CN104729983B - 一种间隙流场多参数金属腐蚀装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流体腐蚀测试试验装置，具体为一种间隙流场的金属腐蚀试验装置,解决现有技术中间隙流动下电化学腐蚀特性的原位表征监测困难等问题。该装置设有金属腐蚀电极、辅助电极、参比电极、反应釜体、反应釜盖、转子、旋转组件、旋转电机、外部循环水管、循环水控温釜体、循环泵等，能实现间隙流体及间隙多相流环境下的腐蚀评估与检测，通过安装在反应釜表面的金属腐蚀电极、辅助电极和参比电极配合电化学工作站实现电化学腐蚀特性测试与分析。本装置可模拟屏蔽电机、水润滑轴承、钻杆等不同几何构件，在不同温度、流速等间隙流体环境中的腐蚀行为，为相关部件选材和腐蚀寿命评估提供试验支撑。

Description

一种间隙流场多参数金属腐蚀装置

技术领域

本发明属于材料腐蚀检测技术领域，涉及一种间隙流场多参数的金属腐蚀装置。

背景技术

间隙流是核电、石油勘探等领域大型装备关键部件中的典型流体方式，在屏蔽电机屏蔽套、水润滑轴承、轮机叶尖、钻杆等关键部件中间隙流体的水力特性对装备性能功耗有直接影响。由于间隙尺寸小，且间隙对于轴向非常微小的特点，金属在间隙流中的腐蚀特性和腐蚀表面状态对间隙流体流动特性产生影响，进而改变装备性能。因此，间隙流体特定环境中金属的腐蚀特性是装备制造与性能评估中一个重要的参考因素。

目前，金属在间隙流动下的腐蚀行为主要集中在模拟水润滑轴承等间隙流动下的浸泡腐蚀行为，然而有关间隙流动下电化学腐蚀特性的原位表征尚缺乏有效的手段。其主要原因是间隙流动下的电化学腐蚀装置复杂，不仅要实现模拟间隙流的重复性和可靠性，还要考虑到试样的放置、信号线的引出以及噪声信号的屏蔽等一系列问题。

发明内容

本发明提供了一种间隙流场的金属腐蚀装置，解决现有技术中间隙流动下电化学腐蚀特性的原位表征监测困难的问题。

本发明的技术方案如下：

一种间隙流场金属腐蚀装置，包括金属腐蚀电极、辅助电极、参比电极、反应釜体、反应釜盖、转子、旋转组件、旋转电机、外部循环水管、循环水控温釜体、循环泵；具体结构如下：

反应釜体和反应釜盖构成电解池釜体，反应釜盖设置于反应釜体上，反应釜体侧面设置金属腐蚀电极、辅助电极和参比电极。

转子设置于反应釜体内部，一端通过定位轴承与反应釜体底部连接，另一端与旋转组件连接；旋转组件由与电机连接的轴和轴外部的保护钢套组成。

反应釜体的外侧设置反应釜支架，支架上部设置两个立柱和横梁，旋转电机与组件连接并固定于横梁上。

反应釜体侧面的上部通过循环水管与循环水控温釜体连接，控温釜连接循环泵并通过循环水管返回反应釜下部。

所述的间隙流场多环境参数金属腐蚀装置，还包括控制箱，控制箱内设置变频器开关、加热电源开关、加热电压调节器、温度显示器、温度控制器和变频器，变频器开关与变频器连接，变频器通过导线连接电机；加热电源开关与电压调节器连接，加热电压调节器与温度控制器连接，温度控制器连至内部继电器，内部继电器通过导线连接循环水控温釜体。

所述的间隙流场多环境参数金属腐蚀装置，在支架上的立柱设置手动升降盘，通过调节手动升降盘使电机和横梁上下运动。

所述的间隙流场多环境参数金属腐蚀装置，反应釜盖和反应釜连接处、反应釜盖与保护钢套间均采用密封圈密封。

所述的间隙流场多环境参数金属腐蚀装置，转子外侧与反应釜构成的间隙与转子高度之比小于1：5。

所述的间隙流场多环境参数金属腐蚀装置，反应釜底部与转子连接处的开孔为盲孔，盲孔处定位轴承采用陶瓷轴承。

所述的间隙流场多环境参数金属腐蚀装置，还设有电化学工作站，电化学工作站金属腐蚀电极、辅助电解和参比电极的引线接头分别与金属腐蚀电极、辅助电极和参比电极的导线连接。

所述的间隙流场多环境参数金属腐蚀装置，转子外径和长度之比小于1：3，反应釜内径和长度比小于1：4。

本发明的装置能实现间隙流动下材料的腐蚀评估及电化学腐蚀特性表征测试，通过变频器精确控制电机转速，进而控制内部转子的转动速度，具有转速连续可调、控制精度高的特点。装置中电机主轴——转子、转子——陶瓷轴承定位端三者为可拆卸式连接，具有易于拆卸、维护，可更换模拟不同环境下具有不同形状的转子。装置反应釜底部与转子连接处的开孔为盲孔，盲孔处定位轴承采用陶瓷轴承，可以有效固定转子。装置利用密封圈密封反应釜体外部的缝隙，实现密封监测，排除因流体泄露导致测试结果不准确的隐患。装置入水口和出水口设置两个阀门，在反应釜盖上设置两个气相阀门，可接入气体监测气体环境下的间隙流动腐蚀情况。装置设有循环水和控温设置，通过冷却水管和加热泵控制流体温度，防止因间隙流体高速转动而引起水温变化进而影响实验结果。装置通过在反应釜外壁钻孔的方式放置参比电极、辅助电极和金属腐蚀电极，可以使电极在完全不影响间隙流体运动的同时实时准确的监测腐蚀情况。装置设有接地装置，接地端与电机外壳和轴外部保护套相连，同时在控制部分分别设置超温自动断电和超压自动断电，有效保护装置以及操作者的安全。

附图说明

附图为一种间隙流场金属腐蚀装置。

图中：1电动机；2横梁；3立柱；4；5轴承；6固定螺丝；7反应釜盖；

8阀门；9循环水控温釜体；10支架；11缓冲块；12冷却水循环管；

13陶瓷轴承；14密封盖；15金属腐蚀电极；16参比电极；17电化学工作站；

18电流/电压控制按钮；19电流/电压显示屏；20辅助电极；21通气阀；

22控制箱；23参数控制按钮；24参数显示屏；25反应釜体；26转子；

27循环泵；28外部循环水管。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

如图所示，反应釜由反应釜体25和反应釜盖7构成，反应釜盖与反应釜体通过螺栓连接。转子26和旋转组件设置，转子设置于反应釜体25内部，一端通过定位轴承13与反应釜体底部连接，另一端与旋转组件连接，旋转组件包括与电机连接的轴5和轴外部的保护钢套4组成。

电机1设置，反应釜体25的外侧设置反应釜支架，并在支架上部设置两个立柱3和横梁2，电机1与旋转组件连接并固定于横梁2上；

循环水和控温设置，在反应釜体侧面的上部通过循环水管27与循环水控温釜体9连接，控温釜连接循环泵28并通过循环水管返回反应釜下部。

控制箱22内设置变频器开关、加热电源开关、加热电压调节器、温度显示器、温度控制器和变频器，变频器开关与变频器连接，变频器通过导线连接电机1；加热电源开关与电压调节器连接，加热电压调节器与温度控制器连接，温度控制器连至内部继电器，内部继电器通过导线连接循环水控温釜体9。

在支架上的立柱3设置手动升降盘，通过调节手动升降盘使电机1和横梁2上下运动。

反应釜盖7和反应釜25连接处、反应釜盖7与保护钢套间均采用密封圈密封。转子26外侧与反应釜25构成的间隙与转子高度之比小于1：5。反应釜底部与转子26连接处的开孔为盲孔，盲孔处定位轴承采用陶瓷轴承13。

反应釜入水口和出水口设置两个阀门8，在反应釜盖上设置两个气相阀门21。反应釜内壁入水口处有水流缓冲装置11。

电化学工作站17，电化学工作站17金属腐蚀电极15、辅助电极16和参比电极20的引线接头分别与金属腐蚀电极、辅助电极和参比电极的导线连接。

转子26外径和长度之比小于1：3，反应釜25内径和长度比小于1：4。

本装置外设有高压气瓶，气瓶通过阀门21与反应釜25连接。所述的电化学工作站17具有浮地模式的测试功能。还设有接地装置，接地端与电机1外壳和轴外部保护套相连。

本装置中金属腐蚀电极除了片状电极外，还可以在反应釜体侧面开多个阵列孔，构成阵列电极或丝束电极。

本发明一种间隙流场金属腐蚀装置具体工作过程如下：

1、样品与电化学腐蚀三电极放置，在反应釜壁的三电极预留位置上插入相应的金属腐蚀电极、辅助电极和参比电极，并用密封胶密封插孔连接处；三电极另一端连接电化学工作站

2、电解池部件安装，安装转子、电极转轴以及密封圈等，将所述装置与釜体构成电解池。

3、腐蚀液体添加于循环回路中，按照需求在循环水控温釜体中添加腐蚀测试液，并通过蠕动泵向反应釜体通入腐蚀测试液体。

4、腐蚀测试液的控温，打开冷却水开关调整至缓慢流速，设定循环水控温釜体的加热温度，并设定超温自动断电的温度上限、加热调节电压和超温自动断电的压力上限等参数，通过冷却水和加热综合控制腐蚀液温度。

5、间隙流釜体中转子的转速控制，打开电机，设置变频参数，实现间隙下流体的流动。

6、间隙流动下的腐蚀特性研究

①材料电化学腐蚀特性研究：待流体流态和温度稳定后，打开电化学工作站，可开展开路电位、动电位极化、循环伏安、电偶等一系列电化学腐蚀特性测试，通过测试曲线的特征参数可获得材料耐腐蚀倾向、腐蚀速率等信息；

②流体局域流态差异下的电化学腐蚀特性研究：将丝束电极安放在间隙流釜体侧面并与间隙流接触，利用丝束电极可获得间隙流中不同区域局域环流作用下的腐蚀差异性；

③转子部分材料流体冲刷腐蚀行为研究：本装置还可以在转子表面开样品槽，把样品嵌入样品槽中，可获得转子转动下的冲刷腐蚀信息。

Claims (5)

1.一种间隙流场多参数金属腐蚀装置，其特征在于，该装置设有：金属腐蚀电极、辅助电极、参比电极、反应釜体、反应釜盖、转子、旋转组件、旋转电机、外部循环水管、循环水控温釜体和循环泵，具体结构如下：

反应釜体和反应釜盖构成试验的电解池釜体，反应釜盖设置于反应釜体上，反应釜体侧面设置腐蚀测试的金属腐蚀电极、辅助电极和参比电极；

转子和旋转组件设置，转子设置于反应釜体内部，一端通过定位轴承与反应釜体底部连接，另一端与旋转组件连接，旋转组件包括与电机连接的轴和轴外部的保护钢套；

电机设置，反应釜体的外侧设置反应釜支架，并在支架上部设置两个立柱和横梁，电机与旋转组件连接并固定于横梁上；

循环水和控温设置，在反应釜体侧面的上部通过循环水管与循环水控温釜体连接，控温釜连接循环泵并通过循环水管返回反应釜下部；

转子外侧与反应釜构成的间隙与转子高度之比小于1：5；转子外径和长度之比小于1：3，反应釜内径和长度比小于1：4。

2.按照权利要求1所述的一种间隙流场多参数金属腐蚀装置，其特征在于：反应釜底部与转子连接处的开孔为盲孔，盲孔处定位轴承采用陶瓷轴承。

3.按照权利要求2所述的一种间隙流场多参数金属腐蚀装置，其特征在于：还包括控制箱，控制箱内设置变频器开关、加热电源开关、加热电压调节器、温度显示器、温度控制器和变频器，变频器开关与变频器连接，变频器通过导线连接电机；加热电源开关与电压调节器连接，加热电压调节器与温度控制器连接，温度控制器连至内部继电器，内部继电器通过导线连接循环水控温釜体。

4.按照权利要求1或3所述的一种间隙流场多参数金属腐蚀装置，其特征在于：反应釜盖和反应釜连接处、反应釜盖与保护钢套间均采用密封圈密封。

5.按照权利要求4所述的一种间隙流场多参数金属腐蚀装置，其特征在于：还设有电化学工作站，电化学工作站工作电极、辅助电解和参比电极的引线接头分别与金属腐蚀电极、辅助电极和参比电极的导线连接。