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化試驗裝置。

背景技術(shù)：

巖石凍融試驗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，在試驗結(jié)束后通過測試試件質(zhì)量損失率、單軸抗壓強度、凍融系數(shù)等評定巖石性能。凍融實驗的具體步驟為：將裝有試件的鐵皮容器在-20±2℃下凍結(jié)，持續(xù)四個小時后，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)融解四個小時為一個凍融循環(huán)；每進行一個循環(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。早期實驗采用獨立的冷凍設(shè)備和融化設(shè)備，試件需要在上述設(shè)備間反復(fù)搬運，不僅費時費力，而且不易精確控制冷凍和加熱時間，嚴(yán)重影響實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。目前出現(xiàn)了一種凍融一體化試驗箱，將試件置于其中，不需要再來回搬運，然而試驗箱升溫、降溫耗時較長（升溫耗時40分鐘左右，降溫耗時長達(dá)幾小時），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，易引起泵路堵塞，甚至損壞泵體。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

為實現(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化試驗裝置，包括箱體，所述箱體內(nèi)設(shè)置有凍融試驗箱、制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述凍融試驗箱內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器，所述制冷系統(tǒng)的冷風(fēng)出口位于凍融試驗箱上方，所述加熱系統(tǒng)包括位于凍融試驗箱下方的儲水箱，所述儲水箱內(nèi)設(shè)置有第一加熱器，設(shè)置在儲水箱和凍融試驗箱之間的進出水管路上分別對應(yīng)連通有注水泵和排水泵，所述凍融試驗箱的底部設(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，污水腔的進口與凍融試驗箱相連通，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，所述過水孔最低點以下的污水腔區(qū)域形成雜物收納盒，過水孔最高點以下的凈水腔區(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水管相連通。

為了減緩污水區(qū)進口水流速對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口處，且進口位置處沿水流向傾斜設(shè)置。

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

為了便于控制液位，所述儲水箱內(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化試驗裝置，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，箱體內(nèi)的凍結(jié)-融化實驗條件采用自動化控制，減少了人為誤差；升溫和降溫迅速，大大降低了實驗?zāi)芎模岣吡藢嶒灳_度；同時，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化試驗裝置，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箱內(nèi)的溫度狀況，精確控制凍融試驗箱的溫度變化，溫度傳感器2包括巖石試件溫度傳感器、凍融試驗箱空間溫度傳感器和凍融試驗箱箱壁溫度傳感器。制冷系統(tǒng)包括壓縮機、蒸發(fā)器、風(fēng)機等，其冷風(fēng)出口3位于凍融試驗箱1上方，用于降低凍融試驗箱1的溫度，達(dá)到-20±2℃進行巖石試件的冷凍。加熱系統(tǒng)包括位于凍融試驗箱1下方的用于存儲融化過程用熱水的保溫儲水箱4.1，儲水箱4.1內(nèi)設(shè)置有第一加熱器4.2，設(shè)置在儲水箱4.1和凍融試驗箱1之間的進出水管路上分別對應(yīng)連通有注水泵4.3和排水泵4.4。使用時，在儲水箱中4.1注入一定量的水，開啟第一加熱器4.2進行加熱，達(dá)到指定溫度后進行保溫；當(dāng)需要對巖石試件進行加熱時，通過注水泵4.3將熱水注入凍融試驗箱1，融化過程結(jié)束后，排水泵4.4將熱水從凍融試驗箱1中抽回至儲水箱4.1中。

為了防止從凍融試驗箱1底部排出的熱加水堵塞進出水管路及損壞泵體，在凍融試驗箱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的進口與凍融試驗箱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的進水管4.5相連通。排水泵4.4進行抽水時，凍融試驗箱1內(nèi)的熱水首先進入污水腔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進入凈水腔5.4，并經(jīng)過濾介質(zhì)5.7進行二次過濾，凈化后的熱水進入過濾介質(zhì)5.7上方的凈水腔5.4中，并通過排水泵4.4抽至儲水箱4.1中。

為了減緩污水區(qū)進口水流速對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)明進行巖石凍融試驗時，按照以下步驟進行：

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

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

3、進行冷凍時，控制系統(tǒng)使制冷系統(tǒng)啟動，冷風(fēng)出口3持續(xù)吹出冷風(fēng)，使凍融試驗箱1內(nèi)保持在-20℃±2℃，并自動計時4小時。

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)定凍融試驗箱1內(nèi)第二液位傳感器1.2的液位值，同時使啟動注水泵4.3，將熱水加注到凍融試驗箱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箱1內(nèi)的溫度保持在20℃±2℃，并持續(xù)4小時。

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

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

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化試驗裝置，包括設(shè)置有凍融試驗箱、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)出口位于凍融試驗箱上方，加熱系統(tǒng)包括位于凍融試驗箱下方設(shè)置有第一加熱器的儲水箱，設(shè)置在儲水箱和凍融試驗箱之間的進出水管路上分別對應(yīng)連通有注水泵和排水泵，凍融試驗箱的底部設(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)?融化實驗條件采用自動化控制，減少了人為誤差；升溫和降溫迅速，大大降低了實驗?zāi)芎?，提高了實驗精確度；同時，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
受保護的技術(shù)使用者：黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.24
技術(shù)公布日：2017.09.08