一種海水冷卻系統(tǒng)金屬材料腐蝕模擬試驗裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術公開了一種海水冷卻系統(tǒng)金屬材料腐蝕模擬試驗裝置，該裝置由腐蝕測試單元、流速(轉速)控制單元和溫度控制單元三部分組成，其中所述腐蝕測試單元由安裝在試樣圓盤上的研究電極和固定在耐海水容器頂蓋板上的參比電極、輔助電極組成，所述研究電極通過設置在試樣圓盤圓周上的安裝槽固定在試樣圓盤的圓周上，所述輔助電極為環(huán)形鉑金絲或網，設置在試樣圓盤外圍，所述參比電極沿著試樣圓盤圓周均勻分布。此裝置可自動控溫，流速連續(xù)無級可調，可同時實現腐蝕失重與各種電化學聯機測試，結構簡單、操作方便、經濟實用，是研究流動冷卻海水體系中金屬腐蝕規(guī)律和機理以及尋求有效防腐途徑的可靠試驗裝置。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于一種模擬試驗裝置
，更具體地說，主要涉及一種海水冷卻系統(tǒng)金屬材料腐蝕模擬試驗裝置。
技術介紹
事實表明，流動海水體系中金屬材料的腐蝕行為和腐蝕程度與在靜態(tài)海水中的差別很大，其腐蝕要比靜態(tài)嚴重得多，腐蝕速率成倍增加。這是由于金屬材料與海水介質間交互作用，使電化學因素與流體力學因素間產生協同效應，從而導致金屬在流體介質中腐蝕加劇。同樣，海水溫度的升高，也會使腐蝕速率大幅度增大。關于動態(tài)腐蝕試驗裝置，因研究目的不同，研究者設計研發(fā)了各種動態(tài)裝置，歸納·為兩類，一類是試樣固定不動，包括管流式、噴射沖擊式、高速沖刷式，這類裝置電化學測試較易實現。管流試驗能較好地模擬管道流體的工況條件，實驗結果有很強的實用價值，但因試驗費用高、操作較復雜，不能較好的模擬泵等旋轉構件的工況條件，制約了其普及使用。噴射沖擊試驗能較好地模擬湍流態(tài)的腐蝕過程，沖擊液流的速度可以精確控制，但沖刷數據比實際情況嚴重，測量誤差較大，不能較好的模擬泵和管道等的工況條件。高速沖刷試驗主要模擬艦船上水翼前緣、泵轉子葉片和螺旋槳的沖刷腐蝕。另一類是試樣旋轉，包括旋轉圓盤、旋轉圓筒，這類裝置能實現良好的流體動力學模型，通過調節(jié)圓盤、圓筒的轉速或半徑，就可以控制腐蝕介質運動的流型，裝置較簡單、價格低廉、操作簡易，能提供穩(wěn)定的流體，試驗重現性好，測試溶液需用量少，但要同時實現腐蝕失重和各種電化學測試較為困難。眾所周知，海水冷卻系統(tǒng)金屬設備均受到流動的中、高溫海水的腐蝕作用，主要包括管道、泵、凝汽器或換熱器等。因此，為了研究這類腐蝕的規(guī)律、控制因素和機理，以及尋求有效的防腐途徑，對現有各裝置的設計進行消化吸收和改進，建立一臺能模擬海水冷卻系統(tǒng)實際工況條件，同時實現腐蝕失重和電化學聯機測試，既科學又經濟實用的海水腐蝕模擬試驗裝置具有十分重要的現實意義。
技術實現思路
本技術的目的在于克服現有技術的不足，提供一種海水冷卻系統(tǒng)金屬材料腐蝕模擬試驗裝置，裝置的研制關鍵是在能模擬海水冷卻系統(tǒng)實際工況條件的前提下，要注重裝置的科學性、合理性和經濟實用性，需要解決以下關鍵技術問題(I)傳動系統(tǒng)和海水流態(tài)的穩(wěn)定性。要保證試驗拆卸安裝方便，傳動轉軸的垂直度、同軸性，避免或減小高速運轉時轉軸的擺動和整個裝置的顫動，并保證模擬海水流態(tài)的穩(wěn)定性。(2)旋轉狀態(tài)下三電極測試系統(tǒng)的設計和布置。研究試樣要有電連接，實現與其他電化學測試系統(tǒng)聯機，便于研究腐蝕機理，輔助電極的設置要保證電力線的均勻分布和陰/陽極面積比，參比電極設計要考慮溶液歐姆降，盡可能使其降到最低值，并保證在高流速條件下測試穩(wěn)定。本技術的目的和解決的技術問題，通過下述技術的技術方案予以實現一種海水冷卻系統(tǒng)金屬材料腐蝕模擬試驗裝置，該裝置由腐蝕測試單元、流速(轉速)控制單元和溫度控制單元三部分組成，其中所述流速(轉速)控制單元由變頻調速箱、電機、轉軸和試樣圓盤構成，所述試樣圓盤的中部與轉軸的一端連接并固定，所述轉軸的另一端與電機連接并固定，所述電機與變頻調速箱連接，并通過變頻調速箱調控電機的轉速；所述電機和轉軸之間通過銷鍵連接，所述轉軸和試樣圓盤通過螺紋連接，轉速控制范圍O 3000r/min所述溫度控制單元包括恒溫水浴控溫系統(tǒng)、耐海水容器，所述耐海水容器的內壁上設置有擋板，其整體放置于恒溫水浴控溫系統(tǒng)中，熱量通過耐海水容器壁傳入試驗海水介質達到恒溫，溫控范圍為室溫 90±1°C,優(yōu)選50±1°C ;原因在于在敞開式海水冷卻系統(tǒng)，一般金屬材料的腐蝕速率隨溫度的升高而增大，但由于溫度升高，海水或濃縮海水中溶解氧含量降低，導致腐蝕傾向減小，因此，在熱力學穩(wěn)定性和溶解氧的共同作用下，金屬材料在50°C左右時腐蝕速率最大所述腐蝕測試單元由安裝在試樣圓盤上的研究電極和固定在耐海水容器頂蓋板上的參比電極、輔助電極組成，所述三種電極構成三電極體系并連接到外部腐蝕測試儀器上；所述參比電極為帶魯金毛細玻璃管的飽和甘汞電極(SCE)或其他參比電極，其數量設置為3個 9個，優(yōu)選3個 5個，更優(yōu)選3個，沿著試樣圓盤圓周均勻分布；所述輔助電極為環(huán)形鉬金絲或網，環(huán)繞在試樣圓盤的外圍，下端固定在耐海水容器底部擋板架上；所述研究電極通過設置在試樣圓盤圓周上的安裝槽固定在試樣圓盤的圓周上，其信號導線通過試樣圓盤的中空區(qū)，進入轉軸的中間空心，再通過電刷將信號輸出，其數量為I 4個所述試樣圓盤由上組裝件和下組裝件通過螺紋連接，在試樣圓盤的圓周上設置有用于安裝研究電極的安裝槽，所述安裝槽可以是沿著整個圓盤圓周的安裝槽，此時通過環(huán)形密封圈將由傳熱管截制的整體試環(huán)安裝在整個圓周安裝槽中；還可以是沿著整個圓周均勻分布的安裝槽，此時通過硅膠密封將金屬試片安裝在分布在圓周的安裝槽中(數量為I一4個)，其圓盤直徑設計為25mm 200mm,高度為IOmm 50mm經典的電化學測試采用三電極測試系統(tǒng)，由于該試驗裝置要求在動態(tài)旋轉條件下實現電化學測試而非靜態(tài)條件，因此采用常規(guī)的三電極設置方法不能滿足電化學測試的要求。在本技術的技術方案中，通過輔助電極和參比電極的設置來實現動態(tài)旋轉條件下的測試(I)輔助電極的設置要保證電力線的均勻分布(輔助電極和研究電極正對)和陰/陽極面積比，分析其設計過程如圖4所示。本技術采用輔助電極A用一定直徑的鉬金絲或網加工制成環(huán)形電極，保證了電力線的均勻分布和陰/陽極面積比，輔助電極A和研究電極W間的溶液電阻小于R1，這種設計可滿足常規(guī)測試要求。(2)對參比電極設計要考慮溶液歐姆降，盡可能使其降到最低值，并保證在高流速條件下測試穩(wěn)定，而單個的參比電極不能滿足此試驗要求，本技術采用多個參比電極并聯的方式解決此問題(即沿著圓盤圓周呈正多邊形均勻分布)?？紤]到海水的電阻值較小和系統(tǒng)測量的穩(wěn)定性，為方便試驗操作，參比電極的數量選擇3 6只較適宜。本技術采用的所有與海水接觸的材料均選擇耐海水腐蝕金屬材料(如鈦合金、特種不銹鋼)、非金屬材料(如玻璃、聚四氟乙烯)、復合材料(如金屬襯氟)的一種或多種。本技術模擬海水流態(tài)采用旋轉式來實現，此種方式有利于實驗室內進行。原因在于①在實際中，無論是海水泵、冷凝器、換熱器，還是海水輸送管道，切向力對磨損腐蝕都將起主要作用，故將研究試樣鑲嵌在旋轉圓盤的側壁上，以實現研究試樣在海水中僅受切線方向力的作用。②試驗容器內安裝擋板，使海水的流向特點為軸流型，防止徑流型的產生。盡管此時海水以軸向流動占優(yōu)勢，由于試樣是鑲嵌在圓盤的側壁上，在機械帶動下，旋轉仍是主體運動。故研究試樣表面主要是受流體切應力的作用，軸向力可以忽略不計。從而也避免了容器中介質旋渦的形成，導致試樣暴露在海水外。同時大幅度提高研究試樣與海水間的相對運動速度。③為便于研究金屬在流動海水中的腐蝕規(guī)律，試樣的旋轉速度能實現連續(xù)無級調速。本技術一種海水海水系統(tǒng)金屬材料腐蝕模擬試驗裝置，根據海水冷卻系統(tǒng)金屬材料服役工況條件，以及電化學腐蝕測試研究的基本原理和試驗方法，經科學剖析和理 論計算，巧妙設計(三電極)并制作了一臺海水腐蝕模擬試驗裝置。此裝置可自動控溫，流速連續(xù)無級可調，可同時實現腐蝕失重與各種電化學聯機測試，結構簡單、操作方便、經濟實用，是研究流動冷卻海水體系中金屬腐蝕規(guī)律和機理以及尋求有效防腐途徑的可靠本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種海水冷卻系統(tǒng)金屬材料腐蝕模擬試驗裝置，該裝置由腐蝕測試單元、流速控制單元和溫度控制單元三部分組成，其特征在于，其中：所述流速控制單元由變頻調速箱、電機、轉軸和試樣圓盤構成，所述試樣圓盤的中部與轉軸的一端連接并固定，所述轉軸的另一端與電機連接并固定，所述電機與變頻調速箱連接；所述溫度控制單元包括恒溫水浴控溫系統(tǒng)、耐海水容器，所述耐海水容器的內壁上設置有擋板，其整體放置于恒溫水浴控溫系統(tǒng)中；所述腐蝕測試單元由安裝在試樣圓盤上的研究電極和固定在耐海水容器頂蓋板上的參比電極、輔助電極組成，所述三種電極構成三電極體系并連接到外部腐蝕測試儀器上；所述研究電極通過設置在試樣圓盤圓周上的安裝槽固定在試樣圓盤的圓周上，其信號導線通過試樣圓盤的中空區(qū)，進入轉軸的中間空心，再通過電刷將信號輸出，所述參比電極沿著試樣圓盤圓周均勻分布，所述輔助電極為環(huán)形并環(huán)繞在試樣圓盤的外圍，下端固定在耐海水容器底部擋板架上。

【技術特征摘要】
1.一種海水冷卻系統(tǒng)金屬材料腐蝕模擬試驗裝置，該裝置由腐蝕測試單元、流速控制單元和溫度控制單元三部分組成，其特征在于，其中 所述流速控制單元由變頻調速箱、電機、轉軸和試樣圓盤構成，所述試樣圓盤的中部與轉軸的一端連接并固定，所述轉軸的另一端與電機連接并固定，所述電機與變頻調速箱連接; 所述溫度控制單元包括恒溫水浴控溫系統(tǒng)、耐海水容器，所述耐海水容器的內壁上設置有擋板，其整體放置于恒溫水浴控溫系統(tǒng)中； 所述腐蝕測試單元由安裝在試樣圓盤上的研究電極和固定在耐海水容器頂蓋板上的參比電極、輔助電極組成，所述三種電極構成三電極體系并連接到外部腐蝕測試儀器上；所述研究電極通過設置在試樣圓盤圓周上的安裝槽固定在試樣圓盤的圓周上，其信號導線通過試樣圓盤的中空區(qū)，進入轉軸的中間空心，再通過電刷將信號輸出，所述參比電極沿著試樣圓盤圓周均勻分布，所述輔助電極為環(huán)形并環(huán)繞在試樣圓盤的外圍，下端固定在耐海水容器底部擋板架上。2.根據權利要求I所述的一種海水冷卻系統(tǒng)金屬材料腐蝕模擬試驗裝置，其特征在于，所述電機和轉軸之間通過銷鍵連接，所述轉軸和試樣圓盤通過螺紋連接。3.根據權利要求I所述的一種海水冷卻系統(tǒng)金屬材料腐蝕模擬試驗裝置，其特征在于，所述參比電極為帶魯金毛細玻璃管的飽和甘汞電極，其數量設置為3個 ...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：王維珍，侯純揚，武杰，劉淑靜，尹建華，王靜，高翔，張正，高麗麗，侯相鈺，崔振東，
申請(專利權)人：國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所，
類型：實用新型
國別省市：