CN111304660A - 一种阴极保护辅助装置及干湿交替区钢结构保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阴极保护辅助装置及干湿交替区钢结构保护装置，包括结构保护模块、活动抽气模块和模拟电流模块；结构保护模块包括两个对称结构板，法兰盘和螺栓，两对称结构板扣合拼接，结构板内部预设主输水管道和各分级输水管道；活动抽气模块包括浮子，浮筒和活动阀门，可在波浪作用下，通过不同相位之间的高度差驱动活塞运动，从而借助内外侧压力差，使海水向结构物上部移动；模拟电流模块，可人为控制电子流向，使结构物处于保护状态。本发明可解决传统阴极保护时，干湿交替区结构物因无法形成电连续性而保护效果较差的问题。本发明使用方法简单，借助波浪能和气压差自行运转，无需额外的人员控制。

Description

一种阴极保护辅助装置及干湿交替区钢结构保护装置

技术领域

本发明涉及海洋结构物保养技术领域，具体涉及一种阴极保护辅助装置及干湿交替区钢结构保护装置。

背景技术

随着海洋事业的迅猛发展，码头、跨海大桥、海上平台等海工结构物不断建设，钢结构作为一种强度较高、自重较小的材料得到广泛的应用。但是，在海洋腐蚀介质的多因素耦合作用下，钢结构将发生严重的腐蚀破坏，对结构物的正常使用产生不良影响。

海工钢结构在进行腐蚀加固时，往往沿高度方向自上而下分为大气区、干湿交替区、海水区和海泥区。大气区常常采用涂层保护的方法，海水区和海泥区常采用阴极保护的方式，但干湿交替区由于其干和湿交替循环的特性，以上方法均不能起到较好的保护效果。

当前在干湿交替区保护中主要基于隔离保护的理念进行腐蚀加固，即通过多层复合材料包裹于被保护结构物上，将被保护结构物和外部海水隔离，从而起到保护的效果。但多层复合材料包裹时施工步骤往往较为繁琐，同时，随着复合材料的老化，如果海水渗入，则保护功能近乎失效，所以并不能实现长效防腐。故找到一种对干湿交替区行之有效的方法成为海工结构物腐蚀加固的当务之急。

对海水区和海泥区保护效果较好的阴极保护法之所以不能适用于干湿交替区，是因为干湿交替区处于干和湿的交替循环中，无法确保钢结构表面时刻有水膜覆盖，没有水膜覆盖时，则无法满足阴极保护的前提条件：电连续性。因此建成一种能解决干湿交替区钢结构表面电连续的装置，实现阴极保护对该区域的有效性，对该区域的腐蚀加固具有非常重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阴极保护辅助装置及干湿交替区钢结构保护装置，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷或缺陷之一。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

一种阴极保护辅助装置，包括活动抽气模块和至少一个结构保护模块；

所述结构保护模块包括两块可拆卸连接的对称结构板，所述对称结构板内部设有多个一级主管道，所述一级主管道通过洞孔贯通至所述对称结构板的内侧面，所述一级主管道的底端设有进水口，所述一级主管道的顶端通过管道和活动抽气模块相连通，所述管道上设有控制阀门；

所述活动抽气模块包括无盖浮筒和浮子，所述无盖浮筒的顶部连接有单向透气膜，所述无盖浮筒内连接有活塞，所述活塞底面的连杆通过第一曲杆和所述浮子相连。

进一步地，所述对称结构板内部设有多个二级分管道，所述二级分管道和所述一级主管道相连通；所述二级分管道通过洞孔贯通至所述对称结构板的内侧面。

进一步地，所述控制阀门包括阀门座和堵头，所述堵头活动连接在所述阀门座内；

当所述无盖浮筒内的气压小于所述一级主管道的气压时，所述控制阀门打开，当所述无盖浮筒内的气压大于所述一级主管道的气压时，所述控制阀门关闭。

进一步地，所述阀门座的底部为半球形，顶部为圆柱形，所述阀门座的顶面设有多个支撑座，所述堵头为半球形；所述堵头活动连接在所述阀门座内，所述阀门座的顶部和所述无盖浮筒相连通。

进一步地，所述无盖浮筒的侧面还设有通气孔，所述无盖浮筒的侧面滑动连接有活动阀门，所述活动阀门和所述通气孔在同一直线上，所述活动阀门通过第二曲杆和所述活塞底面的连杆相连接。

进一步地，所述活塞的底面和所述无盖浮筒之间还设有多个复位弹簧。复位弹簧能够有助于活塞的复位，提高了工作效率。

进一步地，所述管道靠近所述对称结构板的一端设有防水透气膜。防水透气膜的设置，能够保证了通过管道进入至无盖浮筒的都是气体，防止海水从管道进入至无盖浮筒。

本发明还提供了一种干湿交替区钢结构保护装置，包括模拟电流模块和上述任意一项的阴极保护辅助装置；

所述结构保护模块中的对称结构板安装在被保护结构物的外周，且所述进水口位于水中；所述活动抽气模块中的浮子放置在水面，所述模拟电流模块和所述结构保护模块相连接。

进一步地，所述模拟电流模块为电流输出装置和安装在所述对称结构板上的辅助阳极，所述电流输出装置包括零位接线柱、正极接线柱、负极接线柱和参比电极接线柱，所述零位接线柱接地，所述正极接线柱和所述辅助阳极相连接，所述负极接线柱和被保护结构物相连接，所述参比电极接线柱和参比电极相连接。

进一步地，所述模拟电流模块包括设置在所述对称结构板上的阳极材料孔，所述阳极材料孔贯通至所述对称结构板的内侧面；所述阳极材料孔用于安装阳极材料。

根据上述技术方案，本发明的实施例至少具有以下效果：

1、本发明提供了一种阴极辅助保护装置，通过设置的结构保护模块，能够解决干湿交替区钢结构表面电连续的问题，具体通过和结构保护模块相连通的活动抽气模块产生气压差，当结构保护模块中的一级主管道内的气压小于大气压后，海水则进入一级主管道，进入一级主管道的海水会从对称结构板的内侧面流出，提供了电连续的基础条件；

2、对称结构板内设有多个一级主管道和二级分管道，一级主管道和二级分管道连通，有利于进入对称结构板内的海水均匀的流出，保证了电连续的有效，有效的避免了局部发生腐蚀的现象；

3、控制阀门的设置，当无盖浮筒内的气压小于一级主管道的气压时，一级主管道的气体能够流入至无盖浮筒，反之则不能流通；保证了一级主管道能够有效的吸取海水；

4、无盖浮筒的侧面设通气孔和活动阀门，当活塞向下运动带动活动阀门打开通气孔后，气体会从通气孔进入至无盖浮筒，使得无盖浮筒内的气压恢复至标准大气压；由于气压差的存在，控制阀门此时会被关闭，一级主管道停止吸水，进行排水；保证了吸水排水的有效循环；

5、本发明的结构保护装置通过设置的模拟电流模块和结构保护模块相连接，对位于结构保护模块内的被保护结构物进行保护；

6、本发明借助波浪能带动活动抽气模块工作，通过活动抽气模块和结构保护模块间的气压差自动运行，完成吸水排水的过程，无需人员驱动控制，自动化程度高且节约了能源。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的整体结构示意图；

图2为本发明具体实施方式中对称结构板内部的管路布置示意图；

图3为本发明具体实施方式中对称结构板的结构示意图；

图4为本发明具体实施方式中活动阀门处的细节图；

图5为本发明具体实施方式中控制阀门的主视图和俯视图。

其中：1、对称结构板；2、法兰盘；3、进水口；4、输气软管；5、活塞；6、无盖浮筒；7、复位弹簧；8、连杆；9、构件；10、第一曲杆；11、浮子；12、第二曲杆；13、活动阀门；14、通气孔；15、单向透气膜；16、控制阀门；17、电流输出装置；18、阳极材料孔；19、电源；20、零位接线柱；21、正极接线柱；22、负极接线柱；23、参比电极接线柱；24、辅助阳极；1-1、一级主管道；1-2、二级分管道；161、阀门座；162、堵头；163、支撑座。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

本发明提供一种阴极保护辅助装置及干湿交替区钢结构保护装置，包括结构保护模块、活动抽气模块和模拟电流模块；结构保护模块包括两个对称结构板1，法兰盘2和螺栓，两对称结构板扣合1拼接，结构板内部预设主输水管道和各分级输水管道；活动抽气模块包括浮子，浮筒和活动阀门，可在波浪作用下，通过不同相位之间的高度差驱动活塞运动，从而借助内外侧压力差，使海水向结构物上部移动；模拟电流模块，可人为控制电子流向，使结构物处于保护状态。本发明可解决传统阴极保护时，干湿交替区结构物因无法形成电连续性而保护效果较差的问题。本发明使用方法简单，借助波浪能和气压差自行运转，无需额外的人员控制。

实施例1

如图1至图5所示，本发明提供了一种阴极保护辅助装置，具体包括结构保护模块和活动抽气模块，结构保护模块包括对称结构板1，法兰盘2和螺栓，对称结构板1有2个，法兰盘2固定在对称结构板1两侧边缘。对称结构板1的形状可根据被保护结构物的形状设定，本发明中的对称结构板为半圆形。对称结构板1内部设有一级主管道1-1和众多二级分管道1-2，一级主管道1-1底部设置一个“八”字形状进水口3，一级主管道1-1顶部设置连接有输气软管4，输气软管4和一级主管道1-1的连接处设置有PTFE膜或其它防水透气膜。

活动抽气模块包括无盖浮筒6、浮子11和活塞5，活塞5设置在无盖浮筒6内部，活塞5底部与无盖浮筒6之间设有若干个复位弹簧7，活塞5底部与连杆8固定，连杆8下部固定构件9，构件9通过第一曲杆10连接浮子11，构件9通过第二曲杆12连接活动阀门13，活动阀门13内侧的无盖浮筒6上预设通气孔14，无盖浮筒6顶部设有单向透气膜15，输气软管4一端连接在无盖浮筒6的侧壁上缘处，输气软管4和无盖浮筒6连接处设有控制阀门16。

本发明提供了一种阴极辅助保护装置，通过设置的结构保护模块，能够解决干湿交替区钢结构表面电连续的问题，具体通过和结构保护模块相连通的活动抽气模块产生气压差，当结构保护模块中的一级主管道内的气压小于大气压后，海水则进入一级主管道，进入一级主管道的海水会从对称结构板的内侧面流出，提供了电连续的基础条件。

在本实施例中，对称结构板1材质为玻璃钢或其他绝缘性较好、强度较高的材料。对称结构板1的高度由工程所在地的平均高潮位和平均低潮位确定，但必须使进水口3淹没于水下。

如图2所示，一级主管道1-1和二级分管道1-2呈树枝状交叉布置，一级主管道1-1和二级分管道1-2在管道下侧靠近结构物一侧均设有众多孔洞，可使海水流出并分散均匀。

如图1所示，第一曲杆10使得无盖浮筒6和浮子11间产生一定的水平距离，即两者在波浪作用下所处的波浪相位不同，根据波浪理论，波浪不同相位间会产生沿高度方向的高差，由于浮子11通过构件9、连杆8作用后，和活塞5固定，所以浮子11和活塞5在波浪作用下，将产生一定的高度差，即产生一定的相对运动。

在本实施例中，单向透气膜15只可使气体从无盖浮筒6内部向外流出，控制阀门16为半球状结构，控制阀门16上顶面为圆形，受力面积较大，对气体压强变化较为灵敏。

具体的，如图1和图5所示，控制阀门16包括阀门座161和堵头162，堵头162活动连接在阀门座161内。阀门座161的底部为半球形，顶部为圆柱形，阀门座161内部为中空的，堵头162可在阀门座161内上下运动。阀门座161的顶部一体成型有三个支撑座163，支撑座163之间形成通道，用于和无盖浮筒6之间的气体流通。堵头162为半球形，堵头162活动连接在阀门座161内。堵头162的半球面和阀门座161的球面相对应，堵头162圆形的顶面靠近与阀门座161的支撑座163的一端。阀门座161的顶部和无盖浮筒6相连通。

如图5所示，当无盖浮筒6内的气压小于一级主管道1-1的气压时，堵头162向上运动，堵头162和支撑座163接触，支撑座163之间的通道用于连通无盖浮筒6和输气软管4，控制阀门16打开。当无盖浮筒6内的气压大于一级主管道1-1的气压时，堵头162向下运动，堵头162的球形面和支撑座163的球形面接触，控制阀门16关闭。

在本实施例中，无盖浮筒6上缘设有若干个输气软管接口，可根据实际工程需求，多个结构保护模块配置一个活动抽气模块。

工作过程为：初始状态时，活塞5位于无盖浮筒6内，且活塞5未和无盖浮筒6做相对运动，无盖浮筒6内无气体。活塞5和无盖浮筒6相对运动时，无盖浮筒6内的气压小于一级主管道1-1、二级分管道1-2的气压，控制阀门16开启。开始从输气软管4、一级主管道1-1、二级分管道1-2中抽气，此时无盖浮筒6和结构保护模块中的众多管道连通，气体压强一致且小于大气压，此时海水通过进水口3，在气压差作用下被吸入各级输水管道，并沿着各级管道使水体分散均匀。

活塞5继续向下运动，当活塞5带动运动至通气孔14，并将通气孔14打开时，外界气体通过通气孔14进入无盖浮筒6，无盖浮筒6内气压恢复标准大气压，由于结构保护模块中管道中仍小于标准大气压，即无盖浮筒6中气压大于结构保护模块，故控制阀门在压强差作用下关闭。此时被吸入各级输水管道中的海水经洞孔流出。

复位弹簧7推动活塞5继续复位，无盖浮筒6内部气体压强逐渐增大，单向透气膜15在内外气压差作用下，向外排气，直至无盖浮筒6内气体完全排出，活塞5复位。

本发明借助波浪能带动活动抽气模块工作，通过活动抽气模块和结构保护模块间的气压差自动运行，完成吸水排水的过程，无需人员驱动控制，自动化程度高且节约了能源。

实施例2

本实施例提供了一种干湿交替区钢结构保护装置，包括模拟电流模块和实施例1中的阴极保护辅助装置。阴极保护辅助装置和实施例1中的结构相同，本实施例不在重复介绍。结构保护模块中的对称结构板1安装在被保护结构物的外周，且进水口3位于海水中；活动抽气模块中的浮子11放置在海平面上，模拟电流模块和结构保护模块相连接。对称结构板1扣合后，法兰盘2处通过螺栓连接固定，扣合缝以及对称结构板上下边缘处均需进行密封处理，提高整体气密性和水密性。

本实施例中的模拟电流模块为电流输出装置17和对称结构板1上的辅助阳极24，电流输出装置17包括零位接线柱20、正极接线柱21、负极接线柱22和参比电极接线柱23。零位接线柱20接地，正极接线柱21和辅助阳极24相连接，负极接线柱22和被保护结构物相连接，参比电极接线柱23和参比电极相连接。

工作流程为：借助波浪能带动活动抽气模块工作，通过活动抽气模块和结构保护模块间的气压差自动运行，完成吸水排水的过程，保证被保护结构物的外周形成水膜，满足电连续性的条件。负极接线柱22和被保护结构物相连接，正极接线柱21和辅助阳极相连接，保证了被保护结构物的使用寿命。

实施例3

本实施例和实施例2的区别在于模拟电流模块的不同，本实施例中模拟电流模块采用设计的阳极材料孔，如图1和图2所示。此种情况适用于对于预应力结构物，以及一些对结构物氢脆破坏要求较高的结构物。

具体的，在对称结构板1上开设阳极材料孔18，阳极材料孔18贯穿对称结构板1的内侧面和外侧面。在阳极材料孔中安装较活泼金属材料，活泼的金属材料和被保护结构物接触，则腐蚀活泼的金属材料，起到了保护被保护结构物的效果。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种阴极保护辅助装置，其特征在于，包括活动抽气模块和至少一个结构保护模块；

所述结构保护模块包括两块可拆卸连接的对称结构板（1），所述对称结构板（1）内部设有多个一级主管道（1-1），所述一级主管道（1-1）通过洞孔贯通至所述对称结构板（1）的内侧面，所述一级主管道（1-1）的底端设有进水口（3），所述一级主管道（1-1）的顶端通过管道和活动抽气模块相连通，所述管道上设有控制阀门（16）；

所述活动抽气模块包括无盖浮筒（6）和浮子（11），所述无盖浮筒的顶部连接有单向透气膜（15），所述无盖浮筒（6）内连接有活塞（5），所述活塞（5）底面的连杆（8）通过第一曲杆（10）和所述浮子（11）相连。

2.根据权利要求1所述的阴极保护辅助装置，其特征在于，所述对称结构板（1）内部设有多个二级分管道（1-2），所述二级分管道（1-2）和所述一级主管道（1-1）相连通；所述二级分管道通过洞孔贯通至所述对称结构板（1）的内侧面。

3.根据权利要求1所述的阴极保护辅助装置，其特征在于，所述控制阀门（16）包括阀门座（161）和堵头（162），所述堵头（162）活动连接在所述阀门座（161）内；

当所述无盖浮筒（6）内的气压小于所述一级主管道（1-1）的气压时，所述控制阀门（16）打开，当所述无盖浮筒（6）内的气压大于所述一级主管道（1-1）的气压时，所述控制阀门（16）关闭。

4.根据权利要求3所述的阴极保护辅助装置，其特征在于，所述阀门座（161）的底部为半球形，顶部为圆柱形，所述阀门座（161）的顶面设有多个支撑座（163），所述堵头（162）为半球形；所述堵头（162）活动连接在所述阀门座（161）内，所述阀门座（161）的顶部和所述无盖浮筒（6）相连通。

5.根据权利要求1所述的阴极保护辅助装置，其特征在于，所述无盖浮筒（6）的侧面还设有通气孔（14），所述无盖浮筒（6）的侧面滑动连接有活动阀门（13），所述活动阀门（13）和所述通气孔（14）在同一直线上，所述活动阀门（13）通过第二曲杆（12）和所述活塞（5）底面的连杆（8）相连接。

6.根据权利要求1所述的阴极保护辅助装置，其特征在于，所述活塞（5）的底面和所述无盖浮筒（6）之间还设有多个复位弹簧（7）。

7.根据权利要求1所述的阴极保护辅助装置，其特征在于，所述管道靠近所述对称结构板（1）的一端设有防水透气膜。

8.一种干湿交替区钢结构保护装置，其特征在于，包括模拟电流模块和权利要求1-7任意一项所述的阴极保护辅助装置；

所述结构保护模块中的对称结构板（1）安装在被保护结构物的外周，且所述进水口（3）位于水中；所述活动抽气模块中的浮子（11）放置在水面，所述模拟电流模块和所述结构保护模块相连接。

9.根据权利要求8所述的干湿交替区钢结构保护装置，其特征在于，所述模拟电流模块为电流输出装置（17）和安装在所述对称结构板（1）上的辅助阳极（24），所述电流输出装置（17）包括零位接线柱（20）、正极接线柱（21）、负极接线柱（22）和参比电极接线柱（23），所述零位接线柱（20）接地，所述正极接线柱（21）和所述辅助阳极（24）相连接，所述负极接线柱（22）和被保护结构物相连接，所述参比电极接线柱（23）和参比电极相连接。

10.根据权利要求8所述的干湿交替区钢结构保护装置，其特征在于，所述模拟电流模块包括设置在所述对称结构板（1）上的阳极材料孔（18），所述阳极材料孔（18）贯通至所述对称结构板（1）的内侧面；所述阳极材料孔（18）用于安装阳极材料。

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