CN206945509U - 舰船水下腐蚀相关电场等效场源的实验室模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种舰船水下腐蚀相关电场等效场源的实验室模拟装置，包括外加电流阴极保护模拟装置、螺旋桨模拟装置和船壳模拟装置，外加电流阴极保护模拟装置由铂片、电化学工作站、参比电极构成，螺旋桨模拟装置、船壳模拟装置分别通过第一电流表、第二电流表与电化学工作站的负极连接，铂片通过第三电流表与电化学工作站的正极连接，螺旋桨模拟装置和船壳模拟装置设置于盛放有模拟海水的水槽中，水槽中船壳模拟装置旁设置有与参比液连通的盐桥，参比液中有与电化学工作站连接的参比电极，模拟海水中设置有电导率测量电极。本实用新型使所模拟的电场来源及其产生条件更接近于实船，并且便于开展场源等效方法及相关影响因素的实验研究。

Description

舰船水下腐蚀相关电场等效场源的实验室模拟装置

技术领域

本实用新型涉及舰船水下腐蚀相关电场等效场源特性及场分布特征的实验室研究，具体地指一种舰船水下腐蚀相关电场等效场源的实验室模拟装置。

背景技术

1.舰船水下腐蚀相关电场产生机理

船舶在海洋环境中航行时，由于建造材料的腐蚀以及所采取的防腐措施，船体周围的海水中将出现稳恒电流，即腐蚀电流或防腐电流。腐蚀电流的主体部分从钢质船壳经海水流向铜质螺旋桨，再流经螺旋桨转轴，通过各种导电连接回到船壳，形成闭合回路；防腐电流的主体部分则从防腐系统的阳极流向被保护的船壳及螺旋桨，再经船壳或螺旋桨转轴，回到防腐系统的电源负极，形成闭合回路。这些电流在导电的海水中流动，带来相应的静态电场分布，船舶周围的这部分电信号被称为腐蚀相关静态电场(static corrosionrelated electric field，简称CRE)。

2.舰船水下CRE的等效场源

根据舰船水下CRE的产生机理，已有研究表明，舰船水下电场的场源可等效为从舰船上各腐蚀或防腐电流流入中心指向各流出中心的电偶极子的组合。每个等效场源的源强度正比于流过的电流及电流流入、流出中心点之间的距离。如舰船上的外加电流阴极保护系统的阳极为一个电流流出中心，螺旋桨、船壳涂层破损处为电流流出中心，它们分别构成了舰船水下CRE的两个主要来源。也有文献指出可采用电流线模拟舰船水下CRE的大部分场分布特征，但同时指出电流线可视为电偶极子首尾相接而成。可见对舰船CRE等效场源的基本模拟单元是电偶极子。

3.已有的舰船水下CRE等效场源的实验室模拟装置

舰船水下CRE等效场源特性及场分布特征的实验室研究目的主要有两方面。一是通过实验室实测证明相关理论分析结论的正确性；二是通过实验室实测获得场源等效的实验规律。不论为了哪个目的，实验室的研究工作都需要舰船水下CRE等效场源的模拟装置。

由于舰船CRE等效场源的基本模拟单元是电偶极子，因此现有实验室中舰船水下CRE的等效场源主要是利用成对布设的电极来模拟。电极可由铜板、钢板、铂片、铂铌丝、碳棒充当；布放方式、尺寸及外形可根据需要设计；一般采用将两电极分别连接至恒流源两输出端以模拟外加电流腐蚀防护状态，若采用异种金属(如铜、钢)板做电极且直接导通，则用来模拟腐蚀状态。

上述模拟装置已被用来完成一些关于CRE基本模拟单元的特性的实验研究，如文献《舰船水下标量电位分布特征研究》[罗晓强，陈聪，陈勇，武汉理工大学学报，2012,34(11)：48-52]，但存在下述不足：

①已有装置只能模拟CRE基本模拟单元，应用时只能模拟舰船上单一来源的等效场源，无法兼顾来自船体的其他的电场来源。与实船上同时存在多个电场来源的情况有差异。

②利用已有装置可以对影响等效场源参数的个别因素进行调整，但无法完成各影响因素改变时场源等效参数(主要指等效电流强度)的同步定量监控，因此无法利用该装置完成场源等效方法以及等效场源强度与海洋环境电导率、涂层完好程度、船壳防护状态等因素之间的关系的实验研究。

③已有装置未考虑对腐蚀防护状态的监控，而实际上，舰船在航行过程中总是要求达到一定的防护指标(保护电位)，导致研究结论与实际情况存在一定差异，降低了实际应用时的指导价值。

发明内容

本实用新型的目的是，为克服上述现有技术的不足，而提供一种实验室中用于模拟舰船水下腐蚀相关电场等效场源的新装置，解决已有装置的模拟场源单一、可调整参数少、不能同步监控腐蚀状态等问题，使所模拟的电场来源及其产生条件更接近于实船，并且便于开展场源等效方法及相关影响因素的实验研究。

为实现上述目的，本实用新型所设计的舰船水下腐蚀相关电场等效场源的实验室模拟装置，其特殊之处在于，包括螺旋桨模拟装置、船壳模拟装置和外加电流阴极保护模拟装置，所述外加电流阴极保护模拟装置由铂片、电化学工作站、参比电极构成，所述螺旋桨模拟装置、船壳模拟装置分别通过第一电流表、第二电流表与电化学工作站的负极连接，所述船壳模拟装置上设置有铂片，所述铂片通过第三电流表与电化学工作站的正极连接，所述螺旋桨模拟装置、船壳模拟装置设置于盛放有模拟海水的水槽中，所述水槽中船壳模拟装置旁设置有与参比液连通的盐桥，所述参比液中设置有参比电极，所述参比电极与电化学工作站连接，所述模拟海水中设置有电导率测量电极。

进一步地，所述螺旋桨模拟装置为完全裸露的铜板。

更进一步地，所述船壳模拟装置为表面涂有防护涂层的钢板。

更进一步地，所述铂片一面裸露，一面设置有绝缘层，所述绝缘层设置于铂片与船壳模拟装置的接触面。

更进一步地，所述螺旋桨模拟装置、船壳模拟装置、铂片与电流表的连接导线为经过水密处理的导线。

本实用新型提供了一种与实船电场来源更接近、可以开展场源特性定量研究的舰船水下腐蚀相关电场等效场源的实验室模拟装置。相对于以往实验室等效场源的模拟装置，本实用新型在下述三个方面做了有效改进：

1)将铜螺旋桨模拟装置、船壳模拟装置、外加电流阴极保护模拟装置通过一定的方式连通，以模拟舰船水下腐蚀相关电场两类主要电场来源,模拟的等效场源更接近于实际情况。

2)可在改变模拟海水电导率、涂层破损率等参数条件下，同步对腐蚀及防腐电流分布进行定量测量，以满足定量开展场源等效方法及相关影响因素实验研究的需求。

3)可对船壳模拟装置表面保护电位进行同步监测，因此可通过一定的措施保持模拟船壳的保护电位恒定，进而使实验室模拟场源的产生条件与舰船的实际航行状态更接近。

本实用新型能满足进一步开展场源等效方法及相关影响因素实验研究的需求，且所模拟的电场来源及其产生条件更接近于实船，因此研究结果将具有更大的实际意义与应用价值。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的俯视图。

图中：电导率测量电极1，电导率仪2，模拟海水3，螺旋桨模拟装置4，船壳模拟装置5，铂片6，第一电流表7，第二电流表8，第三电流表9，盐桥10，参比电极11，电化学工作站12，水槽13，参比液14。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

如图1所示，本实用新型一种舰船水下腐蚀相关电场等效场源的实验室模拟装置，包括电导率测量电极1、螺旋桨模拟装置4、船壳模拟装置5和外加电流阴极保护装置。外加电流阴极保护装置由铂片6、电化学工作站12和参比电极11构成。电导率测量电极1与电导率仪2连接。螺旋桨模拟装置4、船壳模拟装置5分别通过第一电流表7、第二电流表8与电化学工作站12的负极连接，船壳模拟装置5上设置有铂片6，铂片6通过第三电流表9与电化学工作站12的正极连接。电导率测量电极1、螺旋桨模拟装置4和船壳模拟装置5设置于盛放有模拟海水3的水槽13中。水槽13中船壳模拟装置5旁设置有与参比液14连通的盐桥10，参比液中设置有参比电极11，参比电极11与电化学工作站12连接。

实验室中用于模拟舰船水下腐蚀相关电场等效场源的实验装置主要包括以下几部分：

(1)模拟海洋环境。在玻璃水槽13中盛放模拟海水3，并且安装电导率仪2，实时监测模拟海水的电导率。模拟海水3为一定浓度氯化钠溶液。

(2)舰船两类主要电场来源的模拟。在模拟海水3中平行放置螺旋桨模拟装置4、船壳模拟装置5，船壳模拟装置5为钢板表面涂覆船用防腐涂层用于模拟船壳，螺旋桨模拟装置4为铜板完全裸露用于模拟螺旋桨。铂片6作为外加电流阴极保护模拟装置的辅助阳极，其一面裸露，另一面用硅橡胶做绝缘处理，并将其绝缘的一面紧贴船壳模拟装置5放置。铂片6通过第三电流表9连接至电化学工作站12的正极，螺旋桨模拟装置4、船壳模拟装置5分别通过第一电流表7、第二电流表8后连接至电化学工作站12的负极。导线与螺旋桨模拟装置4、船壳模拟装置5接触部分用硅橡胶做水密处理。第一电流表7、第二电流表8分别用于监测流过螺旋桨模拟装置4、船壳模拟装置5的电流，即进行防腐电流分布的监测。

(3)外加电流阴极保护系统的模拟。电化学工作站12给铂片6供电，为模拟船壳及螺旋桨进行外加电流防腐。利用参比电极11测量船壳模拟装置5表面电位，盐桥10将参比液14与模拟海水3导通，盐桥10一端置于参比液14中，一端置于船壳模拟装置5附近。参比液14根据参比电极11的类型配置。参比电极11连接至电化学工作站12相应位置，以监测船壳模拟装置5的表面保护电位。

【实施例1】

利用本实用新型在实验室中研究舰船水下腐蚀相关电场的场源等效方法如下：

在水槽13中盛放添加氯化钠的蒸馏水形成模拟海水3，待均匀稳定后，放入校准后的电导率测量电极1，并由电导率仪2监测模拟海水的电导率。将一定面积的没有涂层的螺旋桨模拟装置4和同面积的保持某涂层状态的船壳模拟装置5平行放置，保持一定间距，且保持中心连线平行于水槽13底面。将第一电流表7和第二电流表8分别与螺旋桨模拟装置4、船壳模拟装置5串联后再连接至电化学工作站12的负极，两电流表分别测量流过两板的电流。取一面积比船壳模拟装置5面积小得多的铂片6，一面裸露，另一面用硅橡胶做绝缘处理，并将其绝缘的一面紧贴船壳模拟装置5放置。铂片6通过第三电流表9后连接至电化学工作站12的正极。打开电化学工作站12给铂片6供电后，铂片6作为阳极向海水中流入电流，并分别流过螺旋桨模拟装置4和船壳模拟装置5，再流回电化学工作站12负极，构成闭合的电流回路，使螺旋桨模拟装置4和船壳模拟装置5作为阴极被保护。利用Ag-AgCl电极作为参比电极11监测船壳模拟装置5表面保护电位，盐桥10将参比液14与模拟海水3导通，盐桥10一端置于参比液14中，一端置于船壳模拟装置5附近。参比电极11连接至电化学工作站12相应位置。

设置模拟海水电导率，给铂片6施加一定的电流，并在船壳模拟装置5、螺旋桨模拟装置4下方空间中，利用电场传感器阵列如固态Ag-AgCl电极阵列进行平面上的电场(如电位或电场强度)测量。记录模拟海水电导率、船壳模拟装置5及螺旋桨模拟装置4的面积、三个电流表读数、船壳模拟装置5的保护电位值、平面上的电场分布、各部分几何位置，即可开展场源等效方法的研究。具体的实验研究方法是由装置的几何尺寸及所测电流得到等效场源参数，再由所测平面上的电场分布反演场源参数，将二者进行对比，证明由实验装置及所测电流得到的等效场源参数是正确的，进而说明场源等效方法的正确性。

【实施例2】

实验室中研究舰船水下腐蚀相关电场等效场源的场源强度与海水电导率的关系

在实施例1的基础上，电化学工作站12采用恒电位极化测量工作模式，设置固定保护电位，如常见的-1000mV。保持其他实验条件不变，改变模拟海水电导率，记录第一电流表7、第二电流表8、第三电流表9读数，根据实验结果研究各路防腐电流随海水电导率变化关系，进而得到等效场源的场源强度与海水电导率的关系。

【实施例3】

实验室中研究舰船水下腐蚀相关电场等效场源的场源强度与被保护面积的关系

在实施例1的基础上，电化学工作站12采用恒电位极化测量工作模式，设置固定保护电位，如常见的-1000mV。保持其他实验条件不变，改变船壳模拟装置5面积，记录第一、二、三电流表读数，根据实验结果研究各路防腐电流随被保护的船壳模拟装置5面积的变化关系，进而得到等效场源的场源强度与被保护面积的关系。

【实施例4】

实验室中研究舰船水下腐蚀相关电场等效场源的场源强度与船壳模拟装置5、螺旋桨模拟装置4之间间距的关系

在实施例1的基础上，电化学工作站12采用恒电位极化测量工作模式，设置固定保护电位，如常见的-1000mV。保持其他实验条件不变，改变船壳模拟装置5相对螺旋桨模拟装置4的间距，记录第一电流表7、第二电流表8、第三电流表9读数，根据实验结果研究各路防腐电流随被保护的船壳模拟装置5位置的变化关系，进而得到等效场源的场源强度与船壳模拟装置5、螺旋桨模拟装置4之间间距的关系。

【实施例5】

实验室中研究舰船水下腐蚀相关电场等效场源的场源强度与涂层破损率的关系

在实施例1的基础上，电化学工作站12采用恒电位极化测量工作模式，设置固定保护电位，如常见的-1000mV。保持其他实验条件不变，改变船壳模拟装置5表面涂层的破损状态，如依次使破损面积为1/8、1/4、3/8、1/2、5/8、3/4、7/8以及全部破损，分别记录第一电流表7、第二电流表8、第三电流表9读数，根据实验结果研究各路防腐电流随涂层破损率的变化关系，进而得到等效场源的场源强度与涂层状态的关系。

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种舰船水下腐蚀相关电场等效场源的实验室模拟装置，其特征在于：包括螺旋桨模拟装置(4)、船壳模拟装置(5)和外加电流阴极保护模拟装置，所述外加电流阴极保护模拟装置由铂片(6)、电化学工作站(12)、参比电极(11)构成，所述螺旋桨模拟装置(4)、船壳模拟装置(5)分别通过第一电流表(7)、第二电流表(8)与电化学工作站(12)的负极连接，所述船壳模拟装置(5)上设置有铂片(6)，所述铂片(6)通过第三电流表(9)与电化学工作站(12)的正极连接，所述螺旋桨模拟装置(4)和船壳模拟装置(5)设置于盛放有模拟海水(3)的水槽(13)中，所述水槽(13)中船壳模拟装置(5)旁设置有与参比液(14)连通的盐桥(10)，所述参比液(14)中设置有参比电极(11)，所述参比电极(11)与电化学工作站(12)连接，所述模拟海水中设置有电导率测量电极(1)。

2.根据权利要求1所述的舰船水下腐蚀相关电场等效场源的实验室模拟装置，其特征在于：所述螺旋桨模拟装置(4)为完全裸露的铜板。

3.根据权利要求1所述的舰船水下腐蚀相关电场等效场源的实验室模拟装置，其特征在于：所述船壳模拟装置(5)为表面涂有防护涂层的钢板。

4.根据权利要求1所述的舰船水下腐蚀相关电场等效场源的实验室模拟装置，其特征在于：所述铂片(6)一面裸露，一面设置有绝缘层，所述绝缘层设置于铂片(6)与船壳模拟装置(5)的接触面。

5.根据权利要求4所述的舰船水下腐蚀相关电场等效场源的实验室模拟装置，其特征在于：所述螺旋桨模拟装置(4)、船壳模拟装置(5)、铂片(6)与电流表的连接导线为经过水密处理的导线。