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一种悬索桥主缆防腐蚀装置及方法

阅读：277发布：2020-05-22

专利汇可以提供一种悬索桥主缆防腐蚀装置及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种悬索桥主缆防腐蚀装置及方法，该装置包括套装进气夹和排气夹，除湿制氮设备，自动控制系统；进、排气夹内分别安装温湿度传感器，各温湿度传感器连接自动控制系统；进气夹进气口处设有常开式电磁阀，排气夹排气口处设有常闭式电磁阀，且常开、常闭式电磁阀连接自动控制系统；除湿制氮设备包括除湿单元和制氮单元，两者的排气口并联至三通控制阀后与进气夹进气口相连，且两者分别连接自动控制系统。本装置能够监测据主缆内部空间的湿度以及氧含量，并自动选择除湿制氮设备的运行模式，使主缆内部充斥着氮气纯度高于99%的干燥气体，大大延长了桥梁的寿命。，下面是一种悬索桥主缆防腐蚀装置及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种悬索桥主缆防腐蚀装置，其特征在于，包括套装在密封的主缆上的进气夹（1）和排气夹（2），除湿制氮设备（5），以及设有PLC的自动控制系统；
所述的进、排气夹（1、2）内分别安装有温湿度传感器，各个温湿度传感器分别通过RS485通讯线连接自动控制系统的PLC串口；
所述的进气夹（1）的进气口处设有常开式电磁阀，排气夹（2）的排气口处设有常闭式电磁阀，且常开、常闭式电磁阀分别通过交流接触器的控制端连接自动控制系统的PLC输出端；
所述的除湿制氮设备（5）包括除湿单元和制氮单元，两者的排气口并联至三通控制阀后，通过管道与进气夹（1）的进气口相连，且两者分别通过交流接触器的控制端连接自动控制系统的PLC输出端。
2.根据权利要求1所述的一种悬索桥主缆防腐蚀装置，其特征在于，所述的除湿单元主要由转轮除湿机、加压风机依次连接组成。
3.根据权利要求1或2所述的一种悬索桥主缆防腐蚀装置，其特征在于，所述的制氮单元主要由空气压缩机、冷干机、空气净化设备、制氮机依次连接组成。
4.根据权利要求3所述的一种悬索桥主缆防腐蚀装置，其特征在于，所述的制氮机的排气口带有压力调节阀门，制氮机的出口压力为0.1-0.6MPa，压力调节阀门的气体压力调节为4-6KPa。
5.根据权利要求1或2所述的一种悬索桥主缆防腐蚀装置，其特征在于，所述的主缆采用缠包带或密封胶的方式密封。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述装置的防腐蚀方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
（一）利用温湿度传感器实时监测进、排气夹（1、2）内的相对湿度及氧含量，当检测到各个排气夹（2）内的相对湿度的最高值≥45%时，自动控制系统开启除湿单元，且常闭式电磁阀通电，排气夹（2）打开；此时除湿单元产生的干燥气体通过进气夹（1）进入主缆空间，同时主缆空间内的原气体通过排气夹（2）排出；
（二）在除湿单元运行过程中，当检测到各个排气夹（2）内的相对湿度的最高值＜45%时，自动控制系统关闭除湿单元，并开启制氮单元，且常闭式电磁阀保持通电，排气夹（2）保持打开；此时制氮单元产生的纯度高于99%的氮气通过进气夹（1）进入主缆空间，同时主缆空间内的原气体继续通过排气夹（2）排出；
（三）在制氮单元运行过程中，当检测到各个排气夹（2）内的氧含量的最高值＜1%时，自动控制系统关闭制氮单元，且常闭电磁阀断电，排气夹（2）关闭；此时主缆内部充斥着氮气纯度高于99%的干燥气体，并与外界空气相隔绝。

说明书全文

一种悬索桥主缆防腐蚀装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种悬索桥主缆防腐蚀装置及方法，属于桥梁全寿命防护技术领域。

背景技术

[0002] 主缆是悬索桥的生命线，由多束钢丝束组成，而钢丝束由多股高强度镀锌钢丝组成。由于悬索桥使用环境恶劣，多为高温潮湿环境，为保证桥梁的使用寿命，主缆的腐蚀防护尤为重要。主缆的腐蚀速度由其所处的环境所决定，与湿度、温度以及有害介质的存在有关。如：湿度作为决定性因素，当大气的相对湿度在60%以下时，主缆的腐蚀是很轻微的；但当相对湿度增加到某一数值时，主缆的腐蚀速度就会突然升高，这一数值称为临界湿度。当在常温环境时，在大气中的水分、氧和其他污染物的作用下，主缆钢丝发生电化学腐蚀，即钢丝构成原电池的阳极，与大气中的水、氧气发生化学反应变为铁锈，铁锈能够吸收大量水分，致使锈层体积膨胀使腐蚀继续扩展到内部；当在高温环境时，主缆钢丝会发生化学腐蚀，即金属和干燥空气接触后，表面会生成氯化物、硫化物、氧化物等化合物，从而形成对钢丝的化学腐蚀，而钢丝表面的水膜也是加速这个过程的主要因素。

[0003] 现有技术中，悬索桥主缆的防腐蚀装置多采用控制内部空气相对湿度的方式来实现防腐蚀保护目的，通过不断去除空气中水蒸气的含量，来避免在钢丝表面形成水膜致使钢丝腐蚀。此种方法对于减缓主缆的腐蚀速度有一定的作用，但随着桥梁服役期的增加，主缆的腐蚀速度也会逐渐增加，不仅缩短了桥梁的寿命，而且对于整个桥梁的安全也构成威胁。并且，传统的桥梁除湿防腐蚀方法并没有实现自动控制，除湿系统处于连续运行的状态，造成了能源极大的浪费。

[0004] 综上所述，针对以上主缆除湿防腐蚀方法的不足之处，若能有一种装置既能从根本上解决悬索桥主缆的腐蚀问题，又能通过利用自动控制系统来实现，将具有重大的研究意义。

发明内容

[0005] 针对上述现存的技术问题，本发明提供一种悬索桥主缆防腐蚀装置及方法，利用自动控制系统来实现除湿与制氮两种功能的自动切换，为主缆内部提供一个氮气纯度高于99%的不发生腐蚀的环境，以从根本上解决悬索桥主缆的腐蚀问题。

[0006] 为实现上述目的，本发明提供一种悬索桥主缆防腐蚀装置，包括套装在主缆上的进气夹和排气夹，除湿制氮设备，以及设有PLC的自动控制系统；所述的进、排气夹内分别安装有温湿度传感器，各个温湿度传感器分别通过RS485通讯线连接自动控制系统的PLC串口；
所述的进气夹的进气口处设有常开式电磁阀，排气夹的排气口处设有常闭式电磁阀，且常开、常闭式电磁阀分别通过交流接触器的控制端连接自动控制系统的PLC输出端；
所述的除湿制氮设备包括除湿单元和制氮单元，两者的排气口并联至三通控制阀后，通过管道与进气夹的进气口相连，且两者分别通过交流接触器的控制端连接自动控制系统的PLC输出端。

[0007] 进一步，所述的除湿单元主要由转轮除湿机、加压风机依次连接组成。

[0008] 进一步，所述的制氮单元主要由空气压缩机、冷干机、空气净化设备、制氮机依次连接组成。更进一步，所述的制氮机的排气口带有压力调节阀门，制氮机的出口压力为0.1-0.6MPa，压力调节阀门的气体压力调节为4-6KPa。

[0009] 进一步，所述的主缆采用缠包带或密封胶的方式密封。

[0010] 本发明又提供一种上述装置的防腐蚀方法，包括如下具体步骤：（一）利用温湿度传感器实时监测进、排气夹内的相对湿度及氧含量，当检测到各个排气夹内的相对湿度的最高值≥45%时，自动控制系统开启除湿单元，且常闭式电磁阀通电，排气夹打开；此时除湿单元产生的干燥气体通过进气夹进入主缆空间，同时主缆空间内原有的气体通过排气夹排出；
（二）在除湿单元运行过程中，当检测到各个排气夹内的相对湿度的最高值＜45%时，自动控制系统关闭除湿单元，并开启制氮单元，且常闭式电磁阀保持通电，排气夹保持打开；
此时制氮单元产生的纯度高于99%的氮气通过进气夹进入主缆空间，同时主缆空间内原有的气体继续通过排气夹排出；
（三）在制氮单元运行过程中，当检测到各个排气夹内的氧含量的最高值＜1%时，自动控制系统关闭制氮单元，且常闭电磁阀断电，排气夹关闭；此时主缆内部充斥着氮气纯度高于99%的干燥气体，并与外界空气相隔绝。

[0011] 本发明悬索桥主缆防腐蚀装置利用自动控制原理，通过安装在进、排气夹内的温湿度传感器对主缆内部空间的湿度以及氧含量进行实时的监测，并将采集到的数据发送给自动控制系统进行处理和反馈，从而自动选择除湿制氮设备的运行模式。当主缆空间相对湿度的最高值≥45%时，自动控制系统选择除湿单元运行模式；当主缆空间相对湿度的最高值＜45%时，自动控制系统自动切换至制氮单元运行模式；当主缆空间氧含量的最高值＜1%时，自动控制系统停止运行制氮单元，并关闭排气夹，且因进气夹与除湿制氮设备相连而使得进气口的气压稳定，从而保证主缆空间内部与外界空气隔绝，气体压力不变，维持一个不发生腐蚀的环境。

[0012] 综上所述，本发明主要应用在桥梁上，不同于传统的空气除湿方法，引入自动控制系统，使通入主缆内的空气中的水分完全被去除，氧气含量降到低于1%，并以干燥、洁净的高氮气体替代主缆空间内的原气体，为桥梁缆索钢结构创造一个无法发生腐蚀反应的环境，从根本上解决桥梁缆索钢结构发生电化学腐蚀的问题，是一种长效的桥梁防腐方法。

[0013] 传统桥梁除湿防腐方案中，由于除湿系统的输送气体能力有限，进气夹、排气夹的安装距离比较密集，不仅成本大大增加，安装费时费力，对于缆索整体的除湿效果也有一定的影响。相比于现有技术，本发明具有如下优点：1、降低了进气夹、排气夹的安装密度，进气夹和排气夹的安装距离可由原先的200米延长到2000米以上，使得主缆内部的气体输送距离大大延长，从而节约了能源，降低了成本，提高了布置效率。

[0014] 2、能够实时监测据主缆内部空间的湿度以及氧含量，并自动选择除湿制氮设备的运行模式，实现了除湿与制氮两种功能的自动切换，简化了人工操作，提高了主缆内部气体质量控制的精准性。

[0015] 3、能够在主缆内部充斥着氮气纯度高于99%的干燥气体时，通过控制常开、常闭式电磁阀而形成密闭环境，并保持主缆内部的气体压力，从根本上阻止主缆的腐蚀，大大延长了桥梁的寿命。附图说明

[0016] 图1为本发明装置的总体布置图；图2为本发明方法的控制原理图；
图中：1、进气夹，2、排气夹，3、输送管道，4、上横梁，5、除湿制氮设备， 61、两边跨一，
62、两边跨二，7、中跨。

具体实施方式

[0017] 下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不构成对本发明的具体限制。

[0018] 如图2所示，本发明装置包括套装在主缆上的进气夹1和排气夹2，除湿制氮设备6，以及设有PLC的自动控制系统。

[0019] 其中：进、排气夹1、2内分别安装有温湿度传感器，各个温湿度传感器分别通过RS485通讯线连接自动控制系统的PLC串口。其中，进气夹1处的温湿度传感器的主要检测对象是送入主缆空间的气体的相对湿度和氧含量，能够反映除湿单元和制氮单元的工作性能，为工作人员提供参考，便于后续维护。排气夹2处温湿度传感器的主要检测对象是主缆内部空间的气体的相对湿度和氧含量，也是本装置所要控制的参数指标。

[0020] 进气夹1的进气口处设有常开式电磁阀，排气夹2的排气口处设有常闭式电磁阀，且常开、常闭式电磁阀分别通过交流接触器的控制端连接自动控制系统的PLC输出端。

[0021] 除湿制氮设备5包括除湿单元和制氮单元，其中，除湿单元主要由转轮除湿机、加压风机依次连接组成。制氮单元主要由空气压缩机、冷干机、空气净化设备、制氮机依次连接组成。制氮机的排气口带有压力调节阀门，制氮机的出口压力为0.1-0.6MPa，压力调节阀门的气体压力调节为4-6KPa。

[0022] 除湿单元和制氮单元的排气口并联至三通控制阀后，通过管道与进气夹1的进气口相连，且两者分别通过交流接触器的控制端连接自动控制系统的PLC输出端。

[0023] 实施例1：如图1所示，悬索桥主缆外部采用密封胶密封，内部形成一个密闭空间；两边跨一、二
61、62分别为360m、480m，其缆径均为852mm；中跨7为1200m，其缆径为852mm。

[0024] 实施时，该悬索桥主缆需安装两套本发明防腐蚀装置：两个上横梁4处分别安装一个除湿制氮防腐蚀设备5；两边跨一、二61、62的每个缆上分别套装一个进气夹1和两个位于其两侧的排气夹2；中跨7的每个缆上分别套装四个进气夹1、五个排气夹2，且进气夹1和排气夹2交替排列。

[0025] 根据悬索桥主缆的特性，两边跨一、二61、62的送气距离分别为180m、240m，中跨7的送气距离为150m，选择转轮除湿机的出气量为1500 m3/h，加压风机的出口压力为4KPa，3
空气压缩机的产气量为2.5m/min、出口压力为0.85MPa，制氮机的出口压力为0.1-0.6MPa，出口压力调节阀门的调节压力为4-6KPa。

[0026] 当本发明装置送电工作时，排气夹常闭，进气夹常开，温湿度传感器采集到的主缆内部空间的湿度与氧含量的信号通过RS485通讯线传送至自动控制系统的PLC内，通过数据处理，PLC发出控制信号，选择除湿制氮设备的运行模式。当检测到各个排气夹2处的相对湿度的最高值≥45%时，PLC发出控制信号从而选择除湿单元运行模式，同时且常闭式电磁阀通电，排气夹打开，除湿单元产生的气体通过图1所示的输送管道3和进气夹1输送至主缆内部，将主缆内部的原气体通过排气夹2排出。当检测到各个排气夹2处的相对湿度的最高值＜45%时，PLC发出控制信号从而切换至制氮单元运行模式，同时且常闭式电磁阀保持通电，排气夹保持打开，制氮单元将产生纯度高于99%的氮气通过如图1所示的输送管道3和进气夹1输送至主缆内部，将主缆内部原气体通过排气夹2排出。当检测到各个排气夹处氧含量的最高值＜1%时，PLC发出信号控制制氮单元自动停止运行，同时常闭式电磁阀断电，排气夹关闭，由此主缆内部空间与外界空气相隔绝，且内部气体压力在进气夹1和排气夹2的作用下保持不变，形成一个无法发生腐蚀的环境。

[0027] 实施例2：整体布置图与图1类似。悬索桥主缆外部采用缠包带方式密封，内部形成一个密闭空间，需安装两套本发明防腐蚀装置。其中，两边跨一、二61、62分别为460m、491m，其缆径分别为886mm、901mm，两边跨的每个缆分别设置一个进气夹1和两个位于进气夹1两侧的排气夹
2。中跨为1480m，其缆径为886mm，中跨的每个缆分别设置四个进气夹1、五个排气夹2，且进气夹1和排气夹2交替排列。两个上横梁4处分别安装一个除湿制氮防腐蚀设备5。

[0028] 根据悬索桥主缆的特性，两边跨一、二61、62的送气距离分别为230m、245.5m，中跨送气距离为185m，选择转轮除湿机的出气量为1500 m3/h，加压风机的出口压力为4KPa，空气压缩机的产气量为2.5m3/min、出口压力为0.85MPa，制氮机的出口压力为0.1-0.6MPa，出口压力调节阀门的调节压力为4-6KPa。

[0029] 本装置工作过程与实施例1类似，当检测到各个排气夹2处的相对湿度的最高值≥45%时，先利用本装置除湿单元在对室外空气进行除湿、压缩处理后，得到干燥洁净的空气，通过气体输送管道3通入主缆空间。当检测到各个排气夹2处的相对湿度的最高值＜45%时，再利用制氮单元对室外空气进行压缩后，通过冷干机、空气净化设备，得到干燥洁净的空气，再通过制氮设备，除去氧气，使氮气浓度高于99%，最终得到干燥洁净的低氧高氮气体，并通过气体输送管道3通入主缆空间，直至检测到各个排气夹处氧含量的最高值＜1%。上述两步使得密闭的桥梁主缆中原有的潮湿空气被干燥、高氮的气体所取代，此种环境理论上能够完全阻止钢结构的腐蚀，从而大大提高桥梁的寿命。

[0030] 并且在除湿、制氮模式下，排气夹处的常闭式电磁阀始终通电，使得排气夹保持打开，方便主缆内部空间原气体的排除，同时进气夹处的常开式电磁阀一直断电，使得进气夹保持打开，方便除湿后的气体和高纯度氮气通入主缆内部。

[0031] 当本装置停止工作后，常开、常闭式电磁阀均断电，排气夹关闭，防止主缆内的气体与外界流通；而进气夹仍打开，因其直接与除湿制氮设备相连，受该设备的压力影响，故而进气口压力稳定，不会使主缆内的气体与外界流通。从而使得主缆内部空间形成一个密闭的环境，且主缆被浓度高于99%氮气包围而免受腐蚀。

[0032] 此外，可根据环境湿度、缆索长度及控制标准，调节本装置各组件的布局，以及转轮除湿机、加压风机、空气压缩机、制氮设备的具体技术参数以及出口压力的调节范围。

[0033] 以上为具体实施方法，凡在本发明的精神和原则范围内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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