專利名稱：加固現(xiàn)有金屬結(jié)構(gòu)的方法,加固管道的方法,以及在管道上增加支管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加固和/或復原和/或修復現(xiàn)有金屬結(jié)構(gòu)，特別是較大的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有金屬板的方法。更具體地講，所述方法涉及加固和/或復原在使用中由于腐蝕和/或磨損業(yè)已變薄的、因此必須進行更換或加固的金屬板。本發(fā)明還涉及加固管道，以及在現(xiàn)有管道上增加支管。
用作滾裝船的金屬板每年的腐蝕和磨損率為0.1-0.3毫米，通常每年的腐蝕和磨損率為0.15毫米。根據(jù)諸如Lloyd’s Register的分類協(xié)會的規(guī)定和條例，當板材的原始厚度減少30％時就必須進行更換，因為此時的機械特性會顯著降低。在標題為“Thickness Measurementand Close-up Survey of Ships in Accordance with Lloyd’sRegister Rules and Regulations for the Classification ofShips-Revision2，January1997”的Lloyd’s Register技術(shù)文件中，規(guī)定了典型船只隔板和結(jié)構(gòu)元件的板材更換要求和以原始板材厚度的函數(shù)形式表達的相應的減少的板材厚度。彈性斷面模量和轉(zhuǎn)動慣量的減少會導致張力和變形大于一臨界值。船只其他部分的板材，在它的減少的厚度達到上述分類協(xié)會所規(guī)定的值時也要進行更換。
現(xiàn)有技術(shù)需要取出甲板并且更換，以便延長現(xiàn)有船只的壽命。現(xiàn)有技術(shù)的方法需要投入大量的工作，并且還可能涉及到更換原有加固裝置；拆卸管道和纜線；從甲板下面取出防火材料等；搭腳手架和大量的焊接工作。上述工作通常費用極高，用時很長，并且甚至會在焊縫中導致容易疲勞的缺陷，因為這些焊縫難于在原位形成。
本發(fā)明的目的是提供一種不需要拆除加固元件和其他元件就能從結(jié)構(gòu)上加固或復原加強金屬板的方法。
用于輸送諸如天然氣或石油的管道也存在著與用于輪船甲板的金屬板相同的問題，即它們也會受到腐蝕，并因此降低結(jié)構(gòu)強度和完整性。現(xiàn)有技術(shù)是通過直接在現(xiàn)有管道上焊接鋼制外殼修復管道的，存在著燒穿管道并導致爆炸的危險。這種加固管道的方法被認為是危險的，并且需要高質(zhì)量的野外焊接。盡管昂貴，不過這種修復方法對修復不能中斷使用而取出的使用中的管道的某些部分來說，是最經(jīng)濟的。建造平行的替換管道在經(jīng)濟上被認為是不可行的。
本發(fā)明的一個目的是提供一種不需要直接在現(xiàn)有管道上焊接就能加固或修復業(yè)已因為腐蝕而損壞的管道的方法。
本發(fā)明提供了一種加固現(xiàn)有金屬結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟以空間上隔離的關(guān)系在所述金屬板上連接一個加固金屬層，以便在所述金屬板和所述加固金屬層的內(nèi)表面之間形成至少一個空腔；將由未固化的塑料材料組成的中間層注入所述至少一個空腔；和使所述塑料材料固化，以便該塑料材料附著在所述金屬板和所述加固金屬層的內(nèi)表面上。
下面所披露的方法優(yōu)選能夠在不拆卸和只需要很少的準備工作的前提下對達到其使用壽命期限的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的金屬板進行加固。這樣可以減少在修復期間該結(jié)構(gòu)的停機時間。所得到的加固結(jié)構(gòu)與更換老板材的新的金屬板相比只是略微重一些。這種方法不需要干船塢就能對船體外殼進行修復。所述加固能提供固有的緩沖和隔音作用。所述塑料材料可以是自我固化的因此可以簡單地讓它固化，或者是加熱固化的因此可以經(jīng)過加熱使它固化。
下面所披露的方法優(yōu)選能夠?qū)ΜF(xiàn)有的主管道進行加固和/或修復，或進行改進(增加支管)，而沒有必要直接在現(xiàn)有主管道上焊接。這樣降低了燒穿、氣體泄露和爆炸的危險，從而大大提高了從事維修人員的安全性。這種修復方法的一個直接后果是，簡化了焊接程序，并且降低了該程序的危險和成本。
除了將金屬板或修理或復原或修復到原有強度之外，本發(fā)明當然能夠應用于任何現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，無論是舊的或新的結(jié)構(gòu)，以便視需要對所述結(jié)構(gòu)進行改良、保護或加強。
現(xiàn)有的在使用中的管道上增加支管的方法，通常被認為是困難的和危險的工藝，并且需要特殊焊接方法來連接支管。通常首先將支管直接焊接在主管道上，然后支管內(nèi)的主管道被鉆孔通過特殊管道和連接在所述支管上的閥固定裝置。
本發(fā)明的一個目的是提供一種以比現(xiàn)有技術(shù)更簡單和可靠的方式將支管連接在現(xiàn)有管道上的方法。理論上，還能提高主管道和支管之間的結(jié)合強度，結(jié)合的完整性和進行連接的安全性。
本發(fā)明還提供了一種在現(xiàn)有主管道上增加支管的方法，包括以下步驟以空間上隔離的關(guān)系在所述主管道周圍提供第一個金屬層，以便在所述金屬層的內(nèi)表面和所述主管道的外表面之間形成一個密封的空腔；提供一個支管，以便所述支管基本上垂直于所述主管道的縱軸，并且與所述主管道的外表面連通，并且與所述第一空腔密封隔離；以空間上隔離的關(guān)系在所述支管周圍提供第二個金屬層，以便在所述第二個金屬層的內(nèi)表面和所述支管的外表面之間形成第二個空腔；將由未固化的塑料材料組成的中間層注入所述空腔；使所述塑料材料固化，以便該塑料材料附著在所述金屬層、主管道和支管的表面上；和去掉所述現(xiàn)有主管道與所述支管的所述孔連通的部分，以便使所述支管的孔與所述主管道的孔連接。
下面所披露的方法能夠在支管和管道之間形成堅固的連接，這種連接能夠以安全的方式形成。
通過本發(fā)明方法得到的結(jié)構(gòu)類似于在US5778813、英國專利申請GB-A-2337022和英國專利申請?zhí)?926333.7中所披露的結(jié)構(gòu)。在上述專利文獻中披露的材料和技術(shù)可用于本發(fā)明中，并且按照本發(fā)明方法制造的結(jié)構(gòu)擁有所述專利文獻中所披露的好處和優(yōu)點。
下面將結(jié)合附圖以舉例形式對本發(fā)明進行說明

圖1是業(yè)已用本發(fā)明的方法在金屬板上面進行過加固的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)金屬板的剖視圖；圖2是在使用本發(fā)明的方法加固期間，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)金屬板的平面圖；圖3表示可以采用本發(fā)明的常見船只的橫剖視圖；圖4是業(yè)已用本發(fā)明的方法加固過的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)金屬板的橫剖視圖，并且現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的金屬板包圍著聯(lián)接鍋；圖5是業(yè)已用本發(fā)明的方法在金屬板內(nèi)做過加固的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)金屬板的橫剖視圖；圖6是業(yè)已用本發(fā)明的方法在金屬板內(nèi)做過加固的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的金屬板的剖視圖，以便提供復合型結(jié)構(gòu)層；圖7a，b和c是用本發(fā)明方法做過加固的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)金屬板的剖視圖，其中，由加固金屬層包圍所述金屬板的支撐件(加固件)；圖8是業(yè)已通過本發(fā)明的方法通過多外殼加固過的現(xiàn)有主管道的剖視圖；圖9a和b是可用于本發(fā)明方法中的具有各種密封件的空腔周向末端墊圈的剖視圖；圖10是用本發(fā)明方法做過加固的現(xiàn)有主管道和支管的透視圖，所述支管可以是現(xiàn)有的或者是新連接上去的；圖11是具有按照本發(fā)明方法連接的支管的現(xiàn)有主管道的剖視圖；和圖12是具有用本發(fā)明的另一種方法連接的支管的現(xiàn)有主管道的剖視圖。
在附圖中，類似的部件用類似的編號表示。
圖1是用本發(fā)明方法加固的滾裝船甲板的剖視圖。由橫梁12和球扁鋼17支撐構(gòu)成原始甲板的金屬板10。將各種管道和纜線14以及絕緣材料15連接在金屬板10的下面16處。
金屬板10的原始厚度為A，例如，對于滾裝船甲板來說，其厚度通常為10-20毫米。一般，腐蝕和磨損作用每年能使金屬板10的厚度減少大約0.15毫米。在這種條件下，在使用大約20年之后，就需要更換或加固金屬板10。
本發(fā)明的加固方法包括將加固金屬層20連接在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的金屬板10上。金屬層20被設(shè)計成在空間上與金屬板10隔離，以便在金屬板10和加固金屬層20之間形成一個空腔40。然后將由未固化的塑料材料組成的中間核心層注射到或澆注到空腔40中。當所述塑料材料固化時(它可能是自我固化的塑料材料，它的固化不需要其他作用，或者是需要加熱固化的塑料材料)，就連接在金屬板10的內(nèi)表面18和加固金屬層20的內(nèi)表面22上，具有足夠的強度轉(zhuǎn)移金屬板10和加固層20之間的剪切負荷，以便形成能夠承受明顯大于自身重量的負荷的復合型結(jié)構(gòu)部件。一般，所有焊接是在注入塑料材料之前完成的。
在圖1所示實施方案中，將墊片30設(shè)置在金屬板10和加固金屬層20之間。墊片30可以具有任何截面和形狀，當通過相鄰的表面末端34與金屬板10的內(nèi)表面18連接時，通常高出金屬板10相同的量。這一距離在不同的空腔之間有所不同，或者根據(jù)用途在同一個空腔內(nèi)有所不同。然后將加固金屬層20連接在墊片30的另一個末端32，從而形成空腔40。這樣所述方法還可以在變形的或者甚至是在彎折鋼板上實施。所述加固能為加固一側(cè)提供光滑表面。對于滾裝船來說，這一點是特別理想的，因為它提供了供車輛使用的光滑的停泊表面。
墊片30優(yōu)選是由金屬制成，這樣，就可以將它焊接(使用連續(xù)的角焊35)在原始金屬板10上，以及通過沿著天然板縫的對接焊36焊接在加固金屬層20上。通常，墊片30可用于將金屬板10和加固金屬層20之間的空腔細分成多個較小的空腔，其大小能夠允許在它里面澆注塑料材料。
在圖3中示出了可以采用本發(fā)明的船只100的結(jié)構(gòu)。該船只是雙層外殼結(jié)構(gòu)的，具有船內(nèi)側(cè)板101和船外側(cè)板102，以及船內(nèi)部底部103和船外部底部104。還示出了橫向隔板105以及甲板106。底艙用107表示，船舷上緣用108表示，而輻板框架用109表示。本發(fā)明還可應用于船只的上述任何部分，當然，還可應用于其他船只的其他部分，包括單層外殼的船只。
本申請人目前已知的制備現(xiàn)有的金屬板并確保墊片30和現(xiàn)有金屬板10之間的良好結(jié)合的最佳方式是對金屬板10的內(nèi)表面18進行噴丸處理或噴砂處理。不過，也可以使用其他方法提供適合結(jié)合塑料材料所需的表面粗糙度和沒有油漆和銹跡的表面。表面18優(yōu)選沒有污物、粉塵、油污和水。
中間層核心40在使用所述加固的環(huán)境中預期的最高溫度下的彈性模量E，優(yōu)選為至少250MPa，更優(yōu)選275MPa。在船只建造應用中，該溫度為100℃。
撕裂、壓縮和抗拉強度以及延伸率應當最大化，以便使得加固的板材能夠吸收異常負荷的能量，如沖擊力。具體地講，所述塑料材料的壓縮和抗拉強度以2MPa為宜，優(yōu)選20MPa。當然，壓縮和抗拉強度可以明顯大于上述最低限度。
所述塑料材料在最低工作溫度下的延伸性應當大于所述金屬板或金屬層的延伸性。塑料材料在最低工作溫度下的優(yōu)選的延伸性為50％。所述塑料材料的熱膨脹或收縮系數(shù)也必須足夠接近金屬板10和金屬層20的系數(shù)，以便在預期的工作范圍內(nèi)以及在焊接期間的溫度變化不會導致分層。以上兩種材料的熱膨脹或收縮系數(shù)相差的程度，部分取決于所述塑料的彈性。不過有人認為塑料材料的熱膨脹或收縮系數(shù)可以是金屬層的大約10倍。可以通過在塑料材料中添加填充料控制熱膨脹系數(shù)。
在整個工作范圍內(nèi)，塑料材料與金屬板和金屬層內(nèi)表面18，22之間的結(jié)合強度應當至少為0.5MPa，優(yōu)選6MPa。這種結(jié)合強度優(yōu)選是由塑料材料與金屬的固有附著性產(chǎn)生的，不過，可以提供其他的粘接劑。
如果金屬板10是船只外殼的一部分的話(如圖3所示)，其他要求包括，通過界面的抗拉結(jié)合強度必須足以承受預期的負的靜水壓力，以及與金屬連接的分層力。所述塑料材料必須對海水和淡水具有水解穩(wěn)定性，并且，如果所述部件被用于運油船的話，還必須對石油具有化學抗性。
通常，所述塑料材料可以是彈性體，而加固金屬層20可以是鋼材、不銹鋼、鋁合金或任何其他與標準制造實踐相關(guān)的常見金屬。因此，所述彈性體必須包括一種多元醇(例如聚酯或聚醚)，以及異氰酸酯或二異氰酸酯，鏈延伸劑和填充料。根據(jù)需要提供填充料，以便降低所述中間層的熱系數(shù)，降低其成本，并且控制彈性體的物理特性。還可以包括其他添加劑，例如用于改變機械特性或其他特征(例如粘性、水和抗油性)的添加劑，以及阻燃劑。
所需要的注射孔的大小及其位置，取決于用于注射塑料材料成分的現(xiàn)有設(shè)備和空腔的取向。通常每一個空腔具有一個注射孔。注射孔可位于加固層20上或位于金屬板10上，并且應當位于能減少或消除飛濺的部位。所述注射口優(yōu)選是能快速拆卸的口，可能具有一個單向閥，在澆注之后可以將其磨去。還可以用塞子密封所述口，并且在澆注之后將其磨平。
通氣孔位于多個空腔的每一個中，以便能夠排出空腔中的所有空氣，并且確保不留下孔隙。所述通氣孔可以是帶有螺紋的，以便在填充之后可以插入塞子，或者包括在填充之后關(guān)閉的閥或其他機械裝置?？梢栽谒芰喜牧瞎袒螅瑢⑺鐾饪缀腿魏稳踊蜷y磨平。
插入注射孔或通氣孔中的塞子應當由具有與金屬層20相當?shù)碾妼W特征的材料制成。如果金屬層20是鋼材，塞子可以是黃銅。根據(jù)需要，用于通氣孔或注射孔的金屬塞子可以被分配為溫度控制的減壓閥。
必須監(jiān)測注射過程，以便確保均勻填充所述空腔，而又沒有任何可能導致膨脹和不均勻的板材厚度的背壓力，并且確保尺寸精確度(核心厚度)保持在規(guī)定范圍內(nèi)。
在生產(chǎn)之后以及在加固裝置的使用壽命期間，可能有必要證實所述彈性體適當?shù)剡B接在所述金屬層上。這一任務可以通過聲波、超聲波或X射線技術(shù)或通過任何其他合適的校正技術(shù)完成。
這樣，可以對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的金屬板10進行加固，而又不用取出和從下面18拆卸諸如支撐梁12、管道或纜線14以及防火材料的部件。
在將加固金屬層20連接到墊片30上之前，可以將任何特定船只的具有扁平的平行末端表面的金屬或彈性體支撐架50放置在或連接在墊片30之間的金屬板10的內(nèi)表面18上。由支撐架50支撐加固金屬層20，并且確保尺寸的精確性(彈性體厚度和加固金屬層平整度)。
圖2表示可用于本發(fā)明的典型的墊片30和支撐架50。最常見的墊片30的截面形狀是矩形的，以便能方便地將它們連接在一起，形成合適大小的用于注射彈性體的空腔。墊片30的扁平表面32提供了用于停放加固金屬層20的理想停放表面并且用于形成對接焊或平板縫隙36。
加固金屬層20的厚度B優(yōu)選大于1毫米，不過，可以是能提供所需要的結(jié)構(gòu)特征和有利于生產(chǎn)、操作和焊接的任何厚度，如6毫米。3毫米的厚度能夠提供10年的額外的使用壽命，它本身能保持甲板在結(jié)構(gòu)上與現(xiàn)有金屬板10相當或更好。塑料材料的厚度C最好為10-25毫米，不過可以根據(jù)用途和結(jié)構(gòu)要求更厚一些。例如，對于散裝船的內(nèi)底來說，平均核心厚度可以為100毫米。
尺寸B等于3毫米，C等于15毫米，平面尺寸為140米×19米的完整的甲板疊層(典型的滾裝船甲板)在重量上大約相當于一輛卡車。這種甲板能夠使?jié)L裝船的使用壽命至少延長10年。這種加固甲板的固定負荷大約2.5KN/平方米，而厚度為12.5毫米的原始甲板的固定負荷為2.2KN/平方米。
圖4表示如何將所述方法應用于聯(lián)接鍋周圍的甲板上。在這種情況下(以及在現(xiàn)有金屬板10不是以直角或接近于直角的方式接觸金屬架，例如艙口蓋的所有場合)，可以利用墊片30形成空腔40和加固結(jié)構(gòu)外側(cè)之間的側(cè)壁。然后可以利用角焊35將墊片30連接在現(xiàn)有的金屬板10和聯(lián)接鍋上，并且將加固層20連接在墊片30上。
圖5表示加固層20相對現(xiàn)有板材的另一種定位。在所述方法中，加固層以空間上分離的關(guān)系連接在現(xiàn)有的加固板材上，與現(xiàn)有支撐架12(例如縱向工字鋼和橫梁)和加固件17位于同一側(cè)。本實施方案可以對外殼和側(cè)面結(jié)構(gòu)進行加固，其中，靠近流體(海水，油等)的板材外表面得到加強。這種加固方法還可應用于其他內(nèi)部加固的板材，可將它用于延長使用壽命或提高運載能力負荷以及提高抗沖擊力。
在圖6所示例子中，利用對接焊36將加固板材直接焊接在加固件17的靠近底部的末端19上。在這種設(shè)計中，由于空腔的深度較大，優(yōu)選在空腔中放入泡末成型件60，以便降低加固裝置的總體重量。盡管在圖6中沒有明確說明，板材10和20之間的空間或空腔還可以包括服務設(shè)施(管道、纜線)，正如在英國專利申請?zhí)?926333.7中所披露的。
圖7a表示加固金屬層20相對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的另一種定位形式。在所示實施方案中，加固金屬層20以空間上分離的關(guān)系連接在現(xiàn)有加固板材上，位于現(xiàn)有支撐結(jié)構(gòu)17的同一側(cè)。加固層20環(huán)繞球扁鋼彎曲，以便球扁鋼位于現(xiàn)有金屬板10和加固金屬層20之間。在圖7a所示實施方案中，加固金屬層20被焊接在墊片31上，該墊片31還被焊接在球扁鋼17的一個表面上，該表面和球扁鋼與金屬板10連接的表面相反。墊片可以是連接的或間斷的，以便未固化的塑料材料可以在球扁鋼17周圍自由流動，或形成包括一個或多個球扁鋼的有限體積的空腔。圖7b表示一種實施方案，其中，沒有將墊片31用于將加固金屬板材20連接在球扁鋼17上。在圖7b中所示的實施方案還表明，連接加固金屬層20的平板接縫是沿著球扁鋼17的凸緣長度在每一個球扁鋼上形成的。圖7c所示的實施方案示出金屬層20以類似于圖7a和7b中所示的加固金屬層20與球扁鋼17連接的方式連接在角加固件上，或者在少數(shù)情況下連接在橫梁或縱向工字梁12上。在圖7所示所有實施方案中，加固金屬層20是彎曲的，以便金屬層20在橫梁12或球扁鋼17附近距離金屬板10的距離比在其他部位的距離遠。金屬層20能夠以任何形狀(例如彎曲、平的等)彎曲，并且可以包括多個板材，例如，在每一個球扁鋼17之間各有一個或者可以是一個連續(xù)的片材。
圖7所示實施方案的優(yōu)點是，加固金屬層20簡化了其內(nèi)表面，使它能夠更容易地使用優(yōu)質(zhì)涂料，減少在加固平板焊接連接處的局部板材彎曲，降低連接焊縫疲勞開裂的可能性，并且提供額外的加固作用，以便穩(wěn)定或加強有可能受到損害或其他破壞的現(xiàn)有加固件。
在所有實施方案中，中間層40可以根據(jù)需要在很多部位通過金屬板10或加固金屬層20注入，以便確保空腔被完全充滿。
圖7所示實施方案優(yōu)選適用于這樣的結(jié)構(gòu)，其中，在金屬板10的外表面有大量的障礙物，如甲板固定裝置、管道、艙門蓋等，這些障礙物會干擾金屬層的安裝，如圖1所示。另外，本實施方案可應用于由于局部過載而使加固件受到損壞(彎折或彎曲)的結(jié)構(gòu)。
在另一種實施方案中，切割現(xiàn)有的加固件，縮短其長度，并留下短柱，并且以在空間上與所述加固件短柱分離的形式將加固層連接在現(xiàn)有板材上。在這種設(shè)計中，中間層必須更厚一些，以便提供所需要的硬度。如果加固件業(yè)已變形或損壞或加固件和船殼板之間現(xiàn)有的焊接業(yè)已開裂的話，就可以使用本實施方案。
在所有實施方案中，在連接加固層之前，可以修復加固件上的焊接縫隙，并進行其他維護工作。
上面業(yè)已結(jié)合滾裝船的甲板對本發(fā)明進行了說明。不過，本發(fā)明還可應用于其他用途，特別是會遇到高的平面的或橫向的負荷的場合，例如突增負荷，或高的破裂強度、高的疲勞強度或高的抗裂紋擴展的場合。所述結(jié)構(gòu)的例子包括隧道襯里，正交駕駛臺甲板，貨艙，散裝船貨艙底部，外殼，船只外部結(jié)構(gòu)，近海結(jié)構(gòu)，特別是直升機，體育場屋頂和反應堆安全殼。
在圖8中示意性地說明了本發(fā)明其他用途的一種例子，它是截取現(xiàn)有主管道210的剖視圖，該管道業(yè)已用本發(fā)明的方法加固或恢復或修復過。在這種具體實施方案中，周向末端或中間環(huán)形墊片230與主管道210的外表面密封接觸，而加固層(管套)220以在空間上與管210分離的形式連接在環(huán)230上。這樣，在加固層220和現(xiàn)有管210之間形成了能夠填充中間層240的空腔。加固層220可以由多個部分組成，例如，兩個具有半圓形截面的部分，這兩個部分被焊接在環(huán)230的外表面(與和管210接觸的內(nèi)表面相反)，并且使用縱向焊接221彼此焊接在一起，如圖10所示。當然，可以使用任意數(shù)量的部分來組成加固層220。
為了避免直接在現(xiàn)有主管道210上焊接(因為這種焊接會導致現(xiàn)有管道壁的燒穿或破裂)，僅僅在加固層部分220和環(huán)230之間或在加固層部分220之間形成全滲透槽焊接236。
所述周向末端或中間環(huán)狀墊片230通常是與加固層部分220相同的材料，或者是適合焊接的材料。在本發(fā)明的一種實施方案中，將業(yè)已連接在其匹配表面上的兩個半圓形加固層部分220和半圓形末端環(huán)狀墊片230結(jié)合在一起，使其環(huán)繞現(xiàn)有管道210(例如夾緊固定)，并形成兩個縱向焊縫221。這樣，就在現(xiàn)有管道210周圍形成了完整的加固層220，使墊片位于加固層220和現(xiàn)有管道210之間。周向焊接沿著焊縫221收縮，將加固層拉緊在現(xiàn)有管道周圍，提供墊片230和現(xiàn)有管道210之間的緊密連接(密封)，以便形成空氣密封環(huán)狀空腔。
可以將具有1/4圓形截面或具有其他比例圓形截面的兩個或兩個以上加固層部分220用于形成一個完整的加固層220。加固層200沒有必要匹配現(xiàn)有管道的形狀。
在圖9a中，示出了位于環(huán)230內(nèi)表面上的一個O形環(huán)狀墊圈235。
在圖9b中，示出了位于環(huán)235內(nèi)表面上的一個平板墊片237。設(shè)置在墊圈230內(nèi)表面的O形環(huán)235或平板墊片237提供了與現(xiàn)有管道外側(cè)的壁密封接觸。另外，墊圈235，237可以用粘接劑取代，由粘接劑密封現(xiàn)有管道周圍。
在這種方法中，由加固金屬層220提供管道內(nèi)流體的內(nèi)部壓力所需要的箍緊強度，而由中間層240提供對現(xiàn)有管道的防腐蝕層，它還起著有效密封的作用。
圖10表示用本發(fā)明方法加固過的具有支管215的主管210在現(xiàn)有管道210外面提供環(huán)繞它的第一加固金屬層220，并且在支管215周圍提供第二加固金屬層225。在圖10所示實施方案中，第一加固金屬層220和第二加固金屬層225是由兩個半圓形截面的部分構(gòu)成的，這兩部分沿焊接線221由完全滲透的槽焊接連接。在主管210和支管215的加固部分末端安裝有末端環(huán)狀墊片230，由它分別在加固金屬層220和現(xiàn)有管道210之間，以及在加固金屬層225和支管215之間形成空氣密封性空腔。密封的細節(jié)類似于在圖9a和9b中所披露的。將塑料材料(彈性體)注射到所述空腔內(nèi)，以便提供復合型管道連接。
在圖11和12中示出了在現(xiàn)有主管道210上增加支管215的方法的兩種實施方案。在圖11中，將第一加固金屬層220放置在現(xiàn)有主管道210周圍，并且沿縱向縫隙221焊接，如圖10所示，第一加固金屬層220由具有連接的半圓形末端環(huán)狀墊片230的兩個半圓形截面部分組成。將圓環(huán)狀墊片250放置在所述第一加固層板的通孔(用于支管)周圍，并且位于現(xiàn)有管道210和第一加固層220之間。所述圓環(huán)狀墊片具有曲線形上表面和下表面，用于與第一加固層220和現(xiàn)有主管道210形成良好接觸。沿周向方向的焊接收縮，將加固裝置拉緊，增強了沿所有墊片的密封。
將支管215焊接在第一加固金屬層220上，以便它的孔與所述通孔對齊，并且大體上垂直于現(xiàn)有管道或主管道210的軸線。將第二加固金屬層225放置在支管215周圍，并且沿縫隙焊接，并且通過完全滲透的槽焊連接在第一加固層220上，所述第二加固金屬層225由兩個在一個末端具有環(huán)狀墊片230的半圓形截面的部分組成。將塑料材料240注入第一加固層220和現(xiàn)有主管道210以及第二加固金屬層225和支管215之間的空氣密封空腔中，讓所述塑料材料固化，以便形成復合型管道連接。然后將閥門、接頭和鉆孔裝置連接在所述支管的自由末端。然后用現(xiàn)有技術(shù)在原始主管道上鉆孔，使所述主管道中的內(nèi)含物能自由進入支管，即支管的孔與主管連通。
在圖12中示出了按本發(fā)明方法增加支管的第二種實施方案。在本實施方案中，將支管215直接焊接(具有足夠容量和大小的簡單的角焊，以便提供用于注入塑料材料目的的密封)在現(xiàn)有管道210上，然后如上述實施方案所述，連接第一加固金屬層220和第二加固金屬層225。該方法的優(yōu)點是不需要密封件250。直接在現(xiàn)有管道上焊接不被認為是不利的，因為這種焊接較小，并且對結(jié)構(gòu)的作用不大。完成復合管道連接的其他步驟與上文所述相同。
第一加固金屬層220和第二加固金屬層225以及中間層240構(gòu)成了具有出色強度和剛度的T-連接。選擇加固層和中間層的厚度，以便提供所需要的結(jié)構(gòu)特征。中間層240能有效保護現(xiàn)有管道不受腐蝕，并且提供防泄露的密封。所述復合管道連接是堅固而又柔韌的。它能夠承受大的沖擊負荷和由于地面下沉造成的相對位移。
權(quán)利要求
1.一種加固現(xiàn)有金屬結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟以空間上隔離的關(guān)系在所述金屬結(jié)構(gòu)上提供一個加固金屬層，以便在所述金屬結(jié)構(gòu)和所述加固金屬層的內(nèi)表面之間形成至少一個空腔；將由未固化的塑料材料組成的中間層注入所述至少一個空腔；和使所述塑料材料固化，以便它附著在所述金屬結(jié)構(gòu)和所述加固金屬層的內(nèi)表面上。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中，所述提供加固金屬層的步驟包括以下步驟將墊片一端粘接在所述金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的一端；和將所述加強金屬層的內(nèi)表面粘接到墊片的另一端。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中，所述墊片是金屬化的，而所述粘接步驟包括焊接。
4.如權(quán)利要求2或3的方法，其中，所述墊片是平板墊片，由塑料制成的墊片，聯(lián)接鍋墊圈或支撐條。
5.如上述權(quán)利要求中任意一項的方法，其中，支撐件被安裝在所述至少一個空腔中，與所述金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)表面和所述加固金屬層內(nèi)表面接觸。
6.如上述權(quán)利要求中任意一項的方法，其中，在所述提供步驟之前，對所述金屬結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面進行噴丸或噴砂處理，并且被清潔。
7.如上述權(quán)利要求中任意一項的方法，其中，所述加固金屬層的厚度小于20毫米。
8.如上述權(quán)利要求中任意一項的方法，其中，所述中間層的厚度至少為10毫米。
9.如上述權(quán)利要求中任意一項的方法，其中，所述塑料材料是彈性體。
10.如上述權(quán)利要求中任意一項的方法，其中，所述現(xiàn)有的金屬結(jié)構(gòu)是隧道襯里，船橋甲板，貨艙，船甲板，船艙壁，船只外殼，船只外部結(jié)構(gòu)，反應堆安全殼，建筑結(jié)構(gòu)，近海結(jié)構(gòu)，或管道或這樣現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的較小的金屬部件。
11.如上述權(quán)利要求1-9中任意一項的方法，其中，所述現(xiàn)有金屬結(jié)構(gòu)是較大的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的金屬板。
12.如上述權(quán)利要求1-9中任意一項的方法，其中，所述現(xiàn)有金屬結(jié)構(gòu)是較大的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有金屬部件。
13.如權(quán)利要求11的方法，其中，所述金屬板由橫梁、工字鋼或球扁鋼支撐，并且所述加固金屬層是這樣設(shè)置的，以便所述橫梁、工字鋼或球扁鋼位于所述金屬板和所述加固金屬層之間。
14.如權(quán)利要求13的方法，其中，所述加固金屬層是彎曲的，以便所述加固金屬層在所述橫梁或球扁鋼附近距離所述金屬板的距離比在其他位置的距離遠。
15.如權(quán)利要求13或14的方法，其中，所述加固金屬層被連接在所述橫梁或球扁鋼與所述金屬板連接的表面的相反表面上。
16.如權(quán)利要求15的方法，其中，所述加固金屬層通過墊片連接在所述橫梁或球扁鋼上。
17.一種具有用上述權(quán)利要求中任意一項的方法加固過的現(xiàn)有板材的容器。
18.如權(quán)利要求1的方法，其中，所述現(xiàn)有金屬結(jié)構(gòu)是管子。
19.如權(quán)利要求18的方法，其中，所述提供加固層的步驟包括以下步驟在所述管道外表面周圍提供至少兩個墊片環(huán)，并且密封所述管道外表面；和將所述加固金屬層連接在所述至少兩個墊片環(huán)之間，以便在所述管道的外表面和所述加固層之間形成所述空腔。
20.如權(quán)利要求19的方法，其中，所述加固層包括至少兩個具有圓弧狀截面的部分，并且沿所述管道的縱方向焊接在一起。
21.如權(quán)利要求19或20的方法，其中，所述至少兩個墊片環(huán)包括一個位于內(nèi)表面上的O形環(huán)墊圈，以便形成對所述管道外表面的密封。
22.如權(quán)利要求19或20的方法，其中所述至少兩個環(huán)包括一在所述內(nèi)表面上的平墊片以便形成對所述管子的外表面的密封。
23.一種在現(xiàn)有主管道上增加支管的方法，包括以下步驟以空間上隔離的關(guān)系在所述主管道周圍提供第一個金屬層，以便在所述金屬層的內(nèi)表面和所述主管道的外表面之間形成一個密封的空腔；提供一個支管，以便所述支管的孔基本上垂直于所述主管道的縱軸，并且與所述主管道的外表面連通，并且與所述第一空腔密封隔離；以空間上隔離的關(guān)系在所述支管周圍提供第二個金屬層，以便在所述第二個金屬層的內(nèi)表面和所述支管的外表面之間形成第二個空腔；將由未固化的塑料材料組成的中間層注入所述空腔；使所述塑料材料固化，以便它附著在所述金屬層、主管道和支管的表面上；和去掉所述現(xiàn)有主管道與所述支管的所述孔連通的部分，以便使所述支管的孔與所述主管道的孔連接。
24.如權(quán)利要求23的方法，其中，所述提供支管的步驟是在所述提供第一金屬層的步驟之前進行，并且包括將所述支管焊接在所述主管的末端。
25.如權(quán)利要求24的方法，其中，所述提供第一金屬層的步驟包括將所述第一金屬層環(huán)繞所述主管道并且環(huán)繞所述支管的周圍連接在至少兩個墊片環(huán)之間。
26.如權(quán)利要求23的方法，其中，所述支管以空間上與所述主管道隔離的關(guān)系焊接在所述第一金屬層上。
27.如權(quán)利要求26的方法，還包括在所述主管道的外表面和環(huán)繞所述支管的孔的所述第一金屬層的內(nèi)表面之間提供密封的步驟。
28.如權(quán)利要求23-27中任意一項的方法，其中，所述提供第二金屬層的步驟包括將所述第二層的一端焊接在所述第一金屬層的外表面上。
29.一種在現(xiàn)有主管道上增加支管的方法，大體上如上文結(jié)合附圖所述以及在附圖中所示。
30.一種加固現(xiàn)有金屬結(jié)構(gòu)的方法，大體上如上文結(jié)合附圖所述。
31.一種通過權(quán)利要求1-22和30中任意一項的方法生產(chǎn)的加固的金屬結(jié)構(gòu)。
32.一種具有通過權(quán)利要求23-29中任意一項的增加支管的方法增加了具有支管的主管道。
全文摘要
一種加固現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的金屬板或金屬管的方法，包括以下步驟以空間上隔離的關(guān)系在所述金屬板或管上連接一個加固金屬層，以便在所述金屬板的內(nèi)表面和所述加固金屬層之間形成至少一個空腔，將由未固化的塑料材料組成的中間層注入所述至少一個空腔，并且使所述塑料材料固化，以便該塑料材料附著在所述金屬板或管和所述加固金屬層的內(nèi)表面上。
文檔編號E01D22/00GK1551963SQ01818585
公開日2004年12月1日 申請日期2001年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月8日
發(fā)明者S·J·肯尼迪, S J 肯尼迪 申請人:智能工程(巴哈馬)有限公司