14分为四个独立舱室，各舱室设计为上盖2开启式，每个舱内设计安放四块试验样板1，每个舱室外均有显示舱内水位的水位计15，各舱内试验舱壁的温度通过水循环系统由控温系统控制，由安置在各个试验舱壁的温度传感器将信号送至主控台，由显示屏试验程序控制仪17显示试验程序及采集信号达到试验要求，四舱联机由摇摆汽缸12、摇摆传感器10、启动传感器11、限位开关13控制摇摆试验舱14的颠簸和摇摆，且整个舱体绕底部中心沿长度方向水平横轴上、下倾斜摇摆，运动频率至少为3秒，运动幅度至少为0～20°可调；温控系统由海水箱3、15℃水箱4、50℃水箱5、35℃水箱7、20℃水箱9、冷却机组8及相应的温控组件组成，控温组件控制各水箱；各舱室通过进出水管6与温控系统各水箱切换联接。

本发明设计时考虑一下几点：

1、压载舱状况模拟试验舱结构及几何

设计为4舱联机结构，即整机可同时开展4种压载舱涂料样板试验，单个试验舱尺寸为450×450×250mm。

舱体由8mm德国进口PP板材模压焊接成型，外部包不锈钢方管及面板，以利于箱体的牢固性和整体性；上盖要和舱体密封采用硅橡胶发泡海绵条及增加一条防水条，防摇动时海水漏出。

不锈钢矩形管架框架承载四个试验舱联机结构，整体用膨胀螺丝固定于地面，有良好的刚度，两端保证摇动轴同轴度及稳定性良好，框架有防蚀能力。

摇动机构为在摇摆箱一端中心轴上安装一连杆，连接至下部的气缸Y头，有期气缸上安装的磁性感应开关米调节摇摆角度，后部有日本的SMC气缸来作动力拖动箱体摇摆。

2、外部温控系统

外部温控系统的水箱共有四个，每个水箱内储水容积为70升左右，水箱体为德国PP板材制作，上部为可开启式，四个水箱分别控温为15℃、20℃、35℃、50℃，其结构为整体型，即制冷加热控制水箱都在一个结构内，在水箱内有制冷用紫铜盘管及加热器和水位控制器等组件，制冷机组在水箱后部，每个水箱配置一台扬程35m流量18L/min的磁力驱动水泵。整个四台水箱控制都通讯进入一集成控制柜，水箱的温度由总操作柜中计算机主控制系统编程自动控制，试验时由系统编程自动控制水泵和电磁阀将各个水箱的恒温水直接供入舱体PP水盒内进行循环，达到控制温度和温度切换的要求。

3、整机主要参数：

几何尺寸：2000×1300×800mm

单只波浪舱：450×450×250四舱联装，每舱安装试板四块

试板：400×200×3

摇动角度：±5～20°可调

摇动周期：3.3～1.0秒可调

气缸：SMC带减压调节阀、压力表及磁性感应开关

传动机构：连杆

恒温系统：外部水箱冷(热)组件。组件冷却方式：风冷

温度控制点：50℃/12小时---20℃/12小时、15℃、35℃

温度控制精度：±2℃

温度控制方式：编程控制

试验方式：14天连续摇动，7天静止共试验180天

该试验装置充分模拟船舶压载舱保护涂层实际应用中的下列环境条件：

1.模拟船舶的颠簸和摇摆，造成舱内海水波浪运动，形成周期地向舱内各壁泼贱海水；

2.模拟压载舱内压载和卸载海水的真实状况；

3.模拟甲板下顶部的边舱遭受太阳曝晒和昼夜交替的温差状况；

4.模拟一个压载舱翼舱的冷却舱壁；

5.模拟压载舱普通舱壁；

6.评估压载舱涂层的耐阴极保护的效果。

本发明可实现在试验舱内模拟压载舱保护涂层的实际应用环境条件，方便用于研究、检测和评价压载舱保护涂层的耐腐蚀性能和环境适应性能，为船舶专用海水压载舱保护涂层的质量预测、评定、涂层资格认可等提供一个动态的科学的加速方法。