CN202433273U - 卧式磨蚀试验装置 - Google Patents

Abstract

卧式磨蚀试验装置，包括，基座；支撑台架，设于基座上一侧；辅助电机，设于支撑台架上；试验腔，其为一筒体结构，内壁设有控温冷却管道及格栅；试验腔还设有介质、固体颗粒添加口；辅助电机输出轴插入试验腔；辅助电极、参比电极，设于试验腔内；试验位移台架，设于基座上另一侧，其上设调位丝杆及移动电机；主电机，设于试验位移台架，其转轴插入试验腔，与辅助电机输出轴对顶；第一、第二试样夹持盘，设于试验腔内转轴及输出轴上；恒电位仪，其接线通过铜环-碳刷与辅助电极、参比电极及工作电极即待测试样相连。本实用新型可以模拟海水等腐蚀性介质中固体颗粒在输送过程中对管道的磨蚀，并可分析腐蚀与磨损的交互作用，实现对磨蚀机理的分析。

Description

卧式磨蚀试验装置

技术领域

本实用新型涉及腐蚀磨损测试装置，特别涉及卧式磨蚀试验装置，能够精确测量、评价多种材料在腐蚀环境下的耐腐蚀、磨损性能。

技术背景

磨蚀涵盖的内容较多，一般是指发生磨损的同时还有腐蚀。其中腐蚀包括水中常见的空蚀，也叫气蚀。在疏浚航道、围海造陆过程中，挖泥船和采沙船等工程设备把大量泥沙通过管道输送到陆地上。工作过程中浆体中的固体颗粒以较高的速度与管道内壁产生刮擦、碰撞，引起管道磨损。同时海水本身为腐蚀性介质，对管体产生腐蚀破坏。特别是沿海的港口区域，工程土质较复杂，以火山灰岩、砾石、中粗沙、亚黏土加中粗沙为主，对输送管体磨损严重，加上海水腐蚀，具有典型的磨蚀特性。此外，在矿浆输送及化工、电厂等行业中也广泛存在磨蚀问题。

磨蚀是力学因素、化学和电化学因素及其交互作用的结果，特别是腐蚀与磨损的交互作用，使问题复杂化。研究腐蚀磨损的难点之一是试验设备。由于设备本身就存在着一定程度的腐蚀磨损，从而影响实验结果的可靠性。目前国内外还没有定型专用的商业试验机，阻碍了这方面工作的进一步深入开展。

为了分析浆体材料在输送过程中对管体的破坏作用，人们在磨蚀的失效机理分析方面做了大量工作，同时也研制了多种类型的磨蚀测试装置。总结来看，目前评价材料耐磨蚀性能的试验装置从功能上划分主要有管流式、喷射式和旋转式三种。管流式装置能较好地模拟管道冲刷的实际工况，试验结果最为直观和可靠。但整套系统占据空间很大，实验所需溶液量大，实验周期长，循环泵需要持续运转.还有泵阀的可靠性以及如何防止泄漏问题，使得整套装置的费用和实验费用都很高。此外，该类试验装置只适用于固体颗粒含量极低的溶液，否则易引起管道堵塞；喷射式试验装置能精确控制冲击液流的流速.可达很高速流，而且成本低、周期短，也很容易进行电化学测试。但不能很好地模拟实际工况，冲刷比实际严重，与泵、管道的实际冲刷腐蚀条件有一定差距，对杂质泵、酸碱泵的叶片失效研究有一定价值；旋转式运动试验法是以测量磨块在搅拌桶浆体中作圆周运动的金属损失量来测量材料的相对磨蚀性，为对比实验，测量结果为相对磨蚀性。设备简单、成本低、实验周期短。但由于试样旋转，电化学测试难度较高。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种卧式磨蚀试验装置，可以模拟海水等腐蚀性介质中固体颗粒在输送过程中对管道的磨蚀，并结合该装置的电化学系统分析腐蚀与磨损的交互作用，从而实现对磨蚀机理的分析。且试验过程中可以安装多个试样，实现不同材料在相同环境下的磨蚀性能对比，也可以通过固体颗粒尺寸、含量及介质PH值的改变，实现同一材料不同工况条件下的磨蚀性能对比，从而促进材料磨蚀性能的改善、耐磨蚀材料的筛选及相关机理研究等。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：

卧式磨蚀试验装置，其包括，基座；支撑台架，设置于基座上一侧；辅助电机，设置于支撑台架上；试验腔，其为一筒体结构；试验腔内壁设有控温冷却管道及保护管道的若干格栅；试验腔还设有介质、固体颗粒添加口；辅助电机的输出轴的一端插入试验腔；辅助电极、参比电极，设置于试验腔内；试验位移台架，设置于基座上另一侧；试验位移台架上设调位丝杆及移动电机，并以此在基座上移动；主电机，设置于试验位移台架上；主电机转轴的一端插入试验腔中央，与伸入试验腔内的辅助电机输出轴对顶；转轴上设铜环-碳刷；第一、第二试样夹持盘，分别设置于试验腔内的主电机转轴上；恒电位仪，安装在控制柜内，其接线通过铜环-碳刷与试验腔内的辅助电极、参比电极及工作电极即待测试样相连；其中与介质接触的试验腔、控温冷却管道、格栅及试验夹盘均采用耐蚀材料制作。

进一步，所述的参比电极采用保护型Ag/AgCl参比电极，对辅助电极采用铂铌丝制作，工作电极为待测试样。

所述的辅助电极放置在第一试样夹持盘内，在第一试样夹持盘上靠近试样处设置环形槽，辅助电极放置其中，并以导线通过转轴芯部连接到外部的铜环-碳刷上，进而与恒电位仪连接；工作电极即待测试样以同样的方式连接到恒电位仪上；参比电极安装在靠近工作电极即待测试样的格栅上，通过布置在格栅间隙的导线从连接轴承处引出，最终与恒电位仪连接。

所述的格栅采用两端嵌入的方式整体放置在试验腔内，其长度方向与轴平行，宽度方向与轴及试验腔的转动方向保持同向；为保证格栅的功能，其宽度L满足如下公式：

式中，r为格栅位置的外圆半径，mm；θ为两片格栅间对应的圆心角，度；β为格栅与所在半径之间的夹角，度。

所述的试验腔内格栅采用16片格栅设计，格栅均匀分布在试验腔内，两片格栅间对应的圆心角θ＝22.5°，格栅与对应半径的夹角定为β＝45°。

本实用新型卧式磨蚀试验装置电化学系统包括放置在控制柜内的恒电位仪、试验腔内的参比电极、辅助电极、工作电极(待测试样)及连接信号的铜环-碳刷等构成。其特点是试验腔内壁设有控温冷却管道，可以在设定温度下进行磨蚀试验。同时，在其内侧设有格栅，一方面保护控温冷却管道及实验腔内壁，同时还可以将沉积的固体颗粒输送到其它位置，保持试验过程中介质的均匀。而且本试验机的传动轴与试样平行且均保持水平，从而保证试验过程中试样各位置转速、行程一致，同时在很大程度上避免了固体颗粒的沉积，有利于保持介质的均匀性。此外，通过控制柜内的恒电位仪调整设定试样的电位，在试验过程对试样进行电化学保护，进而进行腐蚀、磨损及其交互作用的研究。

试验腔直接与主电机相连，同时在试验腔另一方设有一辅助电机，驱动试验腔在试验过程中转动；此外，还设有移动电机，用于试验结束后移出试样夹盘。为保持试样高速运动时的动平衡，传动轴采用对顶方式。其中，连接铜环-碳刷的传动轴芯部中空，便于工作电极、辅助电极导线通过并连接到铜环-碳刷上。试验腔为316L不锈钢材质，控温冷却管道为B10铜合金，格栅为聚四氟材质，试样夹盘为聚四氟乙烯材质，均具有良好的防蚀性能。试样夹盘能够同时最多放置16个试样，电机均为变频电机，能够任意调速。

本实用新型具有如下优点：

本实用新型能够充分模拟围海造陆、航道及内河清淤等工程中泥沙在输送过程中对输送管道的磨蚀破坏，且通过固体颗粒的尺寸、含量及介质酸碱度的调整，模拟不同的施工环境，并通过试验机转动速度、时间的调整测试不同施工条件下材料的磨蚀性能；本实用新型采用水平式旋转轴，试验过程中试验腔与试样以低速同向缓慢转动，借助格栅带动介质中固体颗粒运动，解决了其它同类装置试验过程中固体颗粒易沉积、分布不均问题，试验过程中的浆体具有分布均匀、密度均匀的特点，试样在试验过程中的试验条件完全可控，并可以同时放多个试样，缩短试验周期，试验数据准确、重复性好；此外，由于采用了轴对顶设计，降低了传动轴挠度，从而有效提高了试验过程中轴的稳定性。另外，由于采用了变频电机，试样的转速能够连续可调，最高线速度达25-30m/s，从而可以分析速度对材料磨蚀性能的影响作用。

本实用新型与现有技术相比：

本实用新型解决了浆体输送过程中管道的耐磨蚀性能测试问题，能够真实模拟实际工况条件下的磨蚀条件，同时突破了试验介质分布在时间、空间上的分布不均匀局限性，同时电化学系统能够对试样施加保护电流，有助于分析腐蚀、磨损及其交互作用，从而提高了材料在腐蚀性浆体中磨蚀领域的试验可靠性及科研水平，推动了磨蚀机理的研究分析。该装置不仅可以用于测试管道在泥沙输送中的耐磨蚀性能，同时也适用于矿山、电厂中矿浆、粉煤灰对管道的磨蚀破坏，也可以用于测试水厂、大坝中水轮机等过流部件的耐磨蚀性能。

附图说明

图1为本实用新型卧式磨蚀试验装置的结构示意图。

图2为本实用新型卧式磨蚀试验装置试验腔内格栅布置的示意图。

具体实施方式

参见图1、图2，本实用新型的卧式磨蚀试验装置，其包括，基座1；支撑台架2，设置于基座1上一侧；辅助电机3，设置于支撑台架2上；试验腔4，其为一筒体结构；试验腔4内壁设有控温冷却管道5及保护管道的若干格栅6；试验腔4还设有介质、固体颗粒添加口41；辅助电机3的输出轴31的一端插入试验腔4；辅助电极7、参比电极8，设置于试验腔4内；试验位移台架9，设置于基座1上另一侧的导轨101上；试验位移台架9上设调位丝杆10及移动电机11，并以此在基座1上移动；主电机12，设置于试验位移台架9上；主电机12转轴121的一端插入试验腔4中央，与伸入试验腔4内的辅助电机输出轴31对顶；转轴121上设铜环-碳刷13；第一、第二试样夹持盘14、14’，分别设置于试验腔内的主电机转轴121上；恒电位仪15，安装在控制柜内，其接线通过铜环-碳刷13与试验腔4内的辅助电极7、参比电极8及工作电极17即待测试样相连；其中与介质接触的试验腔、控温冷却管道、格栅及试验夹盘均采用耐蚀材料制作。

所述的参比电极采用保护型Ag/AgCl参比电极，对辅助电极采用铂铌丝制作，工作电极为待测试样。

所述的辅助电极放置在第一试样夹持盘14内，在第一试样夹持盘上靠近试样处设置环形槽，辅助电极放置其中，并以导线通过传动轴芯部连接到外部的铜环-碳刷上，进而与恒电位仪连接；工作电极即待测试样以同样的方式连接到恒电位仪上；参比电极安装在靠近工作电极即待测试样的格栅上，通过布置在格栅间隙的导线从连接轴承16处引出，最终与恒电位仪连接。

所述的格栅采用两端嵌入的方式整体放置在试验腔内，其长度方向与轴平行，宽度方向与轴及试验腔的转动方向保持同向；为保证格栅的功能，其宽度L满足如下公式：

式中，r为格栅位置的外圆半径，mm；θ为两片格栅间对应的圆心角，度；β为格栅与所在半径之间的夹角，度。

所述的试验腔内格栅采用16片格栅设计，格栅均匀分布在试验腔内，两片格栅间对应的圆心角θ＝22.5°，格栅与对应半径的夹角定为β＝45°。

试验过程中，恒电位仪对试样施加保护电流，可以研究单纯磨损在磨蚀中的比重及其促进作用。

本实施例涉及的卧式磨蚀试验装置，试样安装在聚四氟乙烯材质的夹盘上，并用螺栓固定。试样通过移动电机驱动调位丝杆送入试验腔，并使传动轴与对面辅助电机的转动轴对顶，从而实现高速运转中轴的动平衡。控温冷却系统通过温度传感器探测介质温度，并进行温度控制。试验过程中辅助电机驱动试验腔低速转动(3-5r/min)，从而借助试验腔中的格栅将少量沉积的固体颗粒带走，保证介质的均匀性。恒电位仪借助铜环-碳刷、参比电极和辅助电极实现待测试样的电位调整，对待测试样在必要时进行电化学保护，从而实现腐蚀、磨损及其交互作用的研究。

格栅的设置一方面是保护试验腔内壁及控温冷却管道，同时能够将沉积的固体颗粒带起，继续参与磨蚀试验，从而消除了试验过程中的固体颗粒沉积现象，保证了试验介质的均匀性。格栅6的布置分布如图2所示。格栅6采用两端嵌入的方式整体放置在试验腔4内，其长度方向与轴平行，宽度方向与轴及试验腔的转动方向保持同向。为保证格栅的功能，其宽度L满足如下公式：

式中，r为格栅位置的外圆半径，mm；θ为两片格栅间对应的圆心角；β为格栅与所在半径之间的夹角。

本实施例中，试验装置采用16片格栅设计，格栅均匀分布在试验腔内，两片格栅间对应的圆心角θ＝22.5°，格栅与对应半径的夹角定为β＝45°。

本实用新型的卧式磨蚀试验装置工作过程如下：

将待测试样经清洁、干燥、称重后安装在夹盘上，启动移动电机将试样送入试验腔并关闭试验腔。启动主电机保持试样低速旋转，将称量好的介质、固体颗粒等从添加口放入试验腔，并保证试验腔内充满介质后关闭添加口。设置试验温度、试验时间或转数，启动辅助电机并将主电机、辅助电机分别调整到设定的转速，正式开始试验并计时或计数(控制柜设置)。如需电化学保护，则调整恒电位仪的电位设置，对试样施加电化学保护。试验结束后停止辅助电机运转使试验腔保持静止，同时降低主电机转速使试样以微速运转，从而使得试验介质保持悬浮状态，然后将排沙管接到添加口上并转动试验腔使得添加口朝下，从而将试验介质排出(如施加电化学保护此时须停止恒电位仪)。停止主电机后打开试验腔，启动移动电机将试验夹盘移出试验腔。试样取下后经清洗、烘干并称重记录数据，根据试验前后质量损失对比材料的耐磨蚀性能。试样清洗采用超声波清洗，并在烘箱中烘干。试验完毕后清理试验腔及试验介质，保持试验腔的清洁、干燥。

Claims (5)

1.卧式磨蚀试验装置，其特征在于，包括，

基座；

支撑台架，设置于基座上一侧；

辅助电机，设置于支撑台架上；

试验腔，其为一筒体结构；试验腔内壁设有控温冷却管道及保护管道的若干格栅；试验腔还设有介质、固体颗粒添加口；辅助电机的输出轴的一端插入试验腔；

辅助电极、参比电极，设置于试验腔内；

试验位移台架，设置于基座上另一侧；试验位移台架上设调位丝杆及移动电机，并以此在基座上移动；

主电机，设置于试验位移台架上；主电机转轴一端插入试验腔中央，与伸入试验腔内的辅助电机输出轴对顶；转轴上设铜环-碳刷；

第一、第二试样夹持盘，分别设置于试验腔内的主电机转轴上；

恒电位仪，安装在控制柜内，其接线通过铜环-碳刷与试验腔内的辅助电极、参比电极及工作电极即待测试样相连；

其中与介质接触的试验腔、控温冷却管道、格栅及试验夹盘均采用耐蚀材料制作。

2.如权利要求1所述的卧式磨蚀试验装置，其特征在于，所述的参比电极采用保护型Ag/AgCl参比电极，对辅助电极采用铂铌丝制作，工作电极为待测试样。

3.如权利要求1所述的卧式磨蚀试验装置，其特征在于，所述的辅助电极放置在第一试样夹持盘内，在第一试样夹持盘上靠近试样处设置环形槽，辅助电极放置其中，并以导线通过转轴芯部连接到外部的铜环-碳刷上，进而与恒电位仪连接；工作电极即待测试样以同样的方式连接到恒电位仪上；参比电极安装在靠近工作电极即待测试样的格栅上，通过布置在格栅间隙的导线从连接轴承处引出，最终与恒电位仪连接。

4.如权利要求1所述的卧式磨蚀试验装置，其特征在于，所述的格栅采用两端嵌入的方式整体放置在试验腔内，其长度方向与轴平行，宽度方向与轴及试验腔的转动方向保持同向；为保证格栅的功能，其宽度L满足如下公式：

式中，r为格栅位置的外圆半径，mm；θ为两片格栅间对应的圆心角，度；β为格栅与所在半径之间的夹角，度；L  单位mm。

5.如权利要求1所述的卧式磨蚀试验装置，其特征在于，所述的试验腔内格栅采用16片格栅设计，格栅均匀分布在试验腔内，两片格栅间对应的圆心角θ＝22.5°，格栅与对应半径的夹角定为β＝45°。

Images