CN104816044B - 一种鼠笼式钢质管道外防腐层剥除装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种鼠笼式钢质管道外防腐层剥除装置，主要由动力输入机构、定圈、动圈、鼠笼式刀架、浮动式剥除刀等组成。其技术方案是：定圈、动圈、鼠笼式刀架分别由两个半圆构件组成；定圈通过4个周向均布的卡块固定于管道外壁上，侧面通过偏心轴均布安装24个动圈支撑球轴承；动圈内侧加工有周向卡槽，卡槽卡在动圈支撑球轴承上；动圈侧面安装鼠笼式刀架，4～6把浮动式剥除刀周向均布在鼠笼式刀架上，沿管道轴向错排，每把浮动式剥除刀均带漫刀轮；动力输入机构固定在定圈上，以电机或液压马达作动力，驱动浮动式剥除刀绕管道周向旋转清除管道外防腐层。本发明适用于剥除无缝、直缝、螺旋缝焊钢管外防腐层，达到降低劳动强度、提高作业效率的目的。

Description

一种鼠笼式钢质管道外防腐层剥除装置

技术领域

本发明涉及一种石油、天然气与给排水等领域钢质管道建设施工及应急抢修作业的专用工具，具体地，涉及一种用于钢质管道外防腐层快速清除/剥除装置。

背景技术

石油、天然气与给排水等领域钢质管道通常都埋设于地下，为避免管体快速腐蚀失效，通常在管道外壁涂覆石油沥青、三层聚乙烯(3PE)、双层环氧粉末等不同类型和厚度的外防腐层，以提高埋地钢质管道的防腐性能与使用寿命。但在管道建设施工或应急抢险抢修时，需将管道防腐层完全清除干净后，才能进行后续焊接或抢修等作业。由于管道外防腐层强度较高，且与管体之间粘接力较强，在管道待焊接部位如何高效且干净地剥除外防腐层，已成为一个影响管道建设施工与应急抢险抢修作业进度与质量的重要问题。

在目前的钢质管道建设或抢险抢修作业实践中，钢质管道外防腐层剥除方法主要有两种：一种是先采用加热或明火烘烤，再用小刀、铲子等工具纯手工剥除，当管道口径较大时，采用此剥除方式劳动强度大、作业效率低且清除效果不好，若遇到管道已发生天然气泄漏等情形时，还可能引发火灾、爆炸等严重事故；另一种为采用角磨机磨削的方法，此种方法会产生大量的磨削粉尘，不利于作业人员身体健康，当防腐层较厚时，防腐层磨削速度较慢，效率较低，难以满足现场建设施工尤其是抢修抢险作业的时限要求。

发明内容

本发明目的在于克服上述技术缺陷，提供一种鼠笼式钢质管道外防腐层剥除装置。该剥除装置结构简单，现场安装操作方便，可快速、高效地把不同类型和厚度的外防腐层剥除干净，达到降低劳动强度、缩短剥除时间、提高作业效率的目的。本发明适用于无缝钢管、直缝焊钢管、螺旋缝焊管道在不同口径、不同防腐层类型和厚度情形下的外防腐层剥除。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种鼠笼式钢质管道外防腐层剥除装置，其结构主要包括动力输入机构、定圈、动圈、鼠笼式刀架、浮动式剥除刀。动力输入机构依次由电机或液压马达、减速器、传动轴转换接头、传动轴连接而成；传动轴转换接头穿过转换法兰内腔，一端通过平键与减速器输出轴连接，另一端为四方接头，插入传动轴的四方孔内，四方接头与四方孔为间隙配合，既可传递动力也便于动力输入机构的快速拆装；传动轴一侧由2个球轴承支撑并通过轴承端盖定位，另一侧安装有齿轮；传动轴、球轴承、齿轮封装在输入端固定壳内，输入端固定壳沿定圈径向方向设有2个壳体固定螺孔和2个壳体定位销，通过两个螺钉将整个输入端固定壳固定在定圈上；输入端固定壳侧面加工有两个螺孔，通过两个螺钉将转换法兰固定到输入端固定壳上，转换法兰、减速器壳体、电机或液压马达壳体也依次通过螺钉连接固定，从而将整个动力输入机构固定在定圈上。

定圈由两个半圆铸钢构件通过螺钉连接而成，4个固定卡块沿定圈周向均布，通过旋调卡块螺栓的伸出长度，将定圈和整套装置卡紧固定在待剥除防腐层的钢质管道外壁上；定圈侧面钻有24个沿周向均布的轴向通孔，内装偏心轴，轴向通孔和偏心轴为过渡配合；偏心轴一侧端部安装有动圈支撑球轴承，另一侧通过锁紧螺母紧固；动圈由两个对称的半圆铸钢构件通过螺钉连接而成，内侧加工有卡槽，通过卡槽将动圈支撑在动圈支撑球轴承上，使其可沿卡槽周向自由旋转但不能沿轴向错动，当动圈支撑球轴承外圈磨损后，可通过调整偏心轴的安装角度，修正动圈支撑球轴承与卡槽之间的间隙，避免动圈在转动过程中出现轴向晃动或径向跳动；动圈外表面加工有周向齿条，与输入端固定壳内的齿轮相互啮合，将动力输入机构的动力传递给动圈，推动其绕待剥除防腐层管道作旋转运动。

鼠笼式刀架由两个对称的半圆铸钢或焊接构件通过螺栓连接而成，并通过8个螺钉固定在动圈上，周向均布4～6把浮动式剥除刀，每把刀具沿轴向方向错排且相互重合2～5mm，随鼠笼式刀架绕管道外表面同时做旋转运动，从而快速剥除钢质管道外防腐层。

浮动式剥除刀刀具支座侧面加工有高度调节槽，以调节支座高度和弹簧预紧力；刀具支座上加工有螺栓孔，预紧螺栓穿过螺栓孔作用在弹簧座上部的凹槽内，可微调弹簧的预紧力和刀具的切削力；每把刀具上均安装由球轴承构成的漫刀轮，漫刀轮通过漫刀轮轴固定在漫刀轮支架上，漫刀轮支架通过螺钉固定在刀具上，在切削过程中遇到焊缝时，漫刀轮会提前接触焊缝，自动抬高刀具从而保护刀具刃口。

动圈支撑球轴承外圈的两端面形状应加工成与动圈卡槽断面形状一致。定圈卡块螺栓外侧一端加工有内六方孔，另一端通过热装方式将固定卡块压入；卡块螺栓外表面加工有公螺纹，与定圈上加工的母螺纹配合实现固定卡块旋进旋出，从而调整卡块螺栓在钢质管道外壁上的卡紧力。

本发明具有以下优点：

1、本装置结构简单，现场安装操作方便，不需要大强度的人力劳动，省时省力，也不会产生磨削粉尘污染等问题；

2、本装置适用于无缝钢管、直缝焊钢管、螺旋缝焊管道在不同口径、不同防腐层类型和厚度等情形下的外防腐层快速、高质量剥除，尤其适用于大口径管道外防腐层的快速剥除；

3、本装置若选用液压马达或防爆电机作动力输入，则适用于存在天然气泄漏风险等有严格防爆要求情况下的钢质管道防腐层剥除。

附图说明

图1是本发明一种鼠笼式钢质管道外防腐层剥除装置的总体结构示意图。

图2是本发明一种鼠笼式钢质管道外防腐层剥除装置的动力输入与传动机构剖视图。

图3是本发明一种鼠笼式钢质管道外防腐层剥除装置的定圈半圆构件示意图。

图4是本发明一种鼠笼式钢质管道外防腐层剥除装置的动圈半圆构件示意图。

图5是本发明一种鼠笼式钢质管道外防腐层剥除装置的鼠笼式刀架半圆构件示意图。

图6是本发明一种鼠笼式钢质管道外防腐层剥除装置的输入端固定壳示意图。

图7是本发明一种鼠笼式钢质管道外防腐层剥除装置的传动轴转换接头示意图。

图8是本发明一种鼠笼式钢质管道外防腐层剥除装置的偏心轴示意图。

图9是本发明一种鼠笼式钢质管道外防腐层剥除装置的定位机构示意图。

图10是本发明一种鼠笼式钢质管道外防腐层剥除装置的浮动式剥除刀示意图。

图中，1.电机或液压马达，2.减速器，3.转换法兰，4.输入端固定壳，5.浮动式剥除刀，6.鼠笼式刀架，7.刀具，8.卡块螺栓，9.动圈，10.定圈，11.固定卡块，12.传动轴转换接头，13.卡环，14.轴承端盖，15.四方孔，16.球轴承，17.齿轮，18.传动轴，19.动圈支撑球轴承，20.偏心轴，21.定圈连接螺孔，22.定圈连接定位销，23.齿条，24.动圈连接螺孔，25.动圈连接定位销，26.卡槽，27.刀架定位销，28.刀架固定螺孔，29.刀架连接螺孔，30.输入端固定壳固定螺孔，31.输入端固定壳定位销，32.平键，33.四方接头，34.预紧螺栓，35.刀具支座，36.弹簧座，37.弹簧，38.高度调节槽，39.漫刀轮支架，40.漫刀轮，41.定圈半圆构件，42.动圈半圆构件，43轴向通孔，44.漫刀轮轴，45.鼠笼式刀架半圆构件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步的描述。

如图1～图9所示，本发明主要由动力输入机构、定圈10、动圈9、鼠笼式刀架6、浮动式剥除刀5等组成。

动力输入机构依次由电机或液压马达1、减速器2、传动轴转换接头12、传动轴18连接而成。传动轴转换接头12穿过转换法兰3内腔，一端通过平键32与减速器2输出轴连接，另一端为四方接头33，插入传动轴18的四方孔15内，四方接头33与四方孔15为间隙配合，既可传递动力也便于动力输入机构的快速拆装。传动轴18一侧由2个球轴承16支撑并通过轴承端盖14定位，另一侧安装有齿轮17。传动轴18、球轴承16、齿轮17封装在输入端固定壳4内，输入端固定壳4沿定圈10径向方向设有2个壳体固定螺孔30和2个壳体定位销31，通过两个螺钉将整个输入端固定壳4固定在定圈10上。输入端固定壳4侧面加工有两个螺孔，通过两个螺钉将转换法兰3固定到输入端固定壳4上，转换法兰3、减速器2壳体、电机或液压马达1壳体也依次通过螺钉连接固定，从而将整个动力输入机构固定在定圈10上。

定圈10由两个半圆铸钢构件41通过螺钉连接而成，4个固定卡块11沿定圈10周向均布，通过旋调卡块螺栓8的伸出长度，将定圈10和整套装置卡紧固定在待剥除防腐层的钢质管道外壁上。定圈卡块螺栓8外侧一端加工有内六方孔，另一端通过热装方式将固定卡块11压入。卡块螺栓8外表面加工有公螺纹，与定圈10上加工的母螺纹配合实现固定卡块11旋进旋出，从而调整卡块螺栓8在钢质管道外壁上的卡紧力。

定圈10侧面钻有24个沿周向均布的轴向通孔43，内装偏心轴20，轴向通孔43和偏心轴20为过渡配合。偏心轴20一侧端部安装有动圈支撑球轴承19，另一侧通过锁紧螺母紧固。动圈支撑球轴承19外圈的两端面形状应加工成与动圈卡槽26断面形状一致。动圈9由两个对称的半圆铸钢构件42通过螺钉连接而成，内侧加工有卡槽26，通过卡槽26将动圈9支撑在动圈支撑球轴承19上，使其可沿卡槽26周向自由旋转但不能沿管道轴向错动，当动圈支撑球轴承19外圈磨损后，可通过调整偏心轴20的安装角度，修正动圈支撑球轴承19与卡槽26之间的间隙，避免动圈9在转动过程中出现轴向晃动或径向跳动。动圈9外表面加工有周向齿条23，与输入端固定壳4内的齿轮17相互啮合，将动力输入装置的动力传递给动圈9，推动其绕待剥除防腐层管道作旋转运动。

如图10所示，鼠笼式刀架6由两个对称的半圆铸钢或焊接构件通过螺栓连接而成，并通过8个螺钉固定在动圈9上，周向均布4～6把浮动式剥除刀5，每把刀具7沿轴向方向错排且相互重合2～5mm，随鼠笼式刀架6绕管道外表面同时做周向旋转运动，从而快速剥除钢质管道外防腐层。

浮动式剥除刀刀具支座35侧面加工有高度调节槽38，以调节支座高度和弹簧37预紧力。刀具支座35上加工有螺栓孔，预紧螺栓34穿过螺栓孔作用在弹簧座36上部的凹槽内，可微调弹簧37的预紧力和刀具7的切削力。每把刀具7上均安装由球轴承构成的漫刀轮40，漫刀轮40通过漫刀轮轴44固定在漫刀轮支架39上，漫刀轮支架39通过螺钉固定在刀具7上，在切削过程中遇到焊缝时，漫刀轮40会提前接触焊缝，自动抬高刀具7从而保护刀具刃口。

具体实施例1：

在安装鼠笼式钢质管道外防腐层剥除装置前，预先将各浮动式剥离刀5安装在鼠笼式刀架6的两个半圆构件45上，再将两个半圆构件45通过定位销27和螺钉分别连接固定到定圈10对应的两个半圆构件41上；预先将电机或液压马达1、减速器2、传动轴转换接头12、转换法兰3通过螺栓连接固定。

在待剥除防腐层的管道上安装鼠笼式钢质管道外防腐层剥除装置时，首先将定圈10的两个半圆构件41通过定圈连接定位销27套装在待剥除防腐层管道两侧，通过螺钉将两个半圆构件41连接固定；再旋转卡块螺栓8调整固定卡块11的伸出高度，确保定圈10与管道同轴后，然后锁紧4个卡块螺栓8。

通过刀架连接螺孔29，将鼠笼式刀架6的两个半圆构件45连接固定。

将预先装好的动力输入机构通过四方接头33装入四方孔15中，再通过螺栓将转换法兰与输入端固定壳4连接固定。

装置安装定位完毕后，低速启动或点动电机/液压马达进行试切屑，待切屑正常后再提高切屑转速。

具体实施例2：

若装置在一条管道上准备剥除多处防腐层时，在前一处剥除完毕后，只需松开卡块螺栓8，然后将装置直接移至下一位置处，再调整卡块螺栓8，确保定圈10与管道同轴后，锁紧4个卡块螺栓8后即可开始下一次切屑作业。

Claims (4)

1.一种鼠笼式钢质管道外防腐层剥除装置，其结构主要包括动力输入机构、定圈(10)、动圈(9)、鼠笼式刀架(6)、浮动式剥除刀(5)；其技术特征是：动力输入机构依次由电机或液压马达(1)、减速器(2)、传动轴转换接头(12)、传动轴(18)连接而成；传动轴转换接头(12)穿过转换法兰(3)内腔，一端通过平键(32)与减速器(2)输出轴连接，另一端为四方接头(33)，插入传动轴(18)的四方孔(15)内，四方接头(33)与四方孔(15)为间隙配合，既可传递动力也便于动力输入机构的快速拆装；传动轴(18)一侧由2个球轴承(16)支撑并通过轴承端盖(14)定位，另一侧安装有齿轮(17)；传动轴(18)、球轴承(16)、齿轮(17)封装在输入端固定壳(4)内，输入端固定壳(4)沿定圈(10)径向方向设有2个壳体固定螺孔(30)和2个壳体定位销(31)，通过两个螺钉将整个输入端固定壳(4)固定在定圈(10)上；输入端固定壳(4)侧面加工有两个螺孔，通过两个螺钉将转换法兰(3)固定到输入端固定壳(4)上，转换法兰(3)、减速器(2)壳体、电机或液压马达(1)壳体也依次通过螺钉连接固定，从而将整个动力输入机构固定在定圈(10)上；定圈(10)由两个半圆铸钢构件(41)通过螺钉连接而成，4个固定卡块(11)沿定圈(10)周向均布，通过旋调卡块螺栓(8)的伸出长度，将定圈(10)和整套装置卡紧固定在待剥除防腐层的钢质管道外壁上；定圈(10)侧面钻有24个沿周向均布的轴向通孔(43)，内装偏心轴(20)，轴向通孔(43)和偏心轴(20)为过渡配合；偏心轴(20)一侧端部安装有动圈支撑球轴承(19)，另一侧通过锁紧螺母紧固；动圈(9)由两个对称的半圆铸钢构件(42)通过螺钉连接而成，内侧加工有卡槽(26)，通过卡槽(26)将动圈(9)支撑在动圈支撑球轴承(19)上，使其可沿卡槽(26)周向自由旋转但不能沿管道轴向错动，当动圈支撑球轴承(19)外圈磨损后，可通过调整偏心轴(20)的安装角度，修正动圈支撑球轴承(19)与卡槽(26)之间的间隙，避免动圈(9)在转动过程中出现轴向晃动或径向跳动；动圈(9)外表面加工有周向齿条(23)，与输入端固定壳(4)内的齿轮(17)相互啮合，将动力输入机构的动力传递给动圈(9)，推动其绕待剥除防腐层管道作旋转运动；鼠笼式刀架(6)由两个对称的半圆铸钢或焊接构件通过螺栓连接而成，并通过8个螺钉固定在动圈(9)上，周向均布4～6把浮动式剥除刀(5)，每把刀具(7)沿轴向方向错排且相互重合2～5mm，随鼠笼式刀架(6)绕管道外表面同时做周向旋转运动，从而快速剥除钢质管道外防腐层。

2.根据权利要求1所述的鼠笼式钢质管道外防腐层剥除装置，其特征是：浮动式剥除刀刀具支座(35)侧面加工有高度调节槽(38)，以调节支座高度和弹簧(37)预紧力；刀具支座(35)上加工有螺栓孔，预紧螺栓(34)穿过螺栓孔作用在弹簧座(36)上部的凹槽内，可微调弹簧(37)的预紧力和刀具(7)的切削力；每把刀具(7)上均安装由球轴承构成的漫刀轮(40)，漫刀轮(40)通过漫刀轮轴(44)固定在漫刀轮支架(39)上，漫刀轮支架(39)通过螺钉固定在刀具(7)上，在切削过程中遇到焊缝时，漫刀轮(40)会提前接触焊缝，自动抬高刀具(7)从而保护刀具刃口。

3.根据权利要求1所述的鼠笼式钢质管道外防腐层剥除装置，其特征是：动圈支撑球轴承(19)外圈的两端面形状应加工成与动圈卡槽(26)断面形状一致。

4.根据权利要求1所述的鼠笼式钢质管道外防腐层剥除装置，其特征是：定圈卡块螺栓(8)外侧一端加工有内六方孔，另一端通过热装方式将固定卡块(11)压入；卡块螺栓(8)外表面加工有公螺纹，与定圈(10)上加工的母螺纹配合实现固定卡块(11)旋进旋出，从而调整卡块螺栓(8)在钢质管道外壁上的卡紧力。