CN1032582A - 置换部分管道的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种置换管道中的损坏或有缺陷部分的方法和 装置，把切割、倒角、磨光、抛光和焊接工具通过细长 管子插入原管道内进行加工。

Description

本发明关于园柱形构件的修理、或更具体点，是关于置换管道或管路上损坏或有缺陷部分的一种方法和设备，这种管道或管路位于象喷气发动机的涡轮这样一种结构里，在这里面只有有限的空间对管道进行修理或置换。

管路或管道类的管状园柱形构件在许多应用中都用来运送流体。在有些应用中，由于经济考虑，维修时间及其它因素，人们较愿意把管路或管道上损坏的或有缺陷的部分取下，用新的部分换上，而不愿意把整个管道扔掉。

从原来的管道上置换损坏管道部分的一种方法包括，首先把原来管道上损坏部分的任一边切掉，把管道损坏的部分取下，对切削后留下的原来管道的剩余部分进行除毛刺和抛光，然后进行熔焊、钎焊或用一新的管道换置部分牢固地固定在原先管道的剩余部分上。

在先有技术中，切削工作通常是用切割刀片进行，切割刀片的位置与管道外壁相啮合，然后，横向转动或移动，从管道壁的外表面向内表面切割。这在去掉的管道损坏部分的二端就产生了二个原来管道的剩余部分。由于切割的结果，原来管道剩余部分的切割端可能有毛刺或其它表面的参差不齐。这些可用一个或多个带有切削刀片或研磨表面的毛刺工具与这种剩余部分的端部相接触除掉。

根据管道置换部分和原来管道的剩余部分之间的接头的类型，可以采用倒角工具以便在每一个管道剩余部分的端部形成倒角。然后用一抛光工具对每一剩余部分的外壁进行打磨或抛光，以准备焊或熔焊操作，在这操作过程中，把新的或置换的管道部分牢固地安装到原来管道的每一剩余部分上。

例如，如果采用对缝焊，则把管道的新置换部分的每端放在原来管道剩余部分的倒角端上，然后在接头周围放上钎焊珠或熔焊材料。或者，把用于接纳置换管道的一端和原来管道剩余部分的已抛光端的接头和伸展到管道外围的焊接件熔焊在一起。

采用上述技术以及类似的技术来置换管路或管道的损坏部分会出现这样的问题，即所进行的所有操作都要求有接近管道的现成通道，这样有关的工具可进行各自的工作。例如，切割工具必须置于顶在管道壁的外表面的位置以进行切割。为了进行各自的操作，所有除毛刺工具，倒角工具和抛光工具都必须顶着原有管道剩余部分的切削端。加热熔焊或钎焊材料的乙块焊枪或其它手段也必须在原来管道的剩余部分和置换部分之间的接头区里自由地工作。

在有些应用中，如果不是不可能的话，采用先有技术的工具和技术对管道进行上述操作是困难的。例如，喷气发动机涡轮里应用管道运润滑剂，冷却剂，燃料或仪器，除非通过涡轮壳上的开口，否则不拆开涡轮它们就不能直接进入。而拆开涡轮是一件很难的事情，它需要许多维修时间和经费。

因此，本发明的目的之一是为一根安放在难以进入的地方的管子置换损坏的或有缺陷的个别部分提供一种方法和设备，从而大大减少置换管子的时间和费用，同时在管道置换部分和原来管道之间产生一可靠的接头。

用置换部分管道的方法和设备则可实现上述目标，这种管道所处的结构中只有有限的地方能接近管道。这种方法包括，把一安装在柔性轴一端的切割机插入到原来管道的管子内部，直至与要去掉的管道部分有一段距离的地方。柔性轴转动着，这样切割器则与管道壁的内表面相贴合，并通过壁向外切割至其外表面，把损坏的管道部分割掉，留下原来的管道的剩余部分。然后把装在细长轴上的倒角工具装到原来管道剩余部分的切割端上，并转动它，以把内和外直径上的毛刺除掉，同时形成从管道的端部沿其壁的内、外表面伸展倒角，残留在原来管道剩余部分的壁外表面上的毛刺或表面上参差不齐的东西用除毛刺工具去掉，除毛刺工具装在细长轴上，用同剩余部分外表面相接触的切削刀片来加工，然后，把装到细长轴上的磨光或抛光工具安到剩余部分的外表面上，为钎焊或熔焊作准备。

接着，把一端熔焊有管状安装套筒的新管道置换部分连接到原来管道剩余部分上，方法是，首先把剩余部分插进安装套筒里，这样其端边缘就顶着管道置换部分的端边缘而贴近安装套筒内部的钎焊环或熔焊环。把乙块焊枪的细长喷咀插到管道置换部分上的安装套筒处或靠近安装套筒处，把钎焊环或熔焊环熔化，从而在管道置换部分、安装套筒和原来管道的剩余部分之间则形成牢固的连接。

本发明的一个重要方面是，切削操作以及连同准备钎焊或熔焊原来管道剩余部分的每一操作都是在有限通道区进行，而在这有限区里是先有技术里的工具不能采用的。所有切削工具，倒角工具，除毛刺工具，抛光工具和乙块焊枪都是细长的，或者装在细长轴的端部，目的是能插到管道安装的结构的通道口里。对于换置喷气发动机涡轮里运送润滑油，冷却剂，燃料或仪器的管道这一特殊应用，每一种上述工具都是通过涡轮壳上的通道口插入，一直插到与管道相接触。如果用先有技术的工具除非把涡轮拆掉否则不能进到该管道里。因此本发明的工具和方法允许在最短的时间里不用拆除涡轮壳就可置换管道。

本发明的一个更具体的方面是，所述切割工具包括一个平头锥形的硬质合金做的切割器，它具有环形切割刃，上面有许多锯齿形齿。硬质合金切割器安装在柔性的，绕制的钢的弹性轴的一端。而柔性轴的另一端则安装在钻机的夹头或能使该轴转动的任何合适的装置上。在本发明的优选实施例中，柔性轴在距硬质合金切割器大约1英寸处被弯成大约20°的角度。硬质合金的切割器的角度是相对于柔性轴的纵轴而言，这样由于把柔性轴和切割器插入到了空心管路或管道里，一部分或一组硬质合金切割器的切割刃的切割齿就被迫顶在管道壁的内表面上。当柔性轴转动时，这些齿就进行切割。如果需要的话，可把柔性轴朝相反方向弯曲，以使用切割器的切割刃的另一组齿进行连续的切割。

一旦管道的损坏部分从一根原管道上被切割下并取走以后，在留下的原管道的剩余部分上必须做准备以安装一个新的管道置换部分。在这个过程中，第一步是由倒角工具进行，倒角工具含有一个园柱体，该园柱体有一外壁和相对的两端。园柱体的一端连在由钻机或类似的设备驱动的细长轴上，而另一端加工有内倒角部分和外倒角部分。倒角工具的内倒角部分从园柱体的端部向里伸展，它有许多园周分布的锯齿形齿。内倒角部分的直径从园柱体的端部轴向地向内增大，所以内倒角部分的形状是平头锥形。

倒角工具的外倒角部分包括许多园周分布的锯齿形齿，这些齿从园柱体端部外壁轴向地朝内向内倒角部分伸展。外倒角部分的直径从园柱体的端部轴向地朝内减少，所以外倒角部分的锯齿形齿在内倒角部分的锯齿形齿的相反方向上成锥形。

倒角工具与原管道剩余部分的端部相啮合，这样，内倒角部分就伸到剩余部分的内部，与其壁的内表面相接触，而外倒角部分与剩余部分的外表面相接触。倒角工具把毛刺从剩余部分的内、外直径上除去，同时还从剩余部分端部到壁的内、外两个表面加工成45°的倒角。

管道置换操作的下一步是把原管道剩余部分的外壁熔焊或钎焊到新的管道换置部分上的准备工作。首先，要有一个除毛刺工具，它具有一个空心园柱体，安装在一细长轴上。除毛刺工具有一硬质合金切割刀片，它伸到园柱体内部，并轴向地至少沿管道的一部分伸出去。除毛刺工具的空心园柱体放置在原管道剩余部分的端部，这样，硬质合金切割刀片与管道壁的外表面相啮合，然后，用与细长轴相连的钻机或类似设备转动，来进一步除去毛刺或表面其它参差不齐的东西。

接着，用一抛光工具对原管道剩余部分的外表面进行抛光，以准备熔焊或钎焊。抛光工具含有一安装在细长轴上的有一内表面的空心园柱体，该内表面涂有研磨材料。空心园柱体放置在剩余部分的外表面上，然后进行转动，这样，其磨研涂料进行比较平滑的抛光。

在本发明的优选实施例中，管道置换部分用一安装套管牢固地安在原管道剩余部分上，安装套管含有一空心套管体和有内、外表面的壁。把置换管道放在安装套管的内部，并把置换管道的外表面和安装套管的一端环形地焊接在一起，然后，把一诸如钎焊环之类的热熔环插到安装套管的里面，直到与置换管道的端边缘相接触。

然后，使安装套管滑套到原管道剩余部分上，使其端边缘与钎焊环相啮合。把乙块焊枪的细长喷咀插到管道置换部分的一个点上，在这一点，喷咀出来的火焰位于安装套管和钎焊环区域。从乙块焊枪出来的热使钎焊环熔化，从而引起钎焊材料沿原管道剩余部分的倒角端在其外表面和安装套管壁的内表面之间流动。这在管道置换部分，原管道剩余部分和安装套管三者之间形成了不漏液体的密封。

参照附图，根据下面的情况介绍，本发明优选实施例的结构、操作以及优点将会更加清楚，其中，

图1是本发明管道切割器的部分纵剖视图;

图1A是图1所示的切割器插入到部分管道里进行切割的情况;

图2是本发明中倒角工具的等角透视图;

图2A表示图2所示倒角工具在管道切割部分的端部上的工作位置;

图3是除毛刺工具的等角透视图;

图3A表示除毛刺工具在管道切割部分上的工作位置;

图4是本发明抛光工具的等角透视图;

图4A是图4所示的抛光工具在管道切割部分上的工作位置;

图5表示本发明的安装套管的部分横截面与管道置换部分相连的纵剖视图，这是与管道原切割部分相连之前的情况;

图6是具有细长喷咀的乙炔焊枪的等角透视图，它插到图5所示的管道置换部分的内部，靠近安装套管;

图7是管道置换部分、安装套管和管道原切割部分之间的熔焊或钎焊连接的横截面图。

现在参照附图，图中示出了几种工具，它们是用来取走同一根园柱形构件，如管路或管道上的损坏或有缺陷的部分，然后，用一新的管道部分来置换有缺陷的部分。下面要介绍的工具及操作方法特别适用于置换位于难以进入的结构里的管道。例如，这些工具的一个用途是置换喷气发动机涡轮里装润滑油，冷却液，燃料和/或仪器的管道损坏部分，在这里，必须通过涡轮壳（图中未示出）上的一个开口才能接近它们。但是，应当说明的是，下面介绍的工具及其操作方法也适合其它许多用途。

现在参照图1和1A，切割器10包括硬质合金切割头12，它安装在钢的弹性缠制的柔性轴14上。切割头12最好是平头锥体的形状，其一端钎焊或熔焊到柔性轴14上，而另一端上形成环形切割边缘16，它有许多锯齿形的齿18。在本优选实施例中，柔性轴14加工有弯头20，它离切割头12大约1英寸，从而形成了柔性轴14的末端部分22，它与柔性轴14其余部分约成20°角。

柔性轴14和切割头12可插入到诸如管道26这样的园柱体构件的空心内部24里，请见图1A，假如管道26的一部分28是有毛病或损坏了，那么柔性轴14则沿管道26轴向地向前移，这样切割头12就离开损坏部分28。柔性轴14的自由端安装在如钻头31或类似的任何适合转动设备的夹头30上，以转动柔性轴14，如图中所示。由于弯头20与柔性轴14一起成形，切割头12的锯齿形齿18的一部分被推到管道壁的内表面27上。由于柔性轴14的转动，与内表面27相接触的锯齿形齿向外切割管道26的内表面27，从而使原管道的剩余部分32形成如图2A-4A所示的样子。这个剩余部分32保留在结构中，也就是说保留在喷气发动机的涡轮中，而原管道26的损坏部分28被取走，用一新的管道部分来置换，这在下面将要介绍。

人们发现，在柔性轴14上形成的弯头20有效地把切割头12的切割边缘16推向管道26的内表面27上，从而保证在管道26上进行比较干净和平滑的切割。钢弹性材料制的柔性轴14能够在整个切割操作过程中支撑住弯头。如果需要的话，在管道26的一部分被切掉后，可以把柔性轴14弯成相反的方向，这样就可使用切割头12的切割边缘16上的另一组锯齿形齿18进行下一个切割操作。用这种方法可使柔性轴14和切割头12进行多次切割。

现在参照图2-4A，图中示出了一组工具及其操作方法。这些工具是用来准备把原管道的剩余部分32熔焊或钎焊到管道的新置换部分上。在本优选实施例中，倒角工具34在原管道剩余部分32上进行初始的切割操作，参阅图2，2A。倒角工具34包括一个园柱体36，其一端与安装在转动设备31的夹头30上的一个细长轴38相连而园柱体36的另一端加工有内倒角部分40和外倒角部分42。

内倒角部分40包括一组环形分布的间隔的锯齿形齿44，它们从园柱体36的端边缘46开始向内轴向地伸展，内倒角部分40的直径从园柱体36的端边缘46向内轴向地增加，这样，锯齿形齿44则与园柱体36的纵向轴约成45°的锐角。

倒角工具34的外倒角部分42由一组环形分布的间隔的锯齿形齿48组成，它们在端边缘46从园柱体36的外壁50向里轴向地一直伸展到内倒角部分40。外倒角部分42的直径从园柱体36的端边缘46至内倒角部分40逐渐减小，这样，外倒角部分42的锯齿形齿48在相对于内倒角部分40的锯齿形齿44的相反方向成锥形，相对于园柱体36的纵轴约成45°。

正如图2A和5所示，倒角工具34放在剩余部分32的端部33上，这样内倒角部分40则伸展到剩余部分32的内部，与剩余部分32的壁的内表面27相贴合，而外倒角部分42则在剩余部分32的外部伸展，与其壁的外表面54相贴合。由于带有倒角工具34的园柱体36的轴38的转动，使内倒角部分40加工了一个45°的倒角56，它从剩余部分32的端部33一直伸展到其内表面27。而外倒角部分42则加工倒角58，它从剩余部分32的端部33一直伸展到其外壁54，参阅图5，在形成倒角56、58的过程中，倒角工具34把在剩余部分32的端部33的内外直径上形成的任何毛刺都除掉了。

现在参照图3和3A，图中示出除毛刺工具60，在下一个工序中用它来准备把剩余部分32连接到管道的新换置部分上。除毛刺工具包括一个空心园柱体62，它与细长轴64相连，而细长轴一直向前延伸，在园柱体62的前端形成一个导向部分66，在园柱体62的壁上至少镶有一个长方形的硬质合金切割器或刀片68，它一般与轴64平行着轴向地伸展出去。切割器68的一个部分由园柱体62的内壁70向外突出，如图3所示。

除毛刺工具60放在剩余部分的位置上，使细长轴64的导向部分66伸到剩余部分32的里面，而园柱体62则安装在其外表面54上。切割刀片68与剩余部分32的外表面54相接触，这样，由于园柱体62的转动，切割刀片68就能切掉任何剩余的毛刺或表面上其它参差不齐的东西。

最后用图4和图4A所示的抛光工具72来准备熔焊或钎焊剩余部分32的壁的外表面54。抛光工具72包括一空心园柱体74，它具有一个涂有研磨材料78的内表面76。空心园柱体74与细长轴相连，这样，轴80的导向部分82向前向着空心园柱体74伸展。抛光工具72放置在相对于原管道剩余部分32的位置上，这样，轴80的导向部分82就伸进到剩余部分32里。而空心园柱体74的内表面76则与剩余部分32的外表面54相连。空心园柱体74相对于剩余部分32的转动使园柱体74的内表面76上的研磨材料78对剩余部分32的外表面54进行抛光，以准备钎焊或熔

现在参照图5-7，图中示出把置换管道84的一部分安装到剩余部分32上的操作情况。一个通常是园柱体形的安装套管86具有空心的内部88，从而定出内表面90。安装套管86的一端安在置换管道84的外壁85外部，用如图所示的周边焊接94进行钎焊或熔焊，把它们牢固地安装在一起。置换管道84的端边缘96的位置大约在沿安装套管86的内表面90的中间。

然后把诸如熔焊环或钎焊环98之类的热熔环插入到安装套管86的内部88里，使其与置换管道84的端边缘96相啮合。钎焊环98的尺寸是以能有摩擦地插到安装套管86的内表面而定，从而使其紧紧地顶着置换管道84的端边缘96。

为了把置换管道84和安装套管86连到剩余部分32上，首先把安装套管86滑套到剩余部分32的外表面54，直到剩余部分32的端部33与钎焊环98相啮合。在本优选实施例中，安装套管86的内直径要比剩余部分32的外直径稍稍大些，从而在其间形成一空隙，其目的从下面的介绍中可知。

把置换管道84和安装套管86定位到剩余部分32上后，把乙炔焊枪102的细长喷咀100插入到置换管道84里的一个这样位置，在这个位置上，从喷咀100的排出孔104里出来的火焰正好位于安装套管86的周围。在安装套管86周围由于焊枪102释放出的热量，使钎焊环98熔化，从而使钎焊材料在剩余部分32的端部33的倒角58与置换管道84的端边缘96之间流动，同时还流动在安装套管86的内壁90和剩余部分32的外表面54之间的空隙里。正如图7所示，钎焊材料流到剩余部分32的外表面54周围的安装套管86的端部，这表明这之间已形成了密封的接头。

在参照优选实施例介绍了本发明的同时，精通本行业的人们将会理解在本发明的范围内，可作不同的改变或用相对应的设备来替代。而且，根据本发明的原理，无需离开本发明的基本范围，还可根据特殊的情况和材料来作多种修改。因此，本发明不仅限于为实施本发明而公布的最好状态下的特殊实施例，而且本发明还包括下面所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (13)

1、一种用一段新的管道置换一段空心的原管道系统中的损坏或有缺陷的部分的方法，包括：

将安装在柔性轴一端的切割器插入原管道系统的内部，插到离开需置换的原管道中损坏或有缺陷部分某一位置，转动上述柔性轴，使上述切割器的边缘与上述原管道系统的壁的内表面接触，切穿上述管壁直到它的外表面；

切割上述原管道系统后，起码留下一段原管道系统，取走损坏的或有缺陷的部分；

把倒角工具放置在原管道系统的剩余部分的一端，转动上述倒角工具，上述倒角工具有内倒角部分，宜与上述剩余部分的上述管壁的上述内表面接触以在那里形成倒角，还有外倒角部分，宜与上述剩余部分的上述管壁的上述外表面接触以形成倒角；

把磨光工具放置到原管道系统的上述剩下部分的上述端上，转动上述磨光工具，上述磨光工具具有研磨面，它与原管道系统的上述剩余部分壁的上述外表面接触，以抛光上述外表面；

将置换管的一端插入安装套的内部，把上述安装套管钎焊或熔焊到置换管管壁的外表面上；

将焊接环插入上述连接套管的内部，顶住置换管端部边缘；

将上述安装套管和上述置换管放到上述原管道系统的剩余部分上，使上述连接套管贴合到上述剩下部分的部分外表面上，上述焊接环与原管道系统的上述剩余部的端部边缘接触；

把一根细长的乙炔焊枪的喷口插入上述置换管段的内表面上、使上述细长喷口顶部置于上述焊接环的附近，加热上述焊接环，从而在上述置换管的上述端部，上述原管道系统的上述剩余部分的端部和上述连接套管之间形成焊接接头。

2、按照权利要求1的方法，还包括下列步骤，将具有硬质合金切割刀的清理毛口器放到原管道系统剩余部分管壁的上述外表面上，转动上述清理毛口器，从而使上述硬质合金切割刀从上述剩下部分的外表面上除去毛刺和任何其它的突出部分。

3、按照权利要求1的方法，其中上述插入切割器的步骤还包括在离开上述切割器的一点上将上述柔性轴弯曲到使上述切割器与上述柔性轴的纵轴成一角度，上述切割器的切割边缘起码有一部分在上述切割器和柔性轴插入后与上述原管道管壁内表面相接触。

4、一种切割具有外表面和内表面确定的管壁的空心园柱状构件的工具，包括：

一根具有纵轴的柔性轴，上述柔性轴宜于插入一空心园柱状构件内;

具有环形切割边缘的切割器，上述切割器安装在上述柔性轴的一端上;

上述柔性轴在离开上述切割器处加工有一弯头，这样上述切割器的上述环状切割边缘与上述柔性轴的纵轴成一角度，在上述柔性轴和上述切割器插入上述空心园柱状构件后，上述切割器的环状切割边缘被迫紧靠上述园柱状构件管壁的内表面上。

5、按照权利要求4的工具，其中上述切割器做成具有相对端部的截锥体形状，上述端部的一端安装到上述柔性轴的端部，另一端加工成上述环状切割边缘。

6、按照权利要求4的工具，其中上述环状切割边缘加工有若干锯齿形的齿。

7、按照权利要求4的工具，其中上述柔性轴是一根绕制钢的弹性的柔性轴。

8、按照权利要求4的工具，其中上述柔性轴中的弯度角头大约是与上述柔性轴的纵轴成20°。

9、一种为由外表面和内表面确定的管壁的空心圆柱状构件倒角的工具，包括：

一根具有外表面和相对端部的圆柱体;

内倒角部分加工在上述圆柱体的一端上，上述内倒角部分由若干沿圆周分布的锯齿状的齿构成，这些齿以上述圆柱体的一端轴向向内延伸，与上述圆柱体的纵轴成一锐角，上述内倒角部分的直径从上述圆柱体的一端轴向向内增大;

外倒角部分加工在上述园柱体的一端上，上述外倒角部分由若干沿圆周分布的锯齿状齿构成，这些齿在上述一个端部从上述圆柱体的外表面轴向地向内伸到上述内倒角部分，与上述圆柱体的纵轴成一锐角，上述外倒角部分的直径从上述圆柱体的端部轴向地向内减小;

上述圆柱体可与空心的圆柱形构件的边缘可转动地啮合，这样内倒角部分在上述空心圆柱形构件的上述端部边缘和上述内表面之间加工出倒角，上述外倒角部分在上述空心圆柱构件的端部边缘和上述外表面之间加工出倒角。

10、按照权利要求9的工具，其中，上述内倒角部分和上述外倒角部分的上述锯齿形齿加工成与上述圆柱体的纵轴成45°。

11、把第一个空心圆柱体构件装到第二个空心圆柱形构件上的接头，包括：

一空心套管，它的壁由内表面和外表面确定，上述空心套管的内表面套在上述第一个空心圆柱形构件壁的外表面上，并在它上面进行熔焊或钎焊，这样使上述第一个空心圆柱形构件的端边缘置于上述空心套管内;

一个可热熔的环，它置于上述空心套管内，并紧靠着上述第一空心圆柱形构件的上述端部边缘;

上述第二个空心圆柱形构件上加工有带倒角的端部，该端部插入上述空心套管内，与上述可热熔的环啮合，加热使上述可热熔环熔化，从而在上述第一和第二空心圆柱形构件和上述空心套管之间形成熔焊或钎焊接头。

12、按权利要求11的连接器，其中，上述可热熔的环是熔焊环或钎焊环。

13、按照权利要求11的接头，其中，上述空心套管的内径比上述第二个空心圆柱形构件的外径要大，起码由部分上述熔化的可热熔环流进上述空心连接件和上述第二个空心连接构件之间，以在它们之间形成熔焊或钎焊接头。

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