本發(fā)明涉及巖土測試設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種自清潔式巖石凍融自動(dòng)化試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

巖石凍融試驗(yàn)主要用于判定巖石性能，通常是將巖石試件置于模擬外界環(huán)境的“凍結(jié)-融化”溫度循環(huán)變化模式下，在試驗(yàn)結(jié)束后通過測試試件質(zhì)量損失率、單軸抗壓強(qiáng)度、凍融系數(shù)等評(píng)定巖石性能。凍融實(shí)驗(yàn)的具體步驟為：將裝有試件的鐵皮容器在-20±2℃下凍結(jié)，持續(xù)四個(gè)小時(shí)后，然后取出鐵皮容器，向鐵皮容器內(nèi)注水浸沒試件，水溫保持在20±2℃，持續(xù)融解四個(gè)小時(shí)為一個(gè)凍融循環(huán)；每進(jìn)行一個(gè)循環(huán)，檢查試件有無掉塊、裂縫，觀察其破壞過程，上述循環(huán)次數(shù)不低于20次，嚴(yán)寒地區(qū)不應(yīng)少于25次。早期實(shí)驗(yàn)采用獨(dú)立的冷凍設(shè)備和融化設(shè)備，試件需要在上述設(shè)備間反復(fù)搬運(yùn)，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且不易精確控制冷凍和加熱時(shí)間，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。目前出現(xiàn)了一種凍融一體化試驗(yàn)箱，將試件置于其中，不需要再來回搬運(yùn)，然而試驗(yàn)箱升溫、降溫耗時(shí)較長（升溫耗時(shí)40分鐘左右，降溫耗時(shí)長達(dá)幾小時(shí)），且由于融化過程使用的熱水中存在大量雜物和雜質(zhì)，通過水泵抽排加熱水時(shí)，易引起泵路堵塞，甚至損壞泵體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種自清潔式巖石凍融自動(dòng)化試驗(yàn)裝置，目的在于解決現(xiàn)有一體化試驗(yàn)箱溫度轉(zhuǎn)變耗時(shí)較長、能耗較大和抽排水泵容易堵塞的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可采取下述技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的自清潔式巖石凍融自動(dòng)化試驗(yàn)裝置，包括箱體，所述箱體內(nèi)設(shè)置有凍融試驗(yàn)箱、制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述凍融試驗(yàn)箱內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器，所述制冷系統(tǒng)的冷風(fēng)出口位于凍融試驗(yàn)箱上方，所述加熱系統(tǒng)包括位于凍融試驗(yàn)箱下方的儲(chǔ)水箱，所述儲(chǔ)水箱內(nèi)設(shè)置有第一加熱器，設(shè)置在儲(chǔ)水箱和凍融試驗(yàn)箱之間的進(jìn)出水管路上分別對(duì)應(yīng)連通有注水泵和排水泵，所述凍融試驗(yàn)箱的底部設(shè)置有自清潔過水裝置，所述自清潔裝置過水的殼體內(nèi)腔通過豎向分隔板分為污水腔和凈水腔，所述污水腔的底板低于凈水腔的底板，污水腔的進(jìn)口與凍融試驗(yàn)箱相連通，凈水腔通過開設(shè)在豎向分隔板下部的過水孔與污水腔相連通，所述過水孔最低點(diǎn)以下的污水腔區(qū)域形成雜物收納盒，過水孔最高點(diǎn)以下的凈水腔區(qū)域內(nèi)填充有過濾介質(zhì)，靠近所述過濾介質(zhì)以上的凈水腔與所述排水泵的進(jìn)水管相連通。

為了減緩污水區(qū)進(jìn)口水流速對(duì)底部沉淀雜物的沖擊，避免雜物上翻堵塞過水孔，將所述豎向分隔板位于污水腔進(jìn)口處，且進(jìn)口位置處沿水流向傾斜設(shè)置。

為了精確控制凍融試驗(yàn)箱的溫度變化，所述溫度傳感器包括巖石試件溫度傳感器、凍融試驗(yàn)箱空間溫度傳感器和凍融試驗(yàn)箱箱壁溫度傳感器。

為了便于控制液位，所述儲(chǔ)水箱內(nèi)設(shè)置有第一液位傳感器。

為了便于加熱和控制液位，所述凍融試驗(yàn)箱內(nèi)設(shè)置有第二加熱器和第二液位傳感器。

本發(fā)明提供的自清潔式巖石凍融自動(dòng)化試驗(yàn)裝置，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，箱體內(nèi)的凍結(jié)-融化實(shí)驗(yàn)條件采用自動(dòng)化控制，減少了人為誤差；升溫和降溫迅速，大大降低了實(shí)驗(yàn)?zāi)芎模岣吡藢?shí)驗(yàn)精確度；同時(shí)，設(shè)置了自清潔式過水裝置，可以提高熱水水質(zhì)潔凈度，防止水泵堵塞和損壞，提高設(shè)備使用壽命。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的外觀結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖2中自清潔過水裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1、2所示，本發(fā)明所述的自清潔式巖石凍融自動(dòng)化試驗(yàn)裝置，包括帶有液晶控制面板的箱體，箱體內(nèi)設(shè)置有凍融試驗(yàn)箱1、制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

不銹鋼凍融試驗(yàn)箱1內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器2，為了多方位掌握凍融試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度狀況，精確控制凍融試驗(yàn)箱的溫度變化，溫度傳感器2包括巖石試件溫度傳感器、凍融試驗(yàn)箱空間溫度傳感器和凍融試驗(yàn)箱箱壁溫度傳感器。制冷系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、風(fēng)機(jī)等，其冷風(fēng)出口3位于凍融試驗(yàn)箱1上方，用于降低凍融試驗(yàn)箱1的溫度，達(dá)到-20±2℃進(jìn)行巖石試件的冷凍。加熱系統(tǒng)包括位于凍融試驗(yàn)箱1下方的用于存儲(chǔ)融化過程用熱水的保溫儲(chǔ)水箱4.1，儲(chǔ)水箱4.1內(nèi)設(shè)置有第一加熱器4.2，設(shè)置在儲(chǔ)水箱4.1和凍融試驗(yàn)箱1之間的進(jìn)出水管路上分別對(duì)應(yīng)連通有注水泵4.3和排水泵4.4。使用時(shí)，在儲(chǔ)水箱中4.1注入一定量的水，開啟第一加熱器4.2進(jìn)行加熱，達(dá)到指定溫度后進(jìn)行保溫；當(dāng)需要對(duì)巖石試件進(jìn)行加熱時(shí)，通過注水泵4.3將熱水注入凍融試驗(yàn)箱1，融化過程結(jié)束后，排水泵4.4將熱水從凍融試驗(yàn)箱1中抽回至儲(chǔ)水箱4.1中。

為了防止從凍融試驗(yàn)箱1底部排出的熱加水堵塞進(jìn)出水管路及損壞泵體，在凍融試驗(yàn)箱1的底部設(shè)置有自清潔過水裝置5。如圖3所示，自清潔過水裝置的殼體5.1內(nèi)腔通過豎向分隔板5.2分為污水腔5.3和凈水腔5.4，污水腔5.3的底板低于凈水腔5.4的底板，污水腔5.3的進(jìn)口與凍融試驗(yàn)箱1相連通，凈水腔5.4通過開設(shè)在豎向分隔板5.2下部的過水孔5.5與污水腔5.3相連通，過水孔5.5最低點(diǎn)以下的污水腔5.3區(qū)域形成雜物收納盒5.6，過水孔5.5最高點(diǎn)以下的凈水腔5.4區(qū)域內(nèi)填充有過濾介質(zhì)5.7，靠近過濾介質(zhì)5.7以上的凈水腔與排水泵4.4的進(jìn)水管4.5相連通。排水泵4.4進(jìn)行抽水時(shí)，凍融試驗(yàn)箱1內(nèi)的熱水首先進(jìn)入污水腔5.3，所含雜物經(jīng)沉淀落入底部雜物收納盒5.6，經(jīng)過上述初步過濾后的熱水通過豎向分隔板5.2上的過水孔5.5進(jìn)入凈水腔5.4，并經(jīng)過濾介質(zhì)5.7進(jìn)行二次過濾，凈化后的熱水進(jìn)入過濾介質(zhì)5.7上方的凈水腔5.4中，并通過排水泵4.4抽至儲(chǔ)水箱4.1中。

為了減緩污水區(qū)進(jìn)口水流速對(duì)底部沉淀雜物的沖擊，避免雜物上翻堵塞過水孔，將所述豎向分隔板5.2設(shè)置于污水腔5.3進(jìn)口處，且豎向分隔板5.2上部沿水流向傾斜設(shè)置。為了便于控制液位，儲(chǔ)水箱4.1內(nèi)設(shè)置有第一液位傳感器4.6。為了便于加熱和控制液位，凍融試驗(yàn)箱1內(nèi)設(shè)置有第二加熱器1.1和第二液位傳感器1.2。

使用本發(fā)明進(jìn)行巖石凍融試驗(yàn)時(shí)，按照以下步驟進(jìn)行：

1、凍融試驗(yàn)開始之前，做好準(zhǔn)備工作，將試樣按照規(guī)定時(shí)間進(jìn)行浸泡處理。

2、將浸泡完成的試樣裝入試樣盒內(nèi)并放進(jìn)凍融試驗(yàn)箱1，啟動(dòng)電源，通過液晶控制面板設(shè)定冷凍溫度、融化溫度、凍融時(shí)間和凍融循環(huán)次數(shù)，使系統(tǒng)開始自動(dòng)工作。

3、進(jìn)行冷凍時(shí)，控制系統(tǒng)使制冷系統(tǒng)啟動(dòng)，冷風(fēng)出口3持續(xù)吹出冷風(fēng)，使凍融試驗(yàn)箱1內(nèi)保持在-20℃±2℃，并自動(dòng)計(jì)時(shí)4小時(shí)。

4、冷凍結(jié)束后，控制系統(tǒng)使制冷裝置關(guān)閉，根據(jù)試樣放置量設(shè)定凍融試驗(yàn)箱1內(nèi)第二液位傳感器1.2的液位值，同時(shí)使啟動(dòng)注水泵4.3，將熱水加注到凍融試驗(yàn)箱1內(nèi)，使熱水與巖石試件相接觸并發(fā)生熱交換，并通過改變熱水溫度或不斷抽排水等方法使凍融試驗(yàn)箱1內(nèi)的溫度保持在20℃±2℃，并持續(xù)4小時(shí)。

5、融化結(jié)束后，控制系統(tǒng)使制冷系統(tǒng)啟動(dòng)，并通過排水泵4.4將熱水從凍融試驗(yàn)箱1內(nèi)完全抽至儲(chǔ)水箱4.1。

6、裝置經(jīng)過規(guī)定次數(shù)的凍融循環(huán)后，對(duì)自清潔過水裝置5中雜物收納盒5.6中儲(chǔ)存的雜物進(jìn)行清理。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種自清潔式巖石凍融自動(dòng)化試驗(yàn)裝置，包括設(shè)置有凍融試驗(yàn)箱、制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的箱體，箱內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器，制冷系統(tǒng)的冷風(fēng)出口位于凍融試驗(yàn)箱上方，加熱系統(tǒng)包括位于凍融試驗(yàn)箱下方設(shè)置有第一加熱器的儲(chǔ)水箱，設(shè)置在儲(chǔ)水箱和凍融試驗(yàn)箱之間的進(jìn)出水管路上分別對(duì)應(yīng)連通有注水泵和排水泵，凍融試驗(yàn)箱的底部設(shè)置有自清潔過水裝置。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，箱體內(nèi)的凍結(jié)?融化實(shí)驗(yàn)條件采用自動(dòng)化控制，減少了人為誤差；升溫和降溫迅速，大大降低了實(shí)驗(yàn)?zāi)芎?，提高了?shí)驗(yàn)精確度；同時(shí)，設(shè)置了自清潔式過水裝置，可以提高熱水水質(zhì)潔凈度，防止水泵堵塞和損壞，提高設(shè)備使用壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：習(xí)曉紅;路新景;房后國;李振靈;吳中偉;鄧偉杰;張陌;張惠平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.24
技術(shù)公布日：2017.09.08