专利名称:一种实用的电流阴极防护系统的制作方法
本发明涉及一种实用的电流阴极防护系统，它用来防护放置在电解质中的装置。此系统包括至少一个阴极，它是由被防护的装置构成;至少一组阳极，它与上述构成阴极的装置相互绝缘，并且与此装置所放置在其中的电解质相接触;至少一台直流发电机，它把构成阴极的装置同与电解质相接触的阳极组联接起来;至少一个基准电极，它联接到一个控制和调节电路上，这个电路是用于调节上述发电机所供给的电势，以便于调节加于上述阳极上的电流。
阴极防护法是一种防护地下的和水下的金属装置不被腐蚀的方法。防护是这样获得的，就是，使用一台直流发电机在置于电解质(水或大地)中并与上述装置相绝缘的阳极与由被防护的装置所构成的阴极之间通过电流。
需要防护的金属的极化条件的变化取决于许多因素防护外壳的绝缘电阻的变化(如果有的话);电解质电阻率的变化;电解质流动速度的影响;沉积在所要防护的各个部分上成分，等等……。
直流发电机的特性需要适应于把极化强度维持在一个合适的值上。
在现有的阴极防护系统中，发电机的功率值经常地被手动地调节。例如发电机的输出电压可以用一台可变的环形自耦变压器，一台磁性可饱和变压器，一台多抽头变压器来改变，或者用使用了可控硅整流器或三端双向可控硅开关元件的电路这样的手段来改变。
发电机的功率值可用伺服控制元件自动地调节。在这种情况下，此伺服控制元件把一个被获得的基准电势同由对永久地设在所要防护装置上的基准电极进行测量而得到的此装置的电势进行比较，根据此比较作用，上述元件发出一个控制信号。此信号随后被放大并且被变换成一个电流，此电流是以保证此电流于把上述装置的电势恢复到基准值上的方向，在上述阳极和所要防护的装置之间流动。
这样一个系统可以被称为“电势恒定器”。
然而，有两个因素限制了这种类型的调节方法在工业上的应用。
第一，在极化条件中的变化可以是非常之大，特别是当防护是用到处于电解质的速度或构成易受到很大变化之中的泵，涡轮机，过滤栅网及其它的设备和装置上的时候，如果它要适当地工作的话，这就要求“电势恒定器”是超大尺寸的。
第二，在上述的一些装置中，所要防护的部分的形状和由防护电流产生的电场形状要求在一个单个的装置上使用数组阳极，每一组阳极要由不同的发电机供电，即使全部阳极都共同作用在对整个阳极和阴极系统来说，是在同一电解质回路中。
根据上述内容，在第一种情况下，为了保证电势恒定器能适当地工作在一切极化条件中，就要求它是超大尺寸的。
在第二种情况下，对应于所要防护的机器的不同部分的各组阳极必须要有相同数量的电势恒定器。由于被防护装置的各个金属部分的电联接和由移动液体构成的共同的电解介质之间电的持续性，这样就在各个电势恒定器之间发生相互作用。此相互作用在各个电势恒定器的输出量中引起了电势的不稳定和电流振荡现象。
本发明的实施例改善了上述缺点;并且是由一台用于提供阴极防护的发电机自动地适应于在各种极化条件中的变化，而不必要有超大尺寸的系统。而且在此期间，同时减少了被防护装置的电势的相互影响，此相互影响是由于对各个阳极到阴极的回路都是一个共同的电解质这一事实的存在。
本发明所推荐的实施例也提供了一个系统，此系统也可被用于至少有两套被各自的发电机所极化的不同的阴极和处于阳极一整流器一阴极集合的电场相互干扰这种结构中的阳极。
本发明提供一种用于以上所描述的装置上的实用的电流阴极防护系统。根据本发明，此系统包括使用于控制和调节一台发电机的电路以一种周期性的方式投入运行的元件;用于读取由基准电极提供的电势和计算被防护的装置同读取的电极电势之间电势差的元件;用于把计算出的电势差首先同构成上限的基准电势比较，然后同构成下限的基准电势比较的比较器元件;和用于按预定值的段级来调节由发电机供给的输出电压的绝对值的元件，如果计算出的电势差高于上限时，此元件则升高上述绝对值，如果计算出的电势差低于下限时，此元件就减小上述的绝对值。
根据一个专门的特性，用于周期地把一台发电机的控制和调节电路投入运行的元件包括一个其周期频率适合于电化学极化的持续时间的时钟。
根据另一个专门的特性，用于周期地把一台发电机的控制和调节电路投入运行的元件，包括一个延迟释放接触器，它的闭合同所要防护的装置成函数关系。
利用按照包括了所要防护装置的机械的状态的，被伺服控制的继电器，可对用于对一台发电机进行控制和调节的电路进行周期性的控制。
特别是，每当类似的条件出现时，例如每当机器被起动或者处在运行中时，再次调节加于阳极上的电流就成为可能，这就使一个给定的运行状态对应与一个极化条件下的给定状态。
有利的是此系统包括至少两个联接到对应于同一台发电机和同一组阳极的控制和调节电路上的基准电极;和用于读取基准电势的元件，它包括一个用于确定在每一周期中基准电极是最具负电性和选择用于计算电势差计算值的最低电势的比较电路。
在这种情况下，此系统也包括当基准电极间的电势差超过一个预定值时产生指示的元件。
在本发明的一个专门的应用中，此系统包括分布于所要防护的装置各个区域的P组阳极，此阳极同上述装置绝缘，并同电解质相接触。与P相同数量的发电机分别被联接到所对应的阳极组上，安置在各组阳极附近的各基准电极组和联接到用于调节由各阳极组相对应的发电机所供给的电压的控制和调节电路的不同端上;用于把各控制和调节电路周期地投入工作元件;用于把第一和第二基准电势赋于每个控制和调节电路的元件;此第一和第二基准电势构成上限和下限，上述元件也用于以预定大小为级段地调节与各自阳极相对应的每个发电机所供给的输出电压值，以此作为对应于上述上限和下限的电势差计算的一个作用。
有利的是基准电极是由包括了一个电解质源的电极所构成，此电解质是按照具有超时地维持恒定的特性，而与在被防护装置放于其中的电解质的成分的变化无关，它以这样的方式被饱和。
本发明的实施例将用联系附图的方式进行说明。
图1是根据本发明，在一个系统中所包括的控制和调节电路的框图。
图2是可用于本发明的一个实施例的简图。
图3是根据本发明所表示出的一个控制和调节电路连续工作的流程图。
图4是能在本发明中使用的直流发电机的电路图。
图2表示了能够充当阴极并被施以阴极防护的一种金属装置。例如此装置由一台轴流式水涡轮机60来构成，它被放置在可由海水构成的水状介质90中，而且被下部结构80所围绕。本发明还可用在许多别的类型的，可处于水中或地下的金属装置上，例如交流发电机，金属管道，阀门和船体。
数组阳极组A1到A10被配置在遍布被防护装置60的各个区域。任一组阳极Ai(在本例中i是处于1到10范围内的一个整数)包括全部由同一台发电机供电的多个阳极Aij(例如j在1到12的范围内。图2只是以一整排70的方式表示了为各组阳极供电的电源组。图2表示了A1组阳极A11、A12、A13、A14和A2组阳极A21、A22、A23、A24、A25、A26、A27、A28。
任一个阳极Aij都同作为阴极的，与电解质90相接触的金属装置60相接触。阳极Aij可以从带有安置在装置60与每个阳极Aij之间的绝缘成分的金属装置60上突出来。阳极Aij可以被交替地嵌入，而且它们可以被嵌入到环绕着金属装置60的混凝土的市政工程结构中去，而不是被直接嵌在金属装置60上。这样的阳极分别由被嵌入到一个具有一个密封联接的塑料带中的金属部件构成，并且带有一个全部都容纳在一个用于此目的的凹槽内的安装。
任一组Ai中的阳极Aij都以在电解质90中提供一个良好的电场分布这样的方式被安置，各阳极组A1到A10对应于被防护装置的不同部分，例如如图2所表示的那样放置的一个涡轮交流发电机组的金属装置的不同部件。
至少两个一组的基准电极被安置在每一组阳极附近。在图2中，基准符号ER1到ER10标明了与A1到A10分别相对应的基准电极对。
可以知道，在相对于时间来说其位置变化很大的介质中，基准电极的电势不是恒定的，这是因为它取决于在电极电势形成过程中起反应的离子浓度(例如相对于汞/氯化亚汞电极，或银氯化银电极的氯离子)。
这就是为什么可以用适应于一个充满了使浸没电极的饱和溶液的盐晶体供给源的基准电极来代替标准的基准电极的原因。此饱和溶液和外部介质通过一个可渗透的过滤器进行交换。由上述电极给出一个稳定指示的周期取决于通过可渗透过滤器时发生的扩散化率和在电极中的盐的最初供给量的容量。这种方法可使稳定地工作的电极运行至少一年。
在此，基准是按照附图1被制成，附图1是适合于用在如图2所示的与相应的阳极组A1、A2、A3、……的结合和与基准电极ER1，ER2，ER3……的相应的配套的结合的一套控制和调节电路10，20，30……的框图。
回想一下，在一个实用的电流阴极型防护系统中，产生一个直流电流以流过浸在大地中或包围着被防护金属装置的液体中的阳极与自身构成阴极的上述装置之间。维持电流值在给定值的范围内是重要的。如果此电流太小则某种腐蚀仍将发生，如果此电流太大则造成电能浪费。特别是基准电极是用于测量产生在基准电极(假定电势是恒定的)和其电势是变化的被防护装置之间的电势差，由此，使检验所用电流是否正确，太高还是太低成为可能。
在公知的自动伺服控制系统中，来自基准电极的信号被放大，并且用来驱动修正由发电机所提供的直流电流的仪器，以永久地维持所加电流值在预定范围内。
正如以上所述，为了保证恒定地维持被防护装置的电势等于，或小于最大阴极防护电势，对于带有短的时间常数的伺服系统的使用，导致了必须安装一个超大尺寸的电流发电机，以便于满足最大电流的要求，就是极大地改变同被防护金属相接触的电解质流速的电流要求。例如，当上述装置同翻动不停的海水接触时，此速度是不能被忽略不计的。而且由于沉积在被防护装置上的钙/镁的成分，监测是困难的。
当多个阳极到阴极回路被安置在一个单个的装置上时，连续的伺服控制额外地在由发电机供给的电流中产生振荡。
这就是为什么在本发明中每一个控制和调节电路10、20、30被周期地控制，以便适应于在使用期间的电流分段，由此把被防护装置的电势分段地带入预定值范围内。
以下的说明是关于同第1阳极组A1和安置在被防护装置的，对应于发电机12给A1组的阳极A11到A1n供电的部分上的基准电极1和2的组ER1相关的控制和调节电路10。
基准电路1和2被联接到用来测量电极1和2间电势差，并且用来选择电极1和2中最具负电性的一个比较器3上，以便于控制和调节。实际上，电极1和2中只有一个被用于控制调节，而另一个基准电极连同比较器3一起，在每当基准电极1和2中一个被使用时，被用于执行上述电极1和2间的检验。当由比较器3测量的电势差超过由联接到比较器3上的限制电路4规定的限定限度时，一个警报器5发出指示基准电极1和2中至少有一个是存在故障的。
由比较器3从基准电极1和2上选择出的电势被加到第二个比较器6上，由它来执行两个比较它把由比较器3提供的电势首先同一个上限电势EH进行比较，其次同一个下限电势EB进行比较，其中的上限电势EH和下限电势EB是由联接到比较器6上的电路7和8产生的，如果比较器6是一个模拟型比较器，此上限和下限电势EH和EB就由基准电压产生，否则，如果比较器6是数字型比较器，则它们就是被存贮两一个存贮器中的数字。
如果由比较器3提供的电势处于上限值EH和下限值EB之间，比较器6不给任一个用于控制发电机12的输出电压变化的继电器9和11发出任何信号。然而，如果由比较器3提供的值低于下限EB、很强的极化就发生，一个持续时间固定的信号就被加到继电器11上，由此，以一个预先确定的固定值(如0.2V)减少由发电机12供给的电压。
如果由比较器3提供的电势处于高于上限EH的话，则极化太弱，继电器9被用来以一个预定的固定值(如也是0.2V)升高由发电机12提供的电压。
以上描述的这种类型的每个周期，即可以用一个时钟40来启动。时钟40的周期频率同电化学极化的持续时间相配合，如其频率可以是一天两周。也可以用一个与被防护装置60的运行相关的延迟释放接触器50来启动，例如接触器50在每当机器被起动的时间被启动。
如图4所示，一台直流发电机12可以包括如一个可变自耦变压器121通过一个变压器123馈入一个整流电路124，整流电路124被联接到一组阳极上，例如A1组，由整流电路124提供的电流I用一个把安培计15横接在其两端上的旁路13来测自耦变压器的变化可以由包括一个电动机122的机电系统来控制，或者由一个被一个微处理机控制的电子系统来控制，此微处理机驱动控制电路10，并且有能力保证在由比较环节3和6提供的数据的基础上，由微处理机所建立的电流被确实地加到阳极组上。
分别串联地联接在发电机12和每个阳极A11到A1n之间的电阻14用于提供能够代表由发电机供给的施加到一个给定组A1中每个阳极A11到A1n上的电流的特征的信号。
一个电路限制器装置同控制电路10相关，由整流器124供给的电流最大值被贮存起来，此存贮的最大电流值被与由电流计15或由联接到电阻14上的装置提供的值进行比较，这个工作在当可变自耦变压121被控制，以改变其变比的时候的每个电流再调整周期中被完成的。
这个比较可以产生一个指令，以停止自耦变压器指示器的运行，或者产生使之倒退的运动，以便于限制或减少施加到整流器124上的电压到这样的一个值上，就是当发电机正在被分段地调整时，由发电机12供给的电流不超过一个预定的最大电流限度。
本发明的控制系统的基本优点在于调节整流器，以使之逐步地适应在阴极极化条件中的变化的特征，并且超过一个时间区间，以从多个处于相互接近的位置的基准电极中，选择一个基准电极来保证系统安全。
此自动的分段调节避免了对手动监测和调节的要求。另外，此循环作用使介入到控制各相互影响的阳极组A1到A10的多个阴极防护发电机之中成为可能。
用进行逐次的重复和选择一个合适的连续的指令的方法，得到对相应于各阳极组A1，A2，A3……的控制电路10，20，30，……的分段控制，这就可以减小被防护装置的电势上的各电路间的相互影响。
图3是一幅简化的流程图，所表示的是根据本发明包括了多组Ai的阳极Aij的一个阴极防护系统是如何被调节的。
步骤101对应于起动调节系统的过程。步骤102是确定一个决定系统的循环状态的和相应于运行条件的循环频率。此循环频率对应于表示在图1中的时钟40的频率，也可以是大约一天一周或两周。调节也可以被延迟释放继电器50来启动，而此继电器50可由一个接通的机器来启动或由一个被执行特殊运行来启动，如一个抽吸运行。由此保证电流调节次序总是在相似的极化条件下进行。
调节原理图包括一系列的循环环路，环路的数目是循环频率的一个函数，在决定调节周期的结束112的循环环路的结束时带有一个检验环节111。
对于每一个循环环路，一组或多组环路被完成，取决于包括在阴极防护系统中的阳极组的数量。
每一组环路都对应于一个阳极A1，步骤103对应于用被读取的上限EHi和下限EBi来确定一个电势范围，这个电势范围适应于考虑中的电极组附近的特殊的去极化条件。步骤104对应于电极电势对ELi1和ELi2的获得，而电极电势对ELi1和ELi2对应于两个基准电极1和2。基准电极1和2又与考虑中的用于组A1的控制电路相关。
在一组环路中的步骤105对应于用比较基准电极ELi1和ELi2之间电势值的方法来选择较低电势电极1或2。这幅流程图没有表示出假如限度值被超过时(图1中的电路4和5)，构成用一个给定限度来与ELi1-ELi2的差的绝对值比较，以启动一个警报器这样的过程中的任一步骤。
一组环路的步骤106对应于计算被防护装置60与由步骤105选择出的基准电极之间的电势差。
步骤107构成了首先在由步骤106得出的计算值同在步骤103期间读取的上限EHi之间，其次在由步骤106得出的计算值同在步骤103期间读取的下限EBi之间所执行的两个检验环节。如果计算出的电势差高于上限EHi，则以下的步骤就是构成步骤108，它包括用一步来减少由电流发电机供给的电流值，该电流发电机是在考虑中的一个环路中。
如果计算出的电势差低于下限EBi，则下一步骤就是步骤109，此步骤109包括用一步升高由电流发电机12供给的电流值，该电流发电机是在考虑中的一个环路中，在步骤108或步骤109，或如果计算出的电势差处于上限EHi和下限EBi之间之后，组环路检验110的结束就被完成了。
权利要求
1.一种实用的，用在一个置于一种电解质中的装置上的电流阴极防护系统，此系统包括至少一个阴极，此阴极由所被防护的装置构成；至少一组阳极，此阳极同上述装置绝缘，且同上述装置置于其中的电解质相接触；至少一台直流发电机，此直流发电机被联接在构成阴极的装置与同电解质相接触的阳极组之间；至少一个基准电极，此基准电极被联接到一个控制和调节电路上，可以调节由上述发电机所供给的电势，从而调节加到上述阳极上的电流；此系统包括如下改进措施用一种周期性的方法，把控制和调节一台发电机的电路投入运行的装置；用于读取由基准电极提供的电势和计算被防护装置与读取的基准电极之间的电势差的装置；用于把计算出的电势差分别同构成上限的第一基准电势和构成下限的第二基准电势进行比较的比较装置；用于用预定值的级段调节由上述发电机供给的输出电压的绝对值的装置，如果计算出的电势差高于上限，上述装置升高上述的绝对值，如果计算出的电势差低于下限，此元件就降低上述的绝对值。
2.根据权利要求
1的系统，此系统包括至少两个联接到与同一台发电机和同一组阳极相对应的控制和调节电路上的基准电极，其中，用于读取基准电势的装置包括一个比较器电路，该电路用来确定在每一周期中最具负电性的电极，和用来选择最低的电势以计算上述计算出的电势差。
3.根据权利要求
2的系统，进一步包括当基准电极间的电势差超过一个预定值时用来指示的装置。
4.根据权利要求
1或2的系统，其中，用来把一台发电机的控制和调节电路周期地投入运行的装置包括一个其闭合功能上同所被防护装置相关的延迟释放接触器。
5.根据权利要求
1或2的系统，其中，用来把一台发电机的控制和调节电路周期性地投入运行的装置包括一个其周期频率适应于电化学极化的持续时间的时钟。
6.根据权利要求
1至5中的任一个系统，此系统包括整数P组阳极分布遍及所被防护装置的各个部分，上述阳极同上述装置绝缘并且同电解质相接触。在与P相同数量的直流发电机中，每一台发电机被联接到对应的阳极组上。基准电极组被安置在各阳极组的附近，并且被分别联接到用来调节由与各阳极组对应的发电机供给电压的控制和调节电路的不同端上;用来周期地把各控制和调节电路投入运行的装置;用来把第一和第二基准电势赋与每一个控制和调节电路的装置，此第一和第二基准电势构成上限和下限，用于以预定大小的级段来调节由分别对应于一组阳极的每个发电机供给的输出电压值，以此作为相对于上述上限和下限的计算出的电势差数值的一个函数。
7.根据权利要求
1到6中的任一个系统;其中，基准电极是由包括一个电解质原源的电极构成，此电解质是以具有超时地维持恒定的特性，而与所被防护装置置于其中的电解质的成分的变化无关的方式被饱和。
8.根据权利要求
7，其中，在一个基准电极中的电解质源包括一种起盐性作用的晶体，该晶体使电极被浸于其中的溶液饱和，并且，此饱和溶液通过一个可渗透的过滤器与外部的电解质介质相交换。
专利摘要
本系统包括用来把用于控制和调节直流发电机的电路(10)投入运行的元件(40，50)，此直流发电机被联接在构成阴极的被防护装置和阳极组的每个阳极之间，此阳极同上述装置绝缘，且同此装置置于其中的电解质相接触。电路(10)包括用于读取由基准电极(1)提供的电势，计算上述装置和所读取的电极之间电势差，以及把计算出的电势差同上限和下限进行比较的装置(3、6)。发电机(12)的输出电压值由装置(9、11)在预定值级段调节。
文档编号C23F13/00GK86105112SQ86105112
公开日1987年5月13日 申请日期1986年7月22日
发明者莫里斯·拉姆伯特 申请人:法国气体公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan