CN117989409A - 一种frp材料修补漏损管道的机械装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种FRP材料修补漏损管道的机械装置及施工方法，属于管道修复技术领域，机械装置包括FRP卷材安装架，FRP卷材安装架上部安装FRP卷材、中空滚涂器、压胶涂抹器，下部与装有动力轮及从动双向轮的滚轮横杆副连接，其余滚轮横杆副两端只安装从动双向轮，滚轮横杆副之间通过滚轮连杆相连，形成闭合环带围绕在管道上，通过遥控控制实现环带沿管道轴向或周向运动、涂抹刷胶、卷材粘贴修补；FRP卷材安装架下部安装液压杆，通过遥控液压杆张紧使环带紧密贴合管道外壁。本发明通过一台装置即可实现卷材拉伸、涂胶、铺贴、辊压操作，机械化水平高，施工精度高，适用于焊接效果不好、无法明火操作、作业空间受限等场景。

Description

一种FRP材料修补漏损管道的机械装置及施工方法

技术领域

本发明属于管道修复技术领域，尤其涉及一种FRP材料修补漏损管道的机械装置及施工方法。

背景技术

在各类建设项目中，不同用途的管道工程占有相当大的比重。管道会因为施工误差、操作失误、环境腐蚀等原因出现局部破损、引发泄漏，需要及时修补。但因为管道自身因素或环境制约等问题，存在常规焊接修补效果不好甚至无法开展明火作业的情况，FRP材料修复技术应运而生。

FRP材料是一种新兴的工程材料，在管道修复相关技术方面仍处于起步阶段，因此现有FRP材料修复技术存在机械化水平低、人工依赖程度高的问题，同时工序较为繁琐，对工人的施工水平和熟练程度有较高要求。当修复较长管道或大截面管道时，还需要多人同时合作方可开展施工，且精度无法保证；另外管道工程修复时常存在施工操作空间受限的情况，工人作业难度显著提高，影响施工效率甚至无法开展施工。为解决上述问题，本发明设计了一种新型的FRP材料修补漏损管道的机械装置及施工方法。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种FRP材料修补漏损管道的机械装置及施工方法，有效解决了传统修补施工存在的依赖人工、工序繁琐、施工精度无法保证、受限空间下无法作业等问题。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种FRP材料修补漏损管道的机械装置，包括遥控器以及FRP卷材安装架，FRP卷材安装架包括分别位于机械装置两侧的一组安装架连杆，安装架连杆是由三根连杆串联形成的开口框架结构，两侧的安装架连杆上部之间安装有相互平行的卷材横轴、中空滚涂器，卷材横轴上安装有FRP卷材，中空滚涂器上安装有遥控压胶涂抹器，同侧的安装架连杆的两根竖向连杆之间安装有遥控液压杆；

还包括多根滚轮横杆副，两侧安装架连杆底部之间安装的两根滚轮横杆副上安装有动力轮以及从动双向轮，其余滚轮横杆副上只在两端部安装有从动双向轮，滚轮横杆副之间通过滚轮连杆串联形成环带围绕在待修复的管道上。

进一步地，所述遥控压胶涂抹器包括安装在中空滚涂器空腔中的胶材储仓，胶材储仓两端设置用于与安装架连杆固定的短轴杆，且其中一个轴杆留设压胶管道；胶材储仓内安装有遥控空气压缩器、压胶活塞、可替换胶材袋，压胶管道两端分别与可替换胶材袋、注胶主管连接，注胶主管上连接有多个注胶细管，注胶细管与布胶扁口连接，布胶扁口上安装有可替换胶刷；注胶主管、注胶细管、布胶扁口及可替换胶刷平行贴近中空滚涂器布置，且可替换胶刷紧贴中空滚涂器。

进一步地，所述动力轮包括遥控穿心电机及麦克纳姆轮，动力轮共计四个，两两成组，分别安装于FRP卷材安装架下部相连的两根滚轮横杆副两端，每个遥控穿心电机均通过遥控器控制各自的麦克纳姆轮转向。

进一步地，所述从动双向轮包括周向大轮及轴向小轮，轴向小轮嵌合固定于周向大轮的表面，且轴向小轮可绕自身中心轴转动，该中心轴与滚轮横杆副垂直；从动双向轮安装于带有动力轮的滚轮横杆副的中部以及无动力轮的滚轮横杆副的两端。

进一步地，所述FRP卷材由增强纤维卷制成束。

进一步地，所述遥控器包括显示屏、机械移动控制键、压胶控制旋钮及液压杆控制旋钮，用于控制机械装置移动、胶材压注、遥控液压杆张紧放松，并通过显示屏显示对应参数。

进一步地，所述滚轮横杆副沿管道周向复数设置，通过横杆螺母与FRP卷材安装架下部相连。

进一步地，所述卷材横轴上通过定位盘片安装固定FRP卷材，卷材横轴两端与安装架连杆通过横杆螺母固定，卷材横轴上还设置有弹簧张紧装置，弹簧张紧装置达到额定张力后部分释放，以保证FRP卷材在铺贴施工时保持紧绷。

一种利用上述FRP材料修补漏损管道的机械装置漏损管道修补方法，包括如下过程：

S1、根据管道尺寸、FRP卷材宽度及修补施工要求，选择相应长度的卷材横轴、中空滚涂器、遥控压胶涂抹器及滚轮横杆副，将动力轮及从动双向轮安装于相应的滚轮横杆副上；

S2、根据管道周长，通过滚轮连杆将各滚轮横杆副串联成长度小于管道周长的环带，并采用横杆螺母及垫片连接牢固；

S3、在卷材横轴中部固定FRP卷材，将遥控压胶涂抹器安装在中空滚涂器上，然后在安装架连杆上安装卷材横轴以及中空滚涂器；将遥控液压杆安装于FRP卷材安装架下部；

S4、将组装好的FRP卷材安装架与滚轮横杆副串联成的环带连接固定，通过遥控器控制遥控液压杆张紧，使环带紧密贴合管道外壁；

S5、通过遥控器控制遥控空气压缩器运动，使得胶材储仓内气压变化，推动压胶活塞挤压可替换胶材袋，将胶材通过压胶管道压入注胶主管中，胶材再依次通过注胶细管、布胶扁口至可替换胶刷上，涂抹在中空滚涂器表面，然后抽取FRP卷材绕过中空滚涂器，将FRP卷材端部采用快干型胶带牢固粘贴于管道外壁；

然后通过遥控器遥控四个麦克纳姆轮以同速度、同方向转动，并带动从动双向轮一同运动，使得机械装置整体沿管道周向运动，实现卷材自动铺贴，与此同时，控制遥控压胶涂抹器压胶速度，使均匀涂抹有胶材的FRP卷材紧密包覆在管道外壁，并通过动力轮辊压铺紧；根据工艺要求完成FRP卷材几道铺贴后，将FRP卷材裁断，本区段管道修补完成；

S6、遥控控制对角布置的两对麦克纳姆轮同速同向转动，同一滚轮横杆副两端的一对麦克纳姆轮同速反向转动，与此同时从动双向轮的轴向小轮绕自身中心轴转动，使得机械装置整体沿管道轴向移动到下个工作区段，重复S5操作。

本发明具有如下有益效果：

本发明通过一台机械装置即可实现卷材拉伸、涂胶、铺贴、辊压等工艺的操作，提高了施工机械化水平，减少了人工成本，提高了施工效率，而且施工精度较人工作业有显著提升；本发明能够适用于焊接效果不好或者无法明火操作的场景，可用于修复圆形、椭圆形、四边形等各种截面的管道，本发明还适合较长管道、较大截面管道、施工操作空间受限等人工作业受限制的情况，灵活方便，应用广泛。本发明贴合建筑施工行业机械化、工业化的发展方向，具有良好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为修补方形管道机械装置剖面图；

图2为修补圆形管道的机械装置剖面图；

图3为FRP卷材安装架俯视图；

图4为滚轮横杆副串联成的环带俯视图；

图5为遥控器示意图；

图6为遥控压胶涂抹器结构组成示意图；

图7为从动双向轮正面示意图；

图8为从动双向轮平面示意图。

图中：1-FRP卷材安装架；11-安装架连杆；12-卷材横轴；13-中空滚涂器；14-遥控压胶涂抹器；15-定位盘片；16-遥控液压杆；141-胶材储仓；142-遥控空气压缩器；143-压胶活塞；144-可替换胶材袋；145-注胶主管；146-注胶细管；147-布胶扁口；148-可替换胶刷；2-滚轮横杆副；21-滚轮横杆；22-横杆螺母；3-滚轮连杆；4-FRP卷材；5-动力轮；51-遥控穿心电机；52-麦克纳姆轮；6-从动双向轮；61-周向大轮；62-轴向小轮；7-管道；8-遥控器；81-显示屏；82-机械移动控制键；83-压胶控制旋钮；84-液压杆控制旋钮。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。本发明所述FRP材料修补漏损管道的机械装置，可以适用于圆形、方形等各种截面管道的修补工程，而本实施例仅仅只展示了其在圆形及方形管道修补时的应用示例，具体如图1、2所示。

如图1、2、5所示，本发明所述FRP材料修补漏损管道的机械装置，包括FRP卷材安装架1、滚轮横杆副2、滚轮连杆3、FRP卷材4、动力轮5、从动双向轮6、遥控器8。

如图1、2、3所示，FRP卷材安装架1分上下部分，上部包括安装架连杆11、卷材横轴12、中空滚涂器13、遥控压胶涂抹器14及定位盘片15；下部包括遥控液压杆16及紧固螺母。

如图1、2、3所示，安装架连杆11布置于机械装置两边，单边的安装架连杆11由三根连杆串联形成开口框架，两边的连杆交点之间分别安装卷材横轴12、中空滚涂器13作为转动轴。卷材横轴12上安装有FRP卷材4，并通过定位盘片15安装固定，卷材横轴12两端穿过连杆交点并通过横杆螺母22固定，卷材横轴12上设置有弹簧张紧装置（达到额定张力后可部分释放），能够保证FRP卷材4在铺贴施工时保持紧绷。

如图1、2、3、6所示，中空滚涂器13中部空腔安放有遥控压胶涂抹器14，遥控压胶涂抹器14包括胶材储仓141、遥控空气压缩器142、压胶活塞143、可替换胶材袋144、注胶主管145、注胶细管146、布胶扁口147及可替换胶刷148。胶材储仓141位于中空滚涂器13空腔中，两端设置短轴杆，用于与安装架连杆11固定，并且其中一个轴杆留设压胶管道；遥控空气压缩器142固定于胶材储仓141内一端，通过遥控器8控制仓内气压变化以推动胶材储仓141内的压胶活塞143，进而挤压胶材储仓141内的可替换胶材袋144，将胶材通过压胶管道压入注胶主管145中，胶材依次通过注胶主管145-注胶细管146-布胶扁口147-可替换胶刷148，实现胶材在中空滚涂器13上均匀分布，完成压胶操作。涂抹装置（包括注胶主管145、注胶细管146、布胶扁口147及可替换胶刷148）平行贴近中空滚涂器13布置，宽度略宽于FRP卷材4，可替换胶刷148紧贴中空滚涂器13。

如图1、2、3、4所示，机械装置两边的安装架连杆11中下部之间均布置有一个遥控液压杆16，并通过紧固螺母安装固定；FRP卷材安装架1下部与装有动力轮5以及从动双向轮6的滚轮横杆副2连接，其余滚轮横杆副2只在两端安装固定从动双向轮6，通过滚轮连杆3将装有动力轮5及从动双向轮6的滚轮横杆副2依次相连，形成闭合的机械装置围绕在待修复的管道7上，通过遥控器8控制遥控液压杆16的张紧放松即可实现机械装置在管道7上的就位，紧密贴合管道7外壁。通过遥控器8遥控动力轮5即可带动从动双向轮6运动，沿管道7轴向运动满足便捷移位，沿管道7周向运动满足卷材自动铺贴。遥控器8能够控制遥控液压杆16的张紧放松、四个动力轮5的分别转动以及胶材的压注滚涂。

如图1、2、4所示，滚轮横杆副2包括滚轮横杆21、横杆螺母22及垫片，滚轮横杆21作为动力轮5及从动双向轮6的转动轴，沿管道7周向复数设置，起始端及末尾端的滚轮横杆21上均安装有动力轮5，且均通过横杆螺母22与FRP卷材安装架1下部相连，可选的，滚轮横杆副2配备多种长度规格，可根据修补施工要求自由选择。

如图4所示，滚轮连杆3安装于滚轮横杆副2端部，用于将穿有动力轮5及从动双向轮6的滚轮横杆副2串联形成可自由滚动的环带围绕在待修复的管道7上。

如图4、7、8所示，动力轮5包括遥控穿心电机51及麦克纳姆轮52，动力轮5共计四个，两两成组，分别安装于FRP卷材安装架1下部相连的两根滚轮横杆副2两端，每个遥控穿心电机51均通过遥控器8控制各自的麦克纳姆轮52转向，四个麦克纳姆轮52以同速度、同方向转动可实现沿管道7的周向绕行；对角布置的两对麦克纳姆轮52同速同向转动，同一滚轮横杆副2两端的一对麦克纳姆轮52同速反向转动，通过与轮轴呈45度的反推力轴向分量（周向分量抵消），可实现沿管道7的轴向运动。

如图4、7、8所示，从动双向轮6包括周向大轮61及轴向小轮62，安装于带有动力轮5的滚轮横杆副2的中部，以及无动力轮5的滚轮横杆副2的两端，周向大轮61绕滚轮横杆副2转动，可实现从动双向轮6沿着管道7周向的运动；轴向小轮62嵌合固定于周向大轮61的表面，保证周向大轮61滚动时始终有足够的轴向小轮62与管道7紧密接触，另外轴向小轮62可绕自身中心轴转动（中心轴与滚轮横杆副2垂直），从而实现从动双向轮6沿着管道7轴向的运动。

FRP卷材4由增强纤维卷制成束，增强纤维可采用包括但不限于玄武岩纤维、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维以及玻璃纤维等材料。

如图5所示，遥控器8包括显示屏81、机械移动控制键82、压胶控制旋钮83及液压杆控制旋钮84，用于控制机械装置移动、胶材压注、遥控液压杆16张紧放松，并通过显示屏81显示对应参数。

利用本发明所述FRP材料修补漏损管道的机械装置进行管道修补的具体方法，包括如下过程：

S1、根据管道7尺寸、FRP卷材4宽度及修补施工要求，选择长度合适的卷材横轴12、中空滚涂器13、遥控压胶涂抹器14及滚轮横杆副2；将动力轮5及从动双向轮6安装于滚轮横杆副2上，在与FRP卷材安装架1连接的滚轮横杆副2的两端安装动力轮5、中间按长度要求安装合适数量的从动双向轮6，在其余滚轮横杆副2两端安装从动双向轮6；

S2、根据管道7周长，按带有动力轮5的滚轮横杆副2-若干只带有从动双向轮6的滚轮横杆副2-带有动力轮5的滚轮横杆副2的顺序，通过滚轮连杆3将各个滚轮横杆副2串联成长度略小于管道周长的环带，并采用横杆螺母22及垫片连接牢固；

S3、组装FRP卷材安装架1：在卷材横轴12中部放置FRP卷材4，通过定位盘片15安装固定；将遥控压胶涂抹器14的胶材储仓141安放于中空滚涂器13的空腔中，将遥控压胶涂抹器14的涂抹装置平行贴近中空滚涂器13、进胶口与胶材储仓141连接牢靠，然后将中空滚涂器13两端穿过连杆交点并通过横杆螺母22固定；将安装架连杆11布置于机械装置两边，并安装上卷材横轴12以及中空滚涂器13；将两个遥控液压杆16安装于FRP卷材安装架1下部两边，遥控液压杆16两端与连杆中下部相连，通过紧固螺母安装固定；

S4、将组装好的FRP卷材安装架1与滚轮横杆副2串联成的环带连接固定，即FRP卷材安装架1下部四根连杆安装固定于两个带有动力轮5的滚轮横杆副2的两端，形成绕管道7周向闭合的机械装置环带；通过遥控器8控制遥控液压杆16张紧，使环带紧密贴合管道7外壁；

S5、利用遥控器8控制遥控压胶涂抹器14压胶及涂抹，使胶材均匀涂布于中空滚涂器13外表面，然后抽取FRP卷材4绕过中空滚涂器13，FRP卷材4端部采用快干型胶带牢固粘贴于管道7外壁；然后遥控四个动力轮5转动绕管道7周向行驶前进，同时控制遥控压胶涂抹器14压胶速度，使均匀涂抹胶材的FRP卷材4紧密包覆在管道7外壁，并采用动力轮进行辊压铺紧；根据工艺要求完成FRP卷材4几道铺贴后，将FRP卷材4裁断，本区段管道修补完成；

S6、遥控四个动力轮5（麦克纳姆轮52）转动，沿管道7轴向移动到下个工作区段，重复S5操作。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种FRP材料修补漏损管道的机械装置，其特征在于，包括遥控器（8）以及FRP卷材安装架（1），FRP卷材安装架（1）包括分别位于机械装置两侧的一组安装架连杆（11），安装架连杆（11）是由三根连杆串联形成的开口框架结构，两侧的安装架连杆（11）上部之间安装有相互平行的卷材横轴（12）、中空滚涂器（13），卷材横轴（12）上安装有FRP卷材（4），中空滚涂器（13）上安装有遥控压胶涂抹器（14），同侧的安装架连杆（11）的两根竖向连杆之间安装有遥控液压杆（16）；

还包括多根滚轮横杆副（2），两侧安装架连杆（11）底部之间安装的两根滚轮横杆副（2）上安装有动力轮（5）以及从动双向轮（6），其余滚轮横杆副（2）上只在两端部安装有从动双向轮（6），滚轮横杆副（2）之间通过滚轮连杆（3）串联形成环带围绕在待修复的管道（7）上。

2.根据权利要求1所述的FRP材料修补漏损管道的机械装置，其特征在于，所述遥控压胶涂抹器（14）包括安装在中空滚涂器（13）空腔中的胶材储仓（141），胶材储仓（141）两端设置用于与安装架连杆（11）固定的短轴杆，且其中一个轴杆留设压胶管道；胶材储仓（141）内安装有遥控空气压缩器（142）、压胶活塞（143）、可替换胶材袋（144），压胶管道两端分别与可替换胶材袋（144）、注胶主管（145）连接，注胶主管（145）上连接有多个注胶细管（146），注胶细管（146）与布胶扁口（147）连接，布胶扁口（147）上安装有可替换胶刷（148）；注胶主管（145）、注胶细管（146）、布胶扁口（147）及可替换胶刷（148）平行贴近中空滚涂器（13）布置，且可替换胶刷（148）紧贴中空滚涂器（13）。

3.根据权利要求2所述的FRP材料修补漏损管道的机械装置，其特征在于，所述动力轮（5）包括遥控穿心电机（51）及麦克纳姆轮（52），动力轮（5）共计四个，两两成组，分别安装于FRP卷材安装架（1）下部相连的两根滚轮横杆副（2）两端，每个遥控穿心电机（51）均通过遥控器（8）控制各自的麦克纳姆轮（52）转向。

4.根据权利要求3所述的FRP材料修补漏损管道的机械装置，其特征在于，所述从动双向轮（6）包括周向大轮（61）及轴向小轮（62），轴向小轮（62）嵌合固定于周向大轮（61）的表面，且轴向小轮（62）可绕自身中心轴转动，该中心轴与滚轮横杆副（2）垂直；从动双向轮（6）安装于带有动力轮（5）的滚轮横杆副（2）的中部以及无动力轮（5）的滚轮横杆副（2）的两端。

5.根据权利要求1所述的FRP材料修补漏损管道的机械装置，其特征在于，所述FRP卷材（4）由增强纤维卷制成束。

6.根据权利要求1所述的FRP材料修补漏损管道的机械装置，其特征在于，所述遥控器（8）包括显示屏（81）、机械移动控制键（82）、压胶控制旋钮（83）及液压杆控制旋钮（84），用于控制机械装置移动、胶材压注、遥控液压杆（16）张紧放松，并通过显示屏（81）显示对应参数。

7.根据权利要求1所述的FRP材料修补漏损管道的机械装置，其特征在于，所述滚轮横杆副（2）沿管道（7）周向复数设置，通过横杆螺母（22）与FRP卷材安装架（1）下部相连。

8.根据权利要求1所述的FRP材料修补漏损管道的机械装置，其特征在于，所述卷材横轴（12）上通过定位盘片（15）安装固定FRP卷材（4），卷材横轴（12）两端与安装架连杆（11）通过横杆螺母（22）固定，卷材横轴（12）上还设置有弹簧张紧装置，弹簧张紧装置达到额定张力后部分释放，以保证FRP卷材（4）在铺贴施工时保持紧绷。

9.一种利用权利要求4所述FRP材料修补漏损管道的机械装置漏损管道修补方法，其特征在于，包括如下过程：

S1、根据管道（7）尺寸、FRP卷材（4）宽度及修补施工要求，选择相应长度的卷材横轴（12）、中空滚涂器（13）、遥控压胶涂抹器（14）及滚轮横杆副（2），将动力轮（5）及从动双向轮（6）安装于相应的滚轮横杆副（2）上；

S2、根据管道（7）周长，通过滚轮连杆（3）将各滚轮横杆副（2）串联成长度小于管道周长的环带，并采用横杆螺母（22）及垫片连接牢固；

S3、在卷材横轴（12）中部固定FRP卷材（4），将遥控压胶涂抹器（14）安装在中空滚涂器（13）上，然后在安装架连杆（11）上安装卷材横轴（12）以及中空滚涂器（13）；将遥控液压杆（16）安装于FRP卷材安装架（1）下部；

S4、将组装好的FRP卷材安装架（1）与滚轮横杆副（2）串联成的环带连接固定，通过遥控器（8）控制遥控液压杆（16）张紧，使环带紧密贴合管道（7）外壁；

S5、通过遥控器（8）控制遥控空气压缩器（142）运动，使得胶材储仓（141）内气压变化，推动压胶活塞（143）挤压可替换胶材袋（144），将胶材通过压胶管道压入注胶主管（145）中，胶材再依次通过注胶细管（146）、布胶扁口（147）至可替换胶刷（148）上，涂抹在中空滚涂器（13）表面，然后抽取FRP卷材（4）绕过中空滚涂器（13），将FRP卷材（4）端部采用快干型胶带牢固粘贴于管道（7）外壁；

然后通过遥控器（8）遥控四个麦克纳姆轮（52）以同速度、同方向转动，并带动从动双向轮（6）一同运动，使得机械装置整体沿管道（7）周向运动，实现卷材自动铺贴，与此同时，控制遥控压胶涂抹器（14）压胶速度，使均匀涂抹有胶材的FRP卷材（4）紧密包覆在管道（7）外壁，并通过动力轮（5）辊压铺紧；根据工艺要求完成FRP卷材（4）几道铺贴后，将FRP卷材（4）裁断，本区段管道修补完成；

S6、遥控控制对角布置的两对麦克纳姆轮（52）同速同向转动，同一滚轮横杆副（2）两端的一对麦克纳姆轮（52）同速反向转动，与此同时从动双向轮（6）的轴向小轮（62）绕自身中心轴转动，使得机械装置整体沿管道（7）轴向移动到下个工作区段，重复S5操作。