[發明專利]一種流道式海洋生物附著力測試裝置

有效

• 申請號: 201010531314.6
• 申請日: 2010-10-23
• 公開（公告）號: CN102023130A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 藺存國;周娟;段東霞
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七二五研究所
• 主分類號: G01N19/04
• 分類號: G01N19/04
• 代理公司: 青島高曉專利事務所 37104
• 代理人: 張世功

技術領域：

本發明屬于海洋生物測試及防污材料技術領域，涉及一種流道式海洋生物附著力測試裝置，用于模擬船體表面水流狀態，測試海洋污損生物在材料表面的附著力，研究不同水流速度和環境條件對海洋污損生物附著力的影響。

背景技術：

在海洋環境中，海洋生物污損會增加船舶動力消耗，加速材料腐蝕，堵塞海水冷卻管路。隨著海洋資源利用和遠洋運輸業的不斷發展壯大，海洋船舶和工程設施的生物污損問題已變成一個影響國民經濟發展和國家安全的重大問題。目前防污材料研究方興未艾，防污材料性能評價技術不斷快速發展，在技術和經濟發達地區，已經建立了一系列涵蓋污損生物附著數量、附著面積和附著力測試的材料防污性能評價方法，實現了防污材料防污性能的綜合評價；現有已經開發的生物附著力測試裝置主要包括層流流動裝置(Laminar?channel?flow?cell)，徑向流動裝置(Radial?flow?chamber)、環向流動裝置(Annular?flow?cell)、湍流流動裝置(Fully-developed?turbulent?channel)和水噴射裝置(Spinjet?apparatus)，這些裝置的主要原理都是利用水流對附著在材料表面的海洋生物施加一定的沖力，根據受力前后材料表面生物的脫附情況，評價海洋生物在材料表面的附著力。目前，對防污材料防污性能評價主要采用淺海掛板實驗(GB/T5370-2007)和船舶防污漆防污性能動態試驗方法(GB/T7789-2007)，這些方法主要對防污材料表面污損生物的附著數量和覆蓋面積進行分析，該方法存在周期長，原料消耗大等缺點。在海洋污損生物附著力測試方面，2009年大連水產學院研究建立了“轉轂”式附著力測試裝置，該裝置依靠電機帶動攪動裝置，后者再攪動水體，使試樣表面與水流產生相對運動，通過改變水流流速評價污損生物的附著力，這種方法存在著測試精度不高、自動化程度低，難以滿足不斷發展的防污材料研究的需求等缺點。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，針對我國防污材料防污能力評價中缺乏生物附著力測試裝置的現象，研制設計一套適用于海洋污損生物附著力測試的裝置，不僅可實現防污材料服役環境的室內模擬，還可直接獲得污損生物在材料表面的附著力，結合污損生物附著數量和附著面積測試對防污材料的防污性能形成綜合評價，縮短防污材料的開發周期。

為了實現上述目的，本發明利用大寬高比的矩形測試腔在測試樣品表面形成穩定發展的湍流，并利用壓差傳感器測試樣品表面不同位點的壓力差，通過軟件自動計算獲得材料表面污損生物的附著力數據，為海洋污損生物附著力測試提供可靠工具，完善防污材料防污性能評價技術；其裝置的主體結構由水循環系統和自動控制系統組成，水循環系統包括沉降室、測試腔、光源和水槽；自動控制系統包括差壓變送器、變頻泵、流量計、壓力變送器、可編程控制器(PLC)和計算機；箱盒式結構的沉降室內上側自右向左依次分別制有進水口、開孔不銹鋼板、蜂窩狀聚碳酸酯板、不銹鋼篩板和排氣閥，沉降室左端橫向制有測試腔，測試腔左端側邊上制有差壓變送器，測試腔中置有真空泵，測試腔的左側端置有水槽，水槽的頂端制有光源，水槽底部引出管道經過多端閥門控制與進水口連通，其連通的管道中依次分別制有變頻泵、流量計和壓力變送器；可編程控制器、計算機電信息連通后分別與差壓變送器、真空泵、變頻泵、流量計和壓力變送器電信息連通，實現一體化自動控制功效；其測試樣品時，被測樣品放置在測試樣品安放裝置上，測試樣品的安放裝置包括載物臺、樣品安放臺、密封圈、真空管、夾板和高度調節器；海水經變頻泵打入沉降室中，然后流入測試腔，壓差變送器放置于距測試腔入口處90H/140H處，其中H為測試腔內部高度，用于測試樣品兩位點的差壓值，樣品固定在100H-130H處；樣品表面所受剪切力由公式τ_w＝-Hdp/2dx計算得到，其中H為測試腔內部高度，dp為壓差變送器檢測的兩個位點之間的壓力差，dx為壓差測試點之間的距離；沉降室消除由泵帶來的水渦流，降低測試腔內流體的紊流強度，沉降室和測試腔采用20mm有機玻璃板材加工，組合式、可拆卸，方便試樣原位觀察及部件沖洗，保證整個測試裝置清潔、無污染。

本發明的自動控制系統通過變頻泵的轉動速度調節整套裝置的水流速度及測試位點的壓差，并以水壓作為輸入信號調整泵的轉速，形成閉路控制系統；通過可編程控制器和計算機實現變頻泵、流量計及壓差傳感器的集中控制，對流速、壓差、時間的數據采集、存儲與數據實時顯示。