CN102229224B - 一种螺旋列板形式涡激振动抑制装置的成型模具系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺旋列板形式涡激振动抑制装置的成型模具系统，包括模具、机架、动力和温控部分。模具分为上、下两组半模，每半模由凹模和凸模组成，凹模由一块凹模底板和三块凹模滑块组成，在凹模底板和凹模滑块的内部均设置有热流通道；凸模是一半圆柱形的凸面体，与凹模对应，动力部分与机架、凹模滑块相连，为合模或分模提供动力；温控部分与热流通道相连，为凹模提供温度保障。所述三块凹模滑块通过滑道安装在所述凹模底板上，三块凹模滑块闭合时可实现螺旋列板的浇注，张开时可以将浇注成型且已固化的螺旋列板从模具中顺利取出保证螺旋列板表面不受损坏。该装置可实现螺旋列板上、下两半模的浇注，并最终生产出螺旋列板。

Description

一种螺旋列板形式涡激振动抑制装置的成型模具系统

技术领域

本发明涉及一种浇注成型模具，特别是关于一种用于保护海洋立管的，螺旋列板形式涡激振动抑制装置的成型模具系统。

背景技术

随着陆上及浅海石油资源的日趋枯竭，许多国家已把目光转向油气资源丰富的深水海域。海洋立管是深海油气开发系统中连接海面作业平台与海底钻采设施的关键设备，如钻井隔水套管、输液立管等。当海流经过立管结构时，在立管两侧会产生交替的涡旋，从而在结构表面形成周期性的脉动作用力，特别是在与水流垂直的横向方向上，涡旋诱发的周期性升力振动幅值较大，很容易形成涡激振动。如果涡激振动频率接近立管的自振频率，将会产生同步或者锁定现象，此时结构会发生大幅振动，涡激振动是导致深海立管发生结构失稳以及疲劳破坏的主要原因。近几十年来，国内外因海洋立管遭受涡激振动破坏而造成的油气田停产及海域大面积污染的事件时有发生，不但带来了巨大的经济损失，而且破坏了海洋生态环境。因此，深海立管的安全问题得到了各国海洋工程界的广泛关注，纷纷研究和生产能够抑制涡激振动的装置，使其保护深海立管。螺旋列板形式的涡激振动抑制装置因其具有抑制率高，施工方便等特点在涡激振动抑制领域有着广泛的应用。但是，因为螺旋列板具有特定的截面形状，其制造工艺非常复杂，因此难于实现机械化和批量化生产。譬如一种聚氨酯弹性体材料的螺旋列板，又由于材料的特殊性，更难于实现机械化生产。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种利于成型的螺旋列板形式涡激振动抑制装置的成型模具系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种螺旋列板形式涡激振动抑制装置的成型模具系统，其特征在于：包括模具部分、机架部分、动力部分和温控部分；模具部分安装于机架上，所述模具部分是以一个螺距长度的螺旋列板为单元设置，分为上、下两组半模，每一组半模都由凹模和凸模组成，所述凹模由一块凹模底板和三块凹模滑块组成，围成一带有螺旋凹槽的半圆柱形凹面型腔，在凹面型腔的两端具有承插凸起和承插凹槽的成型型腔，在凹模底板的一端，设置有浇注口，在外沿处设置有合模用螺栓孔和限位槽，在凹模底板和凹模滑块的内部均设置有热流通道；所述凸模是在一凸模底板上设置一半圆柱形的凸面体，与所述凹面型腔形状对应，尺寸小于凹面型腔，在凸面体的周围开有密封槽，槽内安装密封条，在凸模底板的外沿处设置有合模用螺栓孔和限位块；所述三块凹模滑块通过滑道安装在所述凹模底板上，并由驱动油缸驱动；所述动力部分与所述机架部分、所述凹模滑块相连，为合模或分模提供动力；所述温控部分与所述热流通道相连，为凹模提供温度保障。

所述机架部分包括一底架，在底架的一端设置有一组旋转副，连接一旋转支架，旋转支架包括两个上、下平行的导向杆和三个安装在导向杆之间平行的支架，其中一支架为凸模支架，固定安装在靠近所述旋转副的一端，一支架为凹模支架，滑动安装在中间部位；一支架为油缸行程调节支架，固定安装在远离所述旋转副的一端；所述凹模固定在凹模支架上，所述凸模固定在凸模支架上。

所述动力部分包括一伸缩油缸、一旋转油缸和三个所述驱动油缸，所述伸缩油缸的活塞杆端连接一旋转伸缩臂，旋转伸缩臂由两个铰接的自由臂组成，其中的一个自由臂通过铰接调节螺栓连接到所述油缸行程调节支架上，另一个自由臂铰接到凹模支架上；所述旋转油缸的活塞杆端连接在所述旋转支架上，使旋转支架绕旋转副旋转，所述三个驱动油缸，分别与所述三块凹模滑块相连；所述伸缩油缸、旋转油缸和驱动油缸都是通过液压站输送液压油，并由控制系统控制行程。

所述温控部分包括一加热温控箱，加热温控箱上设置有出水口和回水口，分别通过管道连接到所述凹模的热流通道中。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明将螺旋列板分段铸造，每一个螺距长度为一铸造单元，各单元通过承插凸起或凹槽实现首尾连接。2、本发明模具部分将螺旋列板分为上、下两组半模分别铸造，成型后用钢带绑扎即可成型于海洋立管上。每组半模都由凹模和凸模组成，凹模采用四块模结构分块组成，其中三块凹模滑块可滑动地设置在凹模底板上，可方便装、拆模，能够使浇注成型的螺旋列板在较短的固化时间内从模具中顺利取出。3、本发明由于使用了加热温控装置和动力装置，可以根据聚氨酯浇注工艺要求的温度实现螺旋列板浇注模具温度的自动控制，以及为合膜和分模提供可控动力。本发明结构实用，可操作性强，可实现机械化生产。

附图说明

图1是螺旋列板式的整体结构示意图；

图2是螺旋列板式的分模示意图；

图3是本发明整体外观示意图；

图4a～b是本发明模具部分上、下两组半模的结构示意图；

图5a～d是凹模结构三视图及立体结构分解图；

图6a～b是三块凹模滑块结构主视图和左视图；

图7a～c是凸模结构三视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1、图2所示，螺旋列板式涡激振动抑制装置101是一种包围在海洋立管外表面易受海流冲击部位的带有螺旋翅的保护装置，它一般由耐腐蚀、耐冲刷的聚氨酯弹性材料制成。实际工程中很难将一完整的涡激振动抑制装置套入到海洋立管上，而是分段装入，因此，需要将螺旋列板分为若干段，每一段的首尾端分别设置承插凸起102和承插凹槽103，用于各段之间的连接；另外，因为螺旋列板外表具有螺旋翅，在浇注成型工艺中，很难整体成型，因此需要将每一段螺旋列板分为上、下两半模进行浇注，然后用钢带104将两部分绑扎在海洋立管上。

因此，本发明是以一个螺距长度的螺旋列板为单元而设置的模具，该模具以螺旋列板轴心截面为中心，分为上、下两组半模，每一组半模都由凹模和凸模组成，两组半模浇注成型后合成为一个完整的螺旋列板单元。每一组半模只是因为模型的型腔结构不一样而已，其成型原理是一样的。

如图3所示，本发明包括模具部分10，机架部分20，动力部分30，温控部分40。

如图4a～b所示，模具部分10包括上、下两组半模105、106，每一组半模都由凹模和凸模组成。如图5a～d所示，本实施例以其中的上半模105为例着重予以介绍：凹模107由一块凹模底板109和三块凹模滑块1101、1102、1103(如图6a～b所示)组成，它们围成的型腔为一带有螺旋凹槽(成型后为螺旋翅)的半圆柱形凹面型腔，在凹面型腔的两端具有承插凸起102和承插凹槽103的成型型腔；并且在凹面型腔的周围设置有排气孔，属于铸造工艺的常规设置。在凹模底板109的一端，设置有浇注口111，外在底板的外沿处设置有螺栓孔112和限位槽(图中未视出)，用于与凸模108配合，这是合模的常规方法，在此不做赘述。

在凹模底板109和三块凹模滑块的内部设置有热流通道113(如图4a、4b所示)，布置在靠近凹模107型腔的位置，使得浇注过程中模具型腔的温度可控。

如图7a～c所示，凸模108是指在一凸模底板上设置一半圆柱形的凸面体114，凸面体与凹模107的凹面型腔对应，凸面体尺寸略小于凹面型腔尺寸。在凸面体114的两边和端部都开有密封槽，密封槽内安装密封条115；在凸模底板的边沿处设置有螺栓孔116和限位块117，与凹模上的螺栓孔112和限位槽对应。

下半模106也是由凹模、凸模组成的，其组模方式和上半模一样，在此不一一介绍。值得说明的是，本发明将凹模设置成由四块模结构组成，这是由螺旋列板的特殊结构决定的，在螺旋列板上，具有三头互成角度的螺旋线，如果将凹模设置为一整体模，在开模时将难以将固化的螺旋列板从模具中顺利取出；如果将模具分为四块组合，其中三块凹模滑块可以移动，这样三块凹模滑块与凹模底板109闭合时可实现螺旋列板的浇注，张开时可以将浇注成型且已经固化的螺旋列板从模具中顺利取出且保证螺旋列板表面不受损坏。三块凹模滑块通过滑道安装在凹模底板109上，并且三块凹模滑块分别由一驱动油缸驱动(图中未视出)，由驱动油缸带动其向里移动与凹模底板109闭合，或向外移动与凹模底板109分离。驱动油缸属于动力部分30。

每一组半模的凹模、凸模都是放到机架部分20上进行合模或分模的。如图3所示，机架部分20包括一底架201，在底架201的一端设置有一组旋转副202，通过旋转副202连接一旋转支架203，旋转支架203包括两根上、下平行的导向杆204，和三根安装在导向杆之间的左、右平行的支架；其中一支架为凸模支架205，固定安装在两导向杆之间靠近旋转副202的一端；一支架为凹模支架206，滑动安装在两导向杆之间中间的部位；一支架为油缸行程调节支架207，固定安装在两导向杆之间靠另一端的部位。上述实施例中的凹模107固定在凹模支架206上，凸模108固定在凸模支架205上。

本发明的动力部分30包括一伸缩油缸301，设置在底架201的另一端，伸缩油缸301的活塞杆端连接一旋转伸缩臂302，旋转伸缩臂302由两个铰接的自由臂组成，其中的一个自由臂通过铰接调节螺栓303连接到油缸行程调节支架207上，通过调节螺栓303，达到调节伸缩臂行程的目的；其中的另一个自由臂铰接到凹模支架206上，通过自由臂的伸缩，推动凹模支架206在导向杆上滑动。在伸缩油缸301的作用下，推动凹模与凸模合模或分模。

一旋转油缸304，也设置在底架201的另一端，油缸的活塞杆端连接在旋转支架203上；当油缸启动，活塞杆伸出时，旋转支架203绕旋转副202旋转，旋转支架203与底架201的角度可达形成0～45°。

三个驱动油缸，分别与三块凹模滑块相连，驱动滑块与凹模底板109闭合或分离(前面已介绍)。

伸缩油缸301、旋转油缸304和驱动油缸都是通过液压站305输送液压油，为其提供动力。在机架上安装控制系统，与液压站305相连，显示和控制各缸的行程。

本发明的温控部分40包括一加热温控箱401，加热温控箱401上设置有出水口402和回水口403，出水口402和回水口403分别通过管道404连接到凹模的热流通道113中，使得热流通道113中流有一定温度的循环水。控制加热功率的大小实现模具内温度的控制，控温精度达到±2℃。

本发明操作时，首先将一组凹模和凸模分别置于各自的模支架上，模具竖直放置。推进伸缩油缸301，使凹模支架206向凸模支架205方向移动，凹、凸模的限位槽和限位块对应嵌合(此时驱动油缸使凹模滑块处于闭合状态)，然后用螺栓拧紧。开启旋转油缸304，达到适合的浇注角度，同时开启温控部分40，开始浇注。零件固化后，旋转支架放平，卸掉凹、凸模上的螺栓，伸缩油缸301回退，凹模支架206远离凸模支架205，驱动油缸使凹模滑块处于张开状态，零件从模具中取出。

上述实施例仅用于说明本发明，各部件的连接和结构都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上，根据本发明原理对个别部件的连接和结构进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (4)

1.一种螺旋列板形式涡激振动抑制装置的成型模具系统，其特征在于：包括模具部分、机架部分、动力部分和温控部分；

模具部分安装于机架上，所述模具部分是以一个螺距长度的螺旋列板为单元设置，所述模具部分以螺旋列板轴心截面为中心，分为上、下两组半模，每一组半模都由凹模和凸模组成，所述凹模由一块凹模底板和三块凹模滑块组成，围成一带有螺旋凹槽的半圆柱形凹面型腔，在凹面型腔的两端具有承插凸起和承插凹槽的成型型腔，在凹模底板的一端，设置有浇注口，在外沿处设置有合模用螺栓孔和限位槽，在凹模底板和凹模滑块的内部均设置有热流通道；

所述凸模是在一凸模底板上设置一半圆柱形的凸面体，与所述凹面型腔形状对应，尺寸小于凹面型腔，在凸面体的周围开有密封槽，槽内安装密封条，在凸模底板的外沿处设置有合模用螺栓孔和限位块；

所述三块凹模滑块通过滑道安装在所述凹模底板上，并由驱动油缸驱动；

所述动力部分与所述机架部分、所述凹模滑块相连，为合模或分模提供动力；

所述温控部分与所述热流通道相连，为凹模提供温度保障。

2.如权利要求1所述的一种螺旋列板形式涡激振动抑制装置的成型模具系统，其特征在于：所述机架部分包括一底架，在底架的一端设置有一组旋转副，所述底架通过所述旋转副连接一旋转支架，旋转支架包括两个上、下平行的导向杆和三个安装在导向杆之间平行的支架，其中一支架为凸模支架，固定安装在靠近所述旋转副的一端，一支架为凹模支架，滑动安装在中间部位；一支架为油缸行程调节支架，固定安装在远离所述旋转副的一端；所述凹模固定在凹模支架上，所述凸模固定在凸模支架上。

3.如权利要求2所述的一种螺旋列板形式涡激振动抑制装置的成型模具系统，其特征在于：

所述动力部分包括一伸缩油缸、一旋转油缸和三个所述驱动油缸，所述伸缩油缸的活塞杆端连接一旋转伸缩臂，旋转伸缩臂由两个铰接的自由臂组成，其中的一个自由臂通过铰接调节螺栓连接到所述油缸行程调节支架上，另一个自由臂铰接到凹模支架上；

所述旋转油缸的活塞杆端连接在所述旋转支架上，使旋转支架绕旋转副旋转，所述三个驱动油缸，分别与所述三块凹模滑块相连；

所述伸缩油缸、旋转油缸和驱动油缸都是通过液压站输送液压油，并由控制系统控制行程。

4.如权利要求1或2或3所述的一种螺旋列板形式涡激振动抑制装置的成型模具系统，其特征在于：所述温控部分包括一加热温控箱，加热温控箱上设置有出水口和回水口，分别通过管道连接到所述凹模的热流通道中。

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