Устройство катодной защиты металлоконструкций от коррозии

 

Устройство обеспечивает эффективную катодную защиту от коррозии металлического объекта, например автомобиля, в средах с различной поверхностью. В устройстве предусмотрена защита данного объекта от короткого замыкания анода. Устройство катодной защиты содержит источник питания 1, который через увеличитель напряжения 2 и электронный ключ 3 соединен с анодом 4. Устройство содержит также блок контроля 5, который контролирует напряжение на аноде 4 и обеспечивает защиту от короткого замыкания путем соответствующего подключения этого блока к электронному ключу 3. Увеличитель напряжения 2 обеспечивает выбор оптимального режима защиты от коррозии и при отсутствии коррозии поддерживает удвоенное напряжение питания на аноде 4. В случае короткого замыкания через блок контроля 5 поступает сигнал на электронный ключ 3, который прерывает подачу тока от источника 1 на анод 4. Устройство позволяет визуализировать процесс защиты. 4 ил.

Изобретение относится к электрохимической защите металлических конструкций от неблагоприятного воздействия окружающей среды, конкретно к устройству катодной защиты от коррозии, например корпуса автомобиля.

Известно устройство катодной защиты от коррозии металлического объекта, содержащее катодную станцию, систему расходуемых анодов, подключенных к положительной клемме катодной станции через регулировочный блок, предназначенный для установки расчетных значений защитного тока и потенциала. К отрицательным клеммам катодной станции подключен защищаемый объект. Для учета и контроля продолжительности работы катодной защиты предусмотрена сигнальная система и измеритель расхода электроэнергии. Однако это устройство практически невозможно использовать для защиты от коррозии перемещающихся объектов, таких как автомобиль, поскольку оно предусматривает применение громоздких стационарных катодных станций.

Известна система катодной защиты, содержащая источник питания (батарею), расходуемый анод и включенный между ними преобразователь тока для подачи на анод большего тока и меньшего напряжения по сравнению с батареей. Система имеет также электрическую схему контроля тока на аноде, связанную с полуэлементом. Схема контроля реализует ток на уровне, защищающем конструкцию в соответствии с сигналом, получаемым от полуэлемента. Однако такая система катодной защиты эффективна только при защите от электрохимической коррозии в хорошо проводящих электролитах, например, при использовании на судах и морских платформах буровых вышек.

При атмосферной коррозии в тонких пленках электролита, что имеет место на автомобилях, значительное сопротивление электролита и существенная неоднородность условий коррозии в различных местах поверхности приводят к ошибочной работе полуэлемента, а также к недостаточному току защиты из-за малого падения напряжения на аноде. С другой стороны, скорость коррозии в тонких пленках повышена, что требует большего тока защиты. При отсутствии полуэлемента требуется использование анодов с очень однородными характеристиками. Кроме того, в известной схеме отсутствует защиты от короткого замыкания анода на объект, что ведет к повышенному разряду батареи.

В основу изобретения положена задача создания простого и удобного в эксплуатации устройства, обеспечивающего эффективную катодную защиту от коррозии металлического объекта (например, автомобиля) в средах с различной проводимостью, а также защиту данного устройства от короткого замыкания анода на объект.

Эта задача решается за счет использования новой схемы управления катодной защиты, включенной между источником питания и расходуемым анодом. Схема управления содержит последовательно соединенные увеличитель напряжения, электронный ключ и блок контроля напряжения на аноде, причем к аноду подключен выход электронного ключа, а к источнику питания подключены вход увеличителя напряжения и второй вход блока контроля. Для осуществления обратной связи первый вход блока контроля напряжения на аноде подключен к аноду и выходу электронного ключа, а выход блока соединен с вторым входом электронного ключа.

На фиг. 1 изображена функциональная блок-схема устройства; на фиг. 2 принципиальная схема увеличителя напряжения; на фиг. 3 принципиальная схема электронного ключа; на фиг. 4 принципиальная схема блока контроля напряжения.

Предлагаемое устройство для катодной защиты (фиг. 1) содержит источник питания 1, который через увеличитель напряжения 2 и электронный ключ 3 соединен с анодом 4. Устройство содержит также блок контроля 5, который контролирует напряжение на аноде 4 и обеспечивает защиту от короткого замыкания путем соответствующего подключения этого блока к электронному ключу 3. Увеличитель напряжения 2, электронный ключ 3 и блок контроля 5 образуют схему управления катодной защиты.

Согласно изобретению, первый вход 6 электронного ключа 3 соединен с выходом 7 увеличителя напряжения 2, второй вход 8 ключа 3 соединен с выходом 9 блока контроля 4, первый вход 10 которого подключен к выходу 11 электронного ключа 3 и аноду 4, а второй вход 12 соединен с источником питания 1, к которому подключен также вход 13 увеличителя напряжения 2. В качестве источника питания 1 может быть использована батарея 12 В. Увеличитель напряжения 2 обеспечивает выбор оптимального режима защиты от коррозии. Его принципиальная схема дана на фиг. 2. Схема содержит генератор прямоугольных импульсов, собранный на инверторах 14, 15, транзисторе 16, резисторах 17, 18, 19, 20 и конденсаторе 21 выход которого соединен с удвоителем напряжения, собранного на конденсаторах 22, 23 и диодах 24, 25, 26. Общая точка диодов 24, 25 является входом 13 увеличителя напряжения 2 и соединена с источником питания 1, а общая точка диодов 24, 26 является выходом 7 увеличителя напряжения 2. Увеличитель напряжения 2 увеличивает напряжение, поступающее от источника 1, в 2 раза, которое через электронный ключ 3 подается на анод 4. В результате на аноде поддерживается достаточный ток защиты даже при плохой проводимости среды.

Электронный ключ 3 (фиг. 3) выполнен на транзисторах 27, 28 и резисторах 29, 30, 31, причем база транзистора 27 через резистор 30 соединена с выходом 9 блока контроля 5, коллектор транзистора 28 соединен с выходом 7 увеличителя напряжения, а эмиттер транзистора 28 через сопротивление 31 соединен с анодом 4.

Блок контроля 5 (фиг. 4) собран на транзисторе 32, инверторе 33, конденсаторе 34, диоде 35 и резисторах 36, 37, 38, 39. Уровень напряжения срабатывания защиты от короткого замыкания устанавливается делителем напряжения на резисторах 36, 37. Цепочка из резистора 39, диода 35, конденсатора 34 введена с целью задержки срабатывания защиты, т.к. при внезапном попадании влаги на корпус в первый момент возникает ситуация, близкая к короткому замыканию. Выход инвертора 33 является выходом 9 блока контроля 5. Эммитер транзистора 32 является первым входом 10 блока контроля 5 и соединен с анодом 4 и выходом 11 электронного ключа 3. Общая точка резисторов 36, 38 является вторым входом 12 блока 5 и подключена к батарее 1.

Для визуального наблюдения за процессом защиты между анодом 4 и электронным ключом 3 (фиг. 3) введен светодиод 40, диод 41 и импульсный генератор 42, выход которого соединен с анодом диода 41, катод которого соединен с эммитером транзистора 28. Анод светодиода 40 соединен с выходом 11 электронного ключа 3, а катод соединен с анодом 4. Светодиод 43 в увеличителе напряжения 2 (фиг. 2) сообщает о нормальной работе устройства.

Заявляемое устройство работает следующим образом. При включении схемы загорается светодиод 43, что свидетельствует об исправной работе устройства. При отсутствии влаги на поверхности защищаемого объекта ток защиты сравнительно мал, транзистор 27 ключа 3 закрыт, а транзистор 28 открыт. Светодиод 40 не светится и увеличитель напряжения 2 поддерживает удвоенное напряжение питания на аноде.

При попадания влаги на объект через ключ 3 начинает течь ток и загорается светодиод 40, причем яркость свечения светодиода пропорциональна величине протекающего тока.

В случае короткого замыкания анода на корпус автомобиля открывается транзистор 32 блока контроля 5. Через время, задаваемое резистором 39 и конденсатором 34, открывается транзистор 27 ключа 3, выключая транзистор 28, и подача тока на анод практически прекращается. Светодиод 40 переходит в режим периодического мигания, что указывает на наличие короткого замыкания анода или подводящих проводов на корпус защищаемой конструкции.

Проведенные эксперименты показали надежную работу заявляемого устройства и высокую эффективность катодной защиты.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ОТ КОРРОЗИИ, содержащее источник питания, расходуемый анод и схему управления, отличающееся тем, что схема управления выполнена в виде последовательно включенных увеличителя напряжения, электронного ключа и блока контроля напряжения на аноде, причем вход увеличителя напряжения соединен с источником питания, а выход с первым входом электронного ключа, выход которого соединен с анодом и первым входом блока контроля, выход которого соединен с вторым входом электронного ключа, а второй вход подключен к источнику питания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4