一种高温高压水环境旋转电极结构材料试验机

1.本发明涉及金属材料流动加速腐蚀、电化学测试等性能测试分析技术领域，特别涉及一种高温高压水环境旋转电极结构材料试验机。


背景技术：

2.碳钢或低合金钢表面保护性的氧化膜在水流或气液两相流作用下发生溶解、破坏的过程称为流动加速腐蚀，氧化膜不断减薄，保护作用下降，材料腐蚀速率上升，最终腐蚀速率和溶解速率趋于一致，并稳定持续腐蚀。
3.结构材料例如管道等随着腐蚀持续造成管道减薄，当管道壁厚减少到一定厚度时会发生爆管等严重事故。流动加速腐蚀损伤是管道失效的一种形式，精确评价材料的流动加速腐蚀性能具有重要意义。例如对于核电结构材料二回路而言，面临着高温高压水流动加速腐蚀的减薄等严重的失效问题，严重影响二回路管道的服役寿命。因此，对电极结构材料在高温高压水环境下的流动加速腐蚀性能进行测试研究，实现结构材料的寿命预测和可靠性评估具有重大意义。
4.而现有的对电极结构材料在高温高压水环境下的流动加速腐蚀性能进行测试研究的方式为对材料开展流动加速腐蚀试验，流动加速腐蚀试验通常通过频繁取出试件称量材料的失重、观察材料表面状态去评判材料的腐蚀性能。此外，还可通过监测材料的腐蚀电化学性能评价材料的腐蚀性能。实现过程较繁琐。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种高温高压水环境旋转电极结构材料试验机，以解决现有的对电极结构材料在服役环境中的流动加速腐蚀性能进行测试研究的流动加速腐蚀试验所存在的实现过程较繁琐的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
7.一种高温高压水环境旋转电极结构材料试验机，包括：高压釜，所述高压釜包括釜体和扣合在所述釜体上的釜盖，所述釜体的侧壁上开设有两个对称的电极孔，其中一个电极孔用于安装对电极，另一个电极孔用于安装参比电极；所述釜盖上沿垂直于所述釜盖的方向设置有空心转轴，所述空心转轴穿过所述釜盖，所述空心转轴内沿所述空心转轴的轴向穿设有工作电极；
8.所述工作电极位于所述高压釜内的一端与试件电连接，另一端通过所述空心转轴引出，并与所述空心转轴的端口之间密封；所述空心转轴位于所述高压釜内的一端与试件绝缘连接，另一端与驱动机构传动连接，所述驱动机构用于驱动所述空心转轴转动，以通过所述空心转轴带动试件在所述高压釜内旋转。
9.进一步地，所述空心转轴的外侧套设有保护套管，空心转轴与保护套管整体通过螺纹连接的方式紧固在所述釜盖上，且保护套管的外侧设置有冷却系统。
10.进一步地，所述高温高压水环境旋转电极结构材料试验机还包括轴套，轴套内部
的最下端和最上端分别设置有一轴承，两个轴承同轴心设置；空心转轴穿设在所述轴承中；所述轴承与所述空心转轴之间设置有密封垫片，以实现所述空心转轴与轴承之间的密封；所述轴套中部设置有转轴冷却与压力调节系统。
11.进一步地，所述驱动机构为伺服电机，所述伺服电机旁安装有激光测速仪。
12.进一步地，所述空心转轴位于所述高压釜外的一端设置有铰链轴承，利用所述铰链轴承，通过铰链将所述空心转轴与所述伺服电机进行传动连接。
13.进一步地，空心转轴位于高压釜外的一端设置有螺纹，利用空心转轴上的螺纹通过密封螺母将密封胶圈压紧，以保证伸出的工作电极与空心转轴密封。
14.进一步地，所述对电极和所述参比电极反对称方式布置；
15.且所述对电极、所述参比电极以及所述试件三者保持在同一水平线。
16.进一步地，所述釜体的外侧设置有加热垫圈。
17.进一步地，所述试件和所述工作电极螺纹连接；
18.所述试件与所述空心转轴采用zro部件螺纹连接。
19.进一步地，釜盖上设有热电偶保护管放置热电偶并设置有进水和出水管路。
20.本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
21.本发明应用于核电等领域结构材料在高温高压水汽环境下的流动加速腐蚀性能测试和寿命评估。与常规流动加速腐蚀试验机相比，本发明通过密封导出转轴的方式实现转速的精确测量，通过空心转轴与釜壁开电极孔的方式实现高温高压水流动加速腐蚀精确测试，过程中配合电化学工作站可实现电化学监测。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本发明实施例提供的高温高压水环境旋转电极结构材料试验机的结构示意图。
24.附图标记说明：
25.1、釜体；2、釜盖；3、对电极；4、参比电极；
26.5、空心转轴；6、工作电极；7、试件；8、冷却系统；
27.9、轴承；10、转轴冷却与压力调节系统；11、伺服电机；
28.12、激光测速仪；13、铰链；14、密封胶圈；15、密封螺母；
29.16、螺栓；17、zro螺母；18、热电偶。
具体实施方式
30.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
31.如图1所示，针对核电等领域结构材料高温高压水汽环境下的流动加速腐蚀等性能测试问题，本实施例提供了一种高温高压水环境旋转电极结构材料试验机，该高温高压
水环境旋转电极结构材料试验机包括高压釜，所述高压釜包括釜体1和扣合在所述釜体1上的釜盖2，釜体1和釜盖2通过螺栓16锥面紧固密封，釜体1外侧根据功率需求设置加热垫圈，高压釜材质满足350℃，20mpa水环境工况需求；釜体1的侧壁上开设有两个对称的电极孔，其中一个电极孔用于安装对电极3，另一个电极孔用于安装参比电极4，对电极3和参比电极4反对称方式布置；且对电极3、参比电极4以及试件7三者保持在同一水平线。
32.所述釜盖2上沿垂直于釜盖2的方向设置有空心转轴5，所述空心转轴5穿过釜盖2，所述空心转轴5内沿空心转轴5的轴向穿设有工作电极6；所述工作电极6位于高压釜内的一端与试件7电连接，另一端通过所述空心转轴5引出，并与所述空心转轴5的端口之间密封；所述空心转轴5位于所述高压釜内的一端与试件7绝缘连接，另一端与驱动机构传动连接，所述驱动机构用于驱动所述空心转轴5转动，以通过所述空心转轴5带动试件7在所述高压釜内旋转。
33.基于上述，本实施例在高压釜的釜体1侧壁开对称的电极孔，放置对电极3和参比电极4，采用空心转轴5导出工作电极，形成电位测试系统，通过配合电化学工作站和高温电极可完成核电等领域结构材料在高温高压水环境流速加速腐蚀性能测试过程中对测试材料进行电化学监测和实验。且在本实施例中，工作电极6放入空心转轴5中，保持旋转过程中实时检测工作电极6信号。
34.具体地，在本实施例中，试件7和工作电极6螺纹连接；试件7与空心转轴5采用zro螺母17螺纹连接。其中，zro螺母17保证高压水环境下保持绝缘，隔绝釜体1的腐蚀杂散电信号，保证在高温高压水环境下试件7仅与工作电极6连接；外部胶圈隔绝高压釜釜内压力。空心转轴5的外侧套设有保护套管，空心转轴5与保护套管整体通过螺纹锥面的方式紧固在釜盖2上，且保护套管的外侧设置有冷却系统8，以保证高压釜的温度不传导到转套上。此外，釜盖2上设有热电偶保护管放置热电偶18，并根据实际需求增加进水和出水管路。
35.轴套内部最下端和最上端分别设有一轴承9，两个轴承9同轴心设置；空心转轴5穿设在轴承9中，通过上下轴承稳定空心转轴5；轴承9与空心转轴5之间设置有双垫片，以实现空心转轴5与轴承9之间的密封，保证轴承9与空心转轴5连接完好，保证空心转轴5在转动过程中不发生泄露。轴套中部设有转轴冷却与压力调节系统10，通过冷却管道调节压力的方式降低密封材料的承压。
36.进一步地，在本实施例中，所述驱动机构为伺服电机11，所述空心转轴5位于所述高压釜外的一端安装铰链轴承，通过铰链13将所述空心转轴5与所述伺服电机11进行传动连接。伺服电机11旁安装有激光测速仪12，通过频率和激光测速仪12调节空心转轴5的转速，进而调节试件7的转速。形成试件7不同的转速，完成高温高压水环境转动下电化学监测的试件7流动加速腐蚀性能。
37.进一步地，空心转轴5顶端外侧车螺纹，利用空心转轴上的螺纹通过密封螺母15将密封胶圈14压紧，以保证伸出的工作电极6与空心转轴5密封。
38.通过本实施例的高温高压水环境旋转电极结构材料试验机进行试验的过程为：先用扳手拧松zro螺母17，随后安装试件7，最后拧紧zro螺母17，这样就完成试件7的安装。按照普通高压釜的密封方式将高压釜密封。本试验机可与动态水回路进行连接，通过增压泵进行供水和升压，高压釜压力提升过程中调节冷却管内的压力。带釜内压力和管道压力稳定后可启动加热，将高压釜内水加热至实验所需温度。最后启动伺服电机，连接电化学工作
站即可进行实验。
39.综上，本实施例在高压釜釜体1侧壁开对称的电极孔，采用空心转轴5导出工作电极6，通过伺服电机11和激光测速仪12控制空心转轴5的转速，通过配合电化学工作站和高温电极可完成核电等领域结构材料在高温高压水环境流速加速腐蚀性能测试过程中对测试材料进行电化学监测。
40.此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
41.最后需要说明的是，以上所述是本发明优选实施方式，应当指出，尽管已描述了本发明优选实施例，但对于本技术领域的技术人员来说，一旦得知了本发明的基本创造性概念，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。