本發(fā)明涉及使用攪拌焊接法的流體輸送管道的生產(chǎn)。

背景技術(shù)：

大多數(shù)金屬，甚至是航海級(jí)金屬，顯示在水環(huán)境中使用后腐蝕的跡象，包括海水、淡海水以及淡水環(huán)境。腐蝕在冷、深海水中特別明顯。隨著時(shí)間的推移，對(duì)暴露在水環(huán)境中的金屬物體的長(zhǎng)期運(yùn)行維持來(lái)說(shuō)腐蝕是有害的。

采用攪拌摩擦焊接法(FSW)在焊接接頭處連接兩金屬物體是已有技術(shù)。當(dāng)這些物體暴露于水的環(huán)境中時(shí)，已觀察到在FSW接頭處很少或沒有腐蝕發(fā)生，同時(shí)明顯的腐蝕發(fā)生在金屬物體基金屬合金中FSW接頭以外的位置。

在熱交換器的應(yīng)用中連接管道端部與管板的FSW使用的工藝流程公開于美國(guó)專利8439250和美國(guó)公布的專利申請(qǐng)NO.2013/0037601。此外，采用FSW工藝的管道的形成過(guò)程公開于美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)NO.61/777419，提交于2013年3月12日且標(biāo)題為《摩擦表面攪拌工藝》。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明描述了流體輸送管和形成這樣的采用FSW工藝的管道的工藝流程。流體輸送管由至少一個(gè)管道部分構(gòu)成，管道部分由一個(gè)或多個(gè)管道部分構(gòu)成，管道部分邊緣沿焊縫攪拌摩擦焊接在一起，焊縫從第一端縱向延伸到第二端。由此產(chǎn)生的管道部分包括第一桶，第一桶同軸同心設(shè)置在第二桶內(nèi)且由一個(gè)或多個(gè)隔斷裝置互相間隔。

在特定管道情況下，例如在直徑上達(dá)到甚至大于10m左右的大直徑管道，每個(gè)管道部分可由多個(gè)管道部分組成，管道部分順著采用FSW工藝的縱向延伸邊緣連接在一起。此外，一些管道部分可采用周向FSW焊縫由端部與端部連接以形成大直徑長(zhǎng)管道。

用于采用FSW工藝由管道部分構(gòu)成管道的新系統(tǒng)、工具和方法也在本文中進(jìn)行了描述。

本文中所描述的流體輸送管可用于輸送流體的任何所需的應(yīng)用中。在一個(gè)非限制性的例子，流體輸送管可以在海洋熱能轉(zhuǎn)換(OTEC)設(shè)備中作為冷水進(jìn)水管。

在一個(gè)實(shí)施例中，流體輸送管具有管道部分，管道部分包括第一桶同軸同心設(shè)置在第二桶內(nèi)，第一桶和第二桶都包括內(nèi)表面、外表面、第一端和第二端。第一桶的內(nèi)表面形成流體通道，流體通道沿縱軸延伸，第一桶的外表面與第二桶內(nèi)表面間隔以在第一桶與第二桶之間形成間隙。隔斷裝置設(shè)置在間隙內(nèi)以間隔第一桶與第二桶。此外，每個(gè)第一桶和第二桶都包括攪拌摩擦焊接的焊縫，焊縫從第一端延伸到第二端。

在另一個(gè)實(shí)施例中，形成流體輸送管的方法包括通過(guò)緊靠至少一個(gè)管道部分的面向縱向邊緣上的縱向邊緣的攪拌摩擦焊接形成管道部分。管道部分形成第一和第二桶，每個(gè)圓桶包括摩擦攪拌焊接的焊縫，焊縫從每個(gè)圓桶的第一端縱向延伸到第二端。每個(gè)第一桶和第二桶包括內(nèi)表面和外表面。第一桶同軸同心設(shè)置于第二桶內(nèi)且隔斷裝置間隔第一桶與第二桶。第一桶的內(nèi)表面形成流體通道，流體通道沿縱軸延伸，且第一桶的外表面與第二桶的內(nèi)表面通過(guò)隔斷裝置間隔以在第一桶與第二桶之間形成間隙。

第一桶和第二桶可由材料如金屬包括但不限于鋁、鋁銅、鈦、鋼、銅及其合金或塑料制成。

在一個(gè)實(shí)施例中，管道部分中特定管道部分的浮力可通過(guò)調(diào)整管道的浮力特性來(lái)調(diào)節(jié)。例如，除了保持第一桶和第二桶之間間隙的隔斷裝置，一些或全部的間隙可以充滿空氣和/或其他氣體和/或流體，如水或其他幾乎不可壓縮/不可壓縮的流體，以控制管道部分的浮力。如果泡沫設(shè)置在間隙中，那么泡沫也可用于調(diào)節(jié)管道部分的浮力。

多個(gè)管道部分可以采用FSW工藝連接在一起以產(chǎn)生完整管道。在一個(gè)實(shí)施例中，連接環(huán)可用于使管道部分相互連接，連接環(huán)固定在采用FSW焊縫的相鄰管道部分的兩端。連接環(huán)可彎曲以使管道部分互相相對(duì)彎曲，或連接環(huán)可以被設(shè)計(jì)為相對(duì)堅(jiān)硬或不易彎曲的。

在另一個(gè)實(shí)施例中，管道由多個(gè)壓制管道部分構(gòu)成，每個(gè)壓制段包括內(nèi)板，內(nèi)板有利于形成內(nèi)圓桶或第一桶，同時(shí)外板有利于形成外圓桶或第二桶以及一個(gè)或多個(gè)隔斷裝置。內(nèi)板、外板、隔斷裝置形成整體壓制板，如鋁或其它合適的材料，產(chǎn)生單個(gè)一體式結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，壓制管道部分沿縱向焊縫通過(guò)FSW使用自適應(yīng)FSW工具連接在一起。

由此產(chǎn)生的管道可具有適合管道預(yù)期應(yīng)用的直徑和長(zhǎng)度。例如，對(duì)于OTEC設(shè)備中的冷水進(jìn)水管，管道具有達(dá)到10m甚至更大的直徑，例如約1m和約10m的直徑。此外，冷水管可具有長(zhǎng)達(dá)約1000m甚至更大的長(zhǎng)度。不過(guò)，也可以使用其他的直徑和長(zhǎng)度。

當(dāng)在垂直方向上時(shí)管道部分可在FSW工藝中連接在一起，在垂直方向上管道部分的縱軸大致垂直延伸，或管道部分可在FSW工藝中以垂直和水平方向之間任意角度連接在一起。外部FSW工具可用于在管道部分和連接環(huán)之間形成外部周向FSW焊縫，而設(shè)置在管道部分內(nèi)的FSW工具可用于在管道部分和連接環(huán)之間形成內(nèi)部周向FSW焊縫。當(dāng)外部FSW工具進(jìn)行焊接時(shí)，內(nèi)部FSW工具還可用于從外部FSW工具上反應(yīng)負(fù)載。

在這種情況下，當(dāng)處于垂直方向上時(shí)管道部分連接在一起，索具結(jié)構(gòu)可用于支撐管到部分，以及安裝內(nèi)部和外部FSW工具以使FSW工具相對(duì)于管道部分作圓周運(yùn)動(dòng)以產(chǎn)生圓周焊縫。

附圖說(shuō)明

圖1是一個(gè)實(shí)施例中管道部分的透視圖。

圖2是另一個(gè)實(shí)施例中管道部分的透視圖。

圖3是圖1中管道部分的一部分的放大詳細(xì)的頂部視圖。

圖4是由多個(gè)管道部分構(gòu)成的流體輸送管道的一部分的透視圖。

圖5是顯示連接環(huán)連接于相鄰管道部分的端部的一個(gè)實(shí)施例的圖4中包含在圓周5中的一部分的放大橫截面圖。

圖6是與圖5類似的但顯示在兩相鄰管道部分之間的連接環(huán)的另一個(gè)實(shí)施例的視圖。

圖7顯示了顯示可用于構(gòu)成管道部分的壓制管道部分的另一個(gè)實(shí)施例的一部分。

圖8顯示了可用于使兩垂直方向管道部分相互FSW的索具結(jié)構(gòu)的例子。

圖9顯示了進(jìn)行周向焊接的內(nèi)部和外部FSW工具。

圖10是具有移除索具一部分以更好地顯示內(nèi)部FSW工具的管道內(nèi)部的頂部透視圖。

圖11顯示了用于支撐索具結(jié)構(gòu)上管道部分的支撐結(jié)構(gòu)。

圖12顯示了用于由于管道部分加到管道頂端因此依次降低管道部分的索具結(jié)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖13顯示了可用于使兩水平方向管道部分相互FSW的索具結(jié)構(gòu)。

圖14A-D顯示了在FSW焊接路徑端部處從材料中移除FSW銷工具的示例性實(shí)施例。

圖15顯示了移除FSW銷工具的另一個(gè)示例性實(shí)施例。

圖16顯示了用于焊接圖7中所示兩相鄰壓制管道部分的自適應(yīng)FSW工具的使用。

圖17顯示了在OTEC設(shè)備中作為冷水管道的管道的示例性實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明公開描述了流體輸送管道和利用FSW工藝形成這些管道的工藝流程。所述流體輸送管道是由一個(gè)或多個(gè)，例如多個(gè)，管道部分，每個(gè)管道部分包括一個(gè)第一桶同軸、同心的設(shè)置在第二桶。每個(gè)管道部分由一個(gè)或多個(gè)面對(duì)邊緣的管道部分構(gòu)成，并且沿縫隙被攪拌摩擦焊接，從第一端縱向地延伸至第二端。由此形成的管道部分包括第一桶同軸同心的設(shè)置在第二桶，并且彼此由一個(gè)或多個(gè)隔斷裝置彼此隔開。

FSW是針對(duì)連接相同或不同材料的兩部件的一種熟知的方法。傳統(tǒng)的FSW運(yùn)用一個(gè)旋轉(zhuǎn)探頭或探針，插入兩部件的表面。所述探針和材料之間巨大的摩擦力導(dǎo)致在探針附近的材料溫度升高到它的熔點(diǎn)以下。這種柔軟的領(lǐng)接節(jié)，但因?yàn)椴牧先匀皇枪腆w狀態(tài)，因此還保持它原始的材料性質(zhì)。沿焊縫方向移動(dòng)的探頭將軟化的材料從兩片移動(dòng)至焊接邊緣向上，導(dǎo)致相鄰區(qū)域熔化，從而形成一個(gè)焊接點(diǎn)。

和其他常見的連接技術(shù)相反，如熔焊，銅焊等，F(xiàn)SW有很多有點(diǎn)。特別地，所得的焊接是由相同的材料作為連接部分。結(jié)果是，可以減少或消除在接頭處的不同種金屬之間的接觸引起的電腐蝕。

另外，所得到的焊縫保留了接合部分的材料特性。

雖然在說(shuō)明性的實(shí)施例中FSW用作連接兩相同材料的部件，在一些實(shí)施例中，F(xiàn)SW可以用作焊接不同材料的部件。

另外，雖然此說(shuō)明性的實(shí)施例包括管道節(jié)和連接環(huán)，其每種材料都為鋁或鋁合金，對(duì)于技術(shù)人員而言，看過(guò)本后，將十分清楚如何詳述，制造和利用可選實(shí)施例，其中使用的材料不知是鋁。使用的材料可以包括任何合適的材料包括，但不限于，鋁及其合金、鈦及其合金、不銹鋼等鋼鐵及其合金，銅及其合金、銅及其合金、塑料等。

圖1和圖3，顯示了實(shí)施例中的一管道節(jié)10。所述管道節(jié)10包括第一桶12同軸、同心的設(shè)置在第二桶14。第一桶12包括一個(gè)內(nèi)表面16，一外表面18，第一端20和第二端22。類似地，第二桶12包括一個(gè)面對(duì)外表面18的內(nèi)表面24，一外表面26，一第一端28和一第二端30。第一桶12的內(nèi)表面16形成一個(gè)供流體的流體通道32，沿長(zhǎng)度方向從第一端20，28延伸至第二端22，30。

桶12，14和整個(gè)管道部分10本身，如圖所示基本上是圓柱形。但是，桶和管道部分可以有任何橫截面形狀，只要能用于輸送流體。例如，桶和管道部分可以用一個(gè)橢圓形或者甚至是三角形或矩形等。另外，其中一個(gè)桶可以有一個(gè)形狀當(dāng)另一個(gè)桶有不同形狀時(shí)。例如，同桶12可以為圓柱形同時(shí)桶14為橢圓形，反之亦然。

另外，第一桶12的外表面18將第二桶14的內(nèi)表面分隔開以形成一個(gè)豁口34。一個(gè)合適的隔斷裝置設(shè)置在豁口34里以維持豁口并保持第一桶與第二桶分開。隔斷裝置可以采取任何合適的方式使第一桶和第二桶分開。在圖3的實(shí)施例中，隔斷裝置包括多個(gè)隔斷元件36，所述隔斷元件設(shè)置在豁口34內(nèi)并且圍繞管道部分10的圓周相互分隔開。每個(gè)隔斷元件36連接第一桶的外表面18和第二桶的內(nèi)表面24，以維持豁口間歇。在一個(gè)實(shí)施例中，隔斷元件36可以從擠壓鋁制得，并且可以有任何形狀如管(圖3所示)，實(shí)心棒，U或V形通道等。隔斷元件36固定在表面18，24上，例如使用粘合劑或通過(guò)焊接隔斷元件到表面18，24上。

圖3是一個(gè)輕量級(jí)泡沫填充材料制成的附加隔斷38，基本上填充了隔斷元件36所占用的間隙的其余部分。在一個(gè)實(shí)施例中，泡沫填充材料38是結(jié)構(gòu)發(fā)泡如一開放孔，復(fù)合泡沫塑料。在另一實(shí)施例，泡沫填充材料是閉孔泡沫塑料。在一個(gè)實(shí)施例中，填充材料38被噴到第一桶12的外表面18，然后桶12放置與第二桶14的內(nèi)部，或者第二桶4環(huán)繞放置第一桶12。在另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝煌?2設(shè)置在第二桶14里面后，填充材料38被噴到豁口34內(nèi)。

隔斷元件36和填充材料38不需要一起使用。反之，兩者之一可以單獨(dú)被使用以維持在桶12，14之間的豁口。另外，如果關(guān)節(jié)10的浮力，豁口34的部分或全部可以充滿氣體如空氣，以實(shí)現(xiàn)所需的浮力管道部分的特征。

如圖1所示，管道部分10是由兩個(gè)管道部分13a，13b組成，其中當(dāng)連接時(shí)，形成桶12，14。每個(gè)管道部分13a，13b是由兩個(gè)分開的板塊40a，40b組成，可以卷起形成所需的每個(gè)桶12，14的直徑，由于第一桶的直徑小于第二桶的直徑，以允許豁口34的形成。每個(gè)桶12，14分別使用FSW以確保一起縱向面對(duì)斑塊0a，40b的邊緣42a，42b。結(jié)果是管道部分13a，13b通過(guò)FSW被連接，這樣每個(gè)桶12，14包括兩個(gè)從第一長(zhǎng)端延伸至第二長(zhǎng)端的FSW縫44。圖1顯示了在桶12上兩個(gè)FSW縫44和在桶12上的位于可見的FSW縫44相反的第二縫。圖1也顯示了在桶14上的FSW縫44和在桶14上位于可見的FSW縫44的相反的第二縫。

一旦兩桶12，14分別被組裝，第一桶12進(jìn)而位于第二桶14內(nèi)部，同時(shí)隔斷也被安裝(或隔斷可以安裝在將第一桶插入到第二桶之前)以保持桶12，14之間的空隙。

在一個(gè)可選的實(shí)施例中，每個(gè)管道部分13a，13b可以單獨(dú)地形成，板塊40a和隔斷36相互緊固，38和板塊40b和隔斷相互緊固。兩管道部分組合體13a，13b進(jìn)而可以利用FSW沿著他們的邊緣緊固在一起。

利用第二桶14中的第一桶12，避免了使用一個(gè)單獨(dú)的厚隔斷以形成各自桶，那樣將會(huì)更重并且更貴。

圖2表示了另一管道部分10的示例性實(shí)施例，由同包括桶12,14的管道部分10的方法構(gòu)建的。

但是，在此實(shí)施例中，管道部分10是由三個(gè)管道部分13a,13b,13c構(gòu)成，這樣每個(gè)桶12，14都由三個(gè)分開的板塊構(gòu)成，而且每個(gè)板塊被卷起以形成想要的每個(gè)桶12，14的尺寸。每個(gè)桶12，14然后各自地利用FSW形成以確保一起縱向面對(duì)三個(gè)板塊的邊緣。結(jié)果是每個(gè)桶12，14包括3個(gè)從第一長(zhǎng)端延伸至第二長(zhǎng)端的FSW縫44。

管道部分10可以由任意數(shù)量的管道部分構(gòu)成，如桶12，14可以由任意數(shù)量的板塊而不是圖1和圖2中兩個(gè)或三個(gè)板塊構(gòu)成。例如，每個(gè)桶可以由一個(gè)板塊構(gòu)成，所述板塊的末端被FSW焊接以形成帶有單獨(dú)FSW縫的各個(gè)桶(如管道部分由單獨(dú)一個(gè)管道部分構(gòu)成)。圖4顯示了一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)管道部分由10個(gè)管道部分組成，這樣桶是由10個(gè)板塊構(gòu)成并帶有10個(gè)FSW縫44。其他數(shù)量的板塊可以用作形成每個(gè)桶。另外，形成桶12，14的板塊的數(shù)量可以不相同，并且管道部分10可以有桶構(gòu)成，每個(gè)桶是由不同數(shù)量的板塊構(gòu)成。

參見圖7，顯示了一個(gè)用作構(gòu)成管道部分10的擠出的管道部分52。在這個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)有助于構(gòu)成內(nèi)部或第一桶的內(nèi)部板塊54，和有助于構(gòu)成外部或第二桶的外部板塊56，和隔斷58是一個(gè)整體擠塑，例如鋁或其他適合的材料，形成一個(gè)單獨(dú)的、單片結(jié)構(gòu)。關(guān)節(jié)可以由一個(gè)或多個(gè)管道部分52構(gòu)成，面對(duì)管道部分的末端可以通過(guò)FSW相互緊固，以形成FSW44.在板塊54，56和擋板之間的開放區(qū)域可以充滿上述的結(jié)構(gòu)泡沫填充材料，或如果渴望浮力，可以充滿氣體如空氣，以達(dá)到預(yù)想的關(guān)節(jié)的浮力性能。

參考圖16，顯示了一種示范性的技術(shù)以制造在兩相鄰鋁擠壓技術(shù)管道部分52上的FSW縫44。該技術(shù)如圖16所示以一種僅和其他可用的適合FSW技術(shù)。管道部分52為中空結(jié)構(gòu)，不易允許支撐結(jié)構(gòu)被用在反應(yīng)從FSW工具到外部的受力。因此,在擠壓管道段的情況下,可以使用自動(dòng)調(diào)整的攪拌摩擦焊接。

如圖16，兩線軸式FSW工具180制作縱向的FSW縫44。技術(shù)人員熟知線軸式的FSW工具的使用和構(gòu)造，通常包括一個(gè)探針182，一個(gè)肩頂184和一個(gè)肩底186.在FSW期間，工具180高速旋轉(zhuǎn)并且盯著焊接縫的一端進(jìn)入縫，每個(gè)肩部184，186在材料的相反表面上。工具沿著縫移動(dòng)以生成FSW縫，然后移動(dòng)出另一端。該過(guò)程需要非底襯結(jié)構(gòu)，并且管道部分52僅需要支持工具運(yùn)動(dòng)方向。

所述管道部分10保證了相對(duì)輕度管和有相對(duì)大直徑的管的制作。例如，對(duì)于在一個(gè)OTEC廠房的冷水管道，管道的直徑可以達(dá)到10米甚至更大，例如尺寸大約在1米到10米。但是其他直徑可以根據(jù)管道的應(yīng)用目的進(jìn)行使用。

圖7中的擠壓管道部分52可以和圖5和圖6以及所述的所有實(shí)施例中的連接環(huán)一起使用。

參見圖4，所示的流體運(yùn)送管道50的一部分是由多個(gè)，例二所示的，管道部分10構(gòu)成。管道50可以由一定數(shù)量的管道連接成任意長(zhǎng)度，這樣流體通達(dá)32相互連接進(jìn)而利用FSW圓周地連接管道部分。

利用圓周地秩序連接環(huán)，管道部分10相互連接，通常，連接環(huán)嵌入在管道部分中并且從內(nèi)部和外部圓周地FSW以確保環(huán)形。下一個(gè)管道部分進(jìn)而被安裝在加固環(huán)的另一端和利用相同步驟的FSW上。

圖5所示一個(gè)連接環(huán)60的實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，環(huán)60有一個(gè)第一端62，一個(gè)第二端64，和輻射狀的厚中間部件66。端62，64有一個(gè)減小的徑向厚度，其運(yùn)行端部嵌入在桶12的端20，28和22，30之間。在一個(gè)實(shí)施例，端62，64的輻射狀厚度是這樣，環(huán)12的外表面18與環(huán)14的內(nèi)表面24有著密切的關(guān)系(如在端60，62與表面18，24之間有很少或沒有空間)。

為了使端62，64嵌入在桶12，14之間，泡沫填充材料38凹在桶的端20，28與端22，30里。另外，如果隔斷元件36出現(xiàn)，隔斷元件可以像填充材料38或環(huán)60一樣凹下，以容納隔斷元件36的末端。

另外，桶12，14的末端緊鄰設(shè)在環(huán)60靠近端62，64的肩部68。因此桶12的內(nèi)表面16與環(huán)的內(nèi)表面72等高，并且桶的外表面26與環(huán)的表面74等高。結(jié)果是在桶12，14的端20，28，22，30和環(huán)60的端62，64之間有搭接接頭。

如圖5虛線所示，環(huán)狀FSW應(yīng)用在搭接街頭表面以構(gòu)成內(nèi)部和外部環(huán)形焊接縫80，82。

環(huán)60的中心部分66有一個(gè)徑向厚度TR，比第一桶12的內(nèi)表面16和第二桶14的外表面26之間的兩管道部分的徑向厚度要厚。中心部分66分別使兩個(gè)管道部分10固定，這可能是有益的，取決于管道部分的預(yù)期負(fù)荷。

圖6展示了另一個(gè)連接環(huán)90的例子，該連接環(huán)的形狀有點(diǎn)像環(huán)形波紋管以允許環(huán)90到彎曲，這使得管道部分10相對(duì)于彼此彎曲。這使得環(huán)90減少可能產(chǎn)生的壓力，例如洋流和潮汐。

在此實(shí)例中，環(huán)90交替了內(nèi)面管道92和外面管道94，折增強(qiáng)了管的彎曲性。環(huán)90類似于另一個(gè)環(huán)60，并且與桶12和14使用塔接和對(duì)接接頭連接，然后對(duì)其環(huán)形攪拌摩擦焊接以形成內(nèi)部焊縫和外部焊縫80，82。

如圖6中虛線所示，在一些實(shí)施例中，例如一根用于海洋熱能轉(zhuǎn)換電廠的冷水管的一個(gè)案例。桶12和14和環(huán)90的罐壁厚度100薄于管50深度的深處，但厚于管50深度的淺處。同樣環(huán)90厚于管50的深處和淺處，但薄于管50的中部。

回到圖4，管50的長(zhǎng)度基于多少個(gè)管道部分10端到端的連接。該管具體的長(zhǎng)度取決于諸如管道50的預(yù)期應(yīng)用的因素。對(duì)于一根用于海洋熱能轉(zhuǎn)換電廠的冷水管，管50的長(zhǎng)度可達(dá)約1000米或更長(zhǎng)。但其他管的長(zhǎng)度也可以。

管道50可以組裝在任何所需的方向。在一些實(shí)施例中，管50可以使用在一個(gè)基本垂直的方向上，而在其他的實(shí)施例中，管50可以使用在一個(gè)水平方向上。一根用于海洋熱能轉(zhuǎn)換電廠的冷水管的案例中，在該管的給定長(zhǎng)度下，它通常是基本在垂直方向，這有利于在原位或在冷水管的預(yù)定安置位置組裝管道部分10。

圖8-12展示了在一個(gè)垂直方向的原位上，端到端的組裝管道部分10的示例性的裝配結(jié)構(gòu)110。當(dāng)每個(gè)管道部分被增加時(shí)，管50連續(xù)地垂直降低，并且下一個(gè)管道部分被加到管的上端直到到達(dá)所需長(zhǎng)度。一個(gè)管組裝的裝配結(jié)構(gòu)，連續(xù)地垂直降低管以增加一個(gè)新的管道部分到管的上端，這被運(yùn)用在凱盧阿和夏威夷的馬凱海洋工程，和馬凱海洋工程中的夾持器。(參見http://www.makai.com/otec-ocean-thermal-energy-conversion/)

如圖8所示，裝配結(jié)構(gòu)110包括一個(gè)固定下部平臺(tái)112和一個(gè)可移動(dòng)上部平臺(tái)114，上部平臺(tái)114與下部平臺(tái)112由多個(gè)支撐腿116隔開。上部平臺(tái)114可以移動(dòng)以允許在裝配結(jié)構(gòu)中插入一個(gè)新管道部分10，該管道部分連接另一個(gè)管道部分10的上端。

如圖8,9和12，一個(gè)轉(zhuǎn)盤118可旋轉(zhuǎn)地置于下部平臺(tái)112上。轉(zhuǎn)盤118可以以任何方式相對(duì)于平臺(tái)旋轉(zhuǎn)，例如使用一個(gè)齒輪齒120的系統(tǒng)，該齒輪齒在轉(zhuǎn)盤118和平臺(tái)112之間(如圖12)。

一個(gè)外管支架結(jié)構(gòu)122在下部平臺(tái)112上，用來(lái)圍繞管50并幫助將管與下一個(gè)要添加的管道部分10對(duì)齊。在圖9-11所示的例子中，管支架結(jié)構(gòu)122包括一個(gè)圓環(huán)124，圓環(huán)圍繞著管端，還包括多個(gè)周向隔開的軸向支架部件126，該部件的一端固定在圓環(huán)124，另一端固定在一個(gè)上部夾持結(jié)構(gòu)128。夾持結(jié)構(gòu)128類似于馬凱海洋工程的夾持器，并且包括多個(gè)圓墊，圓墊被驅(qū)使徑向擠壓和釋放管的外徑。

上部平臺(tái)114支撐管道部分10，管道部分相對(duì)于管50的上端被增加，管50被下部平臺(tái)112支撐。上部平臺(tái)144包括一個(gè)外管支架結(jié)構(gòu)130，該結(jié)構(gòu)基本上類似于管支架結(jié)構(gòu)122，并且被支撐和向下延伸。支架結(jié)構(gòu)130被設(shè)置環(huán)繞被增加的管道部分10，幫助對(duì)齊管道部分和管50。如圖8-11所示的例子中，管支架結(jié)構(gòu)130包括一個(gè)圓環(huán)132，該圓環(huán)圍繞管道部分10的管端，還包括多個(gè)周向隔開的軸向支架部件134，該部件的一端固定在環(huán)132，另一端固定在一個(gè)上部平臺(tái)114。

如圖11所示，每個(gè)環(huán)124和132可以包括多個(gè)周向隔開的徑向向內(nèi)和向外的驅(qū)動(dòng)指136。指136可以被驅(qū)動(dòng)夾到管50的管端和管道部分10以幫助維持管和管道部分的對(duì)準(zhǔn)。另外，每個(gè)指136可以單獨(dú)地被調(diào)整以選擇性地調(diào)節(jié)被每個(gè)指136施加的壓力。

下部平臺(tái)112也包括一個(gè)下部夾持結(jié)構(gòu)140，也類似于馬凱海洋工程的夾持器，該夾持結(jié)構(gòu)包括多個(gè)圓墊，圓墊被驅(qū)使徑向擠壓和釋放管50的外徑。夾持結(jié)構(gòu)140也縱向地被上下驅(qū)動(dòng)，如圖12箭頭所示。

為了降低管50以增加每個(gè)管道部分10，上部夾持結(jié)構(gòu)128被釋放，當(dāng)下部夾層結(jié)構(gòu)140被驅(qū)動(dòng)徑向夾緊管50。夾持結(jié)構(gòu)140然后向下移動(dòng)以降低管。上部夾持結(jié)構(gòu)128然后被驅(qū)動(dòng)徑向夾緊管，并且下部夾持結(jié)構(gòu)被釋放并垂直向上移動(dòng)。此過(guò)程可以重復(fù)以降低管50到所需距離。當(dāng)管充分地被降低，下一個(gè)管道部分10可以被放置在裝配結(jié)構(gòu)里用來(lái)與管50的上端接觸。

如上所述，管道部分10通過(guò)連接環(huán)被端到端的連接，以及通過(guò)攪拌摩擦焊接以形成焊縫80和82。如圖9和10所示，為了形成內(nèi)部焊縫，一個(gè)內(nèi)部攪拌摩擦焊接工具150可以從上部平臺(tái)114被安裝在一個(gè)旋轉(zhuǎn)臂152上。內(nèi)部攪拌摩擦焊接工具150置于管50或管道部分10內(nèi)部，并且可以圓周旋轉(zhuǎn)已形成內(nèi)部焊縫80，如圖10的箭頭所示。一個(gè)外部攪拌摩擦工具154置于轉(zhuǎn)盤118上，并當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，被轉(zhuǎn)盤圓周旋轉(zhuǎn)以形成外部焊縫82。

內(nèi)部和外部攪拌摩擦焊接工具150和154可以是在本領(lǐng)域的任何一個(gè)適合的攪拌摩擦焊接工具。一個(gè)合適的攪拌摩擦焊接工具地例子是ESAB Rosio，采用ABB機(jī)器人重型機(jī)械臂，來(lái)自于英國(guó)倫敦的ESAB。

攪拌摩擦工具150和154可以使用固定針或可伸縮針的設(shè)計(jì)。另外，當(dāng)外部攪拌摩擦焊接工具154在焊接時(shí)，內(nèi)部攪拌摩擦焊接工具150可以置于在對(duì)邊的內(nèi)表面合適加工，例如一個(gè)砧球或滾桶，以響應(yīng)負(fù)荷被外部攪拌摩擦焊接工具應(yīng)用。相似地，外部攪拌摩擦焊接工具150可以置于在對(duì)邊的內(nèi)表面合適加工，例如一個(gè)砧球或滾桶，以響應(yīng)負(fù)荷被外部攪拌摩擦焊接工具應(yīng)用。美國(guó)的專利號(hào)No.2008/0029578公開了結(jié)構(gòu)實(shí)例用于攪拌摩擦焊接中在內(nèi)外管表面的響應(yīng)負(fù)荷。可能兩個(gè)攪拌摩擦焊接工具150和154可以同時(shí)焊接，這樣每個(gè)攪拌摩擦焊接工具從另一個(gè)響應(yīng)負(fù)荷。

圖13展示了一個(gè)裝配結(jié)構(gòu)160，該結(jié)構(gòu)可以在一個(gè)水平方向支撐管和管道部分10用以攪拌摩擦焊接。裝配結(jié)構(gòu)160包括一個(gè)第一支架162，該支架在接頭的一側(cè)支撐管50，和一個(gè)第二支架164在接頭另一側(cè)支撐管道部分10。夾持結(jié)構(gòu)166和168可以?shī)A持管50和管道部分以幫助維持管之間的對(duì)準(zhǔn)。美國(guó)的專利號(hào)No.2008/0029578進(jìn)一步公開了在攪拌摩擦焊接中在水平方向用以支撐管的裝配結(jié)構(gòu)和夾持結(jié)構(gòu)。

內(nèi)部和外部攪拌摩擦焊接工具類似于攪拌摩擦焊接工具150和154，可以產(chǎn)生內(nèi)部和外部焊縫80和82。

如圖14A-D所示，用以幫助在焊接路勁的端點(diǎn)移動(dòng)攪拌摩擦焊接工具的針，可以運(yùn)用針移動(dòng)特點(diǎn)。特別地，如圖14A，當(dāng)攪拌摩擦焊接工具的針170靠近外部焊接路徑的端點(diǎn)，外部焊接路徑的端點(diǎn)處于連接環(huán)90的一個(gè)端點(diǎn)和管50或管道部分10的端點(diǎn)之間，一個(gè)匝道172被固定，例如，被焊接到處于環(huán)90和管或管道部分之間接頭外部，其中外部攪拌摩擦焊接接頭82開始。

如所示的實(shí)例中，匝道172是一個(gè)楔形結(jié)構(gòu)有一個(gè)斜面174，并且楔形朝向迎面而來(lái)的針170。

如圖14B所示，針170繼續(xù)移向匝道172完成焊接82。當(dāng)完成焊接82，針170遇到匝道172并跟著斜面174，焊接就從焊接桶14或環(huán)90到焊接匝道172。圖14c展示了當(dāng)針170移上匝道172，針170部分穿過(guò)桶14和環(huán)90。圖14D展示了針170在匝道172的端點(diǎn)完全穿過(guò)斜面。當(dāng)針不在焊接桶14或環(huán)90接口，針170可以被移走，匝道172可以被移走，例如，通過(guò)加工或打磨管的匝道，或者匝道173可以被留在原處，如果它不會(huì)干擾管的最終應(yīng)用。

一個(gè)相似的匝道也可以用于在環(huán)90的其他端點(diǎn)的焊接路徑。另外，在一些實(shí)施例中，匝道可以用于管內(nèi)的內(nèi)部焊接。雖然圖14A-D展示了連接環(huán)90，匝道概念可以被用于其他連接環(huán)包括在圖5的連接環(huán)。

圖15展示了另一種方法在焊接路徑的端點(diǎn)移除攪拌摩擦焊接的針170。在這個(gè)實(shí)施例中，攪拌摩擦焊接的針170被留出進(jìn)入環(huán)90的一個(gè)厚的部分(即外部管道94旁邊的一個(gè)部分)遠(yuǎn)離焊縫82。如果需要，攪拌摩擦焊接的針170可以進(jìn)入外部管道94。在這個(gè)實(shí)例中，針將離開環(huán)90外部的一塊皮。但是皮將導(dǎo)致流體泄漏，由于它距離桶或環(huán)焊接縫82十分遠(yuǎn)。這種留出方法也可以被用在其他連接環(huán)，包括圖5的連接環(huán)60。

圖17展示了一個(gè)管50的示例性應(yīng)用。在這個(gè)實(shí)例中，管50被用作海洋熱能轉(zhuǎn)換電廠200個(gè)冷水進(jìn)水管。然而，需要知道的是管不限于在海洋熱能轉(zhuǎn)換電廠200中使用，但是替代者可用于任何流體輸送應(yīng)用。

總的來(lái)說(shuō)，海洋熱能轉(zhuǎn)換電廠200包括一個(gè)近海平臺(tái)202、一個(gè)水輪發(fā)電機(jī)204、一個(gè)閉環(huán)管道206、一個(gè)蒸發(fā)器208、一個(gè)冷凝器210、多個(gè)泵212、214和216、冷水進(jìn)水管50和流體管218、220和222。閉環(huán)管道206是輸送工作流體的導(dǎo)管，使流體通過(guò)蒸發(fā)器、冷凝器和水輪發(fā)電機(jī)。

任何一根管218、220和222和閉環(huán)管道206可以以一種類似地方式形成管50。

海洋熱能轉(zhuǎn)換電廠200的布局是常規(guī)的，它的結(jié)構(gòu)和操作在本領(lǐng)域的技術(shù)中是熟知的。海洋熱能轉(zhuǎn)換電廠200可以置于任何一個(gè)合適的水域，例如海洋，大海，一個(gè)咸水或淡水湖等。

本申請(qǐng)中公開的實(shí)例在用以說(shuō)明的各個(gè)方面被考慮和不受限制。本發(fā)明的范圍由附加的權(quán)利要求指出，而不是由上述說(shuō)明；并且所有權(quán)利要求的等價(jià)意義和范圍的改變預(yù)計(jì)包括在內(nèi)。