CN113858662A - 一种温差能深海取水管道及其制备方法 - Google Patents

一种温差能深海取水管道及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种温差能深海取水管道及其制备方法，属于新能源开发技术领域。管道包含内玻璃钢、中空骨架层以及外玻璃钢三层复合间隙式结构。制备过程为：首先，将玻璃纤维布分别缠绕在内模和骨架层上；其次，将外模+玻璃纤维布+骨架层+玻璃纤维布+内模紧密贴合后，置于真空袋中，注入口连接装有不饱和酸树脂的容器，出气口经集液器连接真空泵；最后，抽真空，待真空稳定后放开注入口阀门，将不饱和酸树脂注入模具中，静置后开模得到产品。本发明结构简单，能够应用于海洋温差能发电以及其他需要深海输运的装备；制备过程能够保证管道的完整性和强度，传统管道相比具有质量更轻，强度更大的特点。

Description

一种温差能深海取水管道及其制备方法
技术领域
本发明属于新能源开发技术领域，涉及一种温差能发电技术，主要是关于温差能发电装置中深海取水管道的设计和制备技术。具体为设计一种轻质高强、高保温性的深海取水间隙式复合套管，利用真空导流技术，制备外玻璃钢+中空骨架层+内玻璃钢的复合管的方法。
背景技术
海洋开发是我国的重要战略方向，海洋能源的利用是海洋工程的核心之一。在远海工程中，如何维持持续的能源供应是难点。温差能发电利用海洋深层低温海水的冷却作用，实现电能的持续产生，温差能发电是风能、波浪能以及其他新能源发电的重要补充。深海取水管道的设计与制备是温差能发电的核心技术之一，也是本发明的主要内容。海洋环境中，波、浪、流循环载荷，深海静水压力以及腐蚀环境对管道的强度、保温性以及防污、腐能力提出了极高的要求。因此，设计和制备同时具备高强度、高保温性以及高防污、腐能力的管道是温差能发电的关键技术之一。
目前，取水管道的设计实施方案有钢制管道、玻璃钢管道，这些管道由于质量过高，不便于海洋施工，而且需要添加特殊的保温层，结构繁琐。
因此，本发明提出一种外玻璃钢+中空骨架层+内玻璃钢复合管道是一种新型管道形式，玻璃钢具有极高的强度以及防污、腐能力，中空骨架层的设计有利于降低管道的质量，同时间隙式结构有利于管道的保温。
发明内容
本发明的目的是设计并且制备一类深海取水的高强、保温管道，由外玻璃钢+中空骨架层+内玻璃钢复合而成。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种温差能深海取水管道的制备方法，该方法利用真空导流的方法制备具有高强、保温性能的复合管道，包括以下步骤：
A)制备中空骨架层3：将中空骨架管内外表面充分清洗、抛磨。
B)制备管内外模具：在内模具5、外模具1上涂覆涂膜剂，并将中空骨架管置于内模具5、外模具1之间，且内模具5、外模具1均与中空骨架管之间留有空腔。其中，内模具5与中空骨架层3之间的空腔内用于注入内层玻璃纤维增强树脂4，外模具1与中空骨架层3之间的空腔内用于注入外层玻璃纤维增强树脂2。所述内模具5、外模具1为中空圆柱体结构。
C)铺设碳/玻璃纤维层：按照中空骨架管内外表面的尺寸切割碳/玻璃纤维布，并在中空骨架层3内外两侧各紧密缠绕10层碳/玻璃纤维布，其中外层纤维布缠绕在骨架层上，内层纤维布缠绕在内模具5表面上。
D)整合真空模具：先在中空骨架层3表面的碳/玻璃纤维布表层依次铺设脱模布、导流网、导流管，再将中空骨架层3置于内模具5、外模具1之间，进而将中空骨架层3、内模具5、外模具1按附图1整合形成整体结构。
E)将整合后的整体结构套入真空袋6中；在真空袋6下端两个层间开设注入口，注入口连接树脂容器7，其中两个层间为内外模具和中空骨架层3之间的空腔；在真空袋6上端两个层间开口，连接树脂集液器8和真空泵9，用于抽气和收集多余树脂，其中两个层间为内外模具和中空骨架层3之间的空腔。
F)抽真空、垂直导入玻璃纤维增强树脂：将真空袋6体系内的空气抽空后，打开下方连接树脂容器的阀门，玻璃纤维增强树脂将会自下而上注入内模具5 和外模具1与中空骨架层3形成的腔体中。待玻璃纤维增强树脂填满腔体，多余玻璃纤维增强树脂从真空袋6上口溢出，进入集液器8中后关闭下阀门，停止注入；
G)成型、脱模：静置24小时脱去内模具5、外模具1和真空材料，得到由外层玻璃纤维增强树脂+中空骨架层+内层玻璃纤维增强树脂复合而成的具有高强度、高保温性能的管道。
进一步地，在步骤A)中，所述的中空骨架层采用高强度聚氯乙烯中空骨架管，是一种在一定的温度和压力下经过挤出成型的高抗压、高冲击强度硬质管道。
进一步地，在步骤B)中，操作房间应避免阳光直射，脱模剂需要擦拭3 遍，每次间隔15分钟，最后一遍需要放置1个小时。
进一步地，在步骤C)中，用浸渍胶涂抹使碳纤维与中空骨架层平整贴合；碳/玻璃纤维布螺旋铺设。
进一步地，在步骤D)中，内、外模具与铺设好碳/玻璃纤维的中空骨架层刚好贴合，碳/玻璃纤维层的厚度为5mm。
进一步地，在步骤E)中，在真空负压状态下进行垂直导流，上端两个层间开口需要连接到同一个真空泵中，保证同一压强。
进一步地，在步骤F)中，真空垂直导流时，将树脂和固化剂按100：30 的比例进行调配，树脂的总质量＝碳/玻璃纤维布的总重量。
进一步地，在步骤G)中，真空垂直导流结束后，将所有进出口阀门关紧，在封闭真空的环境下静置24小时。
一种采用上述方法制备的温差能深海取水管道，所述的管道为间隙式复合套管结构，外层为玻璃钢、内层为玻璃钢、内外层之间为中空骨架层，能够满足海洋温差能深海取水管道的强度和保温要求。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的新型管道真空垂直导流的制造工艺，在真空负压状态下树脂均匀分布，无多余的树脂，制成的管道中的气泡极少。制备品一次成型，保证了管道的完整性和强度。而目前大多采用的是平面真空导流技术，难以解决制备管道玻璃钢的技术问题。
本发明制得的冷水管道具有外玻璃钢+中空骨架层+内玻璃钢复合结构，即具有轻质高强以及间隙保温的多层结构。本发明管道内外为各有10层碳/玻璃纤维布的玻璃钢，与传统管道相比具有质量更轻，强度更大的特点。制得的复合冷水管具有有效实现冷海水的抽取，应用于海洋温差能发电技以及其他需要深海输运的装备，在海洋资源开发里有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明管道示意图。
图2为本发明管道加工示意图。
图3为本发明制备管道的概念设计图(a)和实物加工图(b)。
图中：1外模具；2外层玻璃纤维增强树脂；3中空骨架层；4内层玻璃纤维增强树脂；5内模具；6真空袋；7树脂容器；8集液器；9真空泵；10外玻璃钢；11中空骨架层；12内玻璃钢。
具体实施方式
下面通过具体实施案例对本发明所述深海取水复合管道的制备方法进一步说明。
本发明的内容是设计并且制备一类深海取水用高强、保温管道，由外玻璃钢+中空骨架层+内玻璃钢复合而成。首先，中空间隙结构采用硬质中空骨架层3，将其内外表面预清理；将10层玻璃纤维布2缠绕在骨架层3上，最外层铺设导流网，然后将不锈钢外模套1在玻璃纤维布外层，保证玻璃纤维布紧实；在不锈钢内模5外表面涂抹脱模剂，铺设导流网，缠绕10层玻璃纤维布4，然后将不锈钢内模连同纤维布***中空骨架层内壁。其次，将外模1+外层纤维布2+中空骨架层3+内层纤维布4+内模5，整体套入真空袋6中，上端圆面对称位置加开出气口，连接集液器8和真空泵9，下端圆面内层和外层加开注入口，注入口连接不饱和酸树脂容器7。最后，将注入口管路封闭，通过排气口进行抽真空，待真空稳定后，将配置好的不饱和酸树脂由注入口注入7，待填满模具后，静置 24小时脱模，检查管壁内外层完整性。
制备的温差能深海取水管道如图1所示，具体步骤如下：
A)准备玻璃纤维布、不饱和酸树脂以及真空导流用管路、密封、集液器以及真空泵等；
准备中空骨架层3，并将其内外表面充分清洗、抛磨；
准备内模具5，外模具1；
B)将内模具5表面涂抹脱模剂、布设导流网，然后将10层碳/玻璃纤维布紧密缠绕在内模具5表面，形成整体结构；
将中空骨架层3拼合到整体外层；
在中空骨架层3外侧缠绕10层玻璃纤维布，最外层设导流网，将整体结构加上外层玻璃纤维布和导流网塞入外模具1中，形成整体结构；
将整体结构套入真空袋6中，下端两个层间开设注入口，连接树脂容器7；上端两个层间开口，作为抽气口和多余树脂溢出用；
C)利用阀门关闭下口，上口连接真空泵9，抽真空；
待真空稳定后，下口连接树脂容器，放开阀门，树脂将会注入内模具5和外模具1与骨架层3形成的腔体中；待树脂填满腔体，多余树脂从上口溢出，进入集液器8中后关闭下阀门，停止注入；
静置24小时脱去外模具1和内模具5，得到由外玻璃钢+中空骨架层+内玻璃钢复合而成的具有高强度、高保温性能的管道。
图3为本发明的长距离深海取水管道的概念设计图和实际加工图。图中可以看出，玻璃钢可以提供高强度、高防腐防污性能，满足深海取水管道对强度以及抗污腐性能的要求。中空骨架层可以提供高保温能力，防止深海冷水的温升，保证温差能发电效率，
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种温差能深海取水管道的制备方法，其特征在于，利用真空导流法制备具有高强、保温性能的复合管道，包括以下步骤：
A)将中空骨架管内外表面进行清洗、抛磨，得到中空骨架层3；
B)在内模具5、外模具1上涂覆涂膜剂，并将中空骨架管置于内模具5、外模具1之间，且内模具5、外模具1均与中空骨架管之间留有空腔；其中，内模具5与中空骨架层3之间的空腔内用于注入内层玻璃纤维增强树脂4，外模具1与中空骨架层3之间的空腔内用于注入外层玻璃纤维增强树脂2；
C)铺设碳/玻璃纤维层：按照中空骨架管内外表面的尺寸切割碳/玻璃纤维布，并在中空骨架层3内外两侧各紧密缠绕10层碳/玻璃纤维布，其中外层纤维布缠绕在中空骨架层3上，内层纤维布缠绕在内模具5上；
D)整合真空模具：先在中空骨架层3表面的碳/玻璃纤维布表层依次铺设脱模布、导流网、导流管，再将中空骨架层3置于内模具5、外模具1之间，最终整合形成整体结构；
E)将整合后的整体结构套入真空袋6中；在真空袋6下端两个层间开设注入口，注入口连接树脂容器7，在真空袋6上端两个层间开口，连接树脂集液器8和真空泵9，用于抽气和收集多余树脂；所述两个层间为内外模具和中空骨架层3之间的空腔；
F)抽真空、垂直导入玻璃纤维增强树脂：将真空袋6体系内的空气抽空后，打开下方连接树脂容器的阀门，玻璃纤维增强树脂自下而上注入内模具5和外模具1与中空骨架层3形成的腔体中；待玻璃纤维增强树脂填满腔体，多余玻璃纤维增强树脂从真空袋6上口溢出，进入集液器8中后关闭下阀门，停止注入；
G)成型、脱模：静置后脱去内模具5、外模具1和真空材料，得到由外层玻璃纤维增强树脂+中空骨架层+内层玻璃纤维增强树脂复合而成的具有高强度、高保温性能的管道。
2.根据权利要求1所述的一种温差能深海取水管道的制备方法，其特征在于，在步骤A)中，所述的中空骨架层采用聚氯乙烯中空骨架管。
3.根据权利要求1所述的一种温差能深海取水管道的制备方法，其特征在于，步骤B)操作过程中避免阳光直射，脱模剂需要擦拭多遍，每次间隔15分钟，最后擦拭后放置1个小时。
4.根据权利要求1所述的一种温差能深海取水管道的制备方法，其特征在于，在步骤D)中，所述的碳/玻璃纤维层的厚度为5mm。
5.根据权利要求1所述的一种温差能深海取水管道的制备方法，其特征在于，在步骤E)中，在真空负压状态下进行垂直导流，上端两个层间开口需要连接到同一个真空泵中，保证同一压强。
6.根据权利要求1所述的一种温差能深海取水管道的制备方法，其特征在于，在步骤F)中，所述的玻璃纤维增强树脂的总质量等于碳/玻璃纤维布的总重量。
7.根据权利要求1所述的一种温差能深海取水管道的制备方法，其特征在于，在步骤G)中，静置时间为24小时。
8.一种采用上述方法制备的温差能深海取水管道，其特征在于，所述的温差能深海取水管道由权利要求1-7任一所述的制备方法制备得到的，管道为间隙式复合套管结构，外层为玻璃钢、内层为玻璃钢、内外层之间为中空骨架层，能够满足海洋温差能深海取水管道的强度和保温要求。
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