CN107584676B - 一种水下立管金刚石绳锯切割机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水下立管金刚石绳锯切割机，要由切割装置、进给装置、夹紧装置、张紧装置、导向装置、主体框架组成。主体框架立式设计、立式安装，切割装置、进给装置和夹紧装置紧凑的安装在主体框架上，张紧装置和控绳导向装置安装在进给装置上。进给装置与夹紧装置在主体框架上采用并行安装方式，夹紧装置嵌套安装在进给装置中间，控绳导向装置控制金刚石串珠绳的走向，确保切割作业时串珠绳与夹紧装置互不干涉。本发明用于水下复合立管或废弃平台导管架桩基的切割，可实现对水下复合立管的回收或维修、废弃平台的拆除等操作。

Description

一种水下立管金刚石绳锯切割机

技术领域

本发明涉及一种水下立管金刚石绳锯切割机，属于海洋工程技术领域。

背景技术

我国的海洋面积广阔，海上油气资源在我国能源供应上占有较大比重，是海洋经济的重要形式之一。近年来，我国对油气的开发和利用活动大大增加，而海洋管道是海洋油气开发和利用的重要运输通道。海洋管道按管道横截面的结构分类可以分为单壁管道，管中管管道和集束管道。管道成分从外向内分别为钢筋混凝土配重层、泡沫保温层、聚乙烯防腐涂层、防腐漆层和钢管层。由于海洋管道长久处在高温度、大压力的复杂环境中，受到运输油气及其他有害气体的腐蚀，某些处于潮差和波浪碎带的管道(特别是立管)，受海浪、潮流、冰凌等影响较大，导致很多的管道存在破损的风险，而海洋管道一旦出现问题，损失会很大，所以对管道的修复是刻不容缓的事情。由于海洋立管的特殊性，使其成为所有类型海洋管道中最难维修的管道之一，金刚石绳锯机以其特有的“柔性”刀具的特点，可以高效率的对海洋管道进行切割，配合本专利对传统金刚石绳锯机的主体框架和进给装置进行创新性设计，可以更加方便、快捷的对海洋立管进行高效率的切割作业。

金刚石绳锯机利用了串珠绳切割本质的非破坏性工艺，尤其是串珠绳切割的切口比较精准、规整的特点。整个装置便于安装、可控性好、作业冲击低、对操作者和环境不会产生有害影响。本专利在传统绳锯机的基础上对进给装置和主体框架进行创新性设计，主体框架与进给装置的相互配合使金刚石绳锯机在与管道的夹紧中更加紧凑，工作更加平稳。在对立管桩基的切割作业中，本专利的金刚石绳锯机可以对海洋立管一些复杂不宜切割的位置进行切割。例如，在对立管桩基的回收工作中，本专利的金刚石绳锯机可以在立管与海底连接处进行切割，复杂的环境和海底特殊的地貌对切割工作的正常进行基本无影响。更加稳定的切割工作使金刚石绳锯机切割管道的切口更加精准和规整，为立管的维修工作提供更大的便利。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种水下立管金刚石绳锯切割机，用于水下复合立管或废弃平台导管架桩基的切割，可实现对水下复合立管的回收或维修、废弃平台的拆除等操作。

本发明的目的是这样实现的：包括立式主体框架、切削装置、进给装置、夹紧装置、控绳导向装置，所述立式主体框架的两侧分别设置有滑轨，每个滑轨上设置有一滑块；所述切削装置包括切削安装架、设置在进给安装架四个角上的驱动轮和三个从动轮、缠绕在驱动轮和三个从动轮上的金刚石串珠绳；所述进给安装架通过连接架设置在两个滑块之间；所述夹紧装置包括设置在立式主体框架上的夹紧框架、铰接在夹紧框架前端两侧的两个夹紧臂、设置在每个夹紧臂与夹紧框架之间的两个液压缸，每个夹紧臂的端部设置有夹爪；所述控绳导向装置有两套，每套均包括导向安装架、设置在导向安装架上一对转轮，每个导向安装架的一端通过连杆与对应的滑块连接、另一端与夹紧框架连接，所述金刚石串珠绳还穿过对应的转轮，所述进给装置设置在立式主体框架与切削安装架之间，实现切削安装架的运动。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.还包括张紧装置，张进装置设置在夹紧框架上，包括用于张紧金刚石串珠绳的张紧轮。

2.所述立式主体框架的两侧还设置有支撑支架，支撑支架打开后与主体框架形成三角形支撑结构。

3.进给装置是设置在立柱主体框架与切削安装架之间的液压缸或螺旋丝杠驱动机构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：为了克服现有技术存在的不足，本发明对传统绳锯机的主体框架和夹紧装置进行了创新性设计。主体框架是绳锯机各个功能结构的基体，其结构的合理设计可以使切割装置、夹紧装置、进给装置、张紧装置、导向装置布置更紧凑，使金刚石绳锯机的总体结构更合理，在对同一尺寸立管的切割工作中，可以使绳锯机总体的质量和尺寸减小，而且紧凑的机构对复杂环境的适应性更高。夹紧装置实现对立管桩基的夹紧，夹紧时四个夹紧臂由上到下依次排列，上下两边的夹紧臂与中间的两个夹紧臂形成了环抱的姿态，使整机固定在立管或桩基上，这种结构增大了切割机的轴向夹持距离，使“固定基座”的底面积增大，提高了该机的抗倾覆能力，减小了切割作业时的振动幅度。

1、金刚石绳锯机总体结构的创新性设计，将绳锯机各装置紧凑连接，有效的解决了传统绳锯机进行切割工作时占用空间较大，环境适应性和作业稳定性差的问题；

2、主体框架安装支撑支架，该机不工作时将支撑支架展开，使其与主体框架和地面三者之间形成三角形，平稳的放置在地面上，不需为其设计专用支架。

3、夹紧装置对立管桩基夹紧时四个夹紧臂由上到下依次排列，上下两边的夹紧臂与中间的两个夹紧臂形成了环抱的姿态，使整机固定在立管或桩基上，这种结构增大了切割机的轴向夹持距离，使“固定基座”的底面积增大，提高了该机的抗倾覆能力，减小了切割作业时的振动幅度。

本发明的工作原理是：水下立管金刚石绳锯切割机进行水下切割作业时，先在工作母船上将串珠绳安装在绳锯机上，并通过手动张紧装置张紧串珠绳，使其具有足够的初始张紧力；然后由工作母船上的吊放设备将绳锯机吊放入水，在ROV的协助下，使绳锯机靠近立管或桩基待切割位置处；另一ROV的机械手将水下油源飞头插入飞头座，启动液压动力源，为绳锯机液压系统提供压力油；ROV打开夹紧液压缸控制阀，夹紧液压缸运动进而驱动夹紧臂抱紧立管桩基，使绳锯机固定在立管桩基的待切割位置处，成为绳锯机底座；绳锯机稳定夹紧后，ROV启动切削装置，绳锯机主动轮高速旋转，带动串珠绳循环运动；之后，ROV启动进给装置，实现对立管或桩基的切割作业，其进给装置有多种形式。本专利主要公开一种立式绳锯切割机的立式主体框架和夹紧装置，机体结构紧凑，结构尺寸相对较小，解决了绳锯机夹紧固定后径向尺寸过大的问题，降低了绳锯切割机自身重力带来的倾覆力矩以及作业时的振动幅度，提高了机体夹紧的可靠性和切割作业的稳定性。

附图说明

图1是本发明金刚石绳锯机总体结构示意图；

图2是本发明金刚石绳锯机主体框架和切割装置组合结构示意图；

图3是本发明金刚石绳锯机主体框架和夹紧装置组合结构示意图；

图4是本发明金刚石绳锯机主体框架和夹紧装置组合夹紧立管示意图；

图5是本发明金刚石绳锯机主体框架支撑支架展开示意图；

图6是本发明金刚石绳锯机主体框架背面结构简图；

图中主要标号说明：

1.切割装置，2.进给装置，3.夹紧装置，4.主体框架，5.导向装置，6.张紧装置，101.连接件，102.从动轮，103轮壳固定板，104.驱动轮，105.金刚石串珠绳，106.切割安装架，401.主体安装架，402.吊环，403.滑轨，404.支撑支架，405.电子仓及液压阀箱，406.ROV机械手手柄，407.浮力材料接口，301.转轴，302.夹紧臂，303.夹爪，304.夹紧臂，305.夹爪，306.液压缸，501.导向安装架，502.连接板，503.转轮。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图6，本发明主要应用在海洋立管的切割工作中，用于海洋平台等的回收或维修。金刚石绳锯机主要由切割装置1、进给装置2、夹紧装置3、导向装置5和张紧装置6连接在主体框架4上形成一个整体，各装置间相互配合实现对海洋立管的切割。

本发明主要由切割装置1、进给装置2、夹紧装置3、张紧装置6、导向装置5、主体框架4组成。主体框架立式设计、立式安装，切割装置1、进给装置2和夹紧装置3紧凑的安装在主体框架4上，张紧装置6和控绳导向装置5安装在进给装置上。进给装置2与夹紧装置3在主体框架上采用并行安装方式，夹紧装置3嵌套安装在进给装置2中间，控绳导向装置5控制金刚石串珠绳的走向，确保切割作业时串珠绳与夹紧装置2互不干涉。

金刚石绳锯机的夹紧装置3穿过进给装置2嵌套安装在主体框架4中间位置偏下处，主要由夹紧框架301和两对夹紧臂302、304组成，相对两对夹紧臂采用非对称形式设计，夹紧臂302的两个夹紧臂之间的轴向距离较大，而夹紧臂304的两个夹紧臂之间的轴向距离较小，夹紧时四个夹紧臂由上到下依次排列，上下两边的夹紧臂302与中间的两个夹紧臂304形成了环抱的姿态，使整机固定在立管或桩基上。这种结构增大了切割机的轴向夹持距离，使“固定基座”的底面积增大，提高了该机的抗倾覆能力，减小了切割作业时的振动幅度，同时，其交叉环抱时适应的管径更小，因此这种结构能使该机夹持管径的范围更大。

立式主体框架采用桁架式结构，其上设有可收放的支撑支架404，其展开后与主体框架、地面三者之间形成三角形，可使整机平稳的放置在地面上，不需为其设计专用支架。

立式主体框架非切割侧装有独立的水下平衡式液压阀箱和密封的电子仓，使其更适合深水作业，尤其是水下平衡式液压阀箱带有补偿装置，能平衡作业环境所带来的压力，并且在液压阀箱上设有与ROV飞头适配的飞头座，可由ROV为该切割机提供液压动力，同时密封的电子仓上设有水密接头，可由ROV为该切割机提供电力，并进行检测信号的传输。立式主体框架上安装有多个适合ROV机械手抓扶的手柄406，便于ROV协助安装和提供必要的动力。立式主体框架上设有固定型浮力材料配置接口407，该接口呈细长孔状，并有足够的强度和刚度，保证浮力材料的稳固安装，整机装配完成后，应使其水中重量适合ROV携带和操作。

金刚石串珠绳105安装过程中依次通过驱动轮104和三个从动轮102形成封闭的环绕结构，驱动轮104和从动轮102的外壳通过螺栓固定在切割安装架106和轮壳固定板103之间，工作时张紧装置6使金刚石串珠绳105实现张紧，驱动轮104带动金刚石串珠绳105绕驱动轮104和从动轮102进行高速运动，金刚石串珠绳105被导向装置5限制避免发生跳绳，导向装置5的主体由导向安装架501和连接板502通过螺栓连接，限制金刚石串珠绳105运动的转轮503通过螺栓安装在连接板502上；滑轨403通过沉头螺母固定在主体框架1上，支撑支架404通过螺母和自行设计的固定销4041与主体框架相连接，可以实现两个位置的固定，分别是收缩在切割机工作时收缩在主体框架两侧和切割机不工作时展开协助主体框架1稳定的放置在地面上，防止设备倾倒对设备本身造成不必要的损伤，支撑支架404展开时固定销4041对其轴向运动实现固定，固定销4044实现支架4042和支架4043的连接与固定；夹紧装置3通过螺栓在主体框架1下面三分之一处与其相互固定连接，夹爪303和夹爪305铰接在夹紧臂302和夹紧臂304上，夹紧臂302和夹紧臂304由液压缸提供夹紧力，绕转轴旋转，工作时抓紧待切割立管桩基，实现切割机的固定，液压缸一端与夹紧臂连接一端与夹紧装置3的框架铰接。

金刚石绳锯机在进行海洋立管的切割工作时，首先在工作母船上手动调节张紧装置6，使金刚石串珠绳具有足够的工作张紧力；接下来由工作母船上的吊放设备将绳锯机吊放入水，ROV协助使绳锯机靠近立管桩基待切割位置处；另一个ROV机械手将水下油源飞头插入，随后液压动力源提供压力油供给液压系统，使夹紧液压缸306运动进而驱动夹紧臂302抱紧立管桩基，即稳定精确的使绳锯机固定在立管桩基的待切割位置处；然后切割装置1和进给装置2依次工作，对立管进行切割。

当金刚石绳锯机切割完成需要回收时，进给装置2带动切割装置1回到原位置，夹紧机构4的液压缸306带动夹紧臂302绕转轴301旋转松开立管桩基，吊装机构通过吊环402带动金刚石绳锯机实现回收工作

综上，本发明提供一种金刚石绳锯机装置，主要由切割装置、进给装置、夹紧装置、张紧装置、导向装置和主体框架等主要装置组成，主要用于水下复合立管的切割，满足对水下复合立管的回收或维修等工作要求。夹紧装置通过螺栓与主体框架相互固定连接，位于主体框架下面约三分之一处。本专利主要对绳锯切割机的主体框架、切割装置和夹紧装置进行了设计，减小了机体的结构尺寸，解决了绳锯机夹紧固定后径向尺寸过大的问题，降低了绳锯切割机自身重力带来的倾覆力矩以及作业时的振动幅度，提高了作业可靠性，绳锯切割机具有良好的ROV适配性，操作灵活，维修方便，能更好的实现对水下复合立管的回收或维修等工作。

首先在工作母船上通过手动张紧装置，使串珠绳具有足够的工作张紧力；接下来由工作母船上的吊放设备将绳锯机吊放入水，ROV协助使绳锯机靠近立管桩基待切割位置处；另一个ROV机械手将水下油源飞头插入，随后液压动力源提供压力油供给液压系统，夹紧液压缸运动进而驱动夹紧臂抱紧立管桩基，即使绳锯机固定在立管桩基的待切割位置处；最后切割装置和进给装置依次工作，对立管进行切割。本专利主要对绳锯切割机的主体框架和夹紧装置进行了设计，解决了绳锯机夹紧固定后径向尺寸过大的问题，降低了绳锯切割机自身重力带来的倾覆力矩以及作业时的振动幅度，提高了机体的稳定性。同时，本专利介绍的绳锯机主体装置可搭配多种进给机构，包括图1所示的双等腰三角形形式的进给机构，利用一个液压缸驱动进给装置实现进给；也包括在两侧水平放置的双液压缸同步进给的进给机构，实现切削机构对管道的切割；还包括螺旋丝杠驱动的进给机构，螺旋丝杠的安装与绳锯机切削进给方向平行，螺旋丝杠旋转驱动螺母运动从而带动切削机构实现进给。

Claims (4)

1.一种水下立管金刚石绳锯切割机，其特征在于：包括立式主体框架、切削装置、进给装置、夹紧装置、控绳导向装置，所述立式主体框架的两侧分别设置有滑轨，每个滑轨上设置有一滑块；所述切削装置包括切削安装架、设置在进给安装架四个角上的驱动轮和三个从动轮、缠绕在驱动轮和三个从动轮上的金刚石串珠绳；所述进给安装架通过连接架设置在两个滑块之间；所述夹紧装置包括设置在立式主体框架上的夹紧框架、铰接在夹紧框架前端两侧的两个夹紧臂、设置在每个夹紧臂与夹紧框架之间的两个液压缸，每个夹紧臂的端部设置有夹爪；所述控绳导向装置有两套，每套均包括导向安装架、设置在导向安装架上一对转轮，每个导向安装架的一端通过连杆与对应的滑块连接、另一端与夹紧框架连接，所述金刚石串珠绳还穿过对应的转轮，所述进给装置设置在立式主体框架与切削安装架之间，实现切削安装架的运动。

2.根据权利要求1所述的一种水下立管金刚石绳锯切割机，其特征在于：还包括张紧装置，张紧装置设置在夹紧框架上，包括用于张紧金刚石串珠绳的张紧轮。

3.根据权利要求1或2所述的一种水下立管金刚石绳锯切割机，其特征在于：所述立式主体框架的两侧还设置有支撑支架，支撑支架打开后与主体框架形成三角形支撑结构。

4.根据权利要求1或2所述的一种水下立管金刚石绳锯切割机，其特征在于：进给装置是设置在立柱主体框架与切削安装架之间的液压缸或螺旋丝杠驱动机构。