專利名稱：臥式磨蝕試驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及腐蝕磨損測試裝置，特別涉及臥式磨蝕試驗裝置，能夠精確測量、評價多種材料在腐蝕環(huán)境下的耐腐蝕、磨損性能。
背景技術：
磨蝕涵蓋的內容較多，一般是指發(fā)生磨損的同時還有腐蝕。其中腐蝕包括水中常見的空蝕，也叫氣蝕。在疏浚航道、圍海造陸過程中，挖泥船和采沙船等工程設備把大量泥沙通過管道輸送到陸地上。工作過程中漿體中的固體顆粒以較高的速度與管道內壁產生刮擦、碰撞,引起管道磨損。同時海水本身為腐蝕性介質,對管體產生腐蝕破壞。特別是沿海的港口區(qū)域，工程土質較復雜，以火山灰?guī)r、礫石、中粗沙、亞黏土加中粗沙為主，對輸送管體磨損嚴重，加上海水腐蝕，具有典型的磨蝕特性。此外，在礦漿輸送及化工、電廠等行業(yè)中也廣泛存在磨蝕問題。磨蝕是力學因素、化學和電化學因素及其交互作用的結果，特別是腐蝕與磨損的交互作用，使問題復雜化。研究腐蝕磨損的難點之一是試驗設備。由于設備本身就存在著一定程度的腐蝕磨損，從而影響實驗結果的可靠性。目前國內外還沒有定型專用的商業(yè)試驗機，阻礙了這方面工作的進一步深入開展。為了分析漿體材料在輸送過程中對管體的破壞作用，人們在磨蝕的失效機理分析方面做了大量工作，同時也研制了多種類型的磨蝕測試裝置?？偨Y來看，目前評價材料耐磨蝕性能的試驗裝置從功能上劃分主要有管流式、噴射式和旋轉式三種。管流式裝置能較好地模擬管道沖刷的實際工況，試驗結果最為直觀和可靠。但整套系統(tǒng)占據空間很大，實驗所需溶液量大，實驗周期長，循環(huán)泵需要持續(xù)運轉.還有泵閥的可靠性以及如何防止泄漏問題，使得整套裝置的費用和實驗費用都很高。此外，該類試驗裝置只適用于固體顆粒含量極低的溶液，否則易引起管道堵塞；噴射式試驗裝置能精確控制沖擊液流的流速.可達很高速流，而且成本低、周期短，也很容易進行電化學測試。但不能很好地模擬實際工況，沖刷比實際嚴重，與泵、管道的實際沖刷腐蝕條件有一定差距，對雜質泵、酸堿泵的葉片失效研究有一定價值；旋轉式運動試驗法是以測量磨塊在攪拌桶漿體中作圓周運動的金屬損失量來測量材料的相對磨蝕性，為對比實驗，測量結果為相對磨蝕性。設備簡單、成本低、實驗周期短。但由于試樣旋轉，電化學測試難度較高。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于提供一種臥式磨蝕試驗裝置，可以模擬海水等腐蝕性介質中固體顆粒在輸送過程中對管道的磨蝕，并結合該裝置的電化學系統(tǒng)分析腐蝕與磨損的交互作用，從而實現對磨蝕機理的分析。且試驗過程中可以安裝多個試樣，實現不同材料在相同環(huán)境下的磨蝕性能對比，也可以通過固體顆粒尺寸、含量及介質PH值的改變，實現同一材料不同工況條件下的磨蝕性能對比，從而促進材料磨蝕性能的改善、耐磨蝕材料的篩選及相關機理研究等。[0006]為達到上述目的，本實用新型的技術方案是臥式磨蝕試驗裝置，其包括，基座；支撐臺架，設置于基座上一側；輔助電機，設置于支撐臺架上；試驗腔，其為一筒體結構；試驗腔內壁設有控溫冷卻管道及保護管道的若干格柵；試驗腔還設有介質、固體顆粒添加口 ；輔助電機的輸出軸的一端插入試驗腔；輔助電極、參比電極，設置于試驗腔內；試驗位移臺架，設置于基座上另一側；試驗位移臺架上設調位絲桿及移動電機，并以此在基座上移動；主電機，設置于試驗位移臺架上；主電機轉軸的一端插入試驗腔中央，與伸入試驗腔內的輔助電機輸出軸對頂；轉軸上設銅環(huán)-碳刷；第一、第二試樣夾持盤，分別設置于試驗腔內的主電機轉軸上；恒電位儀，安裝在控制柜內，其接線通過銅環(huán)-碳刷與試驗腔內的輔助電極、參比電極及工作電極即待測試樣相連；其中與介質接觸的試驗腔、控溫冷卻管道、格柵及試驗夾盤均采用耐蝕材料制作。進一步，所述的參比電極采用保護型Ag/AgCl參比電極，對輔助電極采用鉬鈮絲制作，工作電極為待測試樣。所述的輔助電極放置在第一試樣夾持盤內，在第一試樣夾持盤上靠近試樣處設置環(huán)形槽，輔助電極放置其中，并以導線通過轉軸芯部連接到外部的銅環(huán)-碳刷上，進而與恒電位儀連接；工作電極即待測試樣以同樣的方式連接到恒電位儀上；參比電極安裝在靠近工作電極即待測試樣的格柵上，通過布置在格柵間隙的導線從連接軸承處引出，最終與恒電位儀連接。所述的格柵采用兩端嵌入的方式整體放置在試驗腔內，其長度方向與軸平行，寬度方向與軸及試驗腔的轉動方向保持同向；為保證格柵的功能，其寬度L滿足如下公式
sin (90° + / -|) esin^
2r-—sin— >L>r--(I)
sin^2sin i6 + p)式中，r為格柵位置的外圓半徑,mm ; 0為兩片格柵間對應的圓心角，度；P為格柵與所在半徑之間的夾角，度。所述的試驗腔內格柵采用16片格柵設計，格柵均勻分布在試驗腔內，兩片格柵間對應的圓心角9 =22.5°，格柵與對應半徑的夾角定為￠=45°。本實用新型臥式磨蝕試驗裝置電化學系統(tǒng)包括放置在控制柜內的恒電位儀、試驗腔內的參比電極、輔助電極、工作電極(待測試樣)及連接信號的銅環(huán)-碳刷等構成。其特點是試驗腔內壁設有控溫冷卻管道，可以在設定溫度下進行磨蝕試驗。同時，在其內側設有格柵，一方面保護控溫冷卻管道及實驗腔內壁，同時還可以將沉積的固體顆粒輸送到其它位置，保持試驗過程中介質的均勻。而且本試驗機的傳動軸與試樣平行且均保持水平，從而保證試驗過程中試樣各位置轉速、行程一致，同時在很大程度上避免了固體顆粒的沉積，有利于保持介質的均勻性。此外，通過控制柜內的恒電位儀調整設定試樣的電位，在試驗過程對試樣進行電化學保護，進而進行腐蝕、磨損及其交互作用的研究。試驗腔直接與主電機相連，同時在試驗腔另一方設有一輔助電機，驅動試驗腔在試驗過程中轉動；此外,還設有移動電機,用于試驗結束后移出試樣夾盤。為保持試樣高速運動時的動平衡，傳動軸采用對頂方式。其中，連接銅環(huán)-碳刷的傳動軸芯部中空，便于工作電極、輔助電極導線通過并連接到銅環(huán)-碳刷上。試驗腔為316L不銹鋼材質，控溫冷卻管道為BlO銅合金，格柵為聚四氟材質，試樣夾盤為聚四氟乙烯材質，均具有良好的防蝕性能。試樣夾盤能夠同時最多放置16個試樣，電機均為變頻電機,能夠任意調速。本實用新型具有如下優(yōu)點本實用新型能夠充分模擬圍海造陸、航道及內河清淤等工程中泥沙在輸送過程中對輸送管道的磨蝕破壞，且通過固體顆粒的尺寸、含量及介質酸堿度的調整，模擬不同的施工環(huán)境，并通過試驗機轉動速度、時間的調整測試不同施工條件下材料的磨蝕性能；本實用新型采用水平式旋轉軸，試驗過程中試驗腔與試樣以低速同向緩慢轉動，借助格柵帶動介質中固體顆粒運動，解決了其它同類裝置試驗過程中固體顆粒易沉積、分布不均問題，試驗過程中的漿體具有分布均勻、密度均勻的特點，試樣在試驗過程中的試驗條件完全可控，并可以同時放多個試樣，縮短試驗周期，試驗數據準確、重復性好；此外，由于采用了軸對頂設計，降低了傳動軸撓度，從而有效提高了試驗過程中軸的穩(wěn)定性。另外，由于采用了變頻電機，試樣的轉速能夠連續(xù)可調，最高線速度達25-30m/s,從而可以分析速度對材料磨蝕性能 的影響作用。本實用新型與現有技術相比本實用新型解決了漿體輸送過程中管道的耐磨蝕性能測試問題，能夠真實模擬實際工況條件下的磨蝕條件，同時突破了試驗介質分布在時間、空間上的分布不均勻局限性，同時電化學系統(tǒng)能夠對試樣施加保護電流，有助于分析腐蝕、磨損及其交互作用，從而提高了材料在腐蝕性漿體中磨蝕領域的試驗可靠性及科研水平，推動了磨蝕機理的研究分析。該裝置不僅可以用于測試管道在泥沙輸送中的耐磨蝕性能，同時也適用于礦山、電廠中礦漿、粉煤灰對管道的磨蝕破壞，也可以用于測試水廠、大壩中水輪機等過流部件的耐磨蝕性倉泛。

圖I為本實用新型臥式磨蝕試驗裝置的結構示意圖。圖2為本實用新型臥式磨蝕試驗裝置試驗腔內格柵布置的示意圖。
具體實施方式
參見圖I、圖2，本實用新型的臥式磨蝕試驗裝置，其包括，基座I ;支撐臺架2，設置于基座I上一側；輔助電機3，設置于支撐臺架2上；試驗腔4，其為一筒體結構；試驗腔4內壁設有控溫冷卻管道5及保護管道的若干格柵6 ;試驗腔4還設有介質、固體顆粒添加口41 ;輔助電機3的輸出軸31的一端插入試驗腔4 ;輔助電極7、參比電極8，設置于試驗腔4內；試驗位移臺架9，設置于基座I上另一側的導軌101上；試驗位移臺架9上設調位絲桿10及移動電機11，并以此在基座I上移動；主電機12，設置于試驗位移臺架9上；主電機12轉軸121的一端插入試驗腔4中央，與伸入試驗腔4內的輔助電機輸出軸31對頂；轉軸121上設銅環(huán)-碳刷13 ;第一、第二試樣夾持盤14、14’，分別設置于試驗腔內的主電機轉軸121上；恒電位儀15，安裝在控制柜內，其接線通過銅環(huán)-碳刷13與試驗腔4內的輔助電極7、參比電極8及工作電極17即待測試樣相連；其中與介質接觸的試驗腔、控溫冷卻管道、格柵及試驗夾盤均采用耐蝕材料制作。所述的參比電極采用保護型Ag/AgCl參比電極，對輔助電極采用鉬鈮絲制作，工作電極為待測試樣。[0024]所述的輔助電極放置在第一試樣夾持盤14內，在第一試樣夾持盤上靠近試樣處設置環(huán)形槽，輔助電極放置其中，并以導線通過傳動軸芯部連接到外部的銅環(huán)-碳刷上，進而與恒電位儀連接；工作電極即待測試樣以同樣的方式連接到恒電位儀上；參比電極安裝在靠近工作電極即待測試樣的格柵上，通過布置在格柵間隙的導線從連接軸承16處引出，最終與恒電位儀連接。所述的格柵采用兩端嵌入的方式整體放置在試驗腔內，其長度方向與軸平行，寬度方向與軸及試驗腔的轉動方向保持同向；為保證格柵的功能，其寬度L滿足如下公式
權利要求1.臥式磨蝕試驗裝置，其特征在于，包括， 基座; 支撐臺架，設置于基座上一側； 輔助電機，設置于支撐臺架上； 試驗腔，其為一筒體結構；試驗腔內壁設有控溫冷卻管道及保護管道的若干格柵；試驗腔還設有介質、固體顆粒添加口 ；輔助電機的輸出軸的一端插入試驗腔； 輔助電極、參比電極，設置于試驗腔內； 試驗位移臺架，設置于基座上另一側；試驗位移臺架上設調位絲桿及移動電機，并以此在基座上移動； 主電機，設置于試驗位移臺架上；主電機轉軸一端插入試驗腔中央，與伸入試驗腔內的輔助電機輸出軸對頂；轉軸上設銅環(huán)-碳刷； 第一、第二試樣夾持盤，分別設置于試驗腔內的主電機轉軸上； 恒電位儀，安裝在控制柜內，其接線通過銅環(huán)-碳刷與試驗腔內的輔助電極、參比電極及工作電極即待測試樣相連； 其中與介質接觸的試驗腔、控溫冷卻管道、格柵及試驗夾盤均采用耐蝕材料制作。
2.如權利要求I所述的臥式磨蝕試驗裝置，其特征在于，所述的參比電極采用保護型Ag/AgCl參比電極，對輔助電極采用鉬鈮絲制作，工作電極為待測試樣。
3.如權利要求I所述的臥式磨蝕試驗裝置，其特征在于，所述的輔助電極放置在第一試樣夾持盤內，在第一試樣夾持盤上靠近試樣處設置環(huán)形槽，輔助電極放置其中，并以導線通過轉軸芯部連接到外部的銅環(huán)-碳刷上，進而與恒電位儀連接；工作電極即待測試樣以同樣的方式連接到恒電位儀上；參比電極安裝在靠近工作電極即待測試樣的格柵上，通過布置在格柵間隙的導線從連接軸承處引出，最終與恒電位儀連接。
4.如權利要求I所述的臥式磨蝕試驗裝置，其特征在于，所述的格柵采用兩端嵌入的方式整體放置在試驗腔內，其長度方向與軸平行，寬度方向與軸及試驗腔的轉動方向保持同向；為保證格柵的功能，其寬度L滿足如下公式 sin (90° + / - — ) Q Qo" 2 0 、 Sinfef. 1、2r-—sin— >L>r--(I) sin^2sin i6 + p) 式中，r為格柵位置的外圓半徑，mm; 0為兩片格柵間對應的圓心角，度；P為格柵與所在半徑之間的夾角，度；L單位mm。
5.如權利要求I所述的臥式磨蝕試驗裝置，其特征在于，所述的試驗腔內格柵采用16片格柵設計，格柵均勻分布在試驗腔內，兩片格柵間對應的圓心角9 =22.5°，格柵與對應半徑的夾角定為P = 45°。
專利摘要臥式磨蝕試驗裝置，包括，基座；支撐臺架，設于基座上一側；輔助電機，設于支撐臺架上；試驗腔，其為一筒體結構，內壁設有控溫冷卻管道及格柵；試驗腔還設有介質、固體顆粒添加口；輔助電機輸出軸插入試驗腔；輔助電極、參比電極，設于試驗腔內；試驗位移臺架，設于基座上另一側，其上設調位絲桿及移動電機；主電機，設于試驗位移臺架，其轉軸插入試驗腔，與輔助電機輸出軸對頂；第一、第二試樣夾持盤，設于試驗腔內轉軸及輸出軸上；恒電位儀，其接線通過銅環(huán)-碳刷與輔助電極、參比電極及工作電極即待測試樣相連。本實用新型可以模擬海水等腐蝕性介質中固體顆粒在輸送過程中對管道的磨蝕，并可分析腐蝕與磨損的交互作用，實現對磨蝕機理的分析。
文檔編號G01N3/56GK202433273SQ201120557680
公開日2012年9月12日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權日2011年12月27日
發(fā)明者宋鳳明, 宋國斌, 溫東輝, 胡曉萍 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司