外部水箱设计考虑到8台舱体的循环使用,根据舱体隔套的容积和留有一定余量,所以每个水箱内储水容积为70L左右,水箱体为德国PP板材制作,上部为可开启式。每个水箱配置一台磁力驱动水泵给舱体隔套供水循环来实现水温控制。所有水箱至仓体的水管都为PP管。仓体冷热组件同水管连接使用硅橡胶软管,便于拆卸和舱体摆动时的减振和连接。
(5)颠簸和摇摆控制系统。
设计采用气缸推拉方式实现压载舱模拟试验舱的八舱联机机构的颠簸和摇摆运动,设计参数确保实现放置在压载舱内前后和顶部的样品能够周期地喷溅到海水。
摇摆机构设计为在压载舱模拟试验舱一端中心轴上安装一连杆,连接至下部的气缸Y头,后部有日本的SMC气缸作为推拉箱体摇摆的动力。
(6)模拟压载舱试验舱的舱室。
模拟压载试验舱内壁采用德国进口PP塑料板材模压焊接成型,外壁采用不锈钢材料。德国进口塑料板其耐温度性、刚性及韧性都比普通塑料板好,耐温高,不易变形,也有效解决防腐问题。压载舱采用双层中空加保温材料结构,有效的形成保温层,使温度控制更准确。上盖设计为活动开启式以便试板安装和操作,为避免摇摆泼溅时海水从舱体内漏出,在上盖和舱体结合处采用回弹性和耐海水腐蚀性都比较好的橡胶条作为密封件使用。
(7)压载舱模拟试验舱智能化操作控制系统。
压载舱模拟试验舱设计一个主控制柜,主控制柜上安装一台10.4寸真彩液晶显示试验程序控制仪,试验过程及所有试验参数都由程序自动控制。所有温度控制及采集信号都集中于触摸屏控制和显示,试验过程及所有试验运行参数均由触摸屏编程、自动控制、显示;温度控制、试验参数即时信息都集中于触摸屏显示。
集中控制系统为考虑操作方便,采用一台10.4寸真彩液晶显示器配套德国西门子PLC开关量模块及模拟量模块。模拟量模块将水箱内的铂电阻传感器的电阻信号转换成电压数字信号,通讯给控制屏内的CPU处理器,经过内部模糊计算,输出数字信号给模拟量模块,由模拟量模块将数字信号转换成直流电压信号供给固态继电器实现对固态继电器上的控制通断,控制加热管加热与否。
试验周期时间控制,是由控制屏内的CPU处理器根据外部设定参数,输出数字电压信号,提供给PLC模拟量模块,再转换成直流24V 电压信号控制中间继电器,由中间继电器控制大功率接触器控制压缩机、水泵、气缸等执行器件。
外部报警用执行器件,水位浮球、热继电器等反馈给PLC开关量模块的信号,再由开关量模块将此信号装换位数字信号传输给控制屏CPU处理器,并直接在显示屏上以中文形式显示出来。另2套8路PT100铂电阻传感器输入方式的采集模块,提供对每个舱体温度的采样并通过通讯传输给显示屏进行显示和记录。
创新成果
2007年9月～2008年3月,通过课题组的共同努力,具有自主知识产权、填补国内空白的模拟压载舱试验舱验收通过,其运行参数,摇摆系统、顶部温控、海水温控、侧壁控温等均达到了PSPC和本课题技术指标的要求。
技术指标要求如下。
(1)采用红外线辐射、环境温度控制综合调节控制系统,控制压载舱上盖部分的温度(20℃/50℃ )。
技术参数:温度控制点为50℃ /12h+20℃/12h循环;温度控制精度为±2°C;温度控制方式为编程控制。
(2)采用编程水温调节控制系统,控制侧板的20°C梯度板温度。
技术参数:温度控制点为15℃ ;温度控制精度为±2℃ ;温度控制方式为编程控制。
(3)采用编程水温调节控制系统,控制舱内海水的35℃ 温度。
技术参数:温度控制点为35℃ ;温度控制精度为±2℃ ;温度控制方式为编程控制。
(4)采用汽缸推动机械方式系统。设计采用汽缸推动机构实现压栽舱模拟船的颠簸和摇摆运动,实现放置在压栽舱内前后和顶部的样品能够周期地喷溅到海水。
技术参数:运动频率至少3s;运动幅度为0°～20°。
(5)压载舱模拟试验舱智能化操作控制系统。通过试验程序控制仪智能化控制试验舱的运行,试验过程及所有试验参数都由编程自动控制。所有温度控制及采集信号都集中于触摸屏控制和显示,试验过程及所有试验运行参数均由触摸屏编程、自动控制、显示;温度控制、试验参数即时信息都集中于触摸屏显示;可随时调阅、打印所有试验运行参数的历史数据。
冷凝试验舱
设计思路
研究、设计、制造一台符合PSPC要求的,能够模拟压载舱涂层实际应用中高温高湿环境状况的试验装置一冷凝试验舱,为压载舱保护涂层在实际应用环境条件下的耐高温高湿环境适应性能的质量预测、评定创造技术条件。冷凝舱试验箱应符合IS0 6270.1-1998标准的要求,冷凝舱试验箱带盖的塑料舱室底部有40℃ 的淡水,上部空气湿度I00%,试验的两块样板放在舱室的顶部与水平成60°角,背对房间,温度23±2℃ 。水从舱室的底部蒸发冷凝在试验样板上。
经调研,国际上专业生产环境试验设备的公司:美国Q-PANEL公司和EST欧洲环境模拟技术有限公司有生产同类产品。美国Q-PANEL公司、EST欧洲环境模拟技术有限公司定型产品采用湿气冷凝方式,其产品符合(ISO 6270.2— 2005标准的要求),可实现舱室底部有40℃ 的淡水,上部空气湿度100%要求,试验样板垂直悬挂在舱室中。这两家公司与国内现有的冷凝试验技术对比如表1所示。
表1国内外现有冷凝试验技术比较
以上两家公司现有产品均不能完全满足试验要求。我国压载舱专用模拟冷凝试验箱生产更是空白。
技术途径
(1)引进德国ST欧抄H环境模拟技术有限公司产品K400 M-TR冷凝水试验箱:
技术参数:箱内温度控制点为40℃ ;温度控制精度为±1℃;温度控制方式为编程控制;箱内湿度控制点为100%(饱和湿度)。
(2)采用空调调节控制冷凝舱试验箱环境空气温度系统,将环境温度控制达到试验样品背部温度20±2℃的要求。
(3)对K400 M-TR冷凝水试验箱的顶部和试验样板放置架进行重新设计,使试验样板放在舱室的顶部与水平成60° 角(IS0 6270.1-2005标准的要求),样品固定架采用工程聚丙烯塑胶板加工制造,周边用硅橡胶密封,设计可放置18片试验样板。
创新成果
2007年12月,完成压载试验冷凝舱安装、调试、试运行和样品放置架的设计和加工,其温度和湿度各项运行参数符合IS06270.1要求。经国防科学技术计量部门鉴定温度和湿度控制完全符合PSPC和本课题技术指标的要求。
达到的技术指标为:箱内温度控制点为40℃ ;温度控制精度为±1℃ ;温度控制方式为编程控制;箱内湿度控制点为99.6%(饱和湿度)。
试验样板放置架:使试验样板放在舱室的顶部与水平成60°角,四周密封。
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