CN112304794B - 一种海水冲刷腐蚀试验机及其试验方法 - Google Patents

一种海水冲刷腐蚀试验机及其试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种海水冲刷腐蚀试验机及其试验方法，包括设置在机架上的试验桶，试验桶内上部设有试件，试验桶内底部设有旋转叶轮，旋转叶轮设置在第一转轴上，第一转轴通过驱动电机驱动。该设备和方法能够更好的模拟海洋环境，提高试验的准确性。

Description

一种海水冲刷腐蚀试验机及其试验方法
技术领域
本发明属于涉及人工模拟海水腐蚀测试技术领域，特别涉及一种海水冲刷腐蚀试验机及其试验方法。
背景技术
人工模拟海水腐蚀测试技术是随着科技发展和人类不断探索海洋资源重要技术，能更方便快捷的反映出试验结果，缩短试验周期。目前人工模拟海水腐蚀测试技术分别有旋转法、喷射冲击法、管道流通法三种，旋转法是通过原动件带动叶片旋转形成浪涌试验环境其结构紧凑、体积较小、所需要的海水和试验周期也少，但由于叶片的旋转会产生涡流的影响。喷射冲击法是通过水泵将海水喷射到材料上，虽然实现了海水流速的可控性，但由于喷射的不均匀性不能很好的模拟出实际情况。管道流通法也是通过水泵为管道中的水提供动力实现海水在管道内的循环流动便于控制和测量海水的流动，但试验装置体积庞大需要的成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种海水冲刷腐蚀试验机及其试验方法，能够更好的模拟海洋环境，提高试验的准确性。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种海水冲刷腐蚀试验机，包括设置在机架上的试验桶，试验桶内上部设有试件，试验桶内底部设有旋转叶轮，旋转叶轮设置在第一转轴上，第一转轴通过驱动电机驱动。
优选的方案中，所述机架顶部设有支撑架，试验桶顶部设置支撑板，支撑板和支撑架之间设有滑动组件，试验桶外壁设有齿圈，齿圈与第四齿轮啮合，第四齿轮安装在第三转轴上，第三转轴转动安装在与机架连接的第二安装座上，第三转轴通过驱动机构驱动。
优选的方案中，所述滑动组件为推力球轴承。
优选的方案中，所述试验桶的转动方向与旋转叶轮方向相反。
优选的方案中，所述驱动机构包括设置在第一转轴上的第一齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合，第二齿轮安装在第二转轴上，第二转轴转动安装在与机架连接的第一安装座上，第二齿轮与第三齿轮啮合，第三齿轮安装在第三转轴上。
优选的方案中，所述试件安装在夹持座上，夹持座包括上安装板和下安装板，试件设置在上安装板和下安装板之间，上安装板和下安装板通过螺栓连接，夹持座上设有连接杆。
优选的方案中，所述下安装板底部设有过水孔。
优选的方案中，所述机架顶部设有电机，电机的输出端与曲轴连接，连接杆上端设有套筒，套筒转动安装在曲轴端部。
本发明还提供一种海水冲刷腐蚀试验机的试验方法，包括如下步骤：
步骤一、将试件固定在夹持座的上安装板和下安装板之间，将试验桶内加入适当的海水；
步骤二、启动驱动电机，使试验桶和旋转叶轮同时朝相反的方向进行转动；
步骤三、当需要全浸试验和飞溅试验交替进行时，启动电机，使试件在竖直平面内进行转动。
优选的方案中，步骤二中，根据驱动电机的转速调整水流流速，具体如下，根据流体动力学可知道流体的总机械能H0表达式为:
取同一条流线上的两点，其中一点为流体与试件刚刚接触的点，两点上的能量关系表达式为：
可得到：
F＝PaA，
根据M＝FL，即得到转速n与流速U关系为：
上述式中：U—流体的流速，Pa—流体的压强，Z—单位重力流体所具有的势能，ρ—流体密度，F—试验件受到的阻力，A—试验件的腐蚀面的面积，M—转矩；L—转臂，T—输出转矩，P—输出功率，n—转速。
本发明提供的一种海水冲刷腐蚀试验机及其试验方法，具有以下有益效果：
1、通过试验桶和旋转叶轮的反向转动，消除或减少涡流现象，能更好的模拟海浪的浪涌。
2、通过电机带动曲轴转动，带动试件进行竖直平面内呈圆形轨迹移动，从而可以实现全浸试验和飞溅试验交替进行，试验结果更加准确可靠、周期更短、效率更高。
附图说明
下面结合附图和实施实例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为试件的固定结构示意图；
图3为常规浸没海水腐蚀2h形貌图(a)与使用本发明设备的试件2h形貌图(b)对比图；
图中：机架1，试验桶2，试件3，旋转叶轮4，第一转轴5，驱动电机6，支撑架7，支撑板8，滑动组件9，第一齿轮10，第二齿轮11，第二转轴12，第一安装座13，第三齿轮14，第三转轴15，第二安装座16，第四齿轮17，齿圈18，电机19，曲轴20，套筒21，连接杆22，上安装板23，下安装板24，过水孔2401。
具体实施方式
如图1所示，一种海水冲刷腐蚀试验机，包括设置在机架1上的试验桶2，试验桶2内上部设有试件3，试验桶2内底部设有旋转叶轮4，旋转叶轮4设置在第一转轴5上，第一转轴5通过驱动电机6驱动。
所述机架1顶部设有支撑架7，试验桶2顶部设置支撑板8，支撑板8和支撑架7之间设有滑动组件9，在本实施例中，滑动组件9为推力球轴承，试验桶2外壁设有齿圈18，齿圈18与第四齿轮17啮合，第四齿轮17安装在第三转轴15上，第三转轴15通过轴承转动安装在与机架1连接的第二安装座16上，第三转轴15通过驱动机构驱动。驱动机构可以选择电机。
所述试验桶2的转动方向与旋转叶轮4方向相反。
通过试验桶2和旋转叶轮4的反方向转动，减小或消除由旋转叶轮旋转时所产生涡流的影响。
在本实施例中，所述驱动机构包括设置在第一转轴5上的第一齿轮10，第一齿轮10与第二齿轮11啮合，第二齿轮11安装在第二转轴12上，第二转轴12转动安装在与机架1连接的第一安装座13上，第二齿轮11与第三齿轮14啮合，第三齿轮14安装在第三转轴15上。
在驱动电机6的驱动下，实现试验桶2和旋转叶轮4反方向转动，同时，使试验桶2的转动速率小于旋转叶轮4的转动速率，用来减弱或消除旋转试验法产生的涡流现象。
优选的，如图2所示，所述试件3安装在夹持座上，夹持座包括上安装板23和下安装板24，试件3设置在上安装板23和下安装板24之间，上安装板23和下安装板24通过螺栓连接，夹持座上设有连接杆22。
通过上安装板23和下安装板24将试件3夹紧，方便试件3的安装。
上安装板23和下安装板24选用高分子材料，防止上安装板23或下安装板24的腐蚀干扰试件3的腐蚀试验。
进一步的，所述下安装板24底部设有过水孔2401。通过设置过水孔2401，增加试验水与试件的接触面积。
优选的，所述机架1顶部设有电机19，电机19的输出端与曲轴20连接，连接杆22上端设有套筒21，套筒21通过轴承转动安装在曲轴20端部。
在电机19的驱动下，带动曲轴20转动，由于套筒21转动安装在曲轴20端部，在试件3以及连接杆22的重力作用下，连接杆22始终处于竖直状态，有轻微摆动，在曲轴20转动的同时，使试件3沿竖直平面内的圆形轨迹运动，从而可以实现全浸试验和飞溅试验交替进行，从而使试验结果更加准确可靠、周期更短、效率更高。
具体的试验步骤如下：
一种海水冲刷腐蚀试验机的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将试件固定在夹持座的上安装板23和下安装板24之间，将试验桶2内加入适量的海水，使试件能够浸入为宜。
步骤二、启动驱动电机6，使试验桶2和旋转叶轮4同时朝相反的方向进行转动。
在本实施例中，驱动试验桶2的传动比i1：其式中Z1为第一齿轮的齿数；Z3为第三齿轮的齿数；Z4为第四齿轮的齿数；Z5为齿圈的齿数。
而旋转叶轮4传动部分由驱动电机6直接驱动，其传动比为1。
根据驱动电机6的转速调整水流流速，具体如下，
根据流体动力学可知道流体的总机械能H0表达式为：
取同一条流线上的两点，其中一点为流体与试件刚刚接触的点，两点上的能量关系表达式为：
可得到：
F＝PaA，
根据M＝FL，即得到转速n与流速U关系为
上述式中：U—流体的流速，Pa—流体的压强，Z—单位重力流体所具有的势能，ρ—流体密度，F—试验件受到的阻力，A—试验件的腐蚀面的面积，M—转矩；L—转臂，T—输出转矩，P—输出功率，n—转速。
通过流速U确定对试件的冲刷次数。
步骤三、当需要全浸试验和飞溅试验交替进行时，启动电机19，使试件在竖直平面内进行转动。
图3为常规浸没海水腐蚀2h形貌图(a)与使用本发明设备进行全浸试验和飞溅试验交替进行件2h后试件形貌图(b)对比图。
经过2h的海水腐蚀，使用常规浸没法的样品表面形貌没有明显的变化，而使用本设备的样品的表面发生了明显的点蚀现象。

Claims (5)

1.一种海水冲刷腐蚀试验机的试验方法，其特征在于，使用海水冲刷腐蚀试验机进行试验，海水冲刷腐蚀试验机包括设置在机架(1)上的试验桶(2)，试验桶(2)内上部设有试件(3)，试验桶(2)内底部设有旋转叶轮(4)，旋转叶轮(4)设置在第一转轴(5)上，第一转轴(5)通过驱动电机(6)驱动，所述机架(1)顶部设有支撑架(7)，试验桶(2)顶部设置支撑板(8)，支撑板(8)和支撑架(7)之间设有滑动组件(9)，试验桶(2)外壁设有齿圈(18)，齿圈(18)与第四齿轮(17)啮合，第四齿轮(17)安装在第三转轴(15)上，第三转轴(15)转动安装在与机架(1)连接的第二安装座(16)上，第三转轴(15)通过驱动机构驱动，所述试件(3)安装在夹持座上，夹持座包括上安装板(23)和下安装板(24)，试件(3)设置在上安装板(23)和下安装板(24)之间，上安装板(23)和下安装板(24)通过螺栓连接，夹持座上设有连接杆(22)，所述机架(1)顶部设有电机(19)，电机(19)的输出端与曲轴(20)连接，连接杆(22)上端设有套筒(21)，套筒(21)转动安装在曲轴(20)端部；
包括如下步骤：
步骤一、将试件固定在夹持座的上安装板(23)和下安装板(24)之间，将试验桶(2)内加入适当的海水；
步骤二、启动驱动电机(6)，使试验桶(2)和旋转叶轮(4)同时朝相反的方向进行转动；
根据驱动电机(6)的转速调整水流流速，具体如下：
根据流体动力学可知道流体的总机械能H0表达式为：
取同一条流线上的两点，其中一点为流体与试件刚刚接触的点，两点上的能量关系表达式为：
可得到：
F＝PaA，
根据M＝FL，即得到转速n与流速U关系为：
上述式中：U—流体的流速，Pa—流体的压强，Z—单位重力流体所具有的势能，ρ—流体密度，F—试验件受到的阻力，A—试验件的腐蚀面的面积，M—转矩；L—转臂，T—输出转矩，P—输出功率，n—转速；
步骤三、当需要全浸试验和飞溅试验交替进行时，启动电机(19)，使试件在竖直平面内进行转动。
2.根据权利要求1所述的一种海水冲刷腐蚀试验机的试验方法，其特征在于，所述滑动组件(9)为推力球轴承。
3.根据权利要求1所述的一种海水冲刷腐蚀试验机的试验方法，其特征在于，所述试验桶(2)的转动方向与旋转叶轮(4)方向相反。
4.根据权利要求1所述的一种海水冲刷腐蚀试验机的试验方法，其特征在于，所述驱动机构包括设置在第一转轴(5)上的第一齿轮(10)，第一齿轮(10)与第二齿轮(11)啮合，第二齿轮(11)安装在第二转轴(12)上，第二转轴(12)转动安装在与机架(1)连接的第一安装座(13)上，第二齿轮(11)与第三齿轮(14)啮合，第三齿轮(14)安装在第三转轴(15)上。
5.根据权利要求1所述的一种海水冲刷腐蚀试验机的试验方法，其特征在于，所述下安装板(24)底部设有过水孔(2401)。
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