JP2017518182A - 摩擦攪拌溶接パイプ - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、摩擦攪拌溶接を使用した流体搬送パイプの製造に関する。
[背景技術]
大抵の金属、海事グレードの金属さえも、塩性、汽水性、および、淡水の環境を含む水環境での使用後は、腐食の形跡を示す。腐食は、寒く、深い塩水の中で特に著しい。時間とともに、腐食は、水環境に晒される金属物体の長期的な運用上の維持に不利益になる。
[発明の概要]
本開示は、流体搬送パイプと、FSWプロセスを使用してそのようなパイプを形成するプロセスとについて記載する。流体搬送パイプは、その第1端から第2端まで長さ方向に延びる1又は複数の継ぎ目に沿って共に摩擦攪拌溶接された対向する縁を備えた1つ以上のパイプセグメントから構成される少なくとも1つのパイプセクションから形成される。結果として生じたパイプセクションは、第2バレル内に同軸で同心円状に配置され、1つ以上のスペーサによって互いに間隔を開けて配置された第1バレルを含んでいる。
ここに記載される流体搬送パイプは、流体を搬送するための如何なる所望の用途に利用されても良い。1つの制限しない例において、流体搬送パイプは、海洋熱エネルギ変換(OTEC)プラントにおいて、冷水取水パイプとして使用されても良い。
本開示は、流体搬送パイプ、および、FSWプロセスを用いてそのようなパイプを形成するプロセスを記載する。流体搬送パイプは、1つ以上、例えば、複数のパイプセクションから形成され、各パイプセクションは、第2バレルの内に同軸および同心円状に配置された第1バレルを含んでいる。パイプセクションは、それぞれ、その第1端から第2端まで長さ方向に延びる1又は複数の継ぎ目に沿って共に摩擦攪拌溶接された、対向する縁を備えた1つ以上のパイプセグメントから構成される。結果として生じたパイプセクションは、第2バレル内に同軸で同心円状に配置され、1つ以上のスペーサによって、互いに一定又は任意の間隔で配置された第1バレルを含んでいる。
図2は、バレル12、14を含むパイプセクション10として、同様の方法で構成されるパイプセクション10の別の例示的な実施例を示す。しかしながら、この例において、パイプセクション10は3つのパイプセグメント13a、13b、13cから形成され、そのため、各バレル12、14は、各バレル12、14の所望の直径を形成するために各々が丸くなった3つの別個のプレートから形成される。その後、各バレル12、14は、3枚のプレートの長さ方向に対向する縁を共に固定するために、FSWを使用して個々に形成される。その結果、各バレル12、14は、その第1の長さ方向の端から第2の長さ方向の端まで延びる、3つのFSWの継ぎ目44を含む。
リング60の中央部分66は、第1バレル12の内表面16と第2バレル14の外表面26との間で測定された2つのパイプセクションの径方向の厚さTPより大きい、径方向の厚さTRを有する。中央部分66は、パイプセクションの予期された負荷に応じて有利になるよう、2つのパイプセクション10を相対的に強剛にする。
図14A−Dを参照すると、円周方向の溶接経路の端でFSWツールのピンを除去するのを支援するために、ピン除去特性が利用されてもよい。特に、図14Aを参照すると、FWSツールのピン170が、接続リング90の一端とパイプ50またはパイプセクション10の一端との間の外側の円周方向の溶接経路の一端に接近するにつれ、オフ斜面172は、外部FSW溶接接合部82が始まる、リング90とパイプ/パイプセクションとの間の接合部の外部に、例えば溶接され、固定される。
図14Bを参照すると、ピン170は、溶接82を完了するために、オフ斜面172の方へ向かって移動し続ける。一旦、溶接82が完了すると、ピン170はオフ斜面172に接触し、バレル14/リング90の溶接から、単にオフ斜面172内の溶接に推移するように、斜面表面174を移動する。図14Cは、ピン170がオフ斜面172を上方へ移動するにつれ、バレル14/リング90内へ一部入り込んだピン170を示している。図14Dは、斜面材料内へ十分に入り込んだ、オフ斜面172の端にあるピン170を示している。一旦、ピンがもはやバレル14/リング90接触面を溶接しなくなれば、例えば、パイプからオフ斜面を取り除く機械加工または研磨により、ピン170を撤退させ、オフ斜面172を除去させることができ、或いは、オフ斜面172がパイプの端の利用の邪魔をしない場合、そのままオフ斜面172を残すことができる。
OTCEプラント200のレイアウトは、在来型であり、OTECプラントの構造および動作は、当該技術の当業者に知られている。OTECプラント200は、海洋、海、塩または淡水湖等の、如何なる適切な水域中にも配置されても良い。
Claims (25)
- 流体搬送パイプは、
第2バレル内に同軸で同心円状に配置された第1バレルと、前記第1バレルおよび前記第2バレルの各々が含んでいる内表面、外表面、第1端、および、第2端と、
前記第1バレルの前記内表面は、長さ方向の軸に沿って延びる流体通路を形成し、前記第1バレルの前記外表面は、前記第2バレルの前記内表面から間隔を開けて配置されて、それらの間にギャップを形成し、
前記第2バレルから間隔を開けて第1バレルを配置するために前記ギャップ内に配置されたスペーサと、を含むパイプセクションを備え、
前記第1バレルおよび前記第2バレルの各々は、第1端から第2端まで延びる摩擦攪拌溶接された継ぎ目を含むことを特徴とする流体搬送パイプ。 - 前記第1バレルおよび前記第2バレルは、アルミニウム、アルミニウム青銅、チタン、鋼、銅およびその合金、または、プラスチックから形成されることを特徴とする請求項1に記載の流体搬送パイプ。
- 前記スペーサは、前記第1バレルと前記第2バレルとの間の前記ギャップ内に配置され、前記ギャップを実質的に満たす発泡材を含むことを特徴とする請求項1に記載の流体搬送パイプ。
- 前記スペーサは、前記ギャップ内に配置された複数のスペーサエレメントを含み、前記スペーサエレメントは、円周方向に互いに間隔を開けて配置され、各スペーサエレメントは、前記第1バレルの前記外表面および前記第2バレルの前記内表面に接していることを特徴とする請求項1に記載の流体搬送パイプ。
- 前記第1バレルおよび前記第2バレルは、実質的に円筒状であることを特徴とする請求項1に記載の流体搬送パイプ。
- 前記発泡材は、オープンセル、シンタクチックフォーム、または、独立気泡フォームであることを特徴とする請求項3に記載の流体搬送パイプ。
- 前記ギャップを満たす空気または他のガス、および、水あるいは他の略圧縮不可能/圧縮不可能な流体のうちの1つ以上を更に備え、前記パイプセクションは浮力があることを特徴とする請求項4に記載の流体搬送パイプ。
- 前記第1バレルおよび前記第2バレルの各々は、少なくとも2枚のプレートから形成され、前記第1バレルおよび前記第2バレルの各々の第1端から第2端まで延び、且つ、前記第1バレルおよび前記第2バレルを形成するために少なくとも2枚のプレートを互いに接続する、複数の摩擦攪拌溶接された継ぎ目を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の流体搬送パイプ。
- 前記パイプセクションは、前記第1バレルの少なくとも一部分、前記第2バレルの少なくとも一部分、および、前記スペーサの少なくとも一部分を形成する少なくとも1枚の押し出し成形プレートから形成されることを特徴とする請求項1に記載の流体搬送パイプ。
- 前記流体通路が互いに同軸であるように、互いに端と端とを合わせて接続されたパイプセクションのうちの2つを更に備えることを特徴とする請求項1に記載の流体搬送パイプ。
- 前記2つのパイプセクションは、接続リングによって互いに接続され、前記接続リングは、前記2つのパイプセクションの1つ目のパイプセクションの、前記第1バレルの前記第1端および前記第2バレルの前記第1端へ、円周方向に摩擦攪拌溶接される一端を有し、前記接続リングは、前記2つのパイプセクションの2つ目のパイプセクションの、前記第1バレルの前記第2端および前記第2バレル前記の第2端へ、円周方向に摩擦攪拌溶接される反対端を有することを特徴とする請求項10に記載の流体搬送パイプ。
- 前記接続リングは、前記2つのパイプセクションが互いに相対的に屈曲可能に構成されていることを特徴とする請求項11に記載の流体搬送パイプ。
- 前記接続リングは、前記第1バレルの前記内表面と前記第2バレルの前記外表面との間で測定された、前記2つのパイプセクションの径方向の厚さより大きい径方向の厚さを有することを特徴とする請求項11に記載の流体搬送パイプ。
- 前記第1パイプセクションについては、前記接続リングの前記一端は、その前記第1端で、前記第1バレルと前記第2バレルとの間に配置され、前記一端と前記第1バレルおよび前記第2バレルとの間に、第1の重複接合があり、前記円周方向の摩擦攪拌溶接は、前記第1の重複接合にあり、
前記第2パイプセクションについては、前記接続リングの前記反対端は、その前記第2端で、前記第1バレルと前記第2バレルとの間に配置され、前記反対端と前記第1バレルおよび前記第2バレルとの間に、第2の重複接合があり、前記円周方向の摩擦攪拌溶接は、前記第2の重複接合にあることを特徴とする請求項11に記載の流体搬送パイプ。 - 少なくとも1つのパイプセグメントの内部および外部の壁の、長さ方向に対向する縁における隣接した長さ方向の縁に対する摩擦攪拌溶接によってパイプセクションを形成することにより、各々のバレルの第1端から第2端まで長さ方向に延びる、摩擦攪拌溶接された継ぎ目を各々が含む内部バレルおよび外部バレルを形成することと、
前記内部バレルおよび前記外側バレルは、各々、内表面と外表面とを含み、
前記外部バレル内に、前記内部バレルを、同軸で同心円状にその間にギャップを有して配置することと、前記内部バレルを前記外部バレルから間隔を開けて配置するスペーサを、前記ギャップ内に設けることと、を備えることを特徴とする流体搬送パイプを形成する方法。 - 各々の前記バレルの第1端から第2端まで長さ方向に延びる摩擦攪拌溶接された継ぎ目を、各々の前記バレルに形成するために、1枚以上のプレートでの隣接した長さ方向の縁への摩擦攪拌溶接によって、内部バレルおよび外部バレルを互いに別々に形成することと、前記外部バレル内に前記内部バレルを配置することと、を備えることを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 複数の押し出し成形パイプセグメントの隣接した長さ方向の縁への摩擦攪拌溶接によって前記パイプセクションを形成することを備え、前記押し出し成形パイプセグメントの各々は、ワンピース構造として一体的に形成された前記内部壁、前記外部壁、及び、前記スペーサを含むことを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 前記外部バレルから間隔を開けて前記内部バレルを配置するためにスペーサを使用することは、前記内部バレルと前記外部バレルとの間の前記ギャップを実質的に満たすために、前記内部バレルと前記外部バレルとの間に発泡材を配置することを備えることを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 前記外部バレルから間隔を開けて前記内部バレルを配置するためにスペーサを使用することは、前記内部バレルと前記外部バレルとの間に複数のスペーサエレメントを配置することを備え、前記スペーサエレメントは、互いに円周方向に間隔を置いて配置され、前記スペーサエレメントの各々は、前記内部バレルの外表面および前記外部バレルの内表面に接していることを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 少なくとも2枚のプレートから前記内部バレルおよび前記外部バレルの各々を形成することを備え、少なくとも2枚のプレートを接続するため、前記内部バレルおよび前記外部バレル毎に、前記少なくとも2枚のプレートの隣接した長さ方向の縁を摩擦攪拌溶接し、且つ、前記バレルの各々の前記第1端から第2端まで長さ方向に延びる複数の摩擦攪拌溶接された継ぎ目を、前記バレルの各々に形成することを特徴とする請求項16に記載の方法。
- 前記パイプセクションのうちの2つを形成することと、前記流体通路が互いに同軸であるように前記2つのパイプセクションを接続することと、を更に備えることを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 接続リングによって前記2つのパイプセクションを互いに接続することと、前記接続リングの一端を、前記2つのパイプセクションの1つ目における前記内部バレルの第1端、および、前記外部バレルの前記第1端へ、円周方向に摩擦攪拌溶接することと、前記接続リングの反対端を、前記2つのパイプセクションの2つ目における前記内部バレルの前記第2端、および、外部バレルの第2端へ、円周方向に摩擦攪拌溶接することと、を備えることを特徴とする請求項21に記載の方法。
- 前記2つのパイプセクションが互いに相対的に屈曲可能にするように、前記接続リングは構成されることを特徴とする請求項22に記載の方法。
- 前記第1パイプセクションについては、前記一端と前記内部バレルおよび前記外部バレルの間とに第1の重複接合がある状態で、前記接続リングの前記一端を、その前記第1端で、前記内部バレルと前記外部バレルとの間に配置し、且つ、前記円周方向の摩擦攪拌溶接は、前記第1の重複接合にあり、
前記第2パイプセクションについては、前記反対端と前記内部バレルおよび前記外部バレルとの間に第2の重複接合がある状態で、前記接続リングの前記反対端を、その前記第2端で、前記内部バレルと前記外部バレルとの間に配置し、且つ、前記円周方向の摩擦攪拌溶接は、前記第2の重複接合にあることを特徴とする請求項22に記載の方法。 - 空気または他のガス、および、水あるいは他の略圧縮不可能/圧縮不可能な流体の1つ以上で前記ギャップを満たすことにより、前記パイプセクションの前記浮力を調整することを更に備えることを特徴とする請求項15に記載の方法。
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