標(biāo)題：海水沖刷試驗(yàn)裝置-全自動(dòng)控制

濟(jì)南鴻眾科技有限公司生產(chǎn)的水流沖刷試驗(yàn)裝置用于模擬海水、水流沖刷，可設(shè)定沖刷實(shí)驗(yàn)的壓力，試驗(yàn)的水溫，實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，進(jìn)行變頻控制技術(shù)，對水流沖刷大小進(jìn)行控制。以下為之前生產(chǎn)的水流沖刷裝置的部分技術(shù)參數(shù)資料供參考。

水流沖刷試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)

一、設(shè)計(jì)參數(shù)

1.1性能參數(shù)

壓力0.8MPa；

流速：1~2m/s;

0.5~1m/s

溫度：25攝氏度、35攝氏度；

1.2 試樣尺寸

試樣一 50X50mm；

試驗(yàn)二 1cm^2電化學(xué)試樣；

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)

1 溫度傳感器2 水箱 3 離心泵 4 壓力表 5 流量計(jì)6 試驗(yàn)段I 7節(jié)流閥 8壓力表

9 流量計(jì) 10試驗(yàn)段II 11泄壓閥 12加熱管13旁路泄壓閥 14支路泄壓閥 15支路節(jié)流閥

整個(gè)系統(tǒng)包括水箱、離心泵、壓力煲、流量計(jì)、管道、節(jié)流閥、泄壓閥。系統(tǒng)工作時(shí)由離心泵抽水進(jìn)入管道，調(diào)整泄壓閥保持紅色管道內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值，如果機(jī)械手段無法達(dá)到平衡，再通過變頻器調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，確保壓力、流速均達(dá)到設(shè)計(jì)值。如果控制故障，在壓力大于一定值時(shí)，安全閥打開，從旁路強(qiáng)制回流，保證人員以及設(shè)備運(yùn)行安全。

2.2系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)

2.2.1沖刷流道設(shè)計(jì)

為加快進(jìn)度，提高機(jī)器使用效率，采用雙流道；因機(jī)器長時(shí)間運(yùn)行，盡可能降低設(shè)備功率，降低試驗(yàn)費(fèi)用。由于消耗功率與壓力流量的乘積成正比，所以進(jìn)行管道設(shè)計(jì)時(shí)，在壓力已經(jīng)確定的情況，盡量減小管道通過水流截面積，根據(jù)試樣尺寸，其流道截面設(shè)計(jì)如下：

1 50X50mm試樣 2 1cm^2試樣安裝孔 3 流道 4 50X50mm試樣安裝支架

圖2管道試樣安裝方式圖

圖1采用分段設(shè)計(jì)，每個(gè)可拆卸安裝支架，可安裝3組平行樣，每組平行樣放置在同一截面，采用沉降式平墊密封，能有效防止泄露。減少管道截面積，能夠有效降低電機(jī)功率，同時(shí)降低了試驗(yàn)成本。一批次進(jìn)行6種材料，周期分3個(gè)，總計(jì)18組試樣，根據(jù)上方設(shè)計(jì)，試樣安裝管道需要1580mm，在節(jié)流閥后，以及泄壓閥流出足夠長度（防止水流突變，前后均留500mm），壓力管道為2580mm；再考慮接頭、對接等方面的長度，總結(jié)需要3000mm，在泄壓閥后的管道采取變徑，將管道加粗，使水流變緩，盡量防止渦流。

2.2.2離心泵選型設(shè)計(jì)

壓力0.8MPa下，進(jìn)行1~2m/s與0.5m/s~1 m/s速率沖刷試驗(yàn)，為加快試驗(yàn)進(jìn)度，采用兩種流速同時(shí)進(jìn)行：

流道1 測量流度1.5m/s 根據(jù)截面積，換算對應(yīng)流量：9.72m^3/h

流道2 測量流度0.75m/s根據(jù)截面積，換算對應(yīng)流量：4.86 m^3/h

為節(jié)省能源，兩種流量方式采用一條回路進(jìn)行，低流量回路采用旁路分流的形式進(jìn)行控制流速。則功率計(jì)算只需要按照流速較高的進(jìn)行計(jì)算。

功率計(jì)算：

根據(jù)電機(jī)功率N(KW) 額定壓力P(Pa) 流量Q(m^3/s)的關(guān)系：

N=PQ/k （1）

式中：k——效率，百分?jǐn)?shù)或小數(shù)表示。

將已知條件帶入公式

（2）

按照常規(guī)離心泵效率 K=0.4

N=5.4KW

根據(jù)電機(jī)選擇需要一定余量，至少選6KW的電機(jī)。

2.2.3介質(zhì)加熱設(shè)計(jì)

泵的流量為9.72 m^3/h，根據(jù)離心泵特點(diǎn)，應(yīng)留有一定的滲漏余量，在無人值守的情況下，應(yīng)當(dāng)在16小時(shí)不出現(xiàn)缺水現(xiàn)象，同時(shí)水泵供水應(yīng)有一定水壓，同時(shí)因需要加熱，為節(jié)約能源，水應(yīng)當(dāng)盡量少，擬采用0.5 m^3水箱。

根據(jù)公式：

（3）

其中，Q表示熱量，C比熱容，M質(zhì)量， 溫度變化量，該公式表明了理想狀態(tài)下，一定質(zhì)量的物體溫度每升高，所吸收的熱量。

水箱中注水0.5 m^3（水量最好選擇1 m^3，如果中間滲漏及容易缺水），考慮使用情況，冬天試驗(yàn)車間內(nèi)水溫按照1℃計(jì)算，升到35攝氏度理論所需總熱量：

Q=4.2*10^3J/Kg·℃*500Kg*34=7.2*10^7J

根據(jù)熱量與KWh的關(guān)系，經(jīng)過換算，升溫需要總熱量20KWh；充分考慮到加熱時(shí)間與加熱功率，與設(shè)備運(yùn)行成本折中，擬采取5h加熱到既定溫度，則需要加熱功率為4KW；但是由于在加熱的過程中，設(shè)備與外界存在熱交換，溫差越大，熱交換速度越快（其散熱速度與吸熱速度算法是一致的），所以在水箱外應(yīng)做好保溫設(shè)施，減小熱量流失。同時(shí)應(yīng)當(dāng)在4KW加熱功率基礎(chǔ)上，選取一定的余量，初步選擇加熱功率為6KW。（采用1 m^3，則要選擇10KW）