一種噴射式?jīng)_刷腐蝕試驗裝置制造方法
【專利摘要】一種噴射式?jīng)_刷腐蝕試驗裝置，屬于金屬材料防腐領域。采用聚四氟乙烯塑料為管道回路材料，裝置包括恒溫儲液箱、沖刷室、攪拌室、循環(huán)泵、管道回路、噴嘴、半圓柱樣品臺、夾具。循環(huán)泵串接變頻器改變泵體運轉頻率實現(xiàn)零級變速，在循環(huán)泵后段的管道回路安裝電磁流量計實時監(jiān)測流量，攪拌室內部設聚齒輪，安裝外部調速電動機驅動齒輪攪拌流體，確保流體中固體顆粒均勻懸浮。夾持裝置包括一個半圓柱樣品臺與夾具，通過旋轉樣品臺改變流體沖刷角度。沖刷室內置參比電極和輔助電極與夾具夾持的樣品構成三電極系統(tǒng)，外連電化學工作站和計算機，能夠精確控制，實現(xiàn)在不同流體流速、角度、溫度下的實時動態(tài)電化學測量。
【專利說明】一種噴射式?jīng)_刷腐蝕試驗裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬材料的流體沖刷腐蝕試驗裝置，試驗環(huán)境因素可控，能精確測量材料在不同溫度、流速與沖刷角度下的電化學信息。
【背景技術】
[0002]沖刷腐蝕是材料在流體沖刷和腐蝕交互作用下發(fā)生的腐蝕。管道在使用過程受流體的沖刷腐蝕作用會使管壁局部變薄進而穿孔失效，這種現(xiàn)象在石油、化工、能源電力等領域的管道彎曲部廣泛存在。據(jù)報道，95%的工業(yè)爆炸、火災、氣體泄漏都發(fā)生在管道彎管或彎頭處和正在泄漏的泵或控制閥處。所以管道彎曲部沖刷腐蝕研究一直以來備受國內外學者的廣泛關注。目前，用于材料沖刷腐蝕試驗的裝置分為管流式、噴射式和旋轉式三類，適用于不同工況，各有其優(yōu)缺點。旋轉式試驗裝置由于金屬轉盤樣品臺置于漿料底部，會與腐蝕性介質及固體顆粒發(fā)生磨損、產生腐蝕，樣品的封裝夾持也有困難。管流式試驗裝置能較好的模擬和評價實際工況，但整套設備占地面積大，所需試驗溶液量多，試驗周期長且試驗裝置維護費用高。傳統(tǒng)的噴射式裝置能很好的控制流速，同時樣品相對靜止，電化學測試比較容易，但傳統(tǒng)的噴射式裝置采用噴頭出水口大小來控制流速，使得流體循環(huán)時在窄口徑管道處引發(fā)劇烈磨損，同時引起流體升溫現(xiàn)象，流體溫度控制不易，試驗結果較實際腐蝕情況嚴重。沖刷腐蝕試驗裝置由樣品臺、沖刷室、溫度控制系統(tǒng)、流速控制系統(tǒng)、電化學測試系統(tǒng)組成?，F(xiàn)有的噴射式?jīng)_刷腐蝕試驗裝置所用溶液量大、系統(tǒng)回路容易被腐蝕、樣品夾持與夾具及樣品封裝困難，容易與樣品形成電偶腐蝕影響導致電化學測試準確性。為了取得較高的沖刷速度，而采用小口徑噴嘴，使樣品磨損不均勻，同時高的沖刷速度下流體與管壁摩擦引起發(fā)熱，使試驗結果比實際工況腐蝕嚴重。

【發(fā)明內容】

[0003]為了克服現(xiàn)有的噴射式?jīng)_刷腐蝕試驗裝置高流速時試驗溶液顯著升溫，回路的磨損量大、及回路中混入裝置金屬離子及裝置夾持部位與樣品容易構成電偶腐蝕，導致電話學測試受影響的問題。本發(fā)明提供一種試驗裝置，通過合理設計夾具與流體回路實現(xiàn)流體流速、溫度、流體沖刷角度的連續(xù)可控和實時精確的電化學測試，設備損耗低，維護簡單。
[0004]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:噴射式?jīng)_刷腐蝕試驗機包括恒溫儲液箱11、沖刷室14、攪拌室13、循環(huán)泵7、管道回路12、噴嘴17、半圓柱樣品臺21、夾具16，樣品臺21設有樣品槽，樣品槽底部設彈簧跟耐蝕墊片，彈簧一端用于與樣品接觸，另一端連接導線，通過樣品臺21內部孔徑引出沖刷室14，連接電化學工作站；沖刷室14下端為漏斗狀，下部連接攪拌室13，攪拌室13與沖刷室置于恒溫儲液箱11中；循環(huán)泵7串接變頻器6實現(xiàn)零級變速，在循環(huán)泵7后段的管道回路安裝電磁流量計10檢測流量，攪拌室13內部裝有齒輪8，安裝外部調速電動機9驅動齒輪攪拌流體，沖刷室14設內置參比電極20和輔助電極19與夾具18夾持的樣品構成三電極系統(tǒng)，外連電化學工作站和計算機。
[0005]沖刷室內部粘接有聚四氟乙烯下?lián)醢?5，頂部粘接上擋板2，下?lián)醢?5上端有圓槽，上擋板2有一小于半圓柱樣品臺21直徑的圓形通孔，兩擋板配合用于固定半圓柱型樣品臺21，沖刷室14頂部另有兩個圓形通孔，通孔用中心帶通孔的玻璃塞密封，從玻璃塞中間的通孔引出比電極20和輔助電極19的導線。
[0006]沖刷室14內部設有溫度探測器3實時監(jiān)測流體溫度，溫度顯示在控制面板I上，通過控制面板I設定溫度，當沖刷室內部流體溫度高于設定溫度時，恒溫儲液箱的制冷與壓縮機開始工作，通過恒溫儲液箱11中的制冷器4使恒溫儲液箱11中的液體溫度下降，同時回路中的流體溫度下降，反之，熱電偶5開始加熱，恒溫儲液箱11中的液體溫度上升，回路中流體溫度上升，如此反復循環(huán)控制沖刷室內流體溫度的穩(wěn)定。
[0007]夾具16包括樣品槽和螺紋通孔，樣品槽底部有導線通孔，槽壁設有M12螺紋通孔，樣品置于樣品槽，由底部通孔引出導線，通過旋轉樣品槽一端設有的塑料螺栓調整螺栓與另一端槽壁的距離來夾持不同形狀和尺寸的樣品，樣品槽外四角設通孔，通過旋緊配套塑料螺栓與旋轉半圓柱樣品臺21裝配。
[0008]樣品臺21是一個兩端為圓柱，中間為半圓柱的旋轉半圓柱，上底面有角度標線，轉動時通過角度標線與上擋板2的刻度確定沖刷角度，上擋板2板壁設螺紋通孔和配套塑料螺栓。
[0009]管道回路采用摩擦系數(shù)小且耐酸堿的聚四氟乙烯材料，樣品臺21、夾具16、噴嘴17、齒輪8以及整個沖刷室由聚四氟乙烯制作。管道回路設磁通流量計、變頻器連接耐蝕隔膜泵，所用泵為市售聚四氟乙烯隔膜泵，調節(jié)變頻器頻率控制泵的流量?；芈穱娮熘糜跊_刷室，可根據(jù)需要更換不同內徑的噴嘴。根據(jù)流量計顯示流量與噴嘴內徑大小，由下式可得出沖刷速度:
[0010]Q=Vt 31 (R/2)2
[0011]式中Q為流量計讀數(shù)m3/h, V即流體流速,單位m/s, R為噴嘴內徑,單位mm。
[0012]本發(fā)明的有益效果是，可以在精確調節(jié)流體溫度、流速及沖刷角度的同時，實時精確的進行樣品在各種腐蝕流體下的電化學測試。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的基本構造示意圖。
[0014]圖1中:1.溫度控制面板；2.上擋板；3.溫度探測器；4.制冷器；5.熱電偶；6.變頻器；7.循環(huán)泵；8.齒輪；9.電機；10.電磁流量計；11.恒溫儲液箱；12.管道；13.攪拌室；14.沖刷室；15.下?lián)醢澹?6.夾具；17.噴嘴；18.樣品；19.輔助電極；20.參比電極；21.半圓柱樣品臺；22.電化學工作站；23計算機。
[0015]圖2是旋轉半圓柱樣品臺示意圖。
[0016]圖3是夾具示意圖。
[0017]圖4是半圓柱樣品臺與夾具的組裝圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0019]在圖1中，溫度控制面板1、溫度探測器3、制冷器4、熱電偶5組成溫度控制系統(tǒng)。溫度探測器3置于沖刷室14內，制冷器4與熱電偶5置于沖刷室14外部的恒溫貯液箱11中。沖刷室下端連接攪拌室13，攪拌室13的下端連接循環(huán)泵7，循環(huán)泵7，循環(huán)泵7通過聚四氟乙烯管道12連接至沖刷室14中的聚四氟乙烯塑料噴嘴17構成流體循環(huán)回路。循環(huán)泵7串聯(lián)變頻器6連接電源，循環(huán)泵7與聚四氟乙烯塑料噴嘴17中間的聚四氟乙烯管道12上安裝電磁流量計10檢測流量。沖刷室14內部設樣品夾持裝置，包括半圓柱樣品臺21，夾具16及固定半圓柱樣品臺21的上擋板2及下?lián)醢?5。樣品18背面連接導線固定在夾持裝置上，樣品經(jīng)由導線從夾持裝置引出作為工作電極，沖刷室14內置參比電極20和輔助電極19與工作電極構成三電極測試系統(tǒng)，可在沖刷過程中實時動態(tài)測量樣品表面的電化學信息。外聯(lián)電化學工作站22及計算機23。攪拌室13內置聚四氟乙烯塑料齒輪8，由外部電機9驅動攪拌流體。
[0020]流速調節(jié)由變頻器6調整循環(huán)泵7電機轉速來控制流量大小，循環(huán)泵7為市售FUH耐腐耐磨泵，最大流量10m3/h。由電磁流量計10的讀數(shù)得到流體單位時間流量，已知聚四氟乙烯塑料噴嘴17的內徑R及單位時間流體流量Q/t，根據(jù)公式Q=Vt π (R/2)2即可確定流體沖刷速度,反之,可根據(jù)流體沖刷速度來確定流量,進而設定對應頻率。內部流體懸浮顆粒的解決由攪拌室13內置聚四氟乙烯塑料齒輪8與外部電機9驅動攪拌完成。沖刷室14內部及頂部粘接有聚四氟乙烯下?lián)醢?5,下?lián)醢?5上端有Φ80mmX 5mm深度圓槽,上擋板2有一 Φ80_圓形通孔用于固定半圓柱樣品臺21，板壁有設有螺紋通孔與配套塑料螺栓，用于調節(jié)沖刷角度后固定半圓柱樣品臺21。
[0021]半圓柱樣品臺21設有樣品槽，樣品槽底部設彈簧跟耐蝕墊片，彈簧一端用于與樣品接觸，另一端連接導線通過半圓柱樣品臺內部孔徑引出沖刷室連接電化學工作站，避免樣品與裝置任何部位構成電偶，確保沖刷的穩(wěn)定性。如圖2所示，半圓柱樣品臺21的兩端為圓柱，中間延直徑剖平為半圓柱，上底面有角度標線，轉動時通過角度標線與擋板2的刻度確定沖刷角度，上擋板板壁設螺紋通孔和配套塑料螺栓，半圓柱樣品臺21調整角度后旋緊塑料螺栓進行固定，樣品臺中段半圓柱平面上設有與夾具四周螺紋通孔內切的螺紋，使用塑料螺栓將夾具固定在半圓柱樣品臺21的平面上。沖刷室頂部另有兩個Φ20πιπι的圓形通孔用中心帶孔的玻璃塞密封，從玻璃塞中間的通孔引出參比電極20和輔助電極19的導線。管道回路采用摩擦系數(shù)小且耐酸堿的聚四氟乙烯材料，半圓柱樣品臺21、夾具16、噴嘴17、齒輪8以及整個沖刷室也均由聚四氟乙烯制作。沖刷室14流體溫度控制由溫度控制面板I設定溫度，溫度探測器3實時探測沖刷室內流體溫度，再由制冷器4及熱電偶5對恒溫儲液箱11中的冷凝液進行制冷或制熱，進而對沖刷室14內的流體進行恒溫水浴，精確控制沖刷室的溫度，可控范圍5°C?90°C。
[0022]如圖2、圖3所示，夾具16包括樣品槽和螺紋通孔，樣品槽底部有導線通孔，槽壁設有M12螺紋通孔，樣品置于樣品槽后由底部通孔引出導線，通過旋轉塑料螺栓調整螺栓與另一端槽壁的距離來夾持不同形狀和尺寸的樣品，樣品槽外四角設通孔，用于夾具16與旋轉半圓柱樣品臺21裝配。
[0023]本發(fā)明通過精確控制流體沖刷速度、角度與溫度，實現(xiàn)了對試樣實時動態(tài)的電化學測試。
【權利要求】
1.一種噴射式?jīng)_刷腐蝕試驗裝置，包括恒溫儲液箱(11 )、沖刷室(14)、攪拌室(13)、循環(huán)泵(7)、管道回路(12)、噴嘴(17)、半圓柱樣品臺(21)、夾具(16)，其特征是:半圓柱樣品臺(21)設有樣品槽，樣品槽底部設彈簧和耐蝕墊片，彈簧一端用于與樣品接觸，另一端連接導線，通過半圓柱樣品臺(21)內部孔徑引出沖刷室(14)，連接電化學工作站；沖刷室(14)下端為漏斗狀，下部連接攪拌室(13)，攪拌室(13)與沖刷室(14)置于恒溫儲液箱(11)中；循環(huán)泵(7)串接變頻器(6)實現(xiàn)零級變速，在循環(huán)泵(7)后段的管道回路安裝電磁流量計(10)檢測流量；攪拌室(13)內部裝有齒輪(8)，安裝外部調速電動機(9)驅動齒輪攪拌流體；沖刷室(14)設內置參比電極(20 )和輔助電極(19 )與夾具(18 )夾持的樣品構成三電極系統(tǒng)，外連電化學工作站和計算機。
2.根據(jù)權利要求1所述的噴射式?jīng)_刷腐蝕試驗裝置，其特征是:沖刷室(14)內部粘接有聚四氟乙烯下?lián)醢?15)，頂部粘接上擋板(2)，下?lián)醢?15)上端有圓槽，擋板(2)有一直徑小于半圓柱樣品臺直徑的圓形通孔，兩擋板配合用于固定半圓柱型樣品臺，沖刷室(14)頂部另有兩個圓形通孔用中心帶通孔的玻璃塞密封，從玻璃塞中間的通孔引出比電極(20)和輔助電極(19)的導線。
3.根據(jù)權利要求1所述的噴射式?jīng)_刷腐蝕試驗裝置，其特征是:沖刷室(14)內部設有溫度探測器(3)實時監(jiān)測流體溫度，溫度顯示在控制面板(I)上，通過控制面板(I)設定溫度，當沖刷室內部流體溫度高于設定溫度時，恒溫儲液箱的制冷與壓縮機開始工作，通過恒溫儲液箱(11)中的制冷器(4 )使恒溫儲液箱(11)中的液體溫度下降，同時回路中的流體溫度下降；反之，熱電偶(5)開始加熱，恒溫儲液箱(11)中的液體溫度上升，回路中流體溫度上升，如此反復循環(huán)控制沖刷室內流體溫度的穩(wěn)定。
4.根據(jù)權利要求1所述的噴射式?jīng)_刷腐蝕試驗裝置，其特征是:夾具(16)包括樣品槽和螺紋通孔，樣品槽底部有導線通孔，槽壁設有M12螺紋通孔，樣品置于樣品槽，由底部通孔引出導線，通過旋轉樣品槽一端設有的塑料螺栓調整螺栓與另一端槽壁的距離來夾持不同形狀和尺寸的樣品，樣品槽外四角設通孔，通過旋緊配套塑料螺栓與旋轉半圓柱樣品臺(21)裝配。
5.根據(jù)權利要求1所述的噴射式?jīng)_刷腐蝕試驗裝置，其特征是:半圓柱樣品臺(21)是一個兩端為圓柱，中間為半圓柱的旋轉半圓柱，上底面有角度標線，轉動時通過角度標線與上擋板(2)的刻度確定沖刷角度，上擋板(2)板壁設螺紋通孔和配套塑料螺栓。
6.根據(jù)權利要求1所述的噴射式?jīng)_刷腐蝕試驗裝置，其特征是:管道回路采用摩擦系數(shù)小且耐酸堿的聚四氟乙烯材料，半圓柱樣品臺(21)、夾具(16)、噴嘴(17)、齒輪(8)以及整個沖刷室由聚四氟乙烯制作。
【文檔編號】G01N3/56GK103543077SQ201310507370
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權日:2013年10月24日
【發(fā)明者】楊振明, 巖雨, 喬利杰 申請人:北京科技大學