CN102879323B - 地铁杂散电流腐蚀实验系统 - Google Patents
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Abstract
一种地铁杂散电流腐蚀实验系统，属于模拟地铁杂散电流腐蚀进程的系统。实验系统的可调直流电源的正极和负极分别连接两个不同的辅助电极，辅助电极嵌入在钢筋混凝土块的上表面；钢筋分布在钢筋混凝土块内部的不同位置；钢筋混凝土块的下表面同土壤箱中的土壤介质密实接触，土壤箱中布置钢管；参比电极紧邻钢筋和钢管埋设；钢筋和钢管的测量点及参比电极通过导线与信号调理器连接，并将测试信号传输至数据采集装置；可调直流电源的电压信号经过电量变送器实时传输至数据采集装置；数据采集装置将两路信号通过串行通信端口传输至上位机。能够有效模拟地铁杂散电流腐蚀进程的实验系统，为进一步提高地铁系统内金属结构的腐蚀状态评估能力进行实验准备。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟地铁杂散电流腐蚀进程的系统，具体涉及一种地铁杂散电流腐蚀实验系统。
背景技术
地铁机车大多采用直流牵引供电方式，机车所需的电流由牵引变电所提供，通过接触网（架空线或接触轨）向机车送电，并通过钢轨作为牵引电流回路，返回到牵引变电所，由于钢轨很难做到完全对地绝缘，因此牵引电流并非全部由钢轨流回牵引变电所，而是有一部分由钢轨杂散流入大地，形成地下杂散电流。研究表明，杂散电流会对地铁系统内混凝土主体结构中的钢筋和埋设于地下的金属管线等金属结构造成严重的电化学腐蚀，这不仅会缩短金属结构的使用寿命，而且会降低地铁系统内主体结构的强度和耐久性，甚至会酿成严重的事故。由于我国的城市轨道交通已经进入大规模建设的高峰时期，所以，在地铁建设和运营过程中必须采取有效的措施防止金属结构的杂散电流腐蚀。
防止金属结构的杂散电流腐蚀，需要对金属结构的杂散电流腐蚀状态进行实时监测，由于在地铁系统中杂散电流密度很难直接测量，目前只能通过测量金属结构的极化电位来间接表征金属结构的腐蚀状况。影响金属结构极化电位的因素有很多，归纳现有研究成果，主要有供电区间距离、金属结构距离钢轨的水平长度、金属结构的埋地深度、土壤电阻率和机车牵引电流五个影响因素，金属结构极化电位与各个影响因素的相互关系目前只能根据经验被定性描述，尚未被定量表达。
发明内容
技术问题：本发明的目的是要提供一种地铁杂散电流腐蚀实验系统，解决目前不能定量表达极化电位与各影响因素的相互关系的问题。
技术方案：
本发明的目的是这样实现的：地铁杂散电流腐蚀实验系统包括：可调直流电源，电量变送器、数据采集装置、上位机、信号调理器、辅助电极、钢筋网、钢筋混凝土块、参比电极、土壤箱、钢筋和钢管；可调直流电源的正极和负极分别连接两个不同的辅助电极，辅助电极嵌入在钢筋混凝土块的上表面；钢筋分布在钢筋混凝土块内部的不同位置，共布置六根；钢筋混凝土块的下表面同土壤箱中的土壤介质密实接触，土壤箱中布置五根具有不同位置的钢管；参比电极紧邻钢筋和钢管埋设；钢筋和钢管的测量点及参比电极通过导线与信号调理器连接，并将测试信号传输至数据采集装置；可调直流电源的电压信号经过电量变送器实时传输至数据采集装置；数据采集装置将两路信号通过串行通信端口传输至上位机。
所述的钢筋混凝土块的尺寸为0.850 m×0.675 m×0.267 m，钢筋混凝土块的成分为水：石：沙：水泥，重量比例为8:44:32.5:15.5；所述的土壤箱的尺寸为1.000 m×0.850 m×0.675 m，由绝缘木板制作而成。
所述的可调直流电源通过辅助电极向实验系统施加不同的电压。
所述的辅助电极由薄钢片制作而成，共计五根，任意两根辅助电极同可调直流电源的正极和负极连接。
所述的钢筋共计六根，其中有四根的深度一样，与辅助电极的水平距离不同；有三根的深度不同，与辅助电极的水平距离相同。
所述的钢管共计五根，其中有三根的深度一样，与辅助电极的水平距离不同；有三根的深度不同，与辅助电极的水平距离相同。
所述的参比电极采用Mo/MoO参比电极。
有益效果：由于采用了上述技术方案，能够全面模拟地铁系统内机车牵引电流、供电区间距离、金属结构距离钢轨的水平长度、金属结构的埋地深度和土壤电阻率这五个主要影响因素与金属结构极化电位的相互关系，这是一种能够有效模拟地铁杂散电流腐蚀进程的实验系统，能够为定量表达金属结构极化电位与各影响因素的相互关系提供数据支撑，为进一步提高地铁系统内金属结构的腐蚀状态评估能力进行实验准备。
附图说明
图1是本发明的地铁杂散电流腐蚀实验系统图。
图2是本发明的辅助电极分布示意图。
图中：1、可调直流电源；2、电量变送器；3、数据采集装置；4、上位机；5、信号调理器；6、辅助电极；7、钢筋网；8、钢筋混凝土块；9、参比电极；10、土壤箱；11、钢筋；12、钢管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明：
实施例1：地铁杂散电流腐蚀实验系统包括：可调直流电源1，电量变送器2、数据采集装置3、上位机4、信号调理器5、辅助电极6、钢筋网7、钢筋混凝土块8、参比电极9、土壤箱10、钢筋11和钢管12。可调直流电源1的正极和负极分别连接两个不同的辅助电极6，辅助电极6嵌入在钢筋混凝土块8的上表面；钢筋11分布在钢筋混凝土块8内部的不同位置，共布置六根；钢筋混凝土块8的下表面同土壤箱10中的土壤介质密实接触，土壤箱10中布置五根具有不同位置的钢管12；参比电极9紧邻钢筋11和钢管12埋设；钢筋11和钢管12的测量点及参比电极9通过导线与信号调理器5连接，并将测试信号传输至数据采集装置3；可调直流电源1的电压信号经过电量变送器2实时传输至数据采集装置3；数据采集装置3将两路信号通过串行通信端口传输至上位机4。
所述的钢筋混凝土块8的尺寸为0.850 m×0.675 m×0.267 m（长×宽×高），钢筋混凝土块8的成分为水：石：沙：水泥，重量比例为8:44:32.5:15.5；所述的土壤箱10的尺寸为1.000 m×0.850 m×0.675 m（长×宽×高），由绝缘木板制作而成。
所述的可调直流电源1通过辅助电极6向实验系统施加不同的电压，由此在实验系统内产生的电流用于模拟地铁系统内的机车牵引电流。
所述的辅助电极6由薄钢片制作而成，共计五根，分别表示为6-1、6-2、6-3、6-4和6-5，任意两根辅助电极同可调直流电源1的正极和负极连接，由此在正极和负极之间产生了四个不同的长度，用于模拟地铁系统内不同供电区间的距离。
所述的钢筋11共计六根，分别表示为11-1、11-2、11-3、11-4、11-5和11-6；其中有四根的深度一样，但与辅助电极6的水平距离不同，有三根的深度不同，但与辅助电极6的水平距离相同，均用于模拟地铁系统内整体道床或隧道侧壁中具有不同分布位置的结构钢筋。
所述的钢管12共计五根，分别表示为12-1、12-2、12-3、12-4和12-5其中有三根的深度一样，但与辅助电极6的水平距离不同，有三根的深度不同，但与辅助电极6的水平距离相同，均用于模拟地铁系统内具有不同分布位置的埋地金属管、线，如水管、气管和油管。
所述的土壤箱10中土壤介质的电阻率，用于模拟地铁系统内金属结构周围的土壤电阻率。
所述的钢筋网7，用于模拟地铁系统中整体道床或隧道侧壁的排流网。
所述的参比电极采用Mo/MoO参比电极。
不同辅助电极6之间的距离、钢筋11和钢管12距离辅助电极6的水平长度、钢筋11和钢管1的埋地深度、土壤箱10中土壤介质的电阻率和可调直流电源1的电压分别用于模拟地铁系统中供电区间距离、金属结构距离钢轨的水平长度、金属结构的埋地深度、土壤电阻率和机车牵引电流。
图1为地铁杂散电流腐蚀实验系统。实验系统的核心是钢筋混凝土块8和土壤箱10构成的模拟实验台，钢筋混凝土块8置于土壤箱10中，其底面与土壤箱10中的土壤介质密实接触。
实验系统内，可调直流电源1的电压调节范围为0-85 V；在钢筋混凝土块8的上表面“A”，嵌入五片薄钢板作为通电用的辅助电极6，可调直流电源1的电压通过任意两根不同的辅助电极6施加到模拟实验台上；当电流流入实验台时，能够模拟地铁系统中杂散电流泄漏到道床和土壤中，通过改变可调直流电源1的电压，改变模拟实验台中泄漏电流的大小，辅助电极6的间距模拟地铁系统中供电区间的距离。钢筋混凝土块8中布置有钢筋构成的网7，类似地铁整体道床内的排流网。
实验系统内，六根分布在不同位置的钢筋11，相当于地铁整体道床内的结构钢筋，其中，四根钢筋11-1、11-2、11-3和11-4具有相同的深度，但与辅助电极6的水平距离不同；三根钢筋11-2、11-5和11-6与辅助电极6的水平距离相同，但深度不同。五根分布在不同位置的钢管12，相当于地铁系统内的埋地金属管道，如水管、气管或油管，其中，三根钢管12-1、12-2和12-3的深度相同，但与辅助电极6的水平距离不同；三根钢管12-2、12-4和12-5的深度不同，但与辅助电极6的水平距离相同。参比电极9采用Mo/MoO参比电极，紧邻结构钢筋11和钢管12埋设，未直接接触，分别用于测量实验系统内结构钢筋和钢管的极化电位。
由单片机控制的数据采集装置3，可以同时采集实验系统内部结构钢筋11和钢管12对Mo/MoO参比电极9的电压，即经过信号调理器5处理后的极化电位，由电量变送器2获得，并记录送入模拟实验台的电压大小，通过串行口传送到上位机4内进行分析，计算机内的基于虚拟仪器的数据分析软件，能够实时对数据进行采集分析。
实验系统内钢筋11和钢管12统称为金属结构，具体实施方式主要有：
实验系统中不同辅助电极6之间的长度、金属结构距离辅助电极6的水平长度、金属结构的埋地深度、土壤箱10中土壤介质的电阻率和可调直流电源1的电压分别模拟地铁系统中供电区间距离、金属结构距离钢轨的水平长度、金属结构的埋地深度、土壤电阻率和机车牵引电流。实验方法为：当其他影响因素值保持不变时，测量单一影响因素变化下金属结构的极化电位分布。
（1）不同辅助电极6之间的长度
在钢筋混凝土块8的上表面“A”中，图2为辅助电极6的分布，可调直流电源1的负极与辅助电极6-5相连，正极分别同辅助电极6-1、6-2、6-3和6-4连接，由此，可调直流电源1的正极和负极之间形成了四个不同的长度，能够模拟地铁系统中不同供电区间的距离。
保持土壤箱10中土壤介质的电阻率不变，在模拟实验台上施加恒定电压，随机选取并分别测量不同长度内金属结构的极化电位。
（2）金属结构的分布位置
根据金属结构距离辅助电极6的水平长度及其埋地深度，金属结构在实验系统内的位置能够被定位。在模拟实验台中，四根钢筋11-1、11-2、11-3、11-4和三根钢管12-1、12-2、12-3用于分析金属结构的水平距离对其极化电位的影响；三根钢筋11-2、11-5、11-6和钢管12-2、12-4、12-5用于分析金属结构的埋地深度对其极化电位的影响。
不改变土壤箱10中土壤介质的电阻率，可调直流电源1的正极同辅助电极6-1连接，在实验台上施加恒定电压，分别测量具有不同分布位置的金属结构极化电位。
（3）土壤电阻率
改变土壤箱10中土壤介质的成分配比，并测量不同成分配比下的土壤电阻率，可调直流电源1的正极同辅助电极6-1连接，在实验台上施加恒定电压，随机选取并测量不同土壤电阻率下金属结构的极化电位。
（4）可调直流电源1的电压
在确定土壤箱10中土壤介质的电阻率和可调直流电源1正极和负极之间的长度后，改变施加在实验台上的电压，随机选取并测量金属结构的极化电位。
Claims (5)
1.一种地铁杂散电流腐蚀实验系统，其特征在于：包括可调直流电源，电量变送器、数据采集装置、上位机、信号调理器、辅助电极、钢筋网、钢筋混凝土块、参比电极、土壤箱、钢筋和钢管；可调直流电源的正极和负极分别连接两个不同的辅助电极，辅助电极嵌入在钢筋混凝土块的上表面；钢筋混凝土块内部布置六根具有不同位置的钢筋，钢筋混凝土块的下表面同土壤箱中的土壤介质密实接触，土壤箱中布置五根具有不同位置的钢管；参比电极紧邻钢筋和钢管埋设；钢筋和钢管上的测量点及参比电极通过导线与信号调理器连接，并将测试信号传输至数据采集装置；可调直流电源的电压信号经过电量变送器实时传输至数据采集装置；数据采集装置将两路信号通过串行通信端口传输至上位机；
所述的钢筋混凝土块的尺寸为0.850 m×0.675 m×0.267 m，钢筋混凝土块的成分为水：石：沙：水泥，重量比例为8:44:32.5:15.5；所述的土壤箱的尺寸为1.000 m×0.850 m×0.675 m，由绝缘木板制作而成；
所述的可调直流电源通过辅助电极向实验系统施加不同的电压。
2.根据权利要求1所述的地铁杂散电流腐蚀实验系统，其特征在于：所述的辅助电极由薄钢片制作而成，共计五根，任意两根辅助电极同可调直流电源的正极和负极连接。
3.根据权利要求1所述的地铁杂散电流腐蚀实验系统，其特征在于：所述的钢筋共计六根，其中有四根的深度一样，与辅助电极的水平距离不同；有三根的深度不同，与辅助电极的水平距离相同。
4.根据权利要求1所述的地铁杂散电流腐蚀实验系统，其特征在于：所述的钢管共计五根，其中有三根的深度一样，与辅助电极的水平距离不同；有三根的深度不同，与辅助电极的水平距离相同。
5.根据权利要求1所述的地铁杂散电流腐蚀实验系统，其特征在于：所述的参比电极采用Mo/MoO参比电极。
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Granted publication date: 20141119 Termination date: 20171010 |
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