一种圆柱形海洋设备电化学保护测试系统的制作方法

本发明属于机械设计领域，更具体的说，是涉及一种圆柱形海洋设备电化学保护测试系统。

背景技术：

海洋腐蚀已经成为海洋装备和海洋工程中亟待解决的关键问题，随着人类对海洋的逐步认识和探索，海洋装备和海洋工程不断投入实际应用，然而恶劣的海洋环境对海洋设备和海洋工程的腐蚀已经成为世界各国各领域重视的一个话题。在众多腐蚀研究和防腐措施中，电化学防腐是一种十分有效和可靠的方案。但是传统的牺牲阳极保护法只是采用原电池原理选择相应的阳极，凭借经验确定阳极的量和固定的位置。这样就造成三个问题，一是阳极的材料选择不合适，不一定能够起到真正的保护效果；而是阳极的量过多过少易产生过保护和保护不足后果；三是仅靠经验确定阳极的安放位置可能使得整个被保护装置某些地方过保护，某些地方欠保护，这样以来牺牲阳极的电化学保护就不能起到应该有的效果。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供了一种圆柱形海洋设备电化学保护测试系统，为各种圆柱形水下航行器进行电化学保护(牺牲阳极保护)方案设计及效果验证提供实验测试系统，利用本系统和相应设备可以准确测定圆柱体水下航行器表面的相对电位，绘制整个航行器表面的电势场，确定被测航行器的电化学腐蚀程度，获知腐蚀薄弱点等信息，为设计电化学保护方案提供依据，并验证方案的可行性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种圆柱形海洋设备电化学保护测试系统，由实验辅助子系统、电化学测试子系统、参比电极固定及传动子系统三部分组成；

所述实验辅助子系统包括内置有海水的试验水池，所述试验水池内部相对侧设置有装置固定架，两个装置固定架之间设置有支撑托；

所述电化学测试子系统包括电化学工作站、一号计算机和参比电极，所述电化学工作站通过串口输出两组数据线，一组通过屏蔽线缆连接到被测圆柱形设备上，另一组通过屏蔽线缆与参比电极连接；所述电化学工作站通过数据线连接一号计算机实现数据采集；利用电化学工作站设置数据采集模式、数据采集频率以及输出文件命名，实现一号计算机对电化学工作站和参比电极的设定和控制；

所述参比电极固定及传动子系统包括电极轴向固定装置、电极周向固定装置和传动装置；所述电极轴向固定装置包括滑块，所述滑块上设置有电极固定架，通过大固定环和小固定环将参比电极固定于电极固定架上；所述电极周向固定装置包括两个套在被测圆柱形设备上的导环，两个导环的相对侧均设置有用于安装滑块的轨道槽，两个导环之间两端分别设置有堵头；所述传动装置包括设置于装置固定架之间的两条滑动导轨和一条传动丝杠，每条滑动导轨分别穿过设置于导环端部的直线轴承，所述传动丝杠穿过设置于每个导环中部的传动螺母，所述传动丝杠一端安装于装置固定架上的轴承上，另一端穿过内置轴承的轴承座通过弹性联轴器连接伺服电机，所述伺服电机通过驱动器和串口线连接二号计算机进行控制。

所述电极轴向固定装置和电极周向固定装置均采用pom材料制成。

所述电极轴向固定装置既轴向固定参比电极，又周向移动和定位参比电极，所述电极周向固定装置既周向固定参比电极，又轴向移动参比电极。

所述大固定环和小固定环用于调节和固定参比电极相对被测圆柱形设备表面的距离。

两个所述传动螺母之间设置有套设于传动丝杠上的固定套，每个所述传动螺母外侧均设置有螺母端盖。

所述装置固定架上的轴承和轴承座内的轴承均设置有轴承端盖。

所述轴承座固定于水平设置的支撑座上，所述支撑座固定安装于其所在侧的装置固定架侧面。

所述传动装置通过二号计算机调节伺服电机的转速从而控制传动丝杠转速进而控制电极周向固定装置的轴向移动速度、启动和停止。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本发明中大固定环和小固定环可以调节和固定参比电极相对被测圆柱形设备表面的距离；

(2)本发明中滑块可以沿着轨道槽向周向滑动，电极轴向固定装置既可以轴向固定参比电极，又可以周向移动和定位参比电极；二号计算机控制伺服电机，伺服电机带动传动装置使得导环带动参比电极沿着被测圆柱形设备轴向滑动，电极周向固定装置既可以周向固定参比电极，又可以轴向移动参比电极；

(3)本发明中参比电极通过屏蔽线缆连接电化学工作站，电化学工作站通过数据线连接一号计算机实现数据采集，利用电化学工作站配套软件设置数据采集模式、数据采集频率以及输出文件命名等，实现一号计算机对电化学工作站和参比电极的设定和控制，一号计算机通过电化学工作站和参比电极测量被测圆柱形设备上的各点的电势；

(4)本发明能够稳定、快速、准确地通过传动装置将参比电极移至被测圆柱形设备上的任意一个位置从而实施准确、密集、连续、高效地采集被测设备上满足要求的电势场分布，进而通过计算机及其相关算法完成电化学保护方案设计和方案验证的工作；

(5)本发明对圆柱形水下航行器等海洋装备和工程进行电化学腐蚀测试可以迅速得到被测物体目前的电化学腐蚀程度和腐蚀最严重(即最薄弱)的地方；同时对电化学保护牺牲阳极设计提供理论和实验依据，指导合理设计牺牲阳极，并对最终的电化学保护效果进行验证；最终以最低的人力物力成本实现最佳的防腐效果。

附图说明

图1是本发明圆柱形海洋设备电化学保护测试系统示意图；

图2是本发明圆柱形海洋设备电化学保护测试系统主视图；

图3是本发明圆柱形海洋设备电化学保护测试系统俯视图；

图4是本发明中实验辅助子系统示意图；

图5是本发明中电化学测试子系统示意图；

图6是本发明中电极轴向固定装置示意图；

图7是本发明中电极周向固定装置示意图；

图8是本发明中电极轴向固定装置和电极周向固定装置装配图；

图9是本发明中传动装置主视图；

图10是本发明中传动装置俯视图；

图11是本发明中传动装置局部放大图；

图12是本发明中传动装置局部放大主视图。

附图标记:1实验辅助子系统；2电化学测试子系统；3参比电极固定及传动子系统；4被测圆柱形设备；101装置固定架；102支撑托；103试验水池；201电化学工作站；202一号计算机；203参比电极；301滑块；302电极固定架；303大固定环；304小固定环；305导环；306直线轴承；307螺母端盖；308固定套；309堵头；310传动丝杠；311滑动导轨；312支撑座；313轴承座；314弹性联轴器；315伺服电机；316驱动器；317二号计算机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

测试对实验装置提出如下功能要求：(1)保证实验参比电极距离被测物表面距离恒定(4～6mm)，且电极和被测物不发生振动；(2)保证参比电极在轴向方向匀速移动，即等间距密集测量；(3)保证参比电极在圆周方向上尽可能密集地稳定采集数据；(4)保证尽可能多时间内在同温同压条件下进行测量，即对装置速度上的要求。为了满足上述要求，本发明为圆柱形水下航行器和类似的设备进行牺牲阳极的电化学保护方案设计提供了实验测试装置，保证能够对该类航行器和设备表面电势场进行精确测量，绘制出相应的图像，精确直观地反映其腐蚀和被保护情况。

本发明圆柱形海洋设备电化学保护测试系统具有如下功能：1)保证参比电极在轴向方向匀速快速移动；2)保证参比电极与被测物表面距离恒定可调；3)保证参比电极可以在圆周方向上一定角度移动，且保证其距离被测物表面距离恒定。

如图1至图3所示，本发明圆柱形海洋设备电化学保护测试系统由实验辅助子系统1、电化学测试子系统2、参比电极固定及传动子系统3三部分组成。

如图4所示，所述实验辅助子系统1包括内置有海水的试验水池103，试验水池103和海水是实验的实验环境，海水的量必须没过被测圆柱形设备4。所述试验水池103内部相对侧设置有装置固定架101，两个装置固定架101均设置有配重，可以防止装置和设备在海水中上浮，保证实验顺利进行。两个装置固定架101之间设置有两个支撑托102，用于支撑被测圆柱形设备4。

如图5所示，所述电化学测试子系统2包括电化学工作站201、一号计算机202和参比电极203。所述电化学工作站201可采用interface1000e电化学工作站，该电化学工作站201通过自带电源线接220交流电源。所述电化学工作站201通过串口输出两组数据线，一组通过屏蔽线缆连接到被测圆柱形设备4上，另一组通过屏蔽线缆与参比电极203连接，利用usb数据线将电化学工作站201与一号计算机202相连，实现数据采集。利用电化学工作站201配套软件设置数据采集模式、数据采集频率以及输出文件命名等，实现一号计算机202对电化学工作站201和参比电极203的设定和控制。

所述参比电极固定及传动子系统3包括电极轴向固定装置、电极周向固定装置和传动装置，所述电极轴向固定装置和电极周向固定装置均采用pom材料制成，保证其工作强度和一定的润滑性能。

如图6所示，所述电极轴向固定装置包括滑块301，所述滑块301上设置有电极固定架302，通过大固定环303和小固定环304将参比电极203固定于电极固定架302上，大固定环303和小固定环304可以调节和固定参比电极203相对被测圆柱形设备4表面的距离。所述电极轴向固定装置既可以轴向固定参比电极203，又可以周向移动和定位参比电极203。

如图7所示，所述电极周向固定装置包括两个套在被测圆柱形设备4上的导环305，两个导环305的相对侧均设置有用于安装滑块301的轨道槽，滑块301可以沿着轨道槽向周向滑动。两个导环305之间两端分别设置有堵头309，防止滑块301从轨道槽中脱离。所述电极周向固定装置既可以周向固定参比电极203，又可以轴向移动参比电极203。电极轴向固定装置和电极周向固定装置装配图如图8所示。

如图9至图12所示，所述传动装置包括平行设置的两条滑动导轨311和一条传动丝杠310，每条滑动导轨311均固定于两个装置固定架101之间，每条滑动导轨311分别穿过两个直线轴承306，每个直线轴承306分别设置于导环305端部，即一个导环305的两端各自固定一个直线轴承306。所述传动丝杠310穿过两个传动螺母，每个传动螺母分别固定于一个导环305的中部，两个传动螺母之间设置有套设于传动丝杠310上的固定套308，用于对周向移动滑块301进行限位，每个传动螺母外侧均设置有螺母端盖307。所述传动丝杠310一端安装于装置固定架101上的轴承上，另一端穿过内置轴承的轴承座313通过弹性联轴器314连接伺服电机315，所述伺服电机315通过驱动器316及串口线连接二号计算机317进行控制，通过直流电源提供能源。所述轴承座313固定于水平设置的支撑座312上，所述支撑座312固定安装于其所在侧的装置固定架101侧面。所述装置固定架101上的轴承和轴承座313内的轴承均设置有轴承端盖。该传动装置通过二号计算机317调节伺服电机315的转速从而控制传动丝杠310转速进而控制电极周向固定装置的轴向移动速度、启动和停止。

本发明圆柱形海洋设备电化学保护测试系统在试验时，整个被测圆柱形设备4和参比电极203的头部必须完全浸没到海水中，先用一根屏蔽线缆将被测圆柱形设备4和电化学工作站201相连，再用另一根屏蔽线缆将电化学工作站201和参比电极203相连。将电源接到驱动器316上，驱动器316连接伺服电机315，伺服电机315带动传动装置使得导环305带动参比电极203沿着被测圆柱形设备4轴向滑动，同时电化学工作站201通过参比电极203采集被测圆柱形设备4上不同点的电势。测完一条被测圆柱形设备4上的一条直线数据后，通过沿周向调节滑块301进一步测量另外一个角度的一条直线上的数据。最终完成整个水下被测圆柱体设备4上的各点的电势，从而做出电势场图像，进而确定出该被测圆柱体设备4电化学保护最薄弱的地方即牺牲阳极需要安装的地方。

通过本发明圆柱形海洋设备电化学保护测试系统可以验证设计的电化学保护方案是否合理，是否可行。本发明可为水下圆柱形航行器、水下圆柱形管路、水下圆柱形其他设备等提供电化学保护方案设计提供理论和实验依据，同时可以对所设计的方案进行验证。从而为水下主要是海洋中的航行器、管路、设备及各种工程结构提供长期防腐蚀方案设计及方案验证。

尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。