CN101010170A - 管道焊缝清理机器 - Google Patents

Abstract

在施加防腐膜之前，将成形为管线的涂层管的焊接外露尾段之间的管接进行清理。清理机构的清洁头布置在管道上待清理的管道端部区域处的装配框架上。清洁头在被清理的管道区域的纵轴方向上接连进行纵向清理运动。所述框架也使清洁头相对于管接旋转运动到纵向清理运动的位置。控制机构限定纵向清理运动的程度，同时控制清洁头运动到下一次清理运动，直至所述管接被清理。控制是程序化和自动化的，在所述机构运行过程中不需要接触该机构。清洁头、清理原料供应和排气胶管或软管的数量，以及所需工作人员的数量得以降低。

Description

管道焊缝清理机器

技术领域

本发明涉及清理在管相邻尾部被焊接在一起形成管线等的区域的管道部分。更具体地，本发明涉及一种新的改进的管道焊缝清理机器和控制机构，该控制机构在清洁头沿着以及绕着所述焊接管道尾部的移动时调节和控制其运动，同时在管被焊接在一起以后清理其尾部。

背景技术

多年来，人们从管线铺设驳船将管道铺设在水下。在管线铺设驳船上，通过将管道的连续节或段以对接方式循序地焊接在管线尾部的已焊接段上形成管道节。除外露的金属尾部之外，管段的整个长度上典型地盖着混凝土或其它一些保护性涂层。所述焊接管段从管线铺设驳船上延伸入水中并铺设或存放在水域的海底或海底上。管道节被焊接到管道的尾部后，并且在其进入水中之前，惯例是清理焊缝区域，从而能涂敷合适的合成树脂防腐涂层或防腐膜。同样，在涂敷防腐涂层之后，典型地在该防腐涂层上面涂敷保护涂层。本申请的受让人所拥有的No.4,909,669、No.5,328,648、No.5,804,093、No.5,900,195和No.6,402,201号美国专利是用于这种目的的尾部保护盖或涂层的实例。

就目前的情况而论，现有的在焊接端部进行管道清理的机器采用的是围绕管道的圆周安装一组管道封闭轴环。所述轴环在管道纵向上相互间隔，大多数新焊接段位于两个轴环之间。一个或一个以上，通常是多个鼓风材料涂抹头和清除头或抽空器围绕所述管道的外围安装在两个轴环之间的选定位置。

所述涂抹头和清除头绕着长度增加的管道的圆弧形路径行进，直到该长度段的管道的整个圆周范围都被清理。在运动控制方面，现有的清理机器存在一些问题。每台机器都需要多个工作人员。除了控制机器启动和停止的操作人员，典型情况下，至少还有另外两个工作人员参与移动清洁头，以使管道节的下一段得到清理。在清理一定长度的管道后，必须打开装配环并将其移到新的位置，以便进一步的清理。此外，每个鼓风材料涂抹头上都设有单独的供液软管，并且，每个清除头都设有单独的清除软管或管子。

因此，在相当小的区域内有多个工作人员和很多软管，该区域处多个涂抹头和清除头绕着短长度管道节的圆周的旋转通道运动。结果，运动控制成为问题。而且，清理作业费时费力。此外，由于一些工作人员与旋转设备和供液软管很靠近，还存在一些安全隐患。

发明内容

简而言之，本发明涉及一种新的改进的管道焊缝清理机器，用于清理在涂层管的纵向延伸结合段的尾部形成的管接。该管道焊缝清理机器的清洁头被设置成清理所述管接任一侧上涂层部分之间的管接。框架将清洁头装配在适于相对于管接运动的位置。所述框架包括托架，用于在清理过程中沿着管接进行反复的纵向清理运动。在纵向清理运动过程中，电动机沿管接的纵向移动托架上的清洁头。设置用于运动控制目的的传感器，用于检测纵向清理运动的极限。

所述机器的框架还包括使清洁头和托架绕着管道圆周旋转运动以开始反复纵向运动循环的结构以及传感器，该传感器检测移动清洁头和托架的结构的旋转运动极限。

附图说明

通过下面结合附图的详细说明，可获得对本发明更好的理解。其中：

图1是根据本发明的管道焊缝清理机器的轴测图。

图2是图1的管道焊缝清理机器的侧视图。

图3是沿图2中线3-3的横断面视图。

图4和5是图1的管道焊缝清理机器的部分放大轴测图。

图6是图1的管道焊缝清理机器的电动机和控制系统的原理框图。

图7是图6的控制系统的原理框图。

图8是图6的控制系统的输入/输出单元的控制面板的正视图。

图9是图6的控制系统的控制开关的正视图。

图10是根据本发明清理类型的金属管接的侧视图。

具体实施方式

在附图中，根据本发明的管道焊缝清理机器总体上由字母M(图1-3)表示。这种管道清理机器M适于清理水上或水下管道中所用类型的涂层管P的纵向延伸结合段14的尾部10、12上成形的金属管接J(图10)。

多年来，人们从管线铺设驳船将管道铺设在水下。在管线铺设驳船上，通过将管道的连续节或段14的尾部10、12以对接方式循序地焊接在管线尾部的已焊接段上形成管道节。除了外露的金属尾部10、12，管段14的整个长度上通常盖着混凝土或其它一些保护性涂层14a。管道节被焊接到以15表示的管道的尾部之后并在该管进入水中之前，惯例是清理焊缝15和尾部10、12区域。这样清理使得能涂敷合适的合成树脂防腐涂层或防腐膜。同样，在涂敷防腐涂层之后，通常在该防腐涂层上面涂敷保护涂层。本申请的受让人所拥有的No.4,909,669、No.5,328,648、No.5,804,093、No.5,900,195和No.6,402,201号美国专利是用于这种目的的尾部保护盖或涂层的实例。所述焊接段从管线铺设驳船上延伸入水中并铺设或存放在水域的海底或海底上。

本发明的机器M布置在用于这种管道铺设作业的管线铺设驳船上。根据本发明的机器M包括至少一个清洁头H，用于清理两涂层段14之间的管接J。通常，如图1和图3所示，一组或一对清洁头H装配在管接J的直径相对两侧位置处的机器M上。机器M的框架F将清洁头H装配在适于清理过程中在平行结合管段14的纵轴16的方向上沿着管接J进行连续或反复的纵向清理运动的位置。在纵向清理运动过程中，该机器M的一个或多个电动机或电源S沿管接J的纵向移动框架F上的清洁头H。在纵向清理运动的终点，该框架F也使清洁头H相对于管接J旋转运动到新的位置，以进行下一次的纵向清理运动。

框架F包括第一装配环20和第二装配环22，两装配环在靠近管接J的焊接区域15的相对侧的外露金属管段10、12处相互纵向间隔布置。装配环20、22总体上具有倒U字型部件的形状，并且设置有适量的适于容纳垫块26的装配夹24(图3)，垫块26搁在管的邻近管接J的合适部分上以将机器M支撑在管上。

每个装配环20、22的各自内表面20a、22a上都设置有适量的支撑和导轮28，其可由螺栓或其它连接结构30旋转地装配。所述装配环20、22还设有连接器孔眼或开孔25，从而，在清理作业前后，可连接合适的连接器以在管道P上提升、定位和移动机器M。

框架F还包括装有第一装配环20的第一支撑轭34，以沿着外周表面34a与支撑轮28接触。装有第一支撑轭34的齿轮板36安装在支撑轭34与第一装配环20之间。该齿轮板36有一组沿着外周部分36a成形的轮齿38。

类似地，第二支撑轭40装有第二装配环22，以沿着外周表面40a与支撑轮28接触。装有第二支撑轭40的齿轮板42安装在支撑轭40与第二装配环22之间。该齿轮板42有一组沿着外周部分42a成形的轮齿44。

根据本优选实施方式的电源或电动机S包括旋转电动机50，用于相对于装配环20、22旋转运动支撑轭34、40。优选地，该旋转电动机50的形式为气动或风动电动机，装有装配环20和22中的每一个。合适的电动机可以是例如Gast Manufacturing，Inc.of Benton Harbor，Michigan制造的型号为4AM-RV-127-GR20风动齿轮电动机。应该理解，可以使用其它单位产的风动齿轮电动机，并且也可以使用气动或风动电动机之外的其它形式。旋转电动机50分别装在装配环20、22的外表面20b、22b上的装配板52上，并且可由设置在调节槽56内的装配螺栓54调节。每个电动机50分别在入口58和60处接收负载功率的传递，并使贯穿安装在装配环20、22的相关槽20c、22c中的轴62旋转。每个电动机50的轴62都可以向两个方向的其中一个方向驱动齿轮64，该齿轮64与轮齿38、44接触，导致所述支撑轭34、40相对于装配环20、22旋转。

装有装配环20和22的其中一个或两个的位置编码器机构66具有可转动齿轮68，该可转动齿轮68可分别与齿轮板36、42的相关轮齿38、44接合。所述位置编码器或多个位置编码器66向控制器C提供支撑轭34、40相对运动的指示或信号，用于控制支撑轭34、40相对于装配环20、22的相对运动和位置。

通过轮齿38、44上的旋转电动机50的作用，支撑轭34、40相对于装配环20、22旋转。还应当注意，在机器M的每个尾部处的支撑轭和装配环之间没有直接连接，消除了它们各自的相对运动之间的干扰。如果需要的话，可以在旋转电动机50上设置链轮齿，并且在支撑轭的圆周上设置链作为替代。

装有装配环20、22的其中一个或两个的旋转极限传感器或接近开关70感应清洁头H相对于管接J的旋转极限，并通过导线71向控制器C提供极限感应信号或运动指示。这种信号指示支撑轭34、40相对于装配环20、22运动的旋转极限已经达到。所述旋转极限传感器70可以是光学的、金属的、磁性的或者其它合适的传感器，以感应支撑轭34、40上设置的相应光学的、金属的、磁性的或者其它目标的存在，该支撑轭34、40的随便一个方向上相对于装配环20、22到达了其相对旋转运动的极限。当旋转极限传感器70检测到相对旋转运动的极限时，则向控制器C提供指示或信号以停止旋转电动机50的运行，从而能颠倒相对转动方向。

支撑轭34和40通过适量的连接器杆或连接器条74连接在一起，所述连接器杆或连接器条74分别在支撑轭34和40的内表面34a和40a之间延伸。形式上为很多支架杆或支架梁76的框架F的托架G也安装在支撑轭34和40的表面34a和40a之间，以将清洁头H安装在框架F上。

上支架杆78具有齿条80(图1-3，5)，该齿条延伸安装在管线纵轴的两相对侧上的装配环34和40之间，管接J的外表面已清理。

机器M的齿条80(图5)在管接J的每一侧上都与电源S的纵向电机84的齿轮82接合。在清洁头H的纵向清理运动过程中，纵向电动机84各自将托架G上的清洁头H沿管接J纵向运动。纵向电动机84的合适电动机可以是例如Cooper Tools of Lexington，South Carolina出产的型号为31 MR-917Buckeye的电动机。应该理解，可以使用其它厂家的气动电动机，也可以使用气动或风动电动机以外的其它形式的电动机。还应该理解，除了利用齿轮传动实现纵向运动外，可以改为使用链或钢索传动机构。各纵向电动机84通过适当的装配结构安装，以在电动机支承板86上可调节地定位。所示实例采用了装配板85和贯穿电动机支撑板86上成形的调节槽87的连接器螺栓83或其它合适的连接装置的形式。

一组运动轮或滚轮，包括上滚轮组88和下滚轮组90，安装有电动机支撑板86，以使电动机84能沿着托架G纵向运动。滚轮组88和90的运动轮接触，并由托架G的上支架杆78和下支架杆76支撑。优选地，该滚轮组88和90的运动轮上面成形有槽状表面88a和90a，以搁在或依托在相应的支架杆78和76的轨道部分78a和76a上。清洁头H的数量和运动方向由信号控制，电动机84的动力通过导线或连接器92和94供给。

装配支撑板86还具有安装在其中央部96的清洁头H的鼓风涂抹头或盖100。所述清洁头H可以是几种常规的商业化类型的其中一种，例如型号为PBV08-2的VacuBlast International of Berk shire，England的产品。所述鼓风涂抹头100将清洁头H提供的磨粒或其它合适的清理微粒涂敷在被清理的管接J上。磨粒在空气或其它适当的气体的压力下从供给源经过管道或导管供应到连接器接头102，用于清理目的。来自鼓风涂抹头100的磨粒接触被清理的管接J。清洁头H也可以采用其它形式，以清除管接外部的粗糙表面以及焊接副产品或残留物质。所述清洁头H用来清洁管接，使管接表面光滑，以供按照传统的方式继续涂敷合适类型的防腐涂层或膜。

鼓风清理操作中清除的已用磨粒和金属以及其它废料在吸入或局部真空的作用下积聚在清洁头H的盖头100内，并由该清洁头H的回输管106传送过导管或连接。

电动机支承板86也具有从合适位置向外伸出的臂或耳形突出物110(图5)。所述臂110用作极限指示器，由安装在管接J每一侧上的托架G的支撑杆114上相对部分的纵向极限传感器112感应。纵向极限传感器112由夹子或其它适当的连接机构118安装在支撑杆114上的可调位置以调节纵向位置，并由此调节清洁头H相对于管接J的纵向运动。纵向运动传感器112可以是光学的、金属的、磁性的或者其它合适的传感器，以感应臂110上布置的相应光学的、金属的、磁性的或者其它传感器的存在。所述纵向运动传感器112形成指示或者信号，表示清洁头H已经在任一纵向方向上相对于管接J达到相对纵向运动的极限。

当纵向极限传感器112感应到相对纵向运动的极限时，导线115将指示或信号传输到控制机构C以停止电动机M的运行。此时，到达纵向清理运动过程中清洁头H纵向运动的定向极限。然后，可以调节清洁头H和框架F相对于管接J的位置，从而可用开始新的纵向清理运动。

控制器C根据操作者在输入/输出单元I(图8)和控制开关面板L(图9)上的设定控制机器M的运行。该控制器C可以是任意适用类型的可编程序逻辑控制器或者PLC产品，例如Koyo Electronics IndustriesCo.，Ltd.of Tokyo，Japan的D4-450 CPU型号。该控制器C也可以采用与机器M的编码器、传感器和电动机具有合适界面或信号调节回路的其它形式的过程控制装置或计算机，例如个人计算机、便携式计算机或其它形式的计算机。控制器C、单元I和面板L优选设置在外壳内，以隔离管线驳船平台的环境。传统地，所述控制器C设置有不间断电源或UPS，以避免动力瞬变或振荡。

所述输入/输出单元I(图8)包括控制输入按钮120，其使得操作者能选择是仅在托架头H相对于管接J纵向扫描或运动的单方向启动清洁头清理管接J，或者在纵向扫描的双方向都启动清洁头清理管接J。当选择双向纵向清理时，单元I的指示器或灯122通电。在另外一种情形下，当选择仅纵向清理行进或扫描时，单元I的指示器或灯124通电。单元I中设置有屏幕或显示板或其它合适的字母数字式指示器125，以使机器M的操作者能接收PLC或控制器C的消息，以查看传送至PLC的指令码或设置。

控制输入按钮126使操作者能在两次纵向扫描期间选择支撑轭34、40相对于装配环20、22的每次旋转步进的大小或增量。如上所述，纵向扫描被输入按钮120设定为单向或者双向。这样，清洁头H以光栅状扫描的方式沿着纵轴16的方向在管接J上纵向运动或行进。单元I上设置的控制输入按钮或按键128使得操作者能向控制器C确定支撑轭、托架头以及框架F将要设置的其它结构的静止位置或初始位置。然后，初始位置的值或代码可用通过具有数字选择键1 32的辅助键盘130输入。

类似地，控制输入按钮或按键134设置来使操作者能通知控制器C支撑轭相对于装配环将要移至的终点或最远位置。这用来界定框架F的可运动元件的最终位置。终点的值或代码通过辅助键盘130的选择键132输入。控制输入按键136设置来通知控制器C启动机器M进行清理作业之后和开始启动鼓风头B之前的流逝时间长度。时间长度可用通过选择键132输入。

控制开关面板L(图9)包括控制开关140，其具有三种设置：OFF位置时清理装置处于关闭或未启动位置，AUTO位置时鼓风清理作业在控制器C的控制下自动进行，HAND位置时操作者可以手动控制鼓风清洁头H的运行。在起动按钮142能开始任意清理循环之前，该状态控制开关140必定处于AUTO位置。所述控制开关面板L还包括起动按钮142，当状态控制开关140处于AUTO位置时，该起动按钮142能使操作者启动自动循环运行。控制开关面板L还包括止动控制按钮144，其将机器在运行过程的任意当前位置停止。控制开关面板L还包括鼓风控制开关146，该鼓风控制开关启动鼓风清洁头的运行。

控制开关面板L的运动控制开关148使得操作者能随意地左右移动第一清洁头。类似地，控制开关面板L的运动控制开关150使得操作者能随意地左右移动两个清洁头中的另一个清洁头。最后，控制开关面板L的控制开关152使得操作者能随意地选择支撑轭34、40相对于装配环20、22的旋转方向，即顺时针方向或逆时针方向。

由前述可以看出，运行中的机器M安全、有效、可靠并且干净。由于清洁头H的光栅状扫描运动，供液软管的管接J上没有包层。所述机器M可以有一个操作者控制和操作，并且是全自动的。而且，当其运行时，不需要接触机器M。

例如，本发明的运行中使用了自动双程清洁头H，装配环20和22下落在管接J上。使用垫块或隔离物26将装配环20和22居中在管接J上。

然后，压下起动按钮142。支撑轭34和40旋转，直到接近开关70打开，停止旋转并将编码器机构66复位到0。清洁头H纵向运动，直到托架G一段的极限传感器112感应到支承板86上的突出物110并且关闭。然后，控制器C停止托架G上清洁头H的纵向运动。

然后启动开关146，鼓风介质开始从鼓风机器中流动。当接近传感器70打开和接近传感器112关闭时，鼓风延迟定时器开启。在鼓风延迟终止时，控制器C启动电动机84。清洁头H开始沿着管接J纵向运动，使用磨粒或其它介质清理管接。当其中一个运动清洁头H的支承板86接近第一方向纵向扫描端部的接近传感器112时，控制器C使那个清洁头的电动机84停止并随后反转。尽管不需要同时发生，另一个清洁头H在完成第一方向清理扫描时也遵循相同的程序。

然后，清洁头H各自沿复位或与第一方向扫描相反的方向运动，在它们反向运动过程中，清洁头在管接J上方移动清理管接J。对于双向清理运动，清洁头H在它们纵向运动的每个方向都清理管接J。注意，在需要时，一个清洁头H的清理作业也可以设定成仅在一个运动方向时进行。在接近传感器112通知控制器C第一方向扫描和复位或反向纵向扫描的完整循环完成之前，沿反向或复位方向的运动持续。接近传感器112检测到一个完整运动循环终止时，控制器C启动电动机50。然后，电动机50使支撑轭34、40相对于装配环20、22运动，其旋转运动的增量由步进计数输入开关126向控制器C设定。在确定量的旋转之后，清洁头H沿管接J执行另一轮纵向扫描。清洁头H持续前后运动循环，并在两循环之间旋转，直至达到输入开关134设定的终止数。此时停止向清洁头H提供压力，并且所述支撑轭34、40复位到相应的装配环20、22上的静止位置。然后，举升机器M，管道向前移动管接J以涂敷保护性涂层。

应当注意并理解，在不脱离所附权利要求限定的本发明的精神和范畴的情况下，可以对上面详细描述的本发明加以改进和修正。

Claims (18)

1.一种清理在涂层管的纵向延伸结合段的尾部上成形的金属管接的焊缝清理机器，包括：

清洁头，用于清理涂层段之间的管接；

框架，其将所述清洁头装配在适于清理过程中沿着管接进行反复纵向清理运动的位置，该框架具有在纵向清理运动中支撑所述清洁头的清洁头托架；

控制器，用于控制清洁头相对于管接的纵向运动和位置；

极限传感器，用于感应清洁头相对于管接的纵向运动极限，并向控制器提供到达纵向运动极限的指示信号；以及

电动机，用于纵向清理运动过程中沿管接纵向移动框架上的清洁头。

2.根据权利要求1所述的焊缝清理机器，其特征在于，所述清洁头包括：

鼓风涂抹头，用于施加磨粒以清理管接；

回输管，用于从管接上吸取磨粒和磨料。

3.根据权利要求1所述的焊缝清理机器，其特征在于，所述框架包括：

在管道上靠近金属管接的相互纵向间隔位置布置的第一和第二装配环。

4.根据权利要求3所述的焊缝清理机器，其特征在于，所述框架还包括：

第一和第二支撑轭，每个支撑轭可旋转地装有第一和第二装配环的相应其中一个，并适于相对于所述管接和相应的装配环作旋转环向运动。

5.根据权利要求4所述的焊缝清理机器，还包括：

装有每一个装配环的电动机，用于相对于所述装配环旋转移动所述支撑轭。

6.根据权利要求5所述的焊缝清理机器，还包括：

极限传感器，用于感应支撑轭相对于装配环的旋转运动极限。

7.根据权利要求6所述的焊缝清理机器，还包括：

控制器，用于控制清洁头相对于管接的运动和位置。

8.根据权利要求7所述的焊缝清理机器，其特征在于：

所述极限传感器感应清洁头相对于管接的旋转极限，并向控制器提供到达旋转极限的指示信号。

9.根据权利要求5所述的焊缝清理机器，还包括：

位置编码器，提供支撑轭相对于装配环的相对位置指示。

10.根据权利要求9所述的焊缝清理机器，还包括：

控制器，用于控制清洁头相对于管接的运动和位置。

11.根据权利要求10所述的焊缝清理机器，其特征在于：

位置编码器向控制器提供信号，指示支撑轭相对于装配环的相对位置。

12.一种清理在载重涂层管的纵向延伸结合段的焊接尾部上成形的管接的焊缝清理机器，包括：

清洁头，用于清理管接；

框架，将机器装配在管道的管接处；

托架，将所述清洁头装配在所述框架上

控制器，用于控制托架上清洁头的运动和位置；

传感器，用于感应托架上清洁头的位置；以及

电动机，用于纵向清理运动过程中沿管道的纵向相对于所述托架移动清洁头。

13.根据权利要求12所述的焊缝清理机器，其特征在于，所述传感器包括：

极限传感器，用于感应托架相对于框架的运动极限。

14.根据权利要求13所述的焊缝清理机器，其特征在于：

所述极限传感器感应清洁头相对于管接的旋转极限，并向控制器提供到达旋转极限的指示信号。

15.根据权利要求12所述的焊缝清理机器，其特征在于，所述传感器包括：

极限传感器，用于感应清洁头相对于托架的运动极限。

16.根据权利要求12所述的焊缝清理机器，还包括：

位置编码器，提供托架相对于框架的位置指示。

17.根据权利要求16所述的焊缝清理机器，其特征在于：

所述位置编码器向控制器提供信号，指示托架相对于框架的相对位置。

18.一种清理在涂层管的纵向延伸结合段的尾部上成形的金属管接的焊缝清理机器，包括：

清洁头，用于清理涂层段之间的管接；

用于装配所述清洁头的框架，框架具有第一装配环和第二装配环，两装配环布置在管道上靠近金属管接的相互纵向间隔位置，所述清洁头装配在适于清理过程中沿着管接上第一装配环和第二装配环之间进行反复纵向清理运动的位置；

控制器，用于控制清洁头相对于管接的纵向运动和位置；

极限传感器，用于感应清洁头相对于管接的纵向运动极限，并向控制器提供到达纵向运动极限的指示信号；以及

电动机，用于纵向清理运动过程中沿管接纵向移动框架上的清洁头。

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