專利名稱：一種用于陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型通常涉及陰極保護(hù)系統(tǒng)，更具體地涉及用于保護(hù)海洋應(yīng)用中的建筑物的外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
陰極保護(hù)用于保護(hù)海上建筑物和水中建筑物時，采用各種犧牲陽極系統(tǒng)和外加電流陽極系統(tǒng)。外加電流陽極系統(tǒng)用于需要較高直流電的應(yīng)用以及用于海上石油平臺及鋼結(jié)構(gòu)和其他金屬結(jié)構(gòu)的浸水部分等現(xiàn)有設(shè)施的改進(jìn)。外加電流陰極保護(hù)海上陽極的現(xiàn)有技術(shù)通常稱為陽極柵。基本概念是使用標(biāo)準(zhǔn)陽極，例如現(xiàn)有形狀的非海洋應(yīng)用的陽極，并將陽極安裝在例如加重混凝土和某種柵上。陽極與鐵路鋼軌一樣簡單，近期采用硅鐵陽極、石墨陽極、鍍鉬陽極和混合金屬氧化物陽極。陽極通常呈管狀，在某些應(yīng)用中呈板狀?，F(xiàn)有技術(shù)陽極與一條或多條電纜連接，由于陽極的形狀和結(jié)構(gòu)，通常必須在將其安裝在柵上之前在工廠使其與電纜連接。大部分現(xiàn)有技術(shù)陽極必須完全組裝，在某些情況下，從工廠運(yùn)送陽極組件之前，必須澆鑄混凝土來加重支撐材料。連接電纜和可能澆鑄混凝土的要求增加了陽極成本和運(yùn)費(fèi)，同時還限制陽極布線的靈活性。本實(shí)用新型受讓人賓夕法尼亞州Doylestown的Matcor, Inc.公司提供了海上應(yīng)用的各種陽極組件。所述組件稱為海底陽極或海床陽極，主要使用安裝在垂直方向或水平方向的實(shí)心棒狀和管狀陽極。陽極是包含陽極電纜連接和混凝土加重材料的組件的組成部分。盡管混凝土材料可現(xiàn)場澆鑄，但是這比較困難，所以建議進(jìn)行工廠連接。陽極柵的成品重量范圍介于1000磅到5000多磅之間。在重載情況下更希望采用現(xiàn)有技術(shù)陽極柵，以防止陽極柵在海底移位或移動。如果陽極柵容易移動，陽極柵可從受保護(hù)建筑物移動較遠(yuǎn)距離，從而損壞或斷開連接陽極柵的電力電纜。采用海洋陽極柵的另一個問題是將活性陽極保持在海底上方。如果陽極柵下沉或被泥或砂覆蓋，陽極的性能會受到影響，保護(hù)直流電可能不會流至預(yù)計保護(hù)的建筑物。盡管上述陽極系統(tǒng)運(yùn)行良好，其性能和耐用性也有限制。在許多應(yīng)用中，直流電輸出要求可達(dá)幾百到一千安培或更多。傳統(tǒng)管狀、棒狀或板狀陽極的電流輸出限于陽極表面區(qū)域。為了補(bǔ)償各陽極的電流限制，必須使用更多陽極和更長的陽極。然而，為了使陽極之間不產(chǎn)生干擾，額外陽極不能相互間隔太近。為了使傳統(tǒng)陽極間隔更遠(yuǎn)，需要更大的陽極柵組件。由于上述原因，一般做法是使用額外陽極柵。傳統(tǒng)柵型陽極組件的另一個限制是海洋環(huán)境中各元素的物理阻力，特別是當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)陽極柵放置在海底，受到激烈水流、碎片和冰的作用時。直流電需求可能要求陽極表面區(qū)域大于任何一個管狀陽極，具有兩個、三個或多個混合金屬氧化物陽極很正常，每個陽極直徑一英寸，達(dá)五英寸長。所述陽極的支架和固定陽極所需的混凝土平臺可能較大，并且具有較大的水流阻力，因此會受到碎片和潮汐作用的損壞。為了使陽極遠(yuǎn)離海底污泥并將其保持在海底污泥上方，某些陽極柵具有提升陽極的結(jié)構(gòu)。所述結(jié)構(gòu)會發(fā)生力矩臂損壞或在鏈上自由浮動，所述安裝類型的應(yīng)力也可能造成故障。因此，目前需要克服現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)的海洋陽極。本實(shí)用新型解決所述要求。

實(shí)用新型內(nèi)容根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，提供了一種用于外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)等陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極組件，以保護(hù)置于海洋等具有水床的水體中的建筑物。所述陽極組件設(shè)置為置于所述水體的所述水床上，以保護(hù)所述建筑物，所述陽極組件包括陽極、陽極支架和基極。所·述陽極組件設(shè)置為通過電導(dǎo)體與所述陰極保護(hù)系統(tǒng)電連接。所述陽極組件的所述基極包括一種加重構(gòu)件，例如充滿混凝土的玻璃纖維空心體，且設(shè)置為置于所述水體的所述水床上。所述陽極呈球形，包括具有外球面的空心體。所述陽極支架最好是包括從所述基極向上突出且具有頂部的伸長管等伸長構(gòu)件的整體式構(gòu)件。所述陽極安裝(例如焊接)至所述伸長構(gòu)件的所述頂部，因此所述陽極置于所述水體的所述水床上方。

圖I為根據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)造且顯示為置于海床上的陽極組件的一個示例性實(shí)施例的側(cè)視正視圖；圖2為如圖I所示的陽極組件的等距視圖；圖3為形成圖I和圖2所示陽極組件的一部分的陽極與陽極支架整體式組件的放大側(cè)視正視圖(局部為垂直剖視圖)；圖4為沿圖3中線4-4截取的剖視圖；圖5為形成圖I和圖2所示陽極組件的一部分的接線插座的放大側(cè)視正視圖；圖6為如圖5所示的接線插座的俯視平面圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)參考各附圖，其中相同的參考符號表示相同的部件，圖I顯示用于外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)(僅顯示其導(dǎo)電電纜10)的陽極組件20。所述系統(tǒng)可用于保護(hù)海洋環(huán)境中的任何建筑物，例如海上鉆井平臺、碼頭、支墩、水下管道等。陽極組件20主要包括陽極22、陽極支撐結(jié)構(gòu)24和加重基極或柵26。陽極22安裝在陽極支撐結(jié)構(gòu)24頂部。加重基極26包括空心構(gòu)件28，例如玻璃纖維外殼或者外罩，所述陽極支撐結(jié)構(gòu)的一部分置入空心構(gòu)件28內(nèi)，所述空心構(gòu)件充滿壓載物，例如混凝土 30，以形成設(shè)置為置于海床上的加重基極或柵，因此所述陽極位于所述海床上方的水中。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所了解，根據(jù)上述描述，本實(shí)用新型的陽極組件20是一種具有比現(xiàn)有技術(shù)更多優(yōu)點(diǎn)的高效改進(jìn)外加電流陽極系統(tǒng)。特別的是，所述陽極組件構(gòu)造非常簡單，容易組裝且安裝在海洋位置。另外，非常重要的是，所述陽極組件包括球形陽極。所述布置具有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，球形活性陽極是最具有電效率的陽極，且在容積計量結(jié)構(gòu)中形成最大可用表面區(qū)域。為了通過使用管或平板(如傳統(tǒng)海洋陽極系統(tǒng)中可見)制成成型表面區(qū)域，需要更大的實(shí)際平面區(qū)域。另外，本實(shí)用新型的球形陽極具有最低水流物理阻力且受水中殘留物損壞的風(fēng)險較低。更進(jìn)一步的是，所述陽極組件的構(gòu)造考慮到較小空間的較高直流電輸出。由于本實(shí)用新型陽極的直流電額定值可高于現(xiàn)在使用的傳統(tǒng)海洋陽極的直流電額定值，很少陽極組件可用于保護(hù)特定建筑物。如上文所述，陽極組件20包括整體支撐結(jié)構(gòu)24。所述結(jié)構(gòu)最好由焊件(由各種鈦或其他金屬部件構(gòu)成)組成。所述陽極及其焊件鈦制支撐結(jié)構(gòu)的整體組件大大減少了陽極組件基極所需的零件數(shù)量。另外，本實(shí)用新型陽極組件的結(jié)構(gòu)并入插座32，將在下文參考圖5和圖6描述插座32，插座32用作端口，以實(shí)現(xiàn)直流供電電纜10至陽極組件20的連接。連接端口的構(gòu)造使得可進(jìn)行連接，并且可在現(xiàn)場有效實(shí)現(xiàn)防水密封。容納金屬陽極支撐結(jié)構(gòu)24的玻璃纖維外殼28也用作現(xiàn)場澆筑加重和支撐混凝土 30的模具。事實(shí)上，所述玻璃纖維模具可連同用于額外加重或加高混凝土的現(xiàn)場組裝模具一起使用。最后，安裝比采用舊型柵陽極的安裝容易。 根據(jù)本實(shí)用新型的一個優(yōu)選方面，球形陽極22的直徑可為I英尺、3英尺或更大或更小。另外，所述陽極最好(但非強(qiáng)制性)為壁厚較薄(例如0.25英寸)的空心體，而且最好充滿非導(dǎo)電性填料，例如環(huán)氧樹脂、玻璃纖維化合物、樹脂或聚合物、致密固體泡沫等，使其具有硬度和強(qiáng)度。示例性實(shí)施例顯示所述陽極由鈦制成，其外球面為混合金屬氧化物34鍍層，例如通常用于外加電流陰極保護(hù)陽極。陽極基極材料也可為鈮或其他貴金屬，活性陽極鍍層可為鉬或氧化鉬。最佳如圖3可見，陽極22最好是整體式組件的一部分，例如鈦等金屬材料制成的較大焊件。所述較大焊件包括此前確定的支撐結(jié)構(gòu)24。示例性實(shí)施例中顯示所述支撐結(jié)構(gòu)主要包括直立管狀構(gòu)件36，直立管狀構(gòu)件36具有牢固固定(例如焊接)至球形陽極22底部的頂部38以及牢固固定(例如焊接)至大體平面板42的底部40。若干角撐板44牢固固定于管狀構(gòu)件36的相應(yīng)部分與板42的相應(yīng)部分之間，以使所述支撐組件具有硬度。為了提供額外硬度，直立管狀構(gòu)件36可充滿硬化填料和鋼筋條，例如玻璃纖維棒(未顯示)。根據(jù)本實(shí)用新型的一個優(yōu)選方面，直立構(gòu)件36、板42和角撐板44均由鈦形成。與陽極22不同，直立構(gòu)件36、板42和角撐板44沒有混合金屬氧化物鍍層，因為直立構(gòu)件36、板42和角撐板44不需要形成所述陽極的一部分或用于放電。直立構(gòu)件36、板42和角撐板44的唯一作用是使陽極22保持在海床46 (圖I)上方的固定距離，并具有耐蝕性。為此，如上文所述，支撐結(jié)構(gòu)24設(shè)置成部分置于空心外殼28內(nèi)，形成所述組件的基極26。所述外殼可呈任何合適的形狀。示例性實(shí)施例中顯示所述外殼呈具有錐形頂部的大致平行六面體。所述外殼的所述頂部打開，使所述外殼能通過所述開口充滿混凝土。為了將陽極支撐結(jié)構(gòu)24固定在外殼28內(nèi)的所需位置(高度)，所述外殼包括若干玻璃纖維構(gòu)件48，例如玻璃纖維棒，玻璃纖維構(gòu)件48從所述外殼的側(cè)壁內(nèi)表面向內(nèi)突出。支撐結(jié)構(gòu)24的板42置于如圖I和圖2所示的突出物上。應(yīng)注意的是，可考慮采用除鈦以外的某些材料制造陽極支撐結(jié)構(gòu)24，盡量優(yōu)選鈦，因為鈦容易焊接至鈦陽極22。特別地，所述支撐結(jié)構(gòu)可由鋼形成。然而，如果所述支撐結(jié)構(gòu)由鋼形成，應(yīng)提供小型犧牲陽極(未顯示)耦合至所述支撐結(jié)構(gòu)，以防止所述支撐結(jié)構(gòu)在海洋環(huán)境中腐蝕。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所了解，使用鈦制支撐結(jié)構(gòu)時，不需要此類犧牲陽極，因為鈦能耐海洋腐蝕。另外，由于部分所述支撐結(jié)構(gòu)將置入基極構(gòu)件26外殼28的水泥30中，沒有人愿意所述部分形成電化學(xué)反應(yīng)的任何部分，因此，所述部分可能使混凝土劣化。因此，如上文所述，陽極支撐結(jié)構(gòu)24的任何部件上不包括混合金屬氧化物、鉬或氧化鉬鍍層。陽極22設(shè)置為通過導(dǎo)電電纜10與所述外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的整流器/變壓器或直流電源(未顯示)連接。為此，最佳如圖I、圖5和圖6所示，陽極組件20包括安裝在所述陽極支撐結(jié)構(gòu)的板42上的特殊連接插座32。插座32最佳如圖5和圖6所示，主要包括接線盒52、底部安裝板54、連接器56、應(yīng)變消除構(gòu)件58和防水化合物60。盒子32由鈦形成，盡管盒子32可由其他金屬或非金屬化合物(例如玻璃纖維)形成。所述盒子頂部打開，所述盒子的底部是底部安裝板54。所述板焊接至支撐結(jié)構(gòu)24的所述接線盒及底板。連接器32作為組成導(dǎo)電電纜10 (例如直流供電電纜)的一對裸銅電纜12A和12B的插座。所述電纜的銅絞線通常分成兩組，且置于連接器32內(nèi)。所述電纜固定，通過由鈦或其他金屬形成的固定螺釘和輔助螺栓62實(shí)現(xiàn)電連接。如果所述連接器由鈦制成，所述連接器可焊·接至所述底板。應(yīng)變消除構(gòu)件58安裝至所述接線盒，類似應(yīng)變消除構(gòu)件用于所述組件和混凝土的玻璃纖維外殼28上。所述應(yīng)變消除構(gòu)件保護(hù)電纜10，電纜10在所述應(yīng)變消除構(gòu)件處分別脫離接線盒52和玻璃纖維外殼28。防水化合物60用于保護(hù)電連接，可為環(huán)氧樹脂或其他非導(dǎo)電和不吸水化合物。其用于防水連接，及防止所述裸電纜和連接器暴露于自然環(huán)境和腐蝕環(huán)境?，F(xiàn)將描述所述陽極與電連接器(電纜)10的連接方式。為此，陽極組件22出廠時，接線盒52和連接器56安裝(焊接)于支撐結(jié)構(gòu)板42。所述陽極組件也可包括密封化合物試劑盒。在現(xiàn)場使電纜通過玻璃纖維外殼28上的應(yīng)變消除構(gòu)件48插入，然后剝?nèi)ル娎|10的末端，以露出一短截銅導(dǎo)體。所述銅導(dǎo)體的絞線分成兩組12A和12B，并插入連接器56。固定螺釘和螺栓62緊固在所述導(dǎo)體組12A和12B上，以牢牢固定所述導(dǎo)體，從而完成基本電連接。然后完成應(yīng)變消除。通常特別采用火炬加熱各個應(yīng)變消除構(gòu)件實(shí)現(xiàn)所有應(yīng)變消除，因此應(yīng)變消除構(gòu)件收縮。也可采用其他類型的應(yīng)變消除。然后混合絕緣化合物60，并將其倒入接線盒52，以使接線盒52充滿化合物。所述化合物凝固后，可完成陽極裝置平衡。為此，將陽極支撐結(jié)構(gòu)24置于玻璃纖維外殼28的空心內(nèi)部，且完成電連接之后，在水中進(jìn)行安裝/布置之前，在現(xiàn)場通過外殼28的開口頂部使外殼28充滿混凝土 30。若需要，也可將玻璃纖維基極安裝在額外基極(未顯示)上，以增加重量或?qū)⑺鲫枠O提升至海底上方。所述陽極置于(布置在)海床或海底上，并通過電纜10與外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的直流電源連接。在無進(jìn)一步詳細(xì)描述的情況下，所述內(nèi)容也如此充分地說明了本實(shí)用新型，其他人員可在各種使用情況下運(yùn)用現(xiàn)有或未來知識使用本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1.一種用于陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極組件，所述陽極組件包括陽極、陽極支架、基極和電連接器，所述陽極組件設(shè)置為通過連接至所述電連接器的電導(dǎo)體與所述陰極保護(hù)系統(tǒng)連接，所述陽極組件的所述基極包括設(shè)置為充滿壓載物以形成加重構(gòu)件的空心構(gòu)件，所述加重構(gòu)件設(shè)置為置于所述水體的所述水床上，所述陽極支架包括從所述基極向上突出且具有頂部的伸長構(gòu)件組件，所述陽極呈球形并焊接至所述伸長構(gòu)件的所述頂部，因此，所述陽極組件置于所述水體的所述水床上時，所述陽極置于所述水體的所述水床上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極組件，其中所述陽極包括空心體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極組件，其中所述陽極充滿非導(dǎo)電材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極組件，其中所述陽極由鈦、鈮或其他貴金屬構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極組件，其中所述陽極具有包括混合金屬氧化物鍍層或鉬鍍層或氧化鉬鍍層的外球面。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極組件，其中所述壓載物包括混凝土。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極組件，其中所述基極包括玻璃纖維。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極組件，其中所述陽極支架還包括板和若干加強(qiáng)角撐板，所述板焊接至所述空心管狀構(gòu)件底部，所述角撐板均焊接至所述空心管狀構(gòu)件的相應(yīng)部分和所述板的相應(yīng)部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極組件，其中所述電連接器包括以盒子形式容納所述電連接器的連接插座。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種用于陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極組件，其中所述連接插座還包括設(shè)置為與所述電導(dǎo)體耦合的應(yīng)變消除構(gòu)件。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種用于陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極組件，還包括置于所述盒子內(nèi)的防水化合物。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極組件。所述陽極組件設(shè)置為置于水體的水床上，以保護(hù)相關(guān)建筑物。所述陽極組件包括陽極、陽極支架和基極。所述陽極組件設(shè)置為通過電導(dǎo)體與所述陰極保護(hù)系統(tǒng)電連接，所述基極為加重構(gòu)件，例如充滿混凝土的玻璃纖維空心體。所述陽極呈球形，包括具有混合金屬氧化物鍍層且充滿非導(dǎo)電材料的鈦制空心體，所述陽極支架最好是包括從所述基極向上突出且具有頂部的鈦制伸長構(gòu)件(例如伸長管)的整體式構(gòu)件。所述陽極安裝(例如焊接)至所述伸長構(gòu)件的所述頂部，因此置于所述水體的所述水床上方。通過包括電連接器的插座完成所述陽極組件與所述電導(dǎo)體的連接，所述電連接器安裝在所述陽極支架組件的盒子內(nèi)。
文檔編號C23F13/08GK202786438SQ20122012147
公開日2013年3月13日 申請日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者威廉R·舒特 申請人:曼特克股份有限公司