CN101982276A - 一种水下管道内切割机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种水下管道内切割机。主要包括箱体式机架(1)、支撑装置(2)、径向进给装置(3)、切割装置(4)和水下液压控制阀箱及检测系统(5)，支撑装置(2)、切割装置(4)的驱动部分和水下液压控制阀箱及检测系统(5)部分安装在箱体式机架(1)内，径向进给装置(3)通过切割装置(4)的驱动部分与箱体相联。结构设计合理，操作方便，能适应水下工作环境和钢管内切割的特殊需要。用于海上石油平台导管架、桩基以及其他水下外部切割管道受限制的大直径钢管切割。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种切割装置，具体地说是一种水下管道内切割设备。
背景技术
海洋石油在整个石油产业中占有非常重要的地位，随着海洋石油工业的发展，在作业海域新建的石油生产设施越来越多，随着石油的开采及资源不断地枯竭，平台的使用寿命也将接近尾声。根据国际公约和国内相关法规的规定，油气田停产后必须拆除相关设施。自1973年在墨西哥湾拆除第1座海洋平台以来，据不完全统计，全世界大概已有2000多座平台被拆除。在我国，平台的拆除还是一项新的工程，据统计，今后数年内，我国将有数十座平台要进行拆除。废弃平台的拆除将成为海洋工程的一个新兴的高技术产业，其中废弃桩基平台主要组成部分——导管架的拆除尤其重要，其涉及技术领域较多，并且受经济、技术、安全、环境保护等多种因素的制约，一旦发生事故，将造成巨大的损失。废弃海洋石油平台的拆除对海洋石油工业来说非常重要，对保证作业区域的海洋环境、通航和渔业生产等，都具有重要意义。
由于海底的导管架结构及外部的环境都是相当复杂，因而有些情况会不利于安放管道外部切割装置。此时，管道内的结构就显得相对简单，也更利于切割设备的安放和切割作业的顺利进行，所以该发明涉及的一种水下管道内切割机将会在海洋导管架平台拆除工作发挥较为显著的作用
国内外关于管道内切技术的介绍相对较少，仅有一种承载高压水喷头的内切割臂，但其结构不适合于为传统冷切割方法提供必要的运动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够用于大直径钢管内切割，结构合理，操作方便，能适应水下工作环境和钢管内切割的特殊需要的水下管道内切割机。
本发明的目的是这样实现的：
主要包括箱体式机架1、支撑装置2、径向进给装置3、切割装置4和水下液压控制阀箱及检测系统5，支撑装置2、切割装置4的驱动部分和水下液压控制阀箱及检测系统5部分安装在箱体式机架1内，径向进给装置3通过切割装置4的驱动部分与箱体相联。
本发明还可以包括：
1.所述箱体式机架1的外形呈方形，为上下剖分式结构，包含有上箱体11、下箱体、加强筋13、柔性机构14和吊耳15，上、下箱体的侧沿上设置有若干通孔，上、下箱体通过螺栓联接；箱体式机架的一端设置有安装四个支撑液压缸21的安装面，安装面上根据液压缸的安装需要设置相应通孔；箱体式机架的另一侧设置有切削马达45、减速器442和主轴421的安装面；箱体式机架外侧每个侧面安装有四个柔性机构14，四个柔性机构14交错呈蛇形布置；箱体式机架还设置有两个起吊用的吊耳15；箱体式机架内壁转角处设有加强筋13。
2.支撑装置2包含有四个支撑液压缸21和支撑块22，箱体式机架的相对两面的支撑液压缸21两两组成一对，分别安装在两个不同的工作平面上；支撑液压缸21依靠端面法兰安装在箱体式机架1内，活塞杆通过箱体上的安装孔伸出箱体以外，与支撑块22相联；支撑块22上设有与活塞杆相联的螺纹孔。
3.径向进给装置3包含有底座31、导轨32、刀架33、丝杠组件34、齿轮传动组件35、锥齿轮底座36和进给马达37；底座31是刀具进给装置的支撑体，并通过它与切削装置4的壳体相联；导轨32安装在底座31上，两条导轨分别为矩形导轨和三角形导轨；丝杠组件34通过两个轴承座341与导轨32固连；刀架33与丝杠螺母342通过螺栓相联，并且其底面与导轨面相匹配；齿轮传动组件将进给马达37和丝杠343联系在一起。
4.切割装置4包含有壳体41、主轴组件42、旋转接头43、减速器组件44、切削马达45；壳体41用于安装径向进给马达37，并通过平键和螺母与主轴422一端相联，能在主轴422的带动下完成连续旋转运动，进而带动径向进给装置3的切削运动；主轴422另一端通过主轴联轴器421与减速器组件44相联，减速器组件44包括减速器联轴器441和减速器442，切削马达45通过减速器组件44为主轴组件提供需要的转速；主轴422上开有通油孔，通过旋转接头43向径向进给装置3的进给马达37供油。
5.水下液压控制阀箱及检测系统5安装在该机本体上，检测系统和液压控制阀均安装放在密闭的阀箱内，电缆和数据线通过水密接头引出阀箱外与母船上的控制柜相联，主油路和各个执行元件的进出油管通过快换接头与油源和执行元件相联。
本发明提供了一种能够用于大直径钢管内切割的水下管道内切割机，其结构设计合理，操作方便，能适应水下工作环境和钢管内切割的特殊需要。
本发明的主要包括箱体式机架、支撑装置、径向进给装置、切割装置和水下液压控制阀箱及检测系统。
箱体式机架是其他四部分的载体，外形呈方形，采用上下剖分式结构，既有利于机械加工，又便于支撑液压缸的安装和整机的装配、维护保养与维修，同时能保证该机正常工作所必须的强度和刚度；机架外部设置有柔性机构，避免进入和退出待切割管道时机体与管道内壁相碰。
支撑装置主要包括两对施力的液压缸和可适应不同内径的支撑块，两对施力液压缸交叉布置在箱体式框架的一端，分别安装在两个不同的工作平面上，可显著提高了机体工作的稳定性和装拆的方便性，同时，支撑块采用模块化设计，可根据工作范围内的管道内径更换不同支撑块，增大了该机适应管道直径的范围，支撑装置能够使机体紧紧支撑在待切割钢管的内壁上，支撑力能够克服重力和满足切削进给的需要，因此该机使用时不受管道放置姿态的限制。
径向进给装置上设置两个刀架，成180°布置，两个刀架可带动刀具同时进行等量径向进给运动，这种方式既能保证径向切削力的平衡，又能提高该机的切削效率；
切割装置可以带动径向进给装置实现360°连续旋转运动，完成刀具的周向进给，旋转接头可以保证外部压力油能够持续供给到旋转的径向进给装置中，切割装置与径向进给装置配合，能够满足海洋工程特有的厚壁钢管切割作业的需求。
水下液压控制阀箱及检测系统安装在水下管道内切割机的本体上，检测系统和液压控制阀均安装放在密闭的阀箱内，电缆和数据线等通过水密接头引出阀箱外与母船上的控制柜相联，主油路和各个执行元件的进出油管通过快换接头与油源和执行元件相联。
由于该内切割机主要工作在水下，因此充分考虑密封和防腐是不容忽视的问题，在设计过程中主要从材料、表面处理和结构上来避免海水向机体内的渗漏和对零部件的腐蚀。
附图说明
图1为本发明水下管道内切割机的整体结构示意图。
图2为本发明水下管道内切割机的径向进给结构示意图。
图3为本发明水下管道内切割机的周向进给结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图距离对本发明做更详细的描述：
结合图1和图3。本发明的水下管道内切割机主要包括箱体式机架1、支撑装置2、径向进给装置3、切割装置4和水下液压控制阀箱及检测系统5等部分，使用时通过吊放装置将其置于待切割管道内，工作时不受管道放置姿态的限制。该机支撑装置2、切割装置4的驱动部分和水下液压控制阀箱及检测系统5等部分安装在箱体式机架1内，而径向进给装置3则是通过切割装置4的驱动部分与箱体相联。
箱体式机架1部分外形呈方形，采用上下剖分式结构，便于整机的装配与维修。该部分包含有上箱体11、下箱体(图1中将下箱体隐藏了)、加强筋13、柔性机构14和吊耳15等部分。上、下箱体的侧沿上设置有若干通孔，通过螺栓将上下箱体联接；箱体的一端设置有安装四个支撑液压缸21的安装面，安装面上根据液压缸的安装需要设置相应通孔；箱体的另一侧设置有切削马达45、减速器442和主轴421的安装面；箱体外侧每个侧面安装有四个柔性机构14，四个柔性机构14交错呈蛇形布置，避免整机置入管道时机体与管壁相碰，该柔性装置的伸出长度根据待切割管道的直径由螺栓141来调定；箱体还设置有两个起吊用的吊耳15；箱体内壁转角处设有加强筋13，用以保证该机正常工作所必须的强度和刚度。
支撑装置2部分包含有四个支撑液压缸21和支撑块22。箱体相对两面的支撑液压缸21两两组成一对，分别安装在两个不同的工作平面上，能保证机体工作所需夹紧力，同时能承受一定的力矩，可以提高机体工作的稳定性和装拆的方便性；支撑液压缸21依靠端面法兰安装在箱体式机架1内，活塞杆可通过箱体上的安装孔伸出箱体以外，与支撑块22相联。根据该机适应管径的范围，支撑块22采用模块化设计，支撑块22上设有与活塞杆相联的螺纹孔；与管壁相接触的面设计成半径不同的弧形，与待切割管壁相适应，保证接触工作面的面积，使支撑力能够克服机体自身重力，同时满足切削的需要，因此该机使用时不受管道放置姿态的限制。
同时结合图2。径向进给装置3部分包含有底座31、导轨32、刀架33、丝杠组件34、齿轮传动组件35、锥齿轮底座36和进给马达37等。底座31是刀具进给装置的支撑体，并通过它与切削装置4的壳体相联；导轨32通过螺栓安装在底座31上，为了使其能够承受一定的倾覆力矩，两条导轨分别设计成矩形导轨和三角形导轨；丝杠组件34通过两个轴承座341与导轨32固连；刀架33与丝杠螺母342通过螺栓相联，并且其底面与导轨面相匹配，确保其能带动切削刀具完成径向进给运动，并能承受切削力；齿轮传动组件将进给马达37和丝杠343联系在一起，液压马达通过齿轮传动组件，实现减速和变向的作用。
切割装置4部分包含有壳体41、主轴组件42、旋转接头43、减速器组件44、切削马达45等。壳体41用于安装径向进给马达37，并通过平键和螺母与主轴422一端相联，使其能在主轴422的带动下完成连续旋转运动，进而实现径向进给装置3的切削运动；主轴422另一端通过主轴联轴器421与减速器组件44相联，减速器组件44包括减速器联轴器441和减速器442，切削马达45通过减速器组件44为主轴组件提供需要的转速，实现切削运动；主轴422上开有通油孔，通过旋转接头43向径向进给装置3的进给马达37供油。
水下液压控制阀箱及检测系统5安装在该机本体上，检测系统和液压控制阀均安装放在密闭的阀箱内，电缆和数据线等通过水密接头引出阀箱外与母船上的控制柜相联，主油路和各个执行元件的进出油管通过快换接头与油源和执行元件相联。
水下管道内切割机的工作过程：
①根据待切割管道的直径，确定水下管道内切割机支撑块的选用尺寸，在潜水员的配合下将机器吊放到水下指定位置，通过内切割机的液压控制系统控制该机的支撑液压缸伸出，并保证整机能紧紧支撑在待切割钢管内壁。
②整机固定完毕后，潜水员撤离到安全区，向工作母船发出切削指令，母船上的操作人员按下径向进给按钮，径向进给装置上的刀架同时进行等量进给，进给量由操作人员预先设定。
③径向进给完成后，母船上的操作人员按下切削按钮，切割装置可以带动径向进给装置实现360°连续旋转运动，完成刀具的周向进给，实现刀具的切割作业。
④如果一次进给不能将钢管切断，可再次设定进给量，按下径向进给按钮，并重复步骤③。
⑤通过水下管道内切割机控制面板上显示的径向进给位移和压力，判断切割作业完成后， 停止进给运动和切削运动，此时该机仍然处于支撑保持状态。
⑥在潜水员的配合下，利用工作母船上的起吊装置，将切断的管道稳住，操作人员通过操作系统发出放松指令，支撑液压缸回缩，支撑装置放松，液压系统停止供油。
⑦同样，在潜水员的配合下，利用工作母船上的起吊装置，将水下管道内切割机从切断的管道中提出，并将其回收到工作母船上。
⑧根据保养手册，对水下管道内切割机进行及时的养护。
Claims (9)
1.一种水下管道内切割机，主要包括箱体式机架(1)、支撑装置(2)、径向进给装置(3)、切割装置(4)和水下液压控制阀箱及检测系统(5)，其特征是：支撑装置(2)、切割装置(4)的驱动部分和水下液压控制阀箱及检测系统(5)部分安装在箱体式机架(1)内，径向进给装置(3)通过切割装置(4)的驱动部分与箱体相联。
2.根据权利要求1所述的一种水下管道内切割机，其特征是：所述箱体式机架(1)的外形呈方形，为上下剖分式结构，包含有上箱体(11)、下箱体、加强筋(13)、柔性机构(14)和吊耳(15)，上、下箱体的侧沿上设置有若干通孔，上、下箱体通过螺栓联接；箱体式机架的一端设置有安装四个支撑液压缸(21)的安装面，安装面上根据液压缸的安装需要设置相应通孔；箱体式机架的另一侧设置有切削马达(45)、减速器(442)和主轴(421)的安装面；箱体式机架外侧每个侧面安装有四个柔性机构(14)，四个柔性机构(14)交错呈蛇形布置；箱体式机架还设置有两个起吊用的吊耳(15)；箱体式机架内壁转角处设有加强筋(13)。
3.根据权利要求1或2所述的一种水下管道内切割机，其特征是：支撑装置(2)包含有四个支撑液压缸(21)和支撑块(22)，箱体式机架的相对两面的支撑液压缸(21)两两组成一对，分别安装在两个不同的工作平面上；支撑液压缸(21依靠端面法兰安装在箱体式机架(1)内，活塞杆通过箱体上的安装孔伸出箱体以外，与支撑块(22)相联；支撑块(22)上设有与活塞杆相联的螺纹孔。
4.根据权利要求1或2所述的一种水下管道内切割机，其特征是：径向进给装置(3)包含有底座(31)、导轨(32)、刀架(33)、丝杠组件(34)、齿轮传动组件(35)、锥齿轮底座(36)和进给马达(37)；底座(31)是刀具进给装置的支撑体，并通过它与切削装置(4)的壳体相联；导轨(32)安装在底座(31)上，两条导轨分别为矩形导轨和三角形导轨；丝杠组件(34)通过两个轴承座(341)与导轨(32)固连；刀架(33)与丝杠螺母(342)通过螺栓相联，并且其底面与导轨面相匹配；齿轮传动组件将进给马达(37)和丝杠(343)联系在一起。
5.根据权利要求3所述的一种水下管道内切割机，其特征是：径向进给装置(3)包含有底座(31)、导轨(32)、刀架(33)、丝杠组件(34)、齿轮传动组件(35)、锥齿轮底座(36)和进给马达(37)；底座(31)是刀具进给装置的支撑体，并通过它与切削装置(4)的壳体相联；导轨(32)安装在底座(31)上，两条导轨分别为矩形导轨和三角形导轨；丝杠组件(34)通过两个轴承座(341)与导轨(32)固连；刀架(33)与丝杠螺母(342)通过螺栓相联，并且其底面与导轨面相匹配；齿轮传动组件将进给马达(37)和丝杠(343)联系在一起。
6.根据权利要求1或2所述的一种水下管道内切割机，其特征是：切割装置(4)包含有壳体(41)、主轴组件(42)、旋转接头(43)、减速器组件(44)、切削马达(45)；壳体(41)用于安装径向进给马达(37)，并通过平键和螺母与主轴(422)一端相联，能在主轴(422)的带动下完成连续旋转运动，进而带动径向进给装置(3)的切削运动；主轴(422)另一端通过主轴联轴器(421)与减速器组件(44)相联，减速器组件(44)包括减速器联轴器(441)和减速器(442)，切削马达(45)通过减速器组件(44)为主轴组件提供需要的转速；主轴(422)上开有通油孔，通过旋转接头(43)向径向进给装置(3)的进给马达(37)供油。
7.根据权利要求3所述的一种水下管道内切割机，其特征是：切割装置(4)包含有壳体(41)、主轴组件(42)、旋转接头(43)、减速器组件(44)、切削马达(45)；壳体(41)用于安装径向进给马达(37)，并通过平键和螺母与主轴(422)一端相联，能在主轴(422)的带动下完成连续旋转运动，进而带动径向进给装置(3)的切削运动；主轴(422)另一端通过主轴联轴器(421)与减速器组件(44)相联，减速器组件(44)包括减速器联轴器(441)和减速器(442)，切削马达(45)通过减速器组件(44)为主轴组件提供需要的转速；主轴(422)上开有通油孔，通过旋转接头(43)向径向进给装置(3)的进给马达(37)供油。
8.根据权利要求4所述的一种水下管道内切割机，其特征是：切割装置(4)包含有壳体(41)、主轴组件(42)、旋转接头(43)、减速器组件(44)、切削马达(45)；壳体(41)用于安装径向进给马达(37)，并通过平键和螺母与主轴(422)一端相联，能在主轴(422)的带动下完成连续旋转运动，进而带动径向进给装置(3)的切削运动；主轴(422)另一端通过主轴联轴器(421)与减速器组件(44)相联，减速器组件(44)包括减速器联轴器(441)和减速器(442)，切削马达(45)通过减速器组件(44)为主轴组件提供需要的转速；主轴(422)上开有通油孔，通过旋转接头(43)向径向进给装置(3)的进给马达(37)供油。
9.根据权利要求5所述的一种水下管道内切割机，其特征是：切割装置(4)包含有壳体(41)、主轴组件(42)、旋转接头(43)、减速器组件(44)、切削马达(45)；壳体(41)用于安装径向进给马达(37)，并通过平键和螺母与主轴(422)一端相联，能在主轴(422)的带动下完成连续旋转运动，进而带动径向进给装置(3)的切削运动；主轴(422)另一端通过主轴联轴器(421)与减速器组件(44)相联，减速器组件(44)包括减速器联轴器(441)和减速器(442)，切削马达(45)通过减速器组件(44)为主轴组件提供需要的转速；主轴(422)上开有通油孔，通过旋转接头(43)向径向进给装置(3)的进给马达(37)供油。
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