CN101255942A - 管道现场大修自动喷涂机具 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于管道开挖后防腐层喷涂的管道现场大修自动喷涂机具。它是在环管道框架位于管道[22]上表面处装有轴向行走电机[13]，其输出轴接减速机[10]后接链轮[11]，由链条[12]传动，驱动行走小车[14]上的四个锥形车轮[15]，四个锥形车轮[15]的中心轴线和环管道剖分框架[19]上的两组夹紧轮[23]均布于管道[22]圆周，剖分框架[19]在管道底部合拢活连；周向摆动机构为可相对旋转的内外圆形框结构，外框[3]经连接块[7]连接在行走小车[14]尾部，内框[1]经滚轮[2]安装在外框[3]轨道上，喷枪[25]安装在内框[1]的喷枪支架[26]上，周向摆动电机[8]经减速机连接驱动链轮[6]，经链条[4]、换向链轮[27]、导向链轮[28]传动，驱动内框转动臂[5]，带动内框[1]往复摆动。

Description

管道现场大修自动喷涂机具

技术领域

本发明是一种适用于管道特别是大口径管道开挖后防腐层喷涂的管道现场大修自动喷涂机具。涉及管道系统技术领域。

背景技术

工业管道是能源及化工行业常用的输送工具，由于受周围工况环境的影响，容易受到腐蚀，特别是运营时间长的老管线，腐蚀程度一般都较严重，若不能及时有效更换防腐层，将会影响到管道的安全运营。因此，适用于管道防腐层修复的自动喷涂机具受到广泛的重视。

目前，国外的机械修复设备已能实现管道在停输或不停输条件下的沟内、沟外修复，具有配套的沟上、沟下修复设备，包括专门的挖沟和回填设备。其中俄罗斯基辅(PoTop)研究所、乌克兰运能系统工程涂层公司以及美国CRC-Evans和Incal公司研制出可适用于口径530-1220mm的油气管道系列修复设备，上述设备可减少劳动强度，提高修复效率等，但因设备庞大，只适用于管道大开挖后大空间的作业范围，使用条件苛刻，修复工程量大，加大了工程成本。与国外相比，国内修复技术相对单一、缺乏机械化修复设备、修复进度缓慢等，并且我国管道由于受开挖条件限制，国外大型设备无法使用。

发明内容

本发明的目的是发明一种适用于不同工况场合、实现管道防腐层的自动化喷涂、提高喷涂效率和质量的管道现场大修自动喷涂机具。

本发明的总体构成如图1、图2所示，与已有技术一样，主要由轴向行走机构、周向摆动喷涂机构和控制系统组成。其特点是轴向行走机构采用环管道框架式结构，在框架位于管道22上表面处装有动力轮，由夹紧机构提供足够的夹紧力将动力轮压紧在管道22上表面，使轴向行走13电机带动框架沿管道22直线行走；连结于轴向行走机构框架的周向摆动喷涂机构在链轮带动下，携带喷枪沿管道圆周方向往复摆动，实现涂层喷涂。轴向行走电机13和周向摆动电机8速度可由沟外的控制台控制，并适应不同涂料的要求进行速度调节。

在环管道框架位于管道22上表面处装有轴向行走电机13，其输出轴接减速机10后接链轮11，由链条12传动，驱动行走小车14上的四个锥形车轮15，四个锥形车轮15的中心轴线和环管道剖分框架19上的两个夹紧轮23均布于管道22圆周，剖分框架19在管道底部合拢活连；周向摆动喷涂机构采用可相对旋转的内外圆形框结构，外框3连接在行走小车14尾部，内框1经滚轮2安装在外框3轨道上，喷枪25安装在内框1的喷枪支架26上，周向摆动电机8经减速机减速连接驱动链轮6，经链条4、换向链轮27、导向链轮28传动，驱动内框转动臂5，带动内框1往复摆动。

具体是轴向行走机构(见图1、图2)由环管道框架的剖分框架19、一台轴向行走电机13、减速机10、链轮11、链条12、链轮16、链条18、四个锥形车轮15和两个夹紧轮23组成，安装在剖分框架19位于管道22上表面处的轴向行走电机13输出轴接减速机10后连接链轮11，由链条12将链轮11和链轮16连接，链轮16与一对锥形车轮15连接，由链条18将链轮16与一对锥形车轮15连接，两对锥形车轮15对称布置于管道上表面中心线两侧形成两个“V”形轮组；在行走小车14两端安装环管道的两个半剖分框架19，在每个半剖分框架19上各设置两个共计四只夹紧轮23对称地位于下部，与管道上表面中心线成120度均布于管道22圆周，这就可保证整个装置不发生翻车，同时可以基本保证行走装置不会因为喷枪25往复摆动惯性力或跨越障碍而剧烈晃动，急速偏离直线方向；每个半剖分框架19上部由铰轴17铰链于行走小车14端部，剖分框架19在管道底部合拢活连，这样剖分框架19就可开合，作业时套在管道上扣紧，作业结束后打开卸下。

为使轴向行走机构能顺利通过管道环焊缝，在夹紧轮23上设置有压簧。

为了节省电能，轴向行走电机13为变频电机。由于整个机具的质量对于管道22纵轴面不完全对称、喷枪25往复摆动以及跨越障碍等的影响，轴向行走机构在行走过程中行走方向会缓慢偏移，如不及时调整，偏移会越来越大，影响喷涂效果。为能保证轴向行走机构在管道22上直线行走，及时纠偏，采用倾斜传感器9实时监测行走机构的行走状况。具体是在轴向行走机构上设置倾斜传感器9，在夹紧轮23处有电磁推杆21，同时分别将2组夹紧轮23中各一个设置为可转向的导向轮20，导向轮20上有复位弹簧。倾斜传感器9的输出接电磁推杆21，电磁推杆21与导向轮20连接。当轴向行走机构在行走过程中发生行走方向偏移时，装置发生倾斜，倾斜传感器9将发出信号，控制电磁推杆21推动导向轮20向相反的方向转向，从而将轴向行走机构逐步引导到正确方向，这时倾斜传感器9停止发出信号，电磁推杆21停止工作，导向轮20在弹簧力的作用下回归初始位置。

其中倾斜传感器9发出的倾斜信号为电信号，经放大电路后接电磁推杆21，而电磁推杆21

周向摆动喷涂机构(见图3)整体框架由可相对旋转的内外圆形内框1和外框3组成，外框3是沿管道周向布置的半圆环轨道，固定在行走小车14尾部，内框1上安装有连接圆环30，四把喷枪25相互相隔90°安装在喷枪支架26上，喷枪支架26安装在连接圆环30上，在连接圆环30上安装滚轮2，滚轮2在外框3的圆环轨道滚动，实现喷枪25沿圆环轨道绕管道22轴线灵活转动。通过链条4将周向摆动电机8的连续转动转换为喷涂框架的环管道周向往复摆动。周向摆动电机8连接驱动链轮6带动与两只换向链轮27、多个导向链轮28咬合的圆弧曲线环形链条4连续转动，环形链条4的弧长为90°。销轴29将与内框1固连的内框转动臂5连接在链条4的某一个链节上，内框转动臂5上设有销轴29的滑槽。当链条4连续运动时，带动内框转动臂5一起沿圆弧曲线运动，行进至两端的换向链轮27时，链条4绕过换向链轮27将改变运动方向，反向行进，同时也带动内框转动臂5反向行进，如此反复，实现喷涂框架的摆动。

为了操作使用方便，轴向行走机构与周向摆动喷涂机构采用分离组装结构，周向摆动喷涂机构的外框3由连接块7连接在轴向行走机构的行走小车14尾部。

为了节电，周向摆动电机8选用变频电机。

为了防止涂料飞溅，在喷枪25内侧安装了防涂料飞溅罩24。

控制系统构成如图4所示，是一般的控制电路。

可见，本发明具有重量轻、结构紧凑、体积小、喷涂效率和质量高等优点，可广泛应用于不同工况场合的管道喷涂，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1管道现场大修自动喷涂机具总体构成正视图

图2管道现场大修自动喷涂机具轴向行走机构结构图

图3周向摆动喷涂机构结构图

图4控制系统电路图

图5轴向行走机构和周向摆动喷涂机构配合喷涂示意图

其中1-内框    2-滚轮

3-外框             4-链条

5-内框转动臂       6-链轮

7-连接块           8-周向摆动电机

9-倾斜传感器       10-减速机

11-链轮            12-链条

13-轴向行走电机    14-行走小车

15-锥形车轮        16-链轮

17-铰轴            18-链条

19-剖分框架        20-导向轮

21-电磁推杆        22-管道

23-夹紧轮          24-防溅罩

25-喷枪            26-喷枪支架

27-换向链轮        28-导向链轮

29-销轴            30-连接圆环

具体实施方式

实施例.以本例来说明本发明的具体实施方式并对本发明作进一步的说明。本例是一用于Φ720mm原油管道防腐层大修时防腐层喷涂的实验样机，其构成如图1、图2、图3所示。轴向行走电机13选德国sew减速电机型号KA47DT90S4-BG；减速机10德国sew减速电机型号KA47DT90S4-BG；周向摆动电机8选德国sew减速电机型号KA37DR63M4；调频器选艾默生EV1000-2S0015G；倾斜传感器9选北京天海科产品型号：QXJ-BZ-V；喷枪25选JHPK-ZD。

轴向行走机构由一台变频电机13经减速机10减速，通过链轮11、链条12、链轮16、链条18传动，驱动行走小车14上的四个锥形车轮15，使行走小车14在管道22上行走，四个锥形车轮15两两对称布置形成两个“V”形轮组。为保证整个装置不发生翻车，在行走小车14两端安装环管道的两个半剖分框架19，在每个半剖分框架上各设置两个夹紧轮23。每个半剖分框架19绕行走小车14端部的铰轴17转动，剖分框架19可张开，套于管道外，在管道底部合拢，由螺栓连接。两组夹紧轮23与“V”形锥形车轮15轮组一起共三组轮成120度均布于管道22圆周，使轴向行走机构抱紧管道22，保证整个装置不发生翻车。为使轴向行走机构能顺利通过管道环焊缝，在夹紧轮23上设置压簧。通过设置“V”形锥形车轮15轮组及夹紧轮23组，可以保证整个装置不发生翻车，同时可以基本保证行走装置不会因为喷枪25往复摆动惯性力或跨越障碍而剧烈晃动，急速偏离直线方向。另一方面，由于整个装置的质量对于管道22纵轴面不完全对称、喷枪25往复摆动以及跨越障碍等的影响，轴向行走机构在行走过程中行走方向会缓慢偏移，如不及时调整，偏移会越来越大，影响喷涂效果。为能及时纠偏，设置倾斜传感器9、电磁推杆21，同时分别将2组夹紧轮23中各一个设置为可转向的导向轮20，当轴向行走机构在行走过程中发生行走方向偏移时，装置发生倾斜，倾斜传感器9将发出信号，控制电磁推杆21推动导向轮20向相反的方向转向，从而将轴向行走机构逐步引导到正确方向，这时倾斜传感器9停止发出信号，电磁推杆21停止工作，导向轮20在复位弹簧力的作用下回归初始位置。

周向摆动喷涂机构通过链条将电机的连续转动转换为喷涂框架的环管道周向往复摆动。周向摆动电机8通过驱动链轮6带动链条4连续转动，销轴29将喷涂内框转动臂5连接在链条4的某一个链节上，内框转动臂5上设有销轴29的滑槽。两个换向链轮27、多个导向链轮28将链条4行走路线设定为圆弧曲线环形。当链条4连续运动时，带动内框转动臂5一起沿圆弧曲线运动，行进至两端的换向链轮27时，链条4绕过链轮27将改变运动方向，反向行进，同时也带动内框转动臂5反向行进，如此反复，实现喷涂框架的摆动。

周向摆动喷涂机构的整体框架由可相对旋转的内外圆形框组成，外框3是沿管道周向布置的半圆环轨道，固定在行走小车14尾部，内框1上安装有连接圆环30，四把喷枪25相互相隔90°安装在内框1的喷枪支架26上，喷枪支架26安装在连接圆环30上，在连接圆环30上安装滚轮2，滚轮2在外框3的圆环轨道滚动，实现喷枪25沿圆环轨道绕管道22轴线灵活转动。

喷涂机具的喷涂工作流程如下：

轴向行走机构不间断前进，周向摆动喷涂机构连续摆动，喷枪25沿管道22做折返螺旋扫描喷涂，图5所示为单把喷枪在管圆周面折返螺旋扫描喷涂过程的平面展开图。喷涂机具安装到管道22起始端后，周向摆动喷涂机构的周向摆动电机8开始转动，周向摆动开始，喷枪25开始喷涂；当管道22起始区域喷涂完后，轴向行走机构变频电机13启动，行走小车14带着周向摆动喷涂机构沿管道22连续前进，喷枪25沿管道22做折返螺旋扫描运动；喷涂机器人运行到管道22终止端后，轴向行走机构变频电机13停止转动；当喷枪25沿管道22扫描一周后，喷枪25停止喷涂，周向摆动喷涂机构变频电机8停止运动，喷涂结束。

Claims (9)

1. 一种适用于管道特别是大口径管道开挖后防腐层喷涂的管道现场大修自动喷涂机具，主要包括轴向行走机构、周向摆动喷涂机构和控制系统，其特征是在环管道框架位于管道[22]上表面处装有轴向行走电机[13]，其输出轴接减速机[10]后接链轮[11]，由链条[12]传动，驱动行走小车[14]上的四个锥形车轮[15]，四个锥形车轮[15]的中心轴线和环管道剖分框架[19]上的两组夹紧轮[23]均布于管道[22]圆周，剖分框架[19]在管道底部合拢活连；周向摆动喷涂机构采用可相对旋转的内外圆形框结构，外框[3]经连接块[7]连接在行走小车[14]尾部，内框[1]经滚轮[2]安装在外框[3]轨道上，喷枪[25]安装在内框[1]的喷枪支架[26]上，周向摆动电机[8]经减速机减速连接驱动链轮[6]，经链条[4]、换向链轮[27]、导向链轮[28]传动，驱动内框转动臂[5]，带动内框[1]往复摆动。

2. 根据权利要求1所述的管道现场大修自动喷涂机具，其特征是所述轴向行走机构由环管道框架的剖分框架[19]、一台轴向行走电机[13]、减速机[10]、链轮[11]、链条[12]、链轮[16]、链条[18]、四个锥形车轮15和两个夹紧轮[23]组成，安装在剖分框架[19]位于管道[22]上表面处的轴向行走电机[13]输出轴接减速机[10]后连接链轮[11]，由链条[12]将链轮[11]和链轮[16]连接，链轮[16]与一对锥形车轮[15]连接，由链条[18]将链轮[16]与一对锥形车轮[15]连接，两对锥形车轮[15]对称布置于管道上表面中心线两侧形成两个“V”形轮组；在行走小车[14]两端安装环管道的两个半剖分框架[19]，每个半剖分框架[19]上部由铰轴[17]铰链于行走小车[14]端部，剖分框架[19]在管道底部合拢活连，在每个半剖分框架[19]上各设置两个夹紧轮[23]对称地位于下部，与管道上表面中心线成120度均布于管道[22]圆周。

3. 根据权利要求1或2所述的管道现场大修自动喷涂机具，其特征是在轴向行走机构上设置倾斜传感器[9]，在夹紧轮[23]处有电磁推杆[21]，同时分别将[2]组夹紧轮[23]中各一个设置为可转向的导向轮[20]，导向轮[20]上有复位弹簧。

4. 根据权利要求1或2所述的管道现场大修自动喷涂机具，其特征是所述轴向行走电机13为变频电机。

5. 根据权利要求1所述的管道现场大修自动喷涂机具，其特征是所述周向摆动喷涂机构的整体框架由可相对旋转的内外圆形内框[1]和外框[3]组成，外框[3]是沿管道周向布置的半圆环轨道，固定在行走小车[14]尾部，内框[1]上安装有连接圆环[30]，四把喷枪[25]相互相隔90°安装在喷枪支架[26]上，喷枪支架[26]安装在连接圆环[30]上，在连接圆环[30]上安装滚轮[2]，滚轮[2]在外框[3]的圆环轨道滚动；周向摆动电机[8]连接驱动链轮[6]带动与两只换向链轮[27]、多个导向链轮[28]咬合的圆弧曲线环形链条[4]连续转动，销轴[29]将与内框[1]固连的内框转动臂[5]连接在链条[4]的某一个链节上，内框转动臂[5]上设有销轴[29]的滑槽。

6. 根据权利要求1或5所述的管道现场大修自动喷涂机具，其特征是所述周向摆动电机8为变频电机。

7. 根据权利要求1所述的管道现场大修自动喷涂机具，其特征是轴向行走机构与周向摆动喷涂机构采用分离组装结构，周向摆动喷涂机构的外框[3]由连接块[7]连接在轴向行走机构的行走小车[14]尾部。

8. 根据权利要求1或2所述的管道现场大修自动喷涂机具，其特征是在夹紧轮[23]上设置有压簧。

9. 根据权利要求1或5所述的管道现场大修自动喷涂机具，其特征是在喷枪[25]内侧安装了防涂料飞溅罩[24]。

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