專利名稱：一種模擬深海環(huán)境的腐蝕試驗裝置和試驗方法
技術領域：
本發(fā)明屬于模擬試驗裝置技術領域，特別涉及模擬材料在深海環(huán)境中的腐蝕性能的試驗裝置領域。
背景技術：
隨著人類對于資源的開采和利用，陸上非可再生資源已經基本開發(fā)殆盡，頻發(fā)的石油危機經常引起人們對于能源危機的恐懼。除了開發(fā)水電、風能、太陽能、潮汐能之外，海底是人類開發(fā)新能源的新方向。海洋工程的發(fā)展關系到環(huán)境保護、資源開發(fā)和國土主權安全，是我國建設海洋強國的重要支撐。隨著海洋開發(fā)和利用的迅猛發(fā)展，海洋工程領域正成為各國科學研究與生產開發(fā)的熱點之一。海洋結構與裝備及深海能源開發(fā)也逐漸受到各國的大力關注。然而海洋為ー個嚴酷的綜合腐蝕環(huán)境它涉及到溫度、壓強、海水流速、PH值、鹽度和溶解氧濃度等，海洋結構與裝備及深海能源開發(fā)的機械部件在海水中腐蝕較嚴重。需求耐蝕性的材料也一直是人們關注的問題。對新開發(fā)的材料以及要應用到海洋裝備中的材料，均要進行海洋腐蝕性能測試。傳統(tǒng)的海洋腐蝕試驗主要是在實際的海洋中設站進行試驗，比如坐底式試驗裝置和錨掛式試驗裝置。雖然海洋現場的試驗完全符合實際エ況條件，但是這種試驗方法需要大量的人力、物カ和財力，且試驗數據的測試和觀察也因環(huán)境的惡劣而困難。通過開發(fā)設計室內海洋腐蝕試驗裝置進行模擬實際海洋環(huán)境中的腐蝕是比較理想的方法，這對研究材料在海洋環(huán)境中的腐蝕行為和機理以及開發(fā)耐蝕性材料具有重要的意義。關于模擬海洋環(huán)境的腐蝕，已有相關的室內試驗裝置得到應用，也有相關的專利得到公布。例如專利號為200720076734.3的專利公開了ー種多功能環(huán)境控制加速腐蝕實驗箱，該實驗箱可以模擬多種海洋環(huán)境エ況，但是不能模擬深海的高壓及溫度狀況；專利號為201010162126.0的專利，公布了ー種溫度壓カ可控型旋轉式沖蝕實驗裝置，不能模擬深海溶氧量和溫度狀況。專利號為201020249391.8的專利，公布了一種模擬海洋環(huán)境的試驗裝置，同樣不能模擬深海高壓狀況。專利號為201010033689.X的專利，公布了ー種用于測試材料在模擬深海環(huán)境腐蝕性能的實驗裝置，可以模擬深海中的高壓，低溫等狀況，但是不能模擬深海中海水流速狀況。其它專利公布的試驗裝置，也不能完全模擬深海中的海水環(huán)境。

發(fā)明內容
為了彌補現有技術中的不足，本發(fā)明提供ー種能夠模擬深海環(huán)境溫度、壓強、海水流速、PH值、鹽度和溶解氧濃度的試驗裝置，用來測試材料在深海環(huán)境中的腐蝕性能。為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:—種模擬深海環(huán)境的腐蝕試驗裝置，包括高壓釜、冷凝管、壓縮機、冷凝器、單向閥A、空氣泵、氮氣瓶、加壓泵、單向閥B、試樣投放裝置、排氣管、溶解氧傳感器、超聲波多普勒流速儀、壓カ傳感器、溫度傳感器、鹽度傳感器、PH計、排水管、攪拌電機、攪拌槳葉和控制拒；其中:冷凝管置于高壓釜底部呈S形彎曲狀，高壓釜上有冷凝管迸、出ロ，冷凝管的出ロ、壓縮機、冷凝器和冷凝管的進ロ依此相連接構成制冷系統(tǒng)；空氣泵通過單向閥A與高壓釜相連接；氮氣瓶、加壓泵和單向閥B依此相連接后接于高壓釜；試樣投放裝置包括電機、主動齒輪、從動齒輪、螺桿、螺母、支撐架、擋板、螺母導軌和試樣架；主動齒輪安裝在電機上，從動齒輪安裝在螺桿上部，主動齒輪和從動齒輪相嚙合，擋板固定安裝在螺桿上部，由支撐架提供支撐力，螺母導軌固定安裝在支撐架上，螺母外部和螺母導軌內部均為矩形，兩者相配合，螺母在螺母導軌中可上下移動，且不可轉動，螺母與螺桿相配合，螺母下部固定連接有試樣架，試樣架伸入到高壓釜中，從動齒輪、螺桿、螺母、擋板和試樣架的重力均通過擋板由支撐架承受；攪拌電機位于高壓釜的后面,攪拌電機的電機軸所處高度為高壓釜中部并伸進到高壓釜內部中間位置，攪拌槳葉安裝在攪拌電機的電機軸上；控制柜上設有電源開關、控制系統(tǒng)、溶解氧濃度儀表、海水流速儀表、壓カ儀表、溫度儀表、鹽度儀表、PH儀表和定時器；溶解氧濃度儀表、海水流速儀表、壓カ儀表、溫度儀表、鹽度儀表、PH儀表分別與設置在高壓釜中的溶解氧傳感器、超聲波多普勒流速儀、壓カ傳感器、溫度傳感器、鹽度傳感器、PH計相連接；定時器、壓縮機、冷凝器、空氣泵、加壓泵、攪拌電機和電機、溶解氧傳感器、超聲波多普勒流速儀、壓カ傳感器、溫度傳感器、鹽度傳感器、PH計均與控制系統(tǒng)相連接，并受控制系統(tǒng)的控制。本發(fā)明中的冷凝管是內部材料為金屬，外部材料為PVC的復合管，因為PVC材料對海水具有好的耐蝕性。本發(fā)明中的單向閥A和單向閥B開啟ロ朝向高壓釜，這樣可以保證高壓釜中的氣體不會向外流出；海水液面位于攪拌電機的電機軸所處高度以下，單向閥A與高壓釜的連接部位在高壓釜下部，海水液面以下，這樣可以保證在對海水補充空氣時，空氣中的氧氣更好的溶解在海水中；單向閥B與高壓釜的連接部位在高壓釜上部，海水液面以上。溶解氧濃度傳感器、超聲波多普勒流速儀、壓カ傳感器、溫度傳感器、鹽度傳感器和PH計均位于海水液面以下，這樣可以保證各自所檢測的均是海水內部的數據。本發(fā)明中的排氣管在高壓釜上部，所述排水管在高壓釜下部。試樣投放裝置位于高壓釜的上部。本發(fā)明中的試樣架下降的終止位置與壓カ傳感器在同一水平線上，這樣可以保證壓カ傳感器檢測的壓カ是試樣所在位置的壓力。本發(fā)明還公開了進行腐蝕試驗的方法，即工作流程為:在高壓釜中放置海水，試樣架上安放待腐蝕試樣，打開控制柜上的電源開關，設置腐蝕時間、溶解氧濃度、海水壓カ、溫度、海水流速的參數；溶解氧傳感器、超聲波多普勒流速儀、壓カ傳感器、溫度傳感器、鹽度傳感器和PH計開始自動檢測各自相應項的參數，數據傳至控制系統(tǒng)并與所設定的參數進行比較，根據各項參數比較結果，控制系統(tǒng)自動在線控制壓縮機和冷凝器、空氣泵、加壓泵以及攪拌電機的工作和停止；例如當海水溫度低于設定值時，控制系統(tǒng)啟動壓縮機和冷凝器工作，對海水制冷，當海水溫度達到所設定值吋，控制系統(tǒng)自動停止壓縮機和制冷器的エ作；當溶解氧濃度、海水壓カ、溫度、海水流速達到設定值后，控制系統(tǒng)啟動電機正轉，運動通過主動齒輪、從動齒輪、螺桿傳至螺母，螺母在螺母導軌中帶動試樣架向下運動伸入海水中，當試樣架達到壓力傳感器所在水平線后，控制系統(tǒng)自動控制電機停止轉動；此時，系統(tǒng)開始計時，當達到腐蝕時間后，控制系統(tǒng)自動控制電機反轉，傳動通過主動齒輪、從動齒輪、螺桿傳至螺母，螺母在螺母導軌中向上運動，從而帶動試樣架向上移動而離開海水，試驗結束。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的試驗裝置可以完全模擬深海環(huán)境中的溫度、壓強、海水流速、PH值、鹽度和溶解氧濃度狀況，同時也避免了在實際的海洋中設站進行試驗而造成的人力、物力和財カ的巨大花費，以及試驗數據的測試和收集因環(huán)境的惡劣而困難的現象。本發(fā)明的試驗裝置能夠全自動在線檢測溫度、壓強、海水流速、PH值、鹽度和溶解氧濃度狀況，具有自動控制腐蝕時間的功能，可保障腐蝕過程的嚴格性。


下面結合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進ー步詳細的說明。圖1是本發(fā)明的機構示意中:ト高壓爸，2-冷凝管，3-壓縮機，4-冷凝器，5-單向閥A，6_空氣泵，7_氮氣瓶，8-加壓泵，9-單向閥B，10-試樣投放裝置，10-1電機，10-2-主動齒輪，10-3-從動齒輪，10-4-螺桿，10-5-螺母，10-6-支撐架，10-7-擋板，10-8-螺母導軌，試樣架10-911-排氣管，12-溶解氧濃度傳感器，13-超聲波多普勒流速儀，14-壓カ傳感器，15-溫度傳感器，16-鹽度傳感器，17-PH計，18-排水管，19-拌電機，20-攪拌槳葉，21-控制柜，21-1-電源開關，21-2-控制系統(tǒng)，21-3-溶解氧濃度儀表，21-4-海水流速儀表，21-5-壓カ儀表，21-6-溫度儀表，21-7-鹽度儀表，21-8-PH儀表，21-9-定時器，22-海水。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明提供的一種模擬深海環(huán)境的腐蝕試驗裝置，包括高壓釜1、冷凝管2、壓縮機3、冷凝器4、單向閥A5、空氣泵6、氮氣瓶7、加壓泵8、單向閥B9、試樣投放裝置10、排氣管11、溶解氧傳感器12、超聲波多普勒流速儀13、壓カ傳感器14、溫度傳感器15、鹽度傳感器16、PH計17、排水管18、攪拌電機19、攪拌槳葉20和控制柜21 ;冷凝管2置于高壓釜I底部呈S形彎曲狀，高壓釜I上有冷凝管迸、出ロ，冷凝管2的出口、壓縮機3、冷凝器4和冷凝管2的進ロ依此相連接構成制冷系統(tǒng)；空氣泵6通過單向閥A5與高壓釜I相連接；氮氣瓶7、加壓泵8和單向閥B9依此相連接后接于高壓釜；試樣投放裝置包括電機10-1、主動齒輪10-2、從動齒輪10-3、螺桿10-4、螺母10-5、支撐架10-6、擋板10_7、螺母導軌10-8和試樣架10-9 ;主動齒輪10-2安裝在電機10-1上，從動齒輪10-3安裝在螺桿10-4上部，主動齒輪10-2和從動齒輪10-3相嚙合，擋板10-7固定安裝在螺桿10-4上部，由支撐架10-6提供支撐力，螺母導軌10-8固定安裝在支撐架10-6上，螺母10-5外部和螺母導軌10-8內部均為矩形，兩者相配合，螺母10-5在螺母導軌10-8中可上下移動，且不可轉動，螺母10-5與螺桿10-4相配合，螺母10-5下部固定連接有試樣架10-9，試樣架10-9伸入到高壓釜I中，從動齒輪10-3、螺桿10-4、螺母10-5、擋板10-7和試樣架10-9的重力均通過擋板10-7由支撐架10-9承受；攪拌電機19位于高壓釜I的后面,攪拌電機19的電機軸所處高度為高壓釜I中部并伸進到高壓釜I內部中間位置，攪拌槳葉20安裝在攪拌電機19的電機軸上；控制柜21上設有電源開關21-1、控制系統(tǒng)21-2、溶解氧濃度儀表21-3、海水流速儀表21-4、壓カ儀表21-5、溫度儀表21-6、鹽度儀表21-7、PH儀表21_8和定時器21-9 ;溶解氧濃度儀表21-3、海水流速儀表21-4、壓カ儀表21-5、溫度儀表21_6、鹽度儀表21-7、PH儀表21-8分別與設置在高壓釜I中的溶解氧傳感器12、超聲波多普勒流速儀13、壓カ傳感器14、溫度傳感器15、鹽度傳感器16、PH計17相連接；定時器21-9、壓縮機3、冷凝器4、空氣泵6、加壓泵8、攪拌電機19和電機10-1、溶解氧傳感器12、超聲波多普勒流速儀13、壓カ傳感器14、溫度傳感器15、鹽度傳感器16、PH計17均與控制系統(tǒng)21-2相連接，并受控制系統(tǒng)21-2的控制。冷凝管2是內部材料為金屬，外部材料為PVC的復合管，因為PVC材料對海水具有好的耐蝕性。單向閥A5和單向閥B9開啟ロ朝向高壓釜I，這樣可以保證高壓釜I中的氣體不會向外流出；海水22液面位于攪拌電機19的電機軸所處高度以下，單向閥A5與高壓釜I的連接部位在高壓釜I下部，海水22液面以下，這樣可以保證在對海水22補充空氣時，空氣中的氧氣更好的溶解在海水22中；單向閥B9與高壓釜I的連接部位在高壓釜I上部，海水22液面以上；溶解氧濃度傳感器12、超聲波多普勒流速儀13、壓カ傳感器14、溫度傳感器15、鹽度傳感器16和PH計17均位于海水22液面以下，這樣可以保證各自所檢測的均是海水22內部的數據。排氣管11在高壓釜I上部，所述排水管18在高壓釜I下部；試樣投放裝置10位于高壓釜I的上部。試樣架10-9下降的終止位置與壓カ傳感器14在同一水平線上，這樣可以保證壓力傳感器14檢測的壓カ是試樣所在位置的壓力。使用本發(fā)明進行腐蝕試驗的工作流程為:首先在高壓釜I中放置海水22，試樣架10-9上安放待腐蝕試樣。打開控制柜21上的電源開關21-1，設置腐蝕時間、溶解氧濃度、海水壓力、溫度、海水流速的參數；溶解氧傳感器12、超聲波多普勒流速儀13、壓カ傳感器14、溫度傳感器15、鹽度傳感器16和PH計17開始自動檢測各自相應項的參數，數據傳至控制系統(tǒng)21-2并與所設定的參數進行比較，根據各項參數比較結果，控制系統(tǒng)21-2自動在線控制壓縮機3和冷凝器4、空氣泵6、加壓泵8以及攪拌電機19的工作和停止；例如當海水22溫度低于設定值時，控制系統(tǒng)21-2啟動壓縮機3和冷凝器4工作，對海水22制冷，當海水22溫度達到所設定值時，控制系統(tǒng)21-2自動停止壓縮機3和制冷器4的工作；當溶解氧濃度、海水壓カ、溫度、海水流速達到設定值后，控制系統(tǒng)21-2啟動電機10-1正轉，運動通過主動齒輪10-2、從動齒輪10-3、螺桿10-4傳至螺母10-5，螺母10-5在螺母導軌10_8中帶動試樣架10-9向下運動伸入海水22中，當試樣架10-9達到壓力傳感器14所在水平線后，控制系統(tǒng)21-2自動控制電機10-1停止轉動；此時，系統(tǒng)開始計時，當達到腐蝕時間后，控制系統(tǒng)21-2自動控制電機10-1反轉，傳動通過主動齒輪10-2、從動齒輪10-3、螺桿10-4傳至螺母10-5，螺母10-5在螺母導軌10-8中向上運動，從而帶動試樣架10-9向上移動而離開海水22，試驗結束。試驗結束后，打開排氣管11，放出高壓釜I中的氮氣，取出試樣，可進行后續(xù)的腐蝕試樣檢測。高壓釜I中的海水22可以從排水管18放出。
權利要求
1.一種模擬深海環(huán)境的腐蝕試驗裝置，包括高壓釜(I)、冷凝管(2)、壓縮機(3)、冷凝器(4)、單向閥A(5)、空氣泵(6)、氮氣瓶(7)、加壓泵(8)、單向閥B(9)、試樣投放裝置(10)、排氣管(11)、溶解氧濃度傳感器(12)、超聲波多普勒流速儀(13)、壓力傳感器(14)、溫度傳感器(15)、鹽度傳感器(16)、PH計(17)、排水管(18)、攪拌電機(19)、攪拌槳葉(20)和控制柜(21);其特征在于: 冷凝管(2)置于高壓釜(I)底部呈S形彎曲狀，高壓釜(I)上有冷凝管進、出口，冷凝管(2)的出口、壓縮機(3)、冷凝器(4)和冷凝管(2)的進口依次相連接構成制冷系統(tǒng)； 空氣泵(6)通過單向閥A (5)與高壓釜(I)相連接；氮氣瓶(7)、加壓泵(8)和單向閥B(9 )依此相連接后接于高壓釜(I); 試樣投放裝置(10)包括電機(10-1)、主動齒輪(10-2)、從動齒輪(10-3)、螺桿(10-4)、螺母(10-5)、支撐架(10-6)、擋板(10-7)、螺母導軌(10-8)和試樣架(10_9);主動齒輪(10-2)安裝在電機(10-1)上，從動齒輪(10-3)安裝在螺桿(10-4)上部，主動齒輪(10_2)和從動齒輪(10-3)相嚙合，擋板(10-7)固定安裝在螺桿(10-4)上部，由支撐架(10-6)提供支撐力，螺母導軌(10-8)固定安裝在支撐架(10-6)上，螺母(10-5)外部和螺母導軌(10-8)內部均為矩形，兩者相配合，螺母(10-5)在螺母導軌(10-8)中可上下移動，且不可轉動，螺母(10-5)與螺桿(10-4)相配合，螺母(10-5)下部固定連接有試樣架(10-9)，試樣架(10_9)伸入到高壓釜(I)中，從動齒輪(10-3 )、螺桿(10-4)、螺母(10-5 )、擋板(10-7 )和試樣架(10-9)的重力均通過擋板(10-7)由支撐架(10-9)承受； 攪拌電機(19)位于高壓釜(I)的后面，攪拌電機(19)的電機軸所處高度為高壓釜(I)中部并伸進到高壓釜(I)內部中間位置，攪拌槳葉(20)安裝在攪拌電機(19)的電機軸上；控制柜(21)上設有電 源開關(21-1)、控制系統(tǒng)(21-2)、溶解氧濃度儀表(21-3)、海水流速儀表(21-4)、壓力儀表(21-5)、溫度儀表(21-6)、鹽度儀表(21-7)、PH儀表(21_8)和定時器(21-9);溶解氧濃度儀表(21-3)、海水流速儀表(21-4)、壓力儀表21_5、溫度儀表(21-6)、鹽度儀表(21-7 )、PH儀表(21-8 )分別與設置在高壓釜(I)中的溶解氧濃度傳感器(12)、超聲波多普勒流速儀(13)、壓力傳感器(14)、溫度傳感器(15)、鹽度傳感器(16)、PH計(17)相連接；定時器(21-9)、壓縮機(3)、冷凝器4、空氣泵6、加壓泵8、攪拌電機(19)和電機(10-1)、溶解氧濃度傳感器(12)、超聲波多普勒流速儀(13)、壓力傳感器(14)、溫度傳感器(15)、鹽度傳感器(16)、PH計(17)均與控制系統(tǒng)(21-2)相連接，并受控制系統(tǒng)(21-2)的控制。
2.根據權利要求1所述的一種模擬深海環(huán)境的腐蝕試驗裝置，其特征在于:所述的冷凝管(2)是內部材料為金屬，外部材料為PVC的復合管，PVC材料對海水具有好的耐蝕性。
3.根據權利要求1所述的一種模擬深海環(huán)境的腐蝕試驗裝置，其特征在于:所述的單向閥A (5)和單向閥B (9)開啟口朝向高壓釜(I);所述海水(22)液面位于攪拌電機(19)的電機軸所處高度以下；所述單向閥A (5 )與高壓釜(I)的連接部位在高壓釜(I)下部，海水(22 )液面以下；所述單向閥B (9 )與高壓釜(I)的連接部位在高壓釜(I)上部，海水(22 )液面以上；所述溶解氧濃度傳感器(12)、超聲波多普勒流速儀(13)、壓力傳感器(14)、溫度傳感器(15 )、鹽度傳感器(16 )和PH計(17 )均位于海水(22 )液面以下。
4.根據權利要求1所述的一種模擬深海環(huán)境的腐蝕試驗裝置，其特征在于:所述排氣管(11)在高壓釜(I)上部，所述排水管(18)在高壓釜(I)下部；所述試樣投放裝置(10)位于高壓釜(I)的上部。
5.根據權利要求1所述的一種模擬深海環(huán)境的腐蝕試驗裝置，其特征在于:所述試樣架(10-9)下降的終止位置與壓力傳感器(14)在同一水平線上。
6.6.—種模擬深海環(huán)境的腐蝕試驗方法，其特征在于:進行腐蝕試驗的工作流程為:在高壓釜(I)中放置海水(22)，試樣架(10-9)上安放待腐蝕試樣，打開控制柜(21)上的電源開關(21-1)，設置腐蝕時間、溶解氧濃度、海水壓力、溫度、海水流速的參數；溶解氧濃度傳感器(12)、超聲波多普勒流速儀(13)、壓力傳感器(14)、溫度傳感器(15)、鹽度傳感器(16)和PH計(17)開始自動檢測各自相應項的參數，數據傳至控制系統(tǒng)(21-2)并與所設定的參數進行比較，根據各項參數比較結果，控制系統(tǒng)(21-2)自動在線控制壓縮機(3)和冷凝器(4)、空氣泵(6)、加壓泵(8)以及攪拌電機(19)的工作和停止；當溶解氧濃度、海水壓力、溫度、海水流速達到設定值后，控制系統(tǒng)(21-2)啟動電機(10-1)正轉，運動通過主動齒輪(10-2)、從動齒輪(10-3)、螺桿(10-4)傳至螺母(10-5)，螺母(10_5)在螺母導軌(10_8)中帶動試樣架(10-9)向下運動伸入海水(22)中，當試樣架(10-9)達到壓力傳感器(14)所在水平線后，控制系統(tǒng)(21-2)自動控制電機(10-1)停止轉動；此時，系統(tǒng)開始計時，當達到腐蝕時間后，控制系統(tǒng)(21-2)自動控制電機(10-1)反轉，傳動通過主動齒輪(10-2)、從動齒輪(10-3)、螺桿(10-4)傳至螺母(10-5)，螺母(10-5)在螺母導軌(10-8)中向上運動，從而帶動試樣架(10-9)向上移 動而離開海水(22)，試驗結束。
全文摘要
一種模擬深海環(huán)境的腐蝕試驗裝置，屬于模擬材料在深海環(huán)境中的腐蝕性能的試驗裝置領域。包括高壓釜、制冷系統(tǒng)、空氣泵、加壓系統(tǒng)、試樣投放裝置、排氣管、溶解氧傳感器、超聲波多普勒流速儀、壓力傳感器、溫度傳感器、鹽度傳感器、pH計、排水管、攪拌電機、攪拌槳葉和控制柜。本發(fā)明可以模擬深海環(huán)境中的溫度、壓強、海水流速、pH值、鹽度和溶解氧濃度狀況，腐蝕測試過程可以實現環(huán)境條件的自動控制，為測試材料在深海環(huán)境中的腐蝕性能提供了方便的室內模擬試驗裝置。
文檔編號G01N17/00GK103115862SQ20131002354
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月22日 優(yōu)先權日2013年1月22日
發(fā)明者孫桂芳, 張滿奎, 周瑞, 張永康, 馮愛新, 王昆 申請人:江蘇大學