CN101480770B - 液压式管道内对口器 - Google Patents

Abstract

液压式管道内对口器，应用于长距离输油、输气管道焊接施工。主要由壳体、液压动力站部分、滑动机构、扩张机构、行走机构和扶正机构组成。特征是：在液压站外套内固定有液压动力站。在液缸外套内有液压缸。在主轴上套有后滑套和前滑套。牵引架的另一端固定在后滑套的端部。液压缸带动后滑套在主轴上进行往复运动。在滑套上采用铰接轴固定有主顶板和平行顶板，两个主顶板形成一个等腰三角形。平顶板上固定有两个顶柱和顶托。效果是：能实现管口对齐、定位稳定可靠；顶推动力大，能实现管口整形；微调顶升高度，提高组对管口的同圆精度，而且重量轻，价格低，结构简单。

Description

液压式管道内对口器

技术领域

本发明涉及管道施工技术领域，特别涉及长距离输油、输气管道焊接施工技术领域，是一种焊接管线时的液压式管道内对口器。

背景技术

管道运输已经成为一种新兴的流体运输行业正在蓬勃发展。而管道在焊接施工时须将一根根管子经焊接连接起来。为保证焊接的质量，首先要解决的是管口对齐并且定位稳定、可靠。国内外已有多种对口器应用于管道焊接中。

管道焊接施工中使用的对口器，主要分两种：外对口器和内对口器。外对口器的作用是：从管道的外部将需要焊接的两个管道端部对齐。外对口器所组对成的管口的质量较差，在要求焊接质量好的长输管道焊接施工中禁止使用。中国专利授权公告号CN1203962C提供的管道对口器和中国专利公告号CN1947949A提供的偏心轮式管道快速对口器和中国专利公告号CN1876329A提供的管道对口器，就属于管道外对口器。内对口器的作用是：从管道的内部将需要焊接的两个管道端部对齐。中国专利公告号CN1569387A提供的管道内整形对口器和中国专利授权公告号CN2806040Y提供的大涨力管道内对口器，就属于管道内对口器。

目前，我国长输管道焊接施工一直使用从加拿大进口的或引进技术生产的内对口器。内对口器所组对管口的质量较好，为提高焊接质量起到很大作用。现有的内对口器一般为气动式，气动式内对口器在组对管径较大的管口时，如组对钢管直径为800毫米以上的管道时，不能满足焊接工艺要求。主要原因是气动式内对口器结构存在不足，造成对管口的顶推力小达不到焊接要求等问题。气压式内对口器的结构是：有两排对称分布的气缸组，每组有多个气缸，用压缩气做动力，顶起气缸组上的两排顶杆；顶托撑圆两个组对管口的内圆，达到组对齐管口的目的。气压式内对口器制造工艺复杂，成本高，加工制作一台1016毫米管径的气动式内对口器，成本费需要拾几万人民币。每台气动式内对口器的重量有850公斤，焊接施工时，需用吊车或吊管机搬运，一台气动式内对口器只能组对一种规格管径的管道。有人采用加长顶杆的方法，改造较小规格的气动式内对口器组对较大的管径钢管，后因动力不足未能成功。气动式内对口器受重量大，价格高等问题的限制，应用范围较少，除一些大型国营单位在长输油气管道施工中应用外，一些单位焊接管道施工时很少使用对口器，至使组对管口的交错程度超过规定的质量标准，增加了焊接施工难度，缩短了管道的正常使用寿命。现有的内对口器均不能实现管口整形。

发明内容

本发明的目的是：提供一种液压式管道内对口器，能从对焊的管道内部实现两个管口对齐、对正；具有顶推动力大，能实现管口整形，定位稳定可靠，能微调顶升高度，提高组对管口的同圆精度，达到提高管口焊接质量目的。液压式管道内对口器还要结构简单，减轻重量，降低造价。克服现有内对口器不能实现管口整形，所组对成的管口质量较差，达不到焊接施工要求的不足。

本发明采用的技术方案是：液压式管道内对口器主要由壳体、液压动力站部分、滑动机构、扩张机构和行走、扶正机构组成。

在壳体的后端内有液缸外套，液缸外套能在壳体内滑动。液缸外套内有液压缸，液压缸的一端与液缸外套固定。

为了液缸外套在壳体内滑动时减少阻力，并保持在中心位置，所述的壳体内固定有环形滑套，液缸外套能沿环形滑套的内壁滑动。

液压动力站部分包括液压站外套，在液压站外套内固定有液压动力站。液压动力站有管线连接液压缸的进口和出口，为液压缸提供往复液压动力。液压站外套固定在壳体的后端部。液压动力站和液压缸技术比较简单，普通技术人员能完成，不详细叙述。

滑动机构包括主轴、牵引架、后滑套和前滑套。主轴一端固定在液缸外套的顶端中心孔内，主轴另一端连接在壳体前端部的主轴支撑套内，主轴于主轴支撑套之间滑动配合。在主轴上套有后滑套和前滑套，后滑套能在主轴上滑动。由滑套固定销将前滑套固定在主轴上。液压缸的另一端连接牵引架。牵引架的另一端固定在后滑套的端部。液压缸的活塞杆能拉动牵引架，并带动后滑套在主轴上进行往复运动。

扩张机构包括平行顶板、后主顶板、顶柱、顶托、平顶板、铰接轴和前主顶板。在后滑套上采用铰接轴固定有后主顶板和平行顶板，在前滑套上采用铰接轴固定有前主顶板和平行顶板。后主顶板和前主顶板的另一端采用一个铰接轴固定在平顶板上。后滑套上固定的平行顶板另一端采用铰接轴固定在平顶板上，平行顶板与后主顶板平行。前滑套上固定的平行顶板另一端采用铰接轴固定在平衡块上，平行顶板与前主顶板平行。后主顶板和前主顶板形成一个等腰三角形。平顶板上固定有两个顶柱，两个顶柱分别穿过壳体上的顶柱孔，在每个顶柱上固定有顶托。

为了适应对口焊接的管道直径不同，所述的扩张机构的数量为12～48个，管径到扩张机构的数量越多，一般扩张机构应当是对称分布。12～48个扩张机构的顶托组成近似圆形。

为了使后滑套或前滑套能与平行顶板、后主顶板和前主顶板连接，在后滑套和前滑套的外壁上分别固定有12～48个轴销板，轴销板呈放射状均匀分布在后滑套或前滑套的外壁上。

为了使平顶板与平行顶板、后主顶板和前主顶板连接，在平顶板的下部固定有轴销固定板。

为了使顶托与对口的焊接管实现点接触，在顶托的两端顶面上各有一个滚轴。滚轴的上部圆弧面高度高于顶托的上平面。

扩张机构的工作原理：在液压缸往复推动下，牵引架带动后滑套在主轴滑动。当液缸伸长推动牵引架和后滑套向前运动，后主顶板和前主顶板形成一个等腰三角形底边变短，等腰三角形高度增加。后主顶板、前主顶板和与之平行的平行顶板推动平顶板向外扩张，带动顶柱和顶托向外扩张。顶托能将对焊的两个管口扩张成圆形，能确保两个组对管口的同圆精度，提高焊接质量。

所述的行走机构包括主动行走机构、被动行走机构和扶正机构。主动行走机构和被动行走机构固定在外壳的底部，被动行走机构是：在外壳的底部固定有轮臂固定座，轮臂固定座上固定有轮臂，轮臂的下端通过轮轴连接有被动行走轮。主动行走机构是：在外壳的底部固定有轮臂固定座，轮臂固定座上固定有轮臂，轮臂的下端通过轮轴连接有主动行走轮。主动行走轮上固定有链轮。在壳体的下部固定有马达及减速机构，马达及减速机构的输出端连接有链轮。在两个链轮之间连接有链条。马达转动，带动链条和主动行走轮转动，能使液压式管道内对口器在对焊的管道内行走。

所属的扶正机构包括扶正轮固定筒，扶正轮臂和扶正轮，扶正轮固定筒固定在壳体的外壁上，在扶正轮固定筒内有扶正轮臂，弹簧套在扶正轮臂上。扶正轮臂上固定有挡圈。扶正轮通过轮轴固定在扶正轮臂顶端。扶正机构的数量为两排，每排扶正机构与行走机构的中心线夹角为120度。

在壳体的下部固定有光电位置开关，能使液压管道内对口器行走至两个焊接管对缝位置自动停止行走。

工作原理

在液压管道内对口器上有行走机构，行走机构的马达转动带动链条、链条的主动行走轮转动行走。液压管道内对口器行至焊接管的管口对缝处(两个组对管口中间位置)时，光电位置开关自动关闭，液压管道内对口器自动停止行走，使液压管道内对口器定位，起动液压动力站供油至液压缸。

液压缸推动牵引架和后滑套，后滑套在主轴上向前滑动。后滑套带动后主顶板、前主顶板和平行顶板。由于后滑套的后主顶板和前滑套的前主顶板上端同时采用一个铰接轴固定平顶板上，后主顶板和前主顶板形成一个等腰三角形。后滑套向前滑动时，等腰三角形底边缩短，高度增加。平行顶板与主顶板长度相同，与主顶板分别组成两个平形四边形。后主顶板、前主顶板和平行顶板同时推动平顶板向外扩张，带动顶柱、顶托向外扩张。组成近似圆形的多个顶托同时向外扩张。多个顶托撑圆两个管道组对管口的内圆，能确保两个组对管口的同圆精度。

本发明的有益效果：本发明液压式管道内对口器的上述结构设计打破了传统对口器设计思路，结构有较大的改进。不仅能实现管口对齐、定位稳定可靠；顶推动力大，能实现管口整形；微调顶升高度，提高组对管口的同圆精度和质量标准，而且具有重量轻，价格低，结构简单。克服现有内对口器不能实现管口整形，所组对成的管口质量较差，达不到焊接施工要求的不足。

本发明其特征在于液压式管道内对口器，顶升动力由气压改为液压，主要在于顶升结构的改变和创新，使顶升动力增加数倍，发挥了液压顶升力大的特点，克服了气压管道内对口器顶力不足的问题，由于液压管道内对口器顶升高度可微量调整，在同一种管径管壁厚薄不同时能微调整顶升高度，使组对管口达到同圆精度标准更高。

本液压管道内对口器，在行走系统增加了光电位置开关，使两排顶托行走到组对管口的中间位时自动停止行走，准确定位。

下面将已有的进口气压管道内对口器与本发明液压管道内对口器的几顶指标进行一下比较：

原有的一台φ559毫米管径的气压管道内对口器，成本费拾万元左右，一台φ1016毫米管径的成本费拾陆万元以上，由φ559毫米至φ1016毫米管径接近十种，全部加工制作成本费壹佰万元以上。而加工制作一台φ559管径的本发明液压管道内对口器的成本费只需壹万参仟元左右，主机通用，只需制作加长顶柱和加长顶升结构能主对由φ475毫米至φ1219毫米拾几种管径的液压管道内对口器全部成本费3万3仟元左右，最大能加工制作成组对拾米已上隧道管径。

原有φ1016气压管道内对口气重850公斤，本发明液压管道内对口器重150公斤左右；原有φ1219进口气压管道内对口器重1.3吨，本发明液压管道内对口器重170公斤左右。气压管道内对口器一直存在着顶力不足的问题，而本发明液管道内对口器顶力能比气压管道内对口器大几倍，并可随时微调顶升高度。

附图说明

图1是本发明液压式管道内对口器纵剖面结构示意图。

图2是本发明液压式管道内对口器横剖面结构示意图。是图1的A-A剖面示意图。

图3是本发明液压式管道内对口器横剖面结构示意图。是图1的B-B剖面示意图。表示行走扶正机构和行走扶正机构分布情况。

图4是本壳体纵剖面结构示意图。

图5是后滑套9和前滑套17的横剖面示意图。

图6是平顶板14横剖面示意图

图中，1.液压站外套，2.液压动力站，3.扶正机构，4.液缸外套，5.液压缸，6.壳体，7.主轴，8.牵引架，9.后滑套，10.平行顶板，11.后主顶板，12.顶柱，13.顶托，14.平顶板，15.铰接轴，16.前主顶板，17.前滑套，18.滑套固定销，19.主轴支撑套，20.焊接管，21.主动行走轮，22.链条，23.链轮，24.马达及减速机构，25.被动行走轮，26.轮臂，27.轮臂固定座，28.弹簧，29.扶正轮固定筒，30.挡圈，31.扶正轮臂，32.扶正轮，33.滑套，34.顶柱孔，35.主轴支撑板，36.滚轴，37.轴销板，38.轴销固定板，39.光电位置开关。

具体实施方式

实施例1：以一个能应用于内径为711毫米焊接管的液压式管道内对口器为例，结合附图进一步说明。

参阅图1。壳体6的结构为阶梯状钢板焊接的圆筒，壳体6的后部是内径为300毫米，长度为700毫米的圆筒。壳体6的前部是内径为680毫米，长度为400毫米的圆筒。在大直径圆筒的前端焊接成圆锥体形。采用厚度为8毫米的钢板焊接、液压动力站部分、滑动机构、扩张机构和行走、扶正机构组成。

在壳体6的后端内有液缸外套4，液缸外套4能在壳体6内滑动。液缸外套4内有液压缸5，液压缸5的一端与液缸外套4固定。

壳体6内固定有环形滑套33，液缸外套4能沿环形滑套33的内壁滑动。

液压动力站部分包括液压站外套1，在液压站外套1内固定有液压动力站2。液压动力站2的功率为3kW，最高压力16MPa。液压动力站2有管线连接液压缸5的进口和出口，为液压缸5提供往复液压动力。液压缸5的活塞直径为125毫米，最大身长长度50毫米。液压站外套1固定在壳体6的后端部。

参阅图1。滑动机构包括主轴7、牵引架8、后滑套9和前滑套17。主轴7的直径80毫米，长度550毫米。主轴7一端固定在液缸外套4的顶端中心孔内，主轴7另一端连接在壳体6前端部的主轴支撑套19内，主轴7于主轴支撑套19之间滑动配合。在主轴7上套有后滑套9和前滑套17，后滑套9能在主轴7上滑动。由滑套固定销18将前滑套17固定在主轴7上。液压缸5的另一端连接牵引架8。牵引架8的另一端固定在后滑套9的端部。液压缸5的活塞杆能拉动牵引架8，并带动后滑套9在主轴7上进行往复运动。

参阅图5。在后滑套9和前滑套17的外壁上分别固定有12个轴销板37，轴销板37呈放射状均匀分布在后滑套9或前滑套17的外壁上。

参阅图1。扩张机构包括平行顶板10、后主顶板11、顶柱12、顶托13、平顶板14、铰接轴15和前主顶板16。扩张机构的数量为12个，扩张机构应当是对称分布。12个扩张机构的顶托13组成近似圆形。在后滑套9上采用铰接轴15固定有后主顶板11和平行顶板10，在前滑套17上采用铰接轴15固定有前主顶板16和平行顶板10。后主顶板11和前主顶板16的另一端采用一个铰接轴15固定在平顶板14上。后滑套9上固定的平行顶板10另一端采用铰接轴15固定在平顶板14上，平行顶板10与后主顶板11平行。前滑套17上固定的平行顶板10另一端采用铰接轴15固定在平衡块14上，平行顶板10与前主顶板16平行。后主顶板11和前主顶板16形成一个等腰三角形。平顶板14上固定有两个顶柱12，两个顶柱12分别穿过壳体6上的顶柱孔34，在每个顶柱12上固定有顶托13。

参阅图6。在平顶板14的下部固定有轴销固定板38。

参阅图2。在每个顶托13顶面的两端各有一个滚轴36。滚轴36直径30毫米。滚轴36的上部圆弧面高度高于顶托13的上平面8毫米。

扩张机构的工作原理：在液压缸5往复推动下，牵引架8带动后滑套9在主轴7滑动。当液缸5伸长推动牵引架8和后滑套9向前运动，后主顶板11和前主顶板16形成一个等腰三角形底边变短，等腰三角形高度增加。后主顶板11、前主顶板16和与之平行的平行顶板10推动平顶板14向外扩张，带动顶柱12和顶托13向外扩张。顶托13能将对焊的两个管口扩张成圆形，能确保两个组对管口的同圆精度，提高焊接质量。

参阅图4。所述的行走机构包括主动行走机构、被动行走机构和扶正机构。主动行走机构和被动行走机构固定在外壳6的底部，被动行走机构是：在外壳6的底部固定有轮臂固定座27，轮臂固定座27上固定有轮臂26，轮臂26的下端通过轮轴连接有被动行走轮25。主动行走机构是：在外壳6的底部经螺栓固定有轮臂固定座27，轮臂固定座27上固定有轮臂26，轮臂26的下端通过轮轴连接有主动行走轮21。主动行走轮21上固定有链轮。在壳体6的下部固定有马达及减速机构24，马达及减速机构24的输出端连接有链轮23。在两个链轮之间连接有链条22。马达转动，带动链条22和主动行走轮21转动，能使液压式管道内对口器在对焊的管道内行走。

所属的扶正机构包括扶正轮固定筒29，扶正轮臂31和扶正轮32，扶正轮固定筒29固定在壳体6的外壁上，在扶正轮固定筒29内有扶正轮臂31，弹簧28套在扶正轮臂31上。扶正轮臂31上固定有挡圈30。扶正轮32通过轮轴固定在扶正轮臂31顶端。参阅图3。扶正机构的数量为两排，每排扶正机构与行走机构的中心线夹角为120度。

在壳体6的下部固定有光电位置开关39，光电位置开关39连接电源，能使液压管道内对口器行走至两个焊接管20对缝位置自动停止行走。

实施例2：与实施例1不同的地方是：在后滑套9和前滑套17的外壁上分别固定有24个轴销板37，扩张机构的数量为24个。

实施例3：与实施例1不同的地方是：在后滑套9和前滑套17的外壁上分别固定有36个轴销板37，扩张机构的数量为36个。

实施例4：与实施例1不同的地方是：在后滑套9和前滑套17的外壁上分别固定有48个轴销板37，扩张机构的数量为48个。

Claims (9)

1.一种液压式管道内对口器主要由壳体(6)、液压动力站部分、滑动机构、扩张机构、行走机构和扶正机构组成，其特征是：

在壳体(6)的后端内有液缸外套(4)，液缸外套(4)能在壳体(6)内滑动，液缸外套(4)内有液压缸(5)，液压缸(5)的一端与液缸外套(4)固定；

液压动力站部分包括液压站外套(1)，在液压站外套(1)内固定有液压动力站(2)，液压动力站(2)有管线连接液压缸(5)的进口和出口，为液压缸(5)提供往复液压动力，液压站外套(1)固定在壳体(6)的后端部；

滑动机构包括主轴(7)、牵引架(8)、后滑套(9)和前滑套(17)，主轴(7)一端固定在液缸外套(4)的顶端中心孔内，主轴(7)另一端连接在壳体(6)前端部的主轴支撑套(19)内，主轴(7)于主轴支撑套(19)之间滑动配合，在主轴(7)上套有后滑套(9)和前滑套(17)，后滑套(9)能在主轴(7)上滑动，由滑套固定销(18)将前滑套(17)固定在主轴(7)上，液压缸(5)的另一端连接牵引架(8)，牵引架(8)的另一端固定在后滑套(9)的端部，液压缸(5)的活塞杆能拉动牵引架(8)，并带动后滑套(9)在主轴(7)上进行往复运动；

扩张机构包括平行顶板(10)、后主顶板(11)、顶柱(12)、顶托(13)、平顶板(14)、铰接轴(15)和前主顶板(16)，在后滑套(9)上采用铰接轴(15)固定有后主顶板(11)和平行顶板(10)，在前滑套(17)上采用铰接轴(15)固定有前主顶板(16)和平行顶板(10)，后主顶板(11)和前主顶板(16)的另一端采用一个铰接轴(15)固定在平顶板(14)上，后滑套(9)上固定的平行顶板(10)另一端采用铰接轴(15)固定在平顶板(14)上，平行顶板(10)与后主顶板(11)平行，前滑套(17)上固定的平行顶板(10) 另一端采用铰接轴(15)固定在平衡块(14)上，平行顶板(10)与前主顶板(16)平行，后主顶板(11)和前主顶板(16)形成一个等腰三角形，平顶板(14)上固定有两个顶柱(12)，两个顶柱(12)分别穿过壳体(6)上的顶柱孔(34)，在每个顶柱(12)上固定有顶托(13)。

2.根据权利要求1所述的液压式管道内对口器，其特征是：所述的壳体(6)内固定有环形滑套(33)，液缸外套(4)能沿环形滑套(33)的内壁滑动。

3.根据权利要求1所述的液压式管道内对口器，其特征是：所述的扩张机构的数量为12～48个，扩张机构应当是对称分布，12～48个扩张机构的顶托(13)组成近似圆形。

4.根据权利要求1所述的液压式管道内对口器，其特征是：在后滑套(9)和前滑套(17)的外壁上分别固定有12～48个轴销板(37)，轴销板(37)呈放射状均匀分布在后滑套(9)或前滑套(17)的外壁上。

5.根据权利要求1所述的液压式管道内对口器，其特征是：在平顶板(14)的下部固定有轴销固定板(38)。

6.根据权利要求1所述的液压式管道内对口器，其特征是：在顶托(13)的两端顶面上有滚轴(36)，滚轴(36)的上部圆弧面高度高于顶托(13)的上平面。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的液压式管道内对口器，其特征是：所述的行走机构包括主动行走机构、被动行走机构和扶正机构，主动行走机构和被动行走机构固定在外壳(6)的底部，被动行走机构是：在外壳(6)的底部固定有轮臂固定座(27)，轮臂固定座(27)上固定有轮臂(26)，轮臂(26)的下端通过轮轴连接有被动行走轮(25)，主动行走机构是：在外壳(6)的底部固定有轮臂固定座(27)，轮臂固定座(27)上固定有轮臂(26)，轮臂(26)的下端通过轮轴连接有主动行走轮(21)，主动行走轮(21)上固定有链轮，在壳体(6)的下部固定 有马达及减速机构(24)，马达及减速机构(24)的输出端连接有链轮(23)，在两个链轮之间连接有链条(22)，马达转动，带动链条(22)和主动行走轮(21)转动，能使液压式管道内对口器在对焊的管道内行走。

8.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的液压式管道内对口器，其特征是：所属的扶正机构包括扶正轮固定筒(29)，扶正轮臂(31)和扶正轮(32)，扶正轮固定筒(29)固定在壳体(6)的外壁上，在扶正轮固定筒(29)内有扶正轮臂(31)，弹簧(28)套在扶正轮臂(31)上，扶正轮臂(31)上固定有挡圈(30)，扶正轮(32)通过轮轴固定在扶正轮臂(31)顶端，扶正机构的数量为两排，每排扶正机构与行走机构的中心线夹角为120度。，

9.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的液压式管道内对口器，其特征是：在壳体(6)的下部固定有光电位置开关(39)，光电位置开关(39)连接电源，能使液压管道内对口器行走至两个焊接管(20)对缝位置自动停止行走。 

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