CN108687671B - 一种用于深海破拆的切割装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于超高围压水下切割技术领域，具体是涉及一种用于深海破拆的切割装置。本发明包括可被远程控制的包含动力源的ROV，本装置还包括与所述ROV连接的高压水发生系统、用于实现切割破拆功能的水射流动作系统，所述高压水发生系统与水射流动作系统间设有供砂系统，所述供砂系统并联在所述高压水发生系统与水射流动作系统的连接管路中，所述水射流动作系统包括与高压海水磨料流管路连接的水射流刀头以及用于所述水射流刀头移动的移动机构；本装置的工作压力为常规切割需求压力、用于抵消深海超高围压的压力以及预留压力之和。本发明能够以一种冷态切割方式来安全且快速的进行破拆工作，同时具备节能环保的特点。

Description

一种用于深海破拆的切割装置
技术领域
本发明属于超高围压水下切割技术领域，具体是涉及一种用于深海破拆的切割装置。
背景技术
油轮、危险品轮一旦发生沉船事故，其污染危害是不可估量的，此类重大事故的应对之策就是深海沉船破拆，然后采用专用装备将船舶原载油品或危险品抽吸输送到另一船舶以防止海洋污染。这一方案的实施首先是在沉船的适当部位切割出规则的孔洞，以便于其它专用装备抵近船舶储舱直接作业。而这其中，深海破拆装置就成为其关键技术装备。
目前，用于沉船破拆的切割装置通常是以等离子或火焰的热切割以及爆炸切割方式来进行破拆工作。然而，在水下进行热切割，存在热量损失高，效率低下的缺点；在水下进行爆炸切割，危险性又高，且对海底生态影响较大。
发明内容
为了避免和克服现有技术中出现的问题，本发明提供了一种用于深海破拆的切割装置。本发明能够以一种冷态切割方式来安全且快速的进行破拆工作，同时具备节能环保的特点。
为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：
一种用于深海破拆的切割装置，包括可被远程控制的包含动力源的ROV，本装置还包括与所述ROV连接的高压水发生系统、用于实现切割破拆功能的水射流动作系统，所述高压水发生系统与水射流动作系统间设有供砂系统，所述供砂系统并联在所述高压水发生系统与水射流动作系统的连接管路中，所述水射流动作系统包括与高压海水磨料流管路连接的水射流刀头以及用于所述水射流刀头移动的移动机构；本装置的工作压力为常规切割需求压力、用于抵消深海超高围压的压力以及预留压力之和。
优选的，所述预留压力为20～30兆帕。
优选的，所述高压水发生系统包括高压泵，所述高压泵由与ROV连接的液压马达驱动，所述高压泵的进水管路中设有过滤器，所述供砂系统连接于所述高压泵的出水口。
进一步优选的，所述供砂系统包括储存有磨料的混砂罐以及与所述水射流动作系统相连的混砂阀，所述混砂阀设有两个进水口，所述混砂阀的其中一个进水口与混砂罐的出水口相连；所述高压泵的出水管路中设有分流器，所述混砂阀的另一个进水口以及混砂罐的进水口分别与分流器的两个出水口相连。
进一步优选的，所述移动机构包括分别设于所述水射流刀头两侧的两个承载部件，两个所述承载部件上均设有呈竖向布置的滚珠丝杠，两个所述竖向布置的滚珠丝杠间连接有呈横向布置的滚珠丝杠，所述水射流刀头设置在呈横向布置的滚珠丝杠上，所述移动机构还包括多个均由ROV控制的用于驱动各滚珠丝杠动作的驱动部件，所述水射流刀头通过滚珠丝杠传动方式做二维平面内的行进运动。
进一步优选的，两个所述承载部件均设有磁吸附功能。
进一步优选的，本装置还包括用于装载所述高压水发生系统以及供砂系统的机框，所述机框呈格栅状。
本发明的有益效果主要体现在以下几个方面：
(1)本发明由ROV(水下机器人)控制作业，从而大大节省了装置上的连接管路与线缆，适用性广、实用性强；同时采用水射流切割技术，即用高压海水与砂(磨料)的混合物来进行物体切割，不会产生任何污染物，以致于能够避免对海底生态环境造成不利影响；并且所述水射流切割技术为冷态切割方式，切割过程中不存在能量损失的情况，进而可以保证切割效率；另外，相比于传统的热切割或爆炸切割技术来说，安全性能更高。考虑到本装置大多数是应用在深海环境下，而深海作业又必须承受超高围压，这会导致射流出现阻滞、硬化的现象，严重影响射流的切割效果，况且在水中作业还得面临水流阻力的影响，正因为上述考虑，本装置的工作压力为常规切割需求压力、用于抵消深海超高围压的压力以及预留压力之和，进而确保本装置能够实现在深海环境下对物体的切割。
(2)本装置的预留压力为20～30兆帕，在抵消水流阻力影响的基础上还能应对突发状况(如被切割材料的突然加厚或材料的不一致，磨料供应不均匀，切割工作量超过了预期范围等)进而保证本装置的切割效果。
(3)本发明的所述高压水发生系统中采用稳定度高、使用寿命长的液压马达作为高压泵的驱动部件，以更好的适应深海高围压的工况环境，并通过设有过滤器，来避免海水中的固体颗粒进入本装置内，设计简单，实效性高。
(4)本发明中所述高压水发生系统所产生的高压海水在进入水射流动作系统前与供砂系统混合，具体是处于混砂罐中的磨料由高压海水引射形成浓密的磨料流，所述浓密磨料流再与由高压泵直接流入混砂阀的主流高压海水在混砂阀腔内混合以形成合适浓度的高压海水磨料流，再进入水射流刀头，再经水射流刀头的喷嘴喷出产生磨料水射流，所述水射流方式称之为前混合磨料射流，所述水射流方式的工作压力较小，且无需专用的磨料管路，输送、混合方式简单，整体结构简洁，能够更好的适用于深海环境下作业。
(5)本发明的水射流动作系统中采用滚珠丝杠的传动方式使得水射流刀头做二维平面内的行进移动，所述滚珠丝杠的传动方式具有传动精度高、刚性强的特点，以致于所述水射流动作系统在保证切割精度的同时更加适应复杂的深海环境。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为图1所示装置的俯视图。
附图标记的含义如下：
10-ROV 20-高压水发生系统 21-高压泵 22-液压马达 23-过滤器 24-分流器30-水射流动作系统 31-水射流刀头 32-移动机构 321-承载部件 40-供砂系统 41-混砂阀 42-混砂罐 50-机框
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、2所示，一种用于深海破拆的切割装置，包括可被远程控制的包含动力源的ROV10，本装置还包括与所述ROV10连接的高压水发生系统20、用于实现切割破拆功能的水射流动作系统30，所述高压水发生系统20与水射流动作系统30间设有供砂系统40，所述供砂系统40并联在所述高压水发生系统20与水射流动作系统30的连接管路中，所述水射流动作系统30包括与高压海水磨料流管路连接的水射流刀头31以及用于所述水射流刀头31在二维平面内行进移动的移动机构32；本装置的工作压力为常规切割需求压力、用于抵消深海超高围压的压力以及预留压力之和。所述常规切割需求压力为50～60兆帕，而深海环境内的超高围压是随着深海的深度递增而线性增加的，比如说3000米深海作业，超高围压相当于30兆帕的静压力，4000米深海作业，超高围压相当于40兆帕的静压力，6000米深海作业，超高围压相当于60兆帕的静压力。
本装置的所述预留压力为20～30兆帕,以致于在抵消水流阻力影响的基础上还能应对突发状况(如被切割材料的突然加厚或材料的不一致，磨料供应不均匀，切割工作量超过了预期范围等)。
根据上述内容，可以整理得到本装置在深海作业时的射流调压范围，具体见下表1。
表1：深海作业射流调压范围
深海作业深度(m) 射流工作压力(MPa)
3000以内 100
4000 120
5000 130
6000 140
如图1、2所示，所述高压水发生系统20包括高压泵21，所述高压泵21可采用超高压三柱塞泵，并允许曲轴箱浸入海水中，以使得动力端内外零压差，所述高压泵21由与ROV10的液压泵站连接的液压马达22驱动，所述高压泵21的进水管路中设有过滤器23，所述过滤器23采用耐海水腐蚀的不锈钢材质制成，所述供砂系统40连接于所述高压泵21的出水口。
如图1、2所示，所述供砂系统40包括储存有磨料的混砂罐42以及与所述水射流动作系统30相连的混砂阀41，所述混砂阀41为单向自动阀，在超高压海水的正压作用下打开阀门，所述混砂阀41设有两个进水口，所述混砂阀41的其中一个进水口与混砂罐42的出水口相连；所述高压泵21的出水管路中设有分流器24，所述分流器24设有两个出水口，所述混砂阀41的另一个进水口以及混砂罐42的进水口分别与分流器24的两个出水口相连。通过上述设计使得由高压泵21产生的高压海水经分流器24分为两股，一股作为主流高压海水直接进入混砂阀41中，另一股进入混砂罐42，进入混砂罐42的高压海水强制处于混砂罐42内的磨料(干石英砂)与其混合从而形成浓密的磨料流，所述浓密磨料流再通过管路进入混砂阀41，在混砂阀41的阀腔内所述浓密磨料流与由高压泵21直接流入混砂阀41的主流高压海水混合，进而形成合适浓度的高压海水磨料流，再进入水射流刀头31产生磨料水射流以实现切割功能。所述水射流方式称之为前混合磨料射流，所述水射流方式的工作压力较小，且无需专用的磨料管路，输送、混合方式简单，整体结构简洁，能够更好的适用于深海环境下作业。
如图1、2所示，所述移动机构32包括分别设于所述水射流刀头31两侧的两个承载部件321，两个所述承载部件321上均设有呈竖向布置的滚珠丝杠，两个所述竖向布置的滚珠丝杠间连接有呈横向布置的滚珠丝杠，所述水射流刀头31设置在呈横向布置的滚珠丝杠上，所述移动机构32还包括多个均由ROV10控制的用于驱动各滚珠丝杠动作的驱动部件，所述水射流刀头31通过滚珠丝杠传动方式做二维平面内的行进运动。另外，两个所述承载部件321均设有磁吸附功能，从而使得在进行切割工作时，所述承载部件321能够固定于待切割的船舶外壁上，以确保水射流刀头31的行进路线没有偏差。
如图1、2所示，本装置还包括用于装载所述高压水发生系统20以及供砂系统40的机框50，所述机框50呈格栅状，通过所述机框50的设置，本装置在作业前后的整体吊装与运输更加方便，简单而有效。
本装置中的连接管路均采用超高压配管且为软管。
本装置在深海作业时的参数组设定可参见下表2。
表2：深海作业参数组
射流工作压力 100～140MPa
射流流量 12～15L/min
连续作业时间 30min
磨料 80目石英砂
过滤器过滤能力 30L/min
水切割横移速度 300～400mm/min
喷嘴直径 1～1.5mm
射流靶距 10mm
最大切割量 9000mm直线或4m<sup>2</sup>方孔
切割保证量 不少于1m<sup>2</sup>方孔
耗砂量 3.5kg/min

Claims (2)

1.一种用于深海破拆的切割装置，包括可被远程控制的包含动力源的ROV(10)，其特征在于：本装置还包括与所述ROV(10)连接的高压水发生系统(20)、用于实现切割破拆功能的水射流动作系统(30)，所述高压水发生系统(20)与水射流动作系统(30)间设有供砂系统(40)，所述供砂系统(40)并联在所述高压水发生系统(20)与水射流动作系统(30)的连接管路中，所述水射流动作系统(30)包括与高压海水磨料流管路连接的水射流刀头(31)以及用于所述水射流刀头(31)移动的移动机构(32)；本装置的工作压力为常规切割需求压力、用于抵消深海超高围压的压力以及预留压力之和；
所述移动机构(32)包括分别设于所述水射流刀头(31)两侧的两个承载部件(321)，两个所述承载部件(321)上均设有呈竖向布置的滚珠丝杠，两个所述竖向布置的滚珠丝杠间连接有呈横向布置的滚珠丝杠，所述水射流刀头(31)设置在呈横向布置的滚珠丝杠上，所述移动机构(32)还包括多个均由ROV(10)控制的用于驱动各滚珠丝杠动作的驱动部件，所述水射流刀头(31)通过滚珠丝杠传动方式做二维平面内的行进运动；
两个所述承载部件(321)均设有磁吸附功能；
本装置还包括用于装载所述高压水发生系统(20)以及供砂系统(40)的机框(50)，所述机框(50)呈格栅状；
所述水射流刀头(31)通过高压海水磨料流管路与处于机框(50)中的供砂系统(40)连接在一起；
所述高压水发生系统(20)包括高压泵(21)，所述高压泵(21)由与ROV(10)连接的液压马达(22)驱动，所述高压泵(21)的进水管路中设有过滤器(23)，所述供砂系统(40)连接于所述高压泵(21)的出水口；
所述供砂系统(40)包括储存有磨料的混砂罐(42)以及与所述水射流动作系统(30)相连的混砂阀(41)，所述混砂阀(41)设有两个进水口，所述混砂阀(41)的其中一个进水口与混砂罐(42)的出水口相连；所述高压泵(21)的出水管路中设有分流器(24)，所述混砂阀(41)的另一个进水口以及混砂罐(42)的进水口分别与分流器(24)的两个出水口相连；
由高压泵(21)产生的高压海水经分流器(24)分为两股，一股作为主流高压海水直接进入混砂阀(41)中，另一股进入混砂罐(42)，进入混砂罐(42)的高压海水强制处于混砂罐(42)内的磨料与其混合从而形成浓密的磨料流，所述浓密的磨料流再通过管路进入混砂阀(41)，在混砂阀(41)的阀腔内所述浓密的磨料流与由高压泵(21)直接流入混砂阀(41)的主流高压海水混合，进而形成合适浓度的高压海水磨料流，再进入水射流刀头(31)产生磨料水射流以实现切割功能。
2.根据权利要求1所述的一种用于深海破拆的切割装置，其特征在于：所述预留压力为20～30兆帕。
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