煤矿井下腐蚀环境模拟装置的制作方法

本发明涉及材料腐蚀试验装置技术领域，具体涉及一种煤矿井下腐蚀环境模拟装置。

背景技术：

目前，现有的煤炭开采主要是地下开采方式，开采环境阴暗、潮湿，并且矿井水质成分复杂，而煤矿井下用来控制采煤工作面矿山压力的结构物大多是钢构件，其所处的地下矿井环境腐蚀现象十分严重，并且由于设备零部件高速腐蚀，导致设备功能失效，不仅影响了设备的有效运转、安全可靠性和生产效率，更严重影响了井下工人的人身安全和安全生产。目前，尽管针对煤矿井的各种防腐措施很多，但现有的防腐措施大多是通过经验总结得出的，现阶段缺少一种对煤矿井下钢构件腐蚀情况进行合理有效评价的装置，导致煤矿井下综采设备的腐蚀防护工作缺乏理论指导，不利于后续采矿设备及钢构件的防腐工作的进行。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种煤矿井下腐蚀环境模拟装置以解决上述存在的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种煤矿井下腐蚀环境模拟装置，包括循环水箱以及设置在所述循环水箱内的干湿交替模拟组件，所述循环水箱的内部安装有支撑架，所述干湿交替模拟组件包括安装在所述支撑架上的基座，可转动地安装在所述基座上的转动件，以及固定安装在所述基座上的支撑件，所述转动件的四周沿所述转动件的圆周方向均匀安装有多个载物片，每个所述载物片上均开设有一个开孔，所述开孔上系设有扎带，所述支撑件设置在所述转动件的一侧，所述支撑件的内部设置有导管，所述导管的出水端穿过所述支撑件延伸至所述转动件的上方。

进一步地，所述干湿交替模拟组件还包括设置在所述循环水箱外部的电机，所述转动件大致呈圆形结构，所述转动件的侧壁上固定安装有变速器，所述电机与所述变速器传动连接。

进一步地，所述干湿交替模拟组件还包括设置在所述循环水箱内部的水泵，所述水泵设置在所述支撑件的下方，所述水泵的底部安装有吸盘，所述导管与所述水泵相连接。

进一步地，所述循环水箱的内部侧壁上安装有加热器，所述加热器位于所述支撑架的下方，支撑架的材质为不锈钢。

进一步地，所述煤矿井下腐蚀环境模拟装置还包括悬挂组件，所述悬挂组件设置在所述循环水箱的内部。

进一步地，所述悬挂组件包括挂片陈列架，安装在所述挂片陈列架底部的可拆卸式吸盘，以及系设在所述挂片陈列架上的固定绳，所述挂片陈列架位于所述支撑架的下方。

进一步地，所述煤矿井下腐蚀环境模拟装置还包括加注水箱和自动注水组件，所述加注水箱设置在所述循环水箱的一侧，所述自动注水组件设置在所述循环水箱与所述加注水箱之间，所述循环水箱与所述加注水箱相连通。

进一步地，所述自动注水组件包括注水管，所述注水管的一端设置在所述加注水箱内并与所述加注水箱相连通，所述注水管的另一端设置在所述循环水箱内并与所述循环水箱相连通。

进一步地，所述干湿交替模拟组件靠近所述注水管设置。

进一步地，所述注水管上安装有浮力液位感应器，所述浮力液位感应器设置在所述循环水箱内远离所述加热器的一侧。

本发明的有益效果是：

本发明提供的煤矿井下腐蚀环境模拟装置，干湿交替模拟组件的转动件的周围均匀设置有多个载物片，载物片上安装有挂片，循环水箱内有煤矿井下的矿井水样，转动件的一侧设置有支撑件，支撑件内设置有导管，导管的出水端设置在转动件的上方，转动件转动时,支撑件内的导管出水对转动件上的挂片进行冲刷，从而使煤矿井下腐蚀环境模拟装置模拟出煤矿井下钢构件实际工况来对挂片开展干湿交替腐蚀评价试验，同时导管出水时能扰动循环水箱内的矿井水样从而行成水流，使煤矿井下腐蚀环境模拟装置能模拟出煤矿井下钢构件实际工况来对金属挂片开展水流扰动全浸泡腐蚀评价试验，从而对煤矿井下的钢构件的腐蚀情况进行合理有效的评价，便于指导煤矿井下综采设备的腐蚀防护工作。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的煤矿井下腐蚀环境模拟装置的结构示意图；

图2为图1所示煤矿井下腐蚀环境模拟装置中自动注水组件的结构示意图；

图3为图1所示煤矿井下腐蚀环境模拟装置中干湿交替模拟组件的结构示意图；

图4为图3所示干湿交替模拟组件的左视图（省略电机、水泵和变速器）；

图5为图3所示干湿交替模拟组件中部分结构的俯视图（省略电机、水泵和变速器）；

图6为图4所示干湿交替模拟组件中载物片的结构示意图；

图7为图1所示煤矿井下腐蚀环境模拟装置中悬挂组件的结构示意图。

图中：100、煤矿井下腐蚀环境模拟装置,1、循环水箱，11、加热器，12、支撑架，2、加注水箱，3、自动注水组件，31、注水管，32、浮力液位感应器，4、干湿交替模拟组件，41、基座，42、转动件，421、变速器，422、载物片，4221、开孔，423、扎带，43、支撑件，431、导管，44、电机，45、水泵，451、吸盘，5、悬挂组件，51、挂片陈列架，52、可拆卸式吸盘，53、固定绳，6、挂片。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1至图7所示，本发明提供了一种煤矿井下腐蚀环境模拟装置100，用于模拟煤矿井腐蚀环境并对处于煤矿井下的钢构件用金属进行腐蚀评价试验，煤矿井下腐蚀环境模拟装置100包括循环水箱1，设置在循环水箱1一侧的加注水箱2，设置在循环水箱1与加注水箱2之间的自动注水组件3，设置在循环水箱1内的干湿交替模拟组件4和悬挂组件5，设置在循环水箱1的电机6，以及挂设在干湿交替模拟组件4和悬挂组件5上的挂片6。

如图1所示，循环水箱1的内部侧壁上安装有加热器11，加热器11可保持循环水箱1内部的矿井水温度恒定，循环水箱1的内部还安装有支撑架12，干湿交替模拟组件4设置在支撑架12上，悬挂组件5设置在支撑架12的下方，循环水箱1与其一侧的加注水箱2相连通；本实施例中，所述支撑架12的材质为不锈钢。

如图1和图2所示，自动注水组件3包括注水管31，注水管31的一端设置在加注水箱2内并与加注水箱2相连通，注水管31的另一端设置在循环水箱1内并与循环水箱1相连通，设置在循环水箱1内的注水管31上安装有浮力液位感应器32，浮力液位感应器32设置循环水箱1内远离加热器11的一侧，当循环水箱1内的水位随着加热器11加热而降低时，浮力液位感应器32感应水位下降，加注水箱2内的水通过注水管31进入循环水箱1内使循环水箱1内的水位保持不变。

如图1、图3、图4、图5和图6所示，干湿交替模拟组件4安装在支撑架12上，干湿交替模拟组件4靠近注水管321设置，干湿交替模拟组件4包括设置在支撑架12上的基座41以及可转动地安装在基座41上的转动件42，以及固定安装在基座41上的支撑件43，转动件42大致呈圆形结构，转动件42的侧壁上固定安装有变速器421，转动件42的四周沿转动件42的圆周方向均匀安装有多个载物片422，每个载物片422上均开设有一个开孔4221，开孔4221分布在载物片422的边缘居中位置，载物片422上设置有两个扎带423，两个扎带423通过开孔4221系设在载物片422的两侧，挂片6通过两个扎带423系设在两个载物片422之间；本实施例中，载物片422的数量为八个，扎带423的数量为十六个，开孔4221的直径为3mm。

如图1、图3、图4和图5所示，干湿交替模拟组件4还包括固定安装在基座41上的支撑件43，设置在循环水箱1外部的电机44，以及设置在循环水箱1底部的水泵45，支撑件43设置在转动件42的一侧，支撑件43大致呈“l”形结构，支撑件43的内部开设有空腔，支撑件43的空腔内设置有导管431，导管431的进水端与循环水箱1底部的水泵45相连接，导管431的出水端穿过支撑件43延伸至转动件42的上方，电机44的输出轴与转动件42上的变速器421传动连接，水泵45设置在支撑件43的下方，水泵45的底部安装有吸盘45，水泵45通过吸盘451吸附固定在循环水箱1的底壁上。

如图1和图7所示，悬挂组件5包括挂片陈列架51，安装在挂片陈列架51底部的可拆卸式吸盘52，以及系设在挂片陈列架51上的固定绳53，挂片陈列架51通过可拆卸式吸盘52吸附固定在循环水箱1的底壁上且挂片陈列架51位于支撑架12的下方，挂片陈列架51靠近循环水箱1安装加热器11的一侧设置，挂片6通过固定绳53系设在挂片陈列架51上。

本发明提供的煤矿井下腐蚀环境模拟装置100，可进行的试验包括煤矿井下钢构件干湿交替腐蚀评价试验、煤矿井下钢构件水流扰动全浸泡腐蚀评价试验以及变温全浸泡腐蚀评价试验，并且挂片6通过腐蚀评价方法确定腐蚀机理。

所述煤矿井下钢构件干湿交替腐蚀评价试验包括以下步骤：

s1、连接煤矿井下腐蚀环境模拟装置100，检查煤矿井下腐蚀环境模拟装置100的水密性及各组件的完好性；

s2、将八块待评价的挂片6依照试验标准进行编号、清洗、烘干、称重、并做好记录，使用扎带423穿过载物片422上的开孔4221将挂片6依次系设在载物片422之间，剪去多余的扎带423，降低扎带423对载物片422的影响；

s3、将煤矿井下的矿井水样倒入循环水箱1中，循环水箱1液面控制在支撑架12的下表面处；

s4、设置加热器11的温度，并保持加热器11处于支撑架12下方；

s5、将自动注水组件3内的浮力液位感应器32高度调整至支撑架12下表面处，向加注水箱2中加入蒸馏水，当循环水箱1内液位低于浮力液位感应器32位置时，浮力液位感应器32识别并通过注水管31向循环水箱1内注水，使循环水箱1内液位保持稳定，同时使加热器11高度一直处于液面之下，防止干烧；

s6、打开水泵45，使得支撑件43内的导管431匀速出水；

s7、打开电机44，调节变速器421的速度，使干湿交替模拟组件4上的转动件42以固定的速度旋转，待评价的挂片6均匀接触水流；

s8、设置试验周期，在试验周期内，安排试验人员定期巡检装置运行情况，确保试验安全进行；

s9、在煤矿井下腐蚀环境模拟装置100前悬挂安全警示牌，设立警戒线，确保安全；

s10、重复步骤s1至s9，根据实验需求分别调节步骤s4、s7、s8中设定的温度、转速、试验周期，进行不同温度、转速、试验周期工况下的煤矿井下钢构件干湿交替腐蚀评价试验；

s11、试验结束后，取下挂片6，通过腐蚀评价方法对煤矿井下钢构件干湿交替腐蚀评价挂片6展开分析。

所述煤矿井下钢构件水流扰动全浸泡腐蚀评价试验包括以下步骤：

m1、连接煤矿井下腐蚀环境模拟装置100，检查煤矿井下腐蚀环境模拟装置100的水密性及各组件的完好性；

m2、将九块待评价的挂片6依照试验标准进行编号、清洗、烘干、称重、并做好记录，依次使用固定绳53系设在挂片陈列架51上，并确保每个挂片6之间以及挂片6与循环水箱1的底部无接触；

m3、将煤矿井下的矿井水样倒入循环水箱1中，循环水箱1中的水样液面控制在支撑架12处；

m4、设置加热器11的温度，并保持加热器11的高度处于支撑架12的下方；

m5、将自动注水组件3内的浮力液位感应器32高度调整至支撑架12的下表面处，向加注水箱2中加入蒸馏水，当循环水箱1内的液位低于浮力液位感应器32的位置，浮力液位感应器32识别并通过注水管31向循环水箱1内注水，使得循环水箱1内的液位保持稳定，同时使加热器11的高度一直处于液面之下，防止干烧；

m6、打开水泵45，使得支撑件43内的导管431匀速出水；

m7、打开电机44，调节变速器421的速度，使得干湿交替模拟组件4上的转动件42以固定的速度旋转，保证循环水箱1内水流的扰动速率稳定，确保待评价的挂片6始终处于液面以下；

m8、设置试验周期，在试验周期内，安排试验人员定期巡检装置运行情况，确保试验安全进行；

m9、在煤矿井下腐蚀环境模拟装置100前悬挂安全警示牌，设立警戒线，以确保安全；

m10、重复步骤m1-m9，根据实验需求分别调节步骤m4、m7、m8中设定的温度、转速、试验周期，进行不同温度、转速、试验周期下的煤矿井下钢构件水流扰动全浸泡腐蚀评价试验；

m11、试验结束后，取下挂片6，通过腐蚀评价方法对煤矿井下钢构件水流扰动全浸泡腐蚀评价挂片6展开分析；

所述变温全浸泡腐蚀评价试验包括以下步骤：

n1、连接煤矿井下腐蚀环境模拟装置100，检查煤矿井下腐蚀环境模拟装置100的水密性及各组件的完好性；

n2、将九块待评价的挂片6依照试验标准进行编号、清洗、烘干、称重、并做好记录，依次使用固定绳53系设在挂片陈列架51上，确保每个挂片6之间以及挂片6与循环水箱1的底部之间无接触；

n3、将煤矿井下的矿井水样倒入循环水箱1中，循环水箱1的液面控制在支撑架12处；

n4、设置加热器11的温度，并保持加热器11处于支撑架12的下方；

n5、将自动注水组件3内的浮力液位感应器32高度调整至支撑架12下表面处，向加注水箱2中加入蒸馏水，当循环水箱1内液位低于浮力液位感应器32位置，浮力液位感应器32识别并通过注水管31向循环水箱1内注水，使得循环水箱1内的液位保持稳定，同时使加热器11的高度一直处于液面之下，防止干烧；

n6、设置试验周期，在试验周期内，安排试验人员定期巡检装置运行情况，确保试验安全进行；

n7、在煤矿井下腐蚀环境模拟装置100前悬挂安全警示牌，设立警戒线，以确保安全；

n8、重复步骤n1-n7，根据实验需求分别调节步骤n4、n6中设定的温度、试验周期，进行不同温度、试验周期下的变温全浸泡腐蚀评价试验；

n9、试验周期结束后，取下挂片6，通过腐蚀评价方法对变温全浸泡腐蚀评价挂片6展开腐蚀评价分析。

所述挂片6的腐蚀评价方法包括以下步骤：

（1）对煤矿井下的矿井水水质进行分析，了解水质情况，有针对性的研究分析材料的腐蚀机理；

（2）取出已达到试验周期的挂片6，观察、记录表面腐蚀形貌后，立即用清水冲洗并用滤纸擦干，将擦干的挂片6进行低温烘干并进行拍照记录；

（3）利用sem、eds、xrd等试验设备对烘干后挂片6的腐蚀产物（锈蚀皮）成份与形貌进行分析，研究分析钢构件的腐蚀机理；

（4）清洗挂片6，将挂片6上的腐蚀产物清洗干净，放入无水乙醇中进行脱水处理，取出挂片6放在滤纸上，用冷风吹干，然后用滤纸将挂片6包好，储与干燥器中，放置12h后称量；

（5）观察挂片6，如挂片6表面存在明显的点腐蚀坑，测量其点蚀深度并记录；

（6）利用挂片6试验前后失重计算均匀腐蚀速率，利用最大点蚀深度计算点腐蚀速率，以了解挂片6的腐蚀情况；

（7）利用sem、eds、xrd等试验设备对去掉后腐蚀产物（锈蚀皮）后的挂片6成份与形貌进行分析，研究分析钢构件的腐蚀机理。

本发明提供的煤矿井下腐蚀环境模拟装置100，干湿交替模拟组件4的转动件42的周围均匀设置有多个载物片422，载物片422上安装有挂片6，循环水箱1内有煤矿井下的矿井水样，转动件42的一侧设置有支撑件43，支撑件43内设置有导管431，导管431的出水端设置在转动件42的上方，转动件42转动时,支撑件43内的导管431出水对转动件42上的挂片6进行冲刷，从而使煤矿井下腐蚀环境模拟装置100模拟出煤矿井下钢构件实际工况来对挂片6开展干湿交替腐蚀评价试验，同时导管431出水时能扰动循环水箱1内的矿井水样从而行成水流，使煤矿井下腐蚀环境模拟装置100能模拟出煤矿井下钢构件实际工况来对金属挂片开展水流扰动全浸泡腐蚀评价试验，从而对煤矿井下的钢构件的腐蚀情况进行合理有效的评价，以便于指导煤矿井下综采设备的腐蚀防护工作。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。