CN109373102A - 一种夹具与纤维复合材料组合的补强方法 - Google Patents

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胜瑞兴
徐旺
孟学锋
孟彦
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Abstract

本发明公开了一种夹具与纤维复合材料组合的补强方法，属于压力管道修复与补强技术领域，解决了现有技术中的压力管道修补方法工艺复杂导致修补时耗时耗力、成本高的问题，本发明包括以下步骤：(1)对受损管道表面的缺陷进行测量，判断所需修复的材料的量，设计并制造补强夹具；(2)对受损管道表面进行预处理；(3)对受损管道表面的凹陷部位进行修补；(4)在需要补强的管道表面铺设至少两层纤维复合材料，并等待碳纤维复合材料固化；(5)在纤维复合材料外安装夹具；(6)在夹具和纤维复合材料层之间的间隙内填充可固化聚合物；(7)在夹具的开口部位安装密封环，将可固化聚合物密封于夹具内。本发明操作简单成本低，不影响管道运行。

Description

一种夹具与纤维复合材料组合的补强方法
技术领域
本发明属于压力管道修复与补强技术领域，具体涉及一种夹具与纤维复合材料组合的补强方法。
背景技术
压力管道是指所有承受内压或外压的管道，无论其管内介质如何。压力管道是管道中的一部分，管道是用以输送、分配、混合、分离、排放、计量、控制和制止流体流动的，由管子、管件、法兰、螺栓连接、垫片、阀门、其他组成件或受压部件和支承件组成的装配总成。
管道运输由于受到地层压力、土壤腐蚀、电偶腐蚀、外力损伤等作用，导致管道爆裂、泄漏等事故时有发生，影响管道的正常输送作业。目前针对压力管道的修复补强技术方法多种多样，各具特点。但传统的修复补强技术普遍具有操作技术要求高，耗时耗力且会带来一系列安全运行和经济效益等问题，而传统的修复补强技术主要包括以下一些类型：
(1)焊接修复补强类型
焊接修复补强技术是指当压力管道出现打孔泄露或其他缺陷时，对损伤部位采用诸如堆焊、打补丁、打套筒或区段割除重焊管等方法以达到修复补强目的，使管道恢复正常承压水平，排除生产安全隐患。
(2)夹具修复补强类型
此项修复补强方法主要应用于天然气和石油管道发生泄漏后的临时抢修，适用工况主要包括：机械损伤(凹坑)、腐烛缺陷厚度超过管道壁厚2/3以上单点腐烛，严禁对裂纹损伤使用；其加固原理是通过向钢质套筒之间的夹层注入环氧树脂以形成一个连续的负荷过渡层，以将损伤部位在内压作用下受到的应力传递至钢质套筒上。
(3)内衬修复补强类型
内衬修复技术是指在不开挖地表的条件下，采用树脂对纤维内衬层进行浸渍和涂层处理，利用气压或水压使其翻转紧贴在待修复补强管道的内壁上，使树脂热固成型后形成光滑连续的复合纤维内衬管，从而到达防护与修复的目的。
(4)纤维复合材料修复补强类型
该技术利用纤维复合材料在主纤维方向的极限抗拉强度高的特性，用环氧树脂将材料缠绕粘贴于受损部位，以代替管道已缺失的金属厚度。当管道承受内压荷载时由管壁与纤维复合材料共同承担，复合材料对管道外壁施加外压以提高被修复补强构件的承压能力。
发明内容
本发明的目的在于：
本发明为解决现有技术中的压力管道修补方法工艺复杂导致修补时耗时耗力、成本高的问题，而提供一种夹具与纤维复合材料组合的补强方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种夹具与纤维复合材料组合的补强方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)对受损管道表面的缺陷进行测量，判断所需修复的材料的量，设计并制造补强夹具；
(2)对受损管道表面进行预处理，所述预处理方法为清洗管道表面污物，擦去管道表面的水；
(3)对受损管道表面的凹陷部位进行修补，所述修补方法为用填平树脂将凹陷部位进行填平，修复至管道表面平整；
(4)在需要补强的管道表面铺设至少两层纤维复合材料，所述纤维复合材料为碳纤维复合材料，并等待碳纤维复合材料固化；
(5)在纤维复合材料外安装夹具，所述夹具为与受损部分的管道形状贴合的组合套管；
(6)在夹具和纤维复合材料层之间的间隙内填充可固化聚合物；
(7)可固化聚合物固化后，在夹具的开口部位安装密封环，将可固化聚合物密封于夹具内。
进一步地，所述设计夹具的方法为根据需要修复、补强的管道的形状和大小进行设计，夹具的尺寸大于所述管道并与纤维复合材料间留有3mm-8mm间隙，所述夹具由两部分组成，两部分夹具组合在一起将管道包覆在其中，夹具上开设有灌注孔和排气孔，夹具上还开设有用于适应管道支撑结构的避让槽。
进一步地，可固化聚合物填充方法为在灌注孔上安装灌注嘴，在排气孔上安装排气嘴，将可固化聚合物通过灌注孔灌注到夹具与管道的间隙之间，使间隙中的空气沿排气嘴排出，灌注完毕后等待灌注嘴和排气嘴与可固化聚合物一起固化，固化后沿夹具表面对灌注嘴和排气嘴进行切除，并在开口处填充密封材料。
进一步地，所述夹具的组合链接方法包括螺栓连接、焊接、铆接。
进一步地，所述纤维复合材料层包括胶粘剂和纤维材料，所述胶粘剂为环氧树脂。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明将夹具修复补强和纤维复合材料补强两种方法进行改进并结合，克服了单独使用纤维复合材料补强时存在的难以应用于异性结构及抗弯曲能力补强不足的问题，同时也克服了单独使用夹具修复补强方法时，夹具与管道之间的缝隙容易进水等物质导致管道表面加速腐蚀，导致管道强度不增反减的问题，同时本发明的方法可在管线不停止运输的条件下进行操作，修复补强后的管道耐老化性能好，补强效果比单独运用传统的修复补强方法更加好，适用范围也更广；本发明还增加了密封环对夹具开口进行密封，进一步防止腐蚀性物质进入其中，提高管道的使用寿命；本发明还创新地将夹具设计为铆接式连接结构，并辅以粘结剂，相比于焊接和螺栓连接具有操作更简单，不易被腐蚀的优点。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面对本发明实施方式作详细说明。
一种夹具与纤维复合材料组合的补强方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)对受损管道表面的缺陷进行测量，判断所需修复的材料的量，设计并制造补强夹具；
(2)对受损管道表面进行预处理，所述预处理方法为清洗管道表面污物，擦去管道表面的水；
(3)对受损管道表面的凹陷部位进行修补，所述修补方法为用填平树脂将凹陷部位进行填平，修复至管道表面平整；
(4)在需要补强的管道表面铺设至少两层纤维复合材料，所述纤维复合材料为碳纤维复合材料，并等待碳纤维复合材料固化；
(5)在纤维复合材料外安装夹具，所述夹具为与受损部分的管道形状贴合的组合套管；
(6)在夹具和纤维复合材料层之间的间隙内填充可固化聚合物；
(7)可固化聚合物固化后，在夹具的开口部位安装密封环，将可固化聚合物密封于夹具内。
进一步地，所述设计夹具的方法为根据需要修复、补强的管道的形状和大小进行设计，夹具的尺寸大于所述管道并与纤维复合材料间留有3mm-8mm间隙，所述夹具由两部分组成，两部分夹具组合在一起将管道包覆在其中，夹具上开设有灌注孔和排气孔，夹具上还开设有用于适应管道支撑结构的避让槽。
进一步地，可固化聚合物填充方法为在灌注孔上安装灌注嘴，在排气孔上安装排气嘴，将可固化聚合物通过灌注孔灌注到夹具与管道的间隙之间，使间隙中的空气沿排气嘴排出，灌注完毕后等待灌注嘴和排气嘴与可固化聚合物一起固化，固化后沿夹具表面对灌注嘴和排气嘴进行切除，并在开口处填充密封材料。
进一步地，所述夹具的组合链接方法包括螺栓连接、焊接、铆接。
进一步地，所述纤维复合材料层包括胶粘剂和纤维材料，所述胶粘剂为环氧树脂。
本发明将夹具修复补强和纤维复合材料补强两种方法进行改进并结合，克服了单独使用纤维复合材料补强时存在的难以应用于异性结构及抗弯曲能力补强不足的问题，同时也克服了单独使用夹具修复补强方法时，夹具与管道之间的缝隙容易进水等物质导致管道表面加速腐蚀，导致管道强度不增反减的问题，同时本发明的方法可在管线不停止运输的条件下进行操作，修复补强后的管道耐老化性能好，补强效果比单独运用传统的修复补强方法更加好，适用范围也更广；本发明还增加了密封环对夹具开口进行密封，进一步防止腐蚀性物质进入其中，提高管道的使用寿命；本发明还创新地将夹具设计为铆接式连接结构，并辅以粘结剂，相比于焊接和螺栓连接具有操作更简单，不易被腐蚀的优点。
环氧树脂在24小时后可完全固化，切除灌注嘴和排气嘴后，所述密封材料可以是用螺钉进行密封，纤维复合材料还可以使用玻璃纤维复合材料。

Claims (5)

1.一种夹具与纤维复合材料组合的补强方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)对受损管道表面的缺陷进行测量，判断所需修复的材料的量，设计并制造补强夹具；
(2)对受损管道表面进行预处理，所述预处理方法为清洗管道表面污物，擦去管道表面的水；
(3)对受损管道表面的凹陷部位进行修补，所述修补方法为用填平树脂将凹陷部位进行填平，修复至管道表面平整；
(4)在需要补强的管道表面铺设至少两层纤维复合材料，所述纤维复合材料为碳纤维复合材料，并等待碳纤维复合材料固化；
(5)在纤维复合材料外安装夹具，所述夹具为与受损部分的管道形状贴合的组合套管；
(6)在夹具和纤维复合材料层之间的间隙内填充可固化聚合物；
(7)可固化聚合物固化后，在夹具的开口部位安装密封环，将可固化聚合物密封于夹具内。
2.根据权利要求1所述的一种夹具与纤维复合材料组合的补强方法，其特征在于，所述设计夹具的方法为根据需要修复、补强的管道的形状和大小进行设计，夹具的尺寸大于所述管道并与纤维复合材料间留有3mm-8mm间隙，所述夹具由两部分组成，两部分夹具组合在一起将管道包覆在其中，夹具上开设有灌注孔和排气孔，夹具上还开设有用于适应管道支撑结构的避让槽。
3.根据权利要求2所述的一种夹具与纤维复合材料组合的补强方法，其特征在于，可固化聚合物填充方法为在灌注孔上安装灌注嘴，在排气孔上安装排气嘴，将可固化聚合物通过灌注孔灌注到夹具与管道的间隙之间，使间隙中的空气沿排气嘴排出，灌注完毕后等待灌注嘴和排气嘴与可固化聚合物一起固化，固化后沿夹具表面对灌注嘴和排气嘴进行切除，并在开口处填充密封材料。
4.根据权利要求2所述的一种夹具与纤维复合材料组合的补强方法，其特征在于，所述夹具的组合链接方法包括螺栓连接、焊接、铆接。
5.根据权利要求1所述的一种夹具与纤维复合材料组合的补强方法，其特征在于，所述纤维复合材料层包括胶粘剂和纤维材料，所述胶粘剂为环氧树脂。
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