CN108506638B - 燃气管道内检测机器人放收系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃气管道内检测机器人放收系统及方法，放收系统包括管道连接件、夹板阀和机器人放收仓，管道连接件包括下半管、上半管和长颈法兰，燃气管道与长颈法兰对应的位置开设有机器人放收口；夹板阀与管道连接件的长颈法兰法兰连接；机器人放收仓包括平滑过渡连接的斜管段和水平管段，斜管段与夹板阀法兰连接且使斜管段与长颈法兰同轴，水平管段相对于斜管段的另一端设有第一法兰盲板。其具有结构简单、使用方便、安全可靠、适用性强的优点。方法具有工艺简单、效率高、安全性高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人放收装置，具体涉及一种用于燃气管道内检测机器人的放收系统及放收机器人的方法。
背景技术
随着经济的增长城市化进程的加快，我国城市地下燃气管网越来越密集，燃气管道腐蚀、老化等问题也逐渐暴露出来，因燃气泄漏引发的安全事故也在逐年增多，这对人民的生命和财产安全带来了造成了巨大威胁。
不同于传统长距离输油输气管线，城市地下燃气管网存在着管线结构复杂、管径结构不一、管线特征多样等特点，无法执行通球检测的管线占95％以上，这就决定了城市地下燃气管道无法直接采用传统长距离输油输气管线的内检测方式。而传统的管道内检测技术往往局限于对30～100米的管道执行内窥镜检测，其存在着检测手段单一、检测距离有限、检测环境要求较高等局限性，同样无法适应城市地下燃气管网的检测需求。
自动力机器人管道检测技术是目前本领域的研究热点之一。因该机器人是通过电池供电和无线控制的，不受线缆和管线结构限制，可实现城市地下燃气管线的长距离内检测目的。但燃气属易燃易爆气体，在带气带压情况下，如何在燃气管道中置入和回收机器人是本领域亟需解决的难题。
发明内容
本发明的目的是提供燃气管道内检测机器人放收系统及方法，放收系统具有结构简单、使用方便、安全可靠、适用性强的优点；方法具有工艺简单、效率高、安全性高的优点。
为解决现有技术中无法在带气带压的燃气管道中置入和回收内检测机器人的问题，本发明提供的一种燃气管道内检测机器人放收系统，包括管道连接件、夹板阀和机器人放收仓，所述管道连接件包括扣在燃气管道外侧并焊接固定的下半管和上半管，上半管设有与燃气管道呈30～60°夹角的长颈法兰，燃气管道与长颈法兰对应的位置开设有机器人放收口；所述夹板阀与管道连接件的长颈法兰法兰连接；所述机器人放收仓包括平滑过渡连接的斜管段和水平管段，斜管段与夹板阀法兰连接且使斜管段与长颈法兰同轴，水平管段相对于斜管段的另一端设有第一法兰盲板。
进一步的，本发明燃气管道内检测机器人放收系统，其中，还包括用于在燃气管道上开设机器人放收口的等离子切割机，等离子切割机包括一端开口的第一壳体以及设置于第一壳体中的可伸缩机械臂，可伸缩机械臂相对于第一壳体开口的一端安装有电磁吸盘和多自由度等离子切割头；开设机器人放收口时，第一壳体的开口端与夹板阀法兰连接。
进一步的，本发明燃气管道内检测机器人放收系统，其中，所述等离子切割机的电磁吸盘采用多自由度电磁吸盘，第一壳体的下侧还设有管壁暂存器，管壁暂存器的上端与第一壳体的内腔连通，管壁暂存器的下端设有第二法兰盲板。
进一步的，本发明燃气管道内检测机器人放收系统，其中，所述管道连接件在长颈法兰的法兰处设有封堵器，还包括用于拆装封堵器的封堵机，封堵机包括一端开口的第二壳体以及设置于第二壳体中的驱动轴，驱动轴相对于第二壳体开口的一端设有封堵器拆装接头；拆装封堵器时，第二壳体的开口端与夹板阀法兰连接。
进一步的，本发明燃气管道内检测机器人放收系统，其中，所述长颈法兰设有第一气阀，所述机器人放收仓的斜管段在相对于夹板阀的一端设有第二气阀，所述等离子切割机的第一壳体在封口端设有第三气阀，所述封堵机的第二壳体在封口端设有第四气阀。
进一步的，本发明燃气管道内检测机器人放收系统，其中，还包括氮气置换系统。
进一步的，本发明燃气管道内检测机器人放收系统，其中，所述管道连接件在长颈法兰的法兰处还设有用于压盖封堵器的第三法兰盲板。
本发明提供的一种燃气管道内检测机器人放收方法，利用了上述放收系统，包括以下步骤：
一、在待检燃气管道的起始点挖开地面以形成作业坑，并使燃气管道完全裸露；
二、将管道连接件的下半管和上半管对应扣在燃气管道的下半部和上半部，并使下半管、上半管和燃气管道通过焊接相互固定；
三、将夹板阀安装在长颈法兰上，将等离子切割机安装在夹板阀上，并使夹板阀处于打开状态；
四、通过第一气阀、第三气阀和氮气置换系统将长颈法兰和等离子切割机中的空气置换为氮气；
五、通过等离子切割机切割燃气管道以形成机器人放收口；切割完成后关闭夹板阀，并通过第三气阀放散等离子切割机中的燃气和氮气后，将等离子切割机从夹板阀上卸除；
六、将机器人放收仓安装在夹板阀上，将机器人置于水平管段；并通过第二气阀和氮气置换系统将机器人放收仓中的空气吹扫置换为氮气后，安装第一法兰盲板进行密封；
七、打开夹板阀，通过控制系统让机器人依次通过机器人放收仓、夹板阀、长颈法兰进入燃气管道中进行检测作业；检测作业完成后让机器人按原路返回；
八、机器人返回后关闭夹板阀，通过第二气阀放散机器人放收仓的燃气和氮气后拆除第一法兰盲板，从机器人放收仓中取出机器人，并将机器人放收仓从夹板阀上卸除；
九、将封堵机安装到夹板阀上，打开夹板阀并通过封堵机将封堵器安装在长颈法兰上；
十、通过第四气阀放散封堵机中的燃气后，依次拆除封堵机和夹板阀，并在长颈法兰安装第三法兰盲板。
进一步的，本发明燃气管道内检测机器人放收方法，其中，在上述步骤五中，所述通过等离子切割机切割燃气管道以形成机器人放收口，按以下方式实现：
a、在燃气管道上设定机器人放收口的轮廓切割线和十字切割线，以形成四块切割区域；
b、使等离子切割头沿十字切割线的两条路径分别切割燃气管道；
c、让电磁吸盘吸附步骤a中任一切割区域对应的燃气管道，使等离子切割头沿对应切割区域的轮廓切割线切割燃气管道；并通过可伸缩机械臂将切割下来的管壁置于管壁暂存器中暂存；
d、按照步骤c的方式依次完成剩余切割区域对应的燃气管道切割。
本发明燃气管道内检测机器人放收系统及方法与现有技术相比，具有以下优点：本发明通过设置管道连接件、夹板阀和机器人放收仓，管道连接件包括扣在燃气管道外侧并焊接固定的下半管和上半管，在上半管设置与燃气管道呈30～60°夹角的长颈法兰，并在燃气管道与长颈法兰对应的位置开设机器人放收口；让夹板阀与管道连接件的长颈法兰通过法兰连接；机器人放收仓包括平滑过渡连接的斜管段和水平管段，让斜管段与夹板阀通过法兰连接且使斜管段与长颈法兰同轴，在水平管段相对于斜管段的另一端设置第一法兰盲板。由此就构成了一种结构简单、使用方便、安全可靠、适用性强的燃气管道内检测机器人放收系统。在实际应用中，向燃气管道中放置机器人时，首先确定夹板阀处于关闭状态后卸除第一法兰盲板；然后将机器人置入机器人放收仓的水平管段中后，重新安装上第一法兰盲板以对机器人放收仓进行密封；接着打开夹板阀，并通过控制系统让机器人依次通过机器人放收仓、夹板阀、长颈法兰进入燃气管道中即可进行检测作业。检测作业完成后从燃气管道中回收机器人时，首先让机器人按原检测路径返回，并依次通过长颈法兰、夹板阀进入机器人放收仓的水平管段；接着关闭夹板阀，并通过卸除第一法兰盲板即可将机器人从机器人放收仓中取出。本发明解决了现有技术无法在带气带压的燃气管道中置入和回收内检测机器人的问题，且不会影响燃气管道的正常输气和人们的生活用气，安全性较高。因现有内检测机器人通常无法完成大角度的转弯和爬行，本发明通过让长颈法兰与燃气管道呈30～60°夹角，并使机器人放收仓采用包括斜管段和水平管段的结构形式，有效解决了机器人无法大角度进出燃气管道的难题，具有较强的适用性。本发明提供的燃气管道内检测机器人放收方法具有工艺简单、效率高、安全性高的优点。
下面结合附图所示具体实施方式对本发明燃气管道内检测机器人放收系统及方法作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明燃气管道内检测机器人放收系统中管道连接件、夹板阀和机器人放收仓的组合状态示意图；
图2为本发明燃气管道内检测机器人放收系统中管道连接件、夹板阀和等离子切割机的组合状态示意图；
图3为等离子切割机中电磁吸盘和多自由度等离子切割头的示意图；
图4为等离子切割机切割燃气管道方式的示意图；
图5为本发明燃气管道内检测机器人放收系统中管道连接件、夹板阀和封堵机的组合状态示意图；
图6为本发明燃气管道内检测机器人放收系统中管道连接件安装封堵器和第三法兰盲板后的状态示意图。
具体实施方式
首先需要说明的，本发明中所述的上、下、前、后、左、右等方位词只是根据附图进行的描述，以便于理解，并非对本发明的技术方案以及请求保护范围进行的限制。本发明中的放收是指将机器人置入燃气管道和从燃气管道中回收机器人。
如图1所示本发明燃气管道内检测机器人放收系统的具体实施方式，包括管道连接件1、夹板阀2和机器人放收仓3。其中，管道连接件1包括扣在燃气管道6外侧并焊接固定的下半管11和上半管12，在上半管12上设置与燃气管道呈30～60°夹角的长颈法兰13，并使燃气管道6与长颈法兰13对应的位置开设机器人放收口。让夹板阀2与管道连接件1的长颈法兰13通过法兰连接。机器人放收仓3包括平滑过渡连接的斜管段31和水平管段32，让斜管段31与夹板阀2通过法兰连接，且使斜管段31与长颈法兰13同轴，并在水平管段32相对于斜管段31的另一端设置第一法兰盲板33。
通过以上结构设置就构成了一种结构简单、使用方便、安全可靠、适用性强的燃气管道内检测机器人放收系统。在实际应用中，向燃气管道6中放置机器人时，首先确定夹板阀2处于关闭状态后卸除第一法兰盲板33；然后将机器人7置入机器人放收仓3的水平管段32中后，重新安装上第一法兰盲板33以对机器人放收仓3进行密封；接着打开夹板阀2，并通过控制系统让机器人7依次通过机器人放收仓3、夹板阀2、长颈法兰13进入燃气管道6中即可进行检测作业。检测作业完成后从燃气管道6中回收机器人7时，首先让机器人7按原检测路径返回，并依次通过长颈法兰13、夹板阀2进入机器人放收仓3的水平管段32；接着关闭夹板阀2，并通过卸除第一法兰盲板33即可将机器人7从机器人放收仓3中取出。本发明解决了现有技术无法在带气带压的燃气管道中置入和回收内检测机器人的问题，且不会影响燃气管道的正常输气和人们的生活用气，安全性较高。因现有内检测机器人通常无法完成大角度的转弯和爬行，本发明通过让长颈法兰13与燃气管道呈30～60°夹角，并使机器人放收仓3采用包括斜管段31和水平管段32的结构形式，有效解决了机器人无法大角度进出燃气管道的难题，具有较强的适用性。
作为优化方案，如图2所示，本具体实施方式设置了用于在燃气管道上开设机器人放收口的等离子切割机4。等离子切割机4包括一端开口的第一壳体41以及设置于第一壳体41中的可伸缩机械臂42，在可伸缩机械臂42相对于第一壳体41开口的一端安装电磁吸盘43和多自由度等离子切割头44。开设机器人放收口时，让第一壳体41的开口端与夹板阀2通过法兰连接。首次在燃气管道中置入和回收机器人时，需要在燃气管道上开设机器人放收口。本发明通过设置等离子切割机4可安全、快速地在燃气管道上开设机器人放收口。具体过程如下：首先使夹板阀2处于关闭状态，并将等离子切割机4安装在夹板阀2上；然后打开夹板阀2，让等离子切割机4按设计路径切割燃气管道即可进行机器人放收口的开设；机器人放收口开设完成后，即可在开闭夹板阀2后将等离子切割机4从夹板阀2上卸除。随后即可在夹板阀2上安装机器人放收仓3，以进行机器人的置入、检测和回收。进行一步的，本具体实施方式让等离子切割机4的电磁吸盘43采用多自由度电磁吸盘，同时在第一壳体41的下侧设置了管壁暂存器45，并让管壁暂存器45的上端与第一壳体41的内腔连通，在管壁暂存器45的下端设置了第二法兰盲板46。这一结构设置可提高离子切割机4切割燃气管道的自由度，保证开设的机器人放收口与长颈法兰13的下端口匹配。且通过调整电磁吸盘43的位置可实现分块切割，并通过设置管壁暂存器45可暂存切割下来的管壁，可有效避免切割下来管壁落入燃气管道中。
作为具体实施方式，如图5和图6所示，本发明在管道连接件1在长颈法兰13的法兰处设置了封堵器14，并设置了用于拆装封堵器14的封堵机5。封堵机5包括一端开口的第二壳体51以及设置于第二壳体51中的驱动轴52。在驱动轴52相对于第二壳体51开口的一端设置封堵器拆装接头53。拆装封堵器14时，让第二壳体51的开口端与夹板阀2法兰连接。本发明通过设置封堵器14和封堵机5，提高了系统的方便灵活性和安全性。在燃气管道中首次置入和回收机器人后，通过将封堵机5安装于夹板阀2可在长颈法兰13的法兰处安装封堵器14；封堵器14安装完成后即可依次将封堵机5和夹板阀2卸除。为保证封堵器14的密封性能和结构稳定性，本发明在实际应用中通常在长颈法兰13的法兰处设置压盖封堵器14的第三法兰盲板16。
需要说明的是，实际应用中，本发明还设置了氮气置换系统，并在长颈法兰13上设置了第一气阀15，在机器人放收仓3的斜管段31在相对于夹板阀2的一端设置了第二气阀34，在等离子切割机4的第一壳体41封口端设置了第三气阀47，在封堵机5的第二壳体51的封口端设置了第四气阀54。在等离子切割机4进行机器人放收口开设作业时，通过第一气阀15、第三气阀47和氮气置换系统可将长颈法兰13和等离子切割机4中的空气置换为氮气，并在机器人放收口开设完成后通过第三气阀47可放散等离子切割机4中的燃气和氮气，增强了安全性。同理，在置入机器人时，通过第二气阀34和氮气置换系统可将机器人放收仓3中的空气吹扫置换为氮气，并在机器人返回后，通过第二气阀34可放散机器人放收仓3的燃气和氮气；在封堵器14安装完成后，通过第四气阀54可放散封堵机5中的燃气。
如图3和图4所示，基于同一发明构思，本发明还提供了一种利用上述放收系统进行燃气管道内检测机器人的放收方法，具体包括以下步骤：
一、在待检燃气管道的起始点挖开地面以形成作业坑，并使燃气管道完全裸露。
二、将管道连接件1的下半管11和上半管12对应扣在燃气管道的下半部和上半部，并使下半管11、上半管12和燃气管道通过焊接相互固定。
三、将夹板阀2安装在长颈法兰13上，将等离子切割机4安装在夹板阀2上，并使夹板阀2处于打开状态。
四、通过第一气阀15、第三气阀47和氮气置换系统将长颈法兰13和等离子切割机4中的空气置换为氮气。
五、通过等离子切割机4切割燃气管道以形成机器人放收口；切割完成后关闭夹板阀2，并通过第三气阀47放散等离子切割机4中的燃气和氮气后，将等离子切割机4从夹板阀2上卸除。
六、将机器人放收仓3安装在夹板阀2上，将机器人置于水平管段32；并通过第二气阀34和氮气置换系统将机器人放收仓3中的空气吹扫置换为氮气后，安装第一法兰盲板33进行密封。
七、打开夹板阀2，通过控制系统让机器人依次通过机器人放收仓3、夹板阀2、长颈法兰13进入燃气管道中进行检测作业；检测作业完成后让机器人按原路返回。
八、机器人返回后关闭夹板阀2，通过第二气阀34放散机器人放收仓3的燃气和氮气后拆除第一法兰盲板33，从机器人放收仓3中取出机器人，并将机器人放收仓3从夹板阀2上卸除。
九、将封堵机5安装到夹板阀2上，打开夹板阀2并通过封堵机5将封堵器14安装在长颈法兰13上。
十、通过第四气阀54放散封堵机5中的燃气后，依次拆除封堵机5和夹板阀2，并在长颈法兰13安装第三法兰盲板16。
以上步骤是首次在燃气管道中置入和回收机器人的工序。首先检测完成后即可在作业坑填土并标记为检测点。需要再次检测时，只需执行步骤一和步骤六到十即可。
作为优化方案，在上述步骤五中，所述通过等离子切割机4切割燃气管道以形成机器人放收口，具体按以下方式实现：
a、在燃气管道上设定机器人放收口的轮廓切割线8和十字切割线9，以形成四块切割区域。
b、使等离子切割头44沿十字切割线9的两条路径分别切割燃气管道；
c、让电磁吸盘43吸附步骤a中任一切割区域对应的燃气管道，使等离子切割头44沿对应切割区域的轮廓切割线8切割燃气管道；并通过可伸缩机械臂42将切割下来的管壁置于管壁暂存器45中暂存。
d、按照步骤c的方式依次完成剩余切割区域对应的燃气管道切割。
这一切割方式可保证开设的机器人放收口与长颈法兰13的下端口匹配，且可有效避免切割下来管壁落入燃气管道中。
以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域工程技术人员依据本发明的技术方案做出的各种形式的变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种燃气管道内检测机器人放收系统，其特征在于，包括管道连接件(1)、夹板阀(2)和机器人放收仓(3)，所述管道连接件(1)包括扣在燃气管道外侧并焊接固定的下半管(11)和上半管(12)，上半管(12)设有与燃气管道呈30～60°夹角的长颈法兰(13)，燃气管道与长颈法兰(13)对应的位置开设有机器人放收口；所述夹板阀(2)与管道连接件(1)的长颈法兰(13)法兰连接；所述机器人放收仓(3)包括平滑过渡连接的斜管段(31)和水平管段(32)，斜管段(31)与夹板阀(2)法兰连接且使斜管段(31)与长颈法兰(13)同轴，水平管段(32)相对于斜管段(31)的另一端设有第一法兰盲板(33)；
还包括用于在燃气管道上开设机器人放收口的等离子切割机(4)，等离子切割机(4)包括一端开口的第一壳体(41)以及设置于第一壳体(41)中的可伸缩机械臂(42)，可伸缩机械臂(42)相对于第一壳体(41)开口的一端安装有电磁吸盘(43)和多自由度等离子切割头(44)；开设机器人放收口时，第一壳体(41)的开口端与夹板阀(2)法兰连接；
所述等离子切割机(4)的电磁吸盘(43)采用多自由度电磁吸盘，第一壳体(41)的下侧还设有管壁暂存器(45)，管壁暂存器(45)的上端与第一壳体(41)的内腔连通，管壁暂存器(45)的下端设有第二法兰盲板(46)。
2.按照权利要求1所述的燃气管道内检测机器人放收系统，其特征在于，所述管道连接件(1)在长颈法兰(13)的法兰处设有封堵器(14)，还包括用于拆装封堵器(14)的封堵机(5)，封堵机(5)包括一端开口的第二壳体(51)以及设置于第二壳体(51)中的驱动轴(52)，驱动轴(52)相对于第二壳体(51)开口的一端设有封堵器拆装接头(53)；拆装封堵器(14)时，第二壳体(51)的开口端与夹板阀(2)法兰连接。
3.按照权利要求2所述的燃气管道内检测机器人放收系统，其特征在于，所述长颈法兰(13)设有第一气阀(15)，所述机器人放收仓(3)的斜管段(31)在相对于夹板阀(2)的一端设有第二气阀(34)，所述等离子切割机(4)的第一壳体(41)在封口端设有第三气阀(47)，所述封堵机(5)的第二壳体(51)在封口端设有第四气阀(54)。
4.按照权利要求3所述的燃气管道内检测机器人放收系统，其特征在于，还包括氮气置换系统。
5.按照权利要求4所述的燃气管道内检测机器人放收系统，其特征在于，所述管道连接件(1)在长颈法兰(13)的法兰处还设有用于压盖封堵器(14)的第三法兰盲板(16)。
6.一种燃气管道内检测机器人放收方法，其特征在于，所述放收方法利用权利要求5所述的放收系统，包括以下步骤：
一、在待检燃气管道的起始点挖开地面以形成作业坑，并使燃气管道完全裸露；
二、将管道连接件(1)的下半管(11)和上半管(12)对应扣在燃气管道的下半部和上半部，并使下半管(11)、上半管(12)和燃气管道通过焊接相互固定；
三、将夹板阀(2)安装在长颈法兰(13)上，将等离子切割机(4)安装在夹板阀(2)上，并使夹板阀(2)处于打开状态；
四、通过第一气阀(15)、第三气阀(47)和氮气置换系统将长颈法兰(13)和等离子切割机(4)中的空气置换为氮气；
五、通过等离子切割机(4)切割燃气管道以形成机器人放收口；切割完成后关闭夹板阀(2)，并通过第三气阀(47)放散等离子切割机(4)中的燃气和氮气后，将等离子切割机(4)从夹板阀(2)上卸除；
六、将机器人放收仓(3)安装在夹板阀(2)上，将机器人置于水平管段(32)；并通过第二气阀(34)和氮气置换系统将机器人放收仓(3)中的空气吹扫置换为氮气后，安装第一法兰盲板(33)进行密封；
七、打开夹板阀(2)，通过控制系统让机器人依次通过机器人放收仓(3)、夹板阀(2)、长颈法兰(13)进入燃气管道中进行检测作业；检测作业完成后让机器人按原路返回；
八、机器人返回后关闭夹板阀(2)，通过第二气阀(34)放散机器人放收仓(3)的燃气和氮气后拆除第一法兰盲板(33)，从机器人放收仓(3)中取出机器人，并将机器人放收仓(3)从夹板阀(2)上卸除；
九、将封堵机(5)安装到夹板阀(2)上，打开夹板阀(2)并通过封堵机(5)将封堵器(14)安装在长颈法兰(13)上；
十、通过第四气阀(54)放散封堵机(5)中的燃气后，依次拆除封堵机(5)和夹板阀(2)，并在长颈法兰(13)安装第三法兰盲板(16)。
7.按照权利要求6所述的燃气管道内检测机器人放收方法，其特征在于，在步骤五中，所述通过等离子切割机(4)切割燃气管道以形成机器人放收口，按以下方式实现：
a、在燃气管道上设定机器人放收口的轮廓切割线(8)和十字切割线(9)，以形成四块切割区域；
b、使等离子切割头(44)沿十字切割线(9)的两条路径分别切割燃气管道；
c、让电磁吸盘(43)吸附步骤a中任一切割区域对应的燃气管道，使等离子切割头(44)沿对应切割区域的轮廓切割线(8)切割燃气管道；并通过可伸缩机械臂(42)将切割下来的管壁置于管壁暂存器(45)中暂存；
d、按照步骤c的方式依次完成剩余切割区域对应的燃气管道切割。
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