CN109613116A - 一种海洋工程水下钢结构表面修复的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种海洋工程水下钢结构表面修复的装置及方法，装置包括液压升降系统、激光系统、排水系统、喷粉系统、工作台、水下钢结构，工作台置于水下钢结构上，液压升降系统、喷粉系统置于工作台上，液压升降系统设有主油泵控制外活塞杆作高速升降运动，还设有辅助油泵控制内活塞杆作低速升降运动，内活塞杆下端部与承重板连接，激光系统固定在承重板上方，排水系统固定在承重板下方，激光系统内设有的电荷耦合元件用于检测水下钢结构表面受损情况，激光器用于对水下钢结构受损表面进行激光熔覆修复，可以实现实时检测海洋工程水下钢结构表面的受损情况，并在线实时进行定点精准修复，大幅提升钢结构的耐腐蚀性，延长水下钢结构的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种海洋工程水下钢结构表面修复的装置及方法，尤其涉及到一种利用密闭空间对水下钢件受损表面进行激光熔覆修复处理的装置及方法。
背景技术
随着海洋石油的开采逐渐由近海向深海发展，海洋钻、采平台的结构也越来越庞大、技术越来越复杂、制造成本越来越高。目前，国内外一般选用E32、E36等低合金高强度钢来制造海洋平台，但其耐海水性能属欠腐蚀级，由于水下钢件的使用环境极其苛刻，日照、海风、波浪冲击、复杂的海水体系、昼夜和季节温度变化以及海洋生物侵蚀等是水下钢件的腐蚀速率较快，随着时间的推移，钢材表面的缺陷会越来越大，致使海洋平台的使用寿命降低。
为了延长水下钢材的使用寿命，采用在密闭空间对钢件受损表面进行激光熔覆修复处理，可以提高钢件的耐腐蚀性能，延长使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以对水下钢结构表面受损区域进行熔覆修复的装置及实现方法，该方法具有能耗低、修复效率高的优点，可以提高水下钢件的耐腐蚀性能，增加使用寿命。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种海洋工程水下钢结构表面修复的装置，该装置包括液压升降系统、激光系统、排水系统、喷粉系统、工作台和钢结构，所述液压升降系统包括外缸体、外活塞杆、内活塞杆、主油泵、辅助油泵、主换向阀、辅助换向阀、固定板，所述激光系统包括激光器、电荷耦合元件、工作箱底座、工作箱盖板、前端盖、承重板，所述排水系统包括一级水泵、集水箱体、二级水泵，储水箱，所述喷粉系统包括空气压缩机、鼓风机、喷粉盒、吹风管道、喷粉管道，所述工作台置于钢结构顶端，所述外缸体通过所述固定板固定在工作台上，所述外活塞杆置于外缸体内部，所述外活塞杆是中空结构，所述内活塞杆置于外活塞杆中空结构中，所述喷粉系统、二级水泵置于工作台上，所述前端盖上设有喷粉口和排水口分别通过管路与喷粉系统、排水系统相连，所述工作箱底座前端与所述前端盖后端通过螺纹连接，所述激光器、聚焦透镜底座、电荷耦合元件置于工作箱底座上，所述工作箱底座与工作箱盖板通过螺钉连接，形成一个密闭空间，所述电荷耦合元件置于聚焦透镜底座上，所述承重板与所述内活塞杆尾端连接，所述集水箱体固定在承重板下方，所述工作箱底座固定在承重板上方，所述激光器、一级水泵、二级水泵、电荷耦合单元、压缩机、鼓风机、主油泵、辅助油泵、主换向阀、辅助换向阀与中控台相连。
上述发明装置的进一步设计在于，所述激光系统中前端盖的前端设有与其胶接的橡胶套，一级水泵抽水时，前端盖前面橡胶套由于内外压强差会紧贴于水下钢结构表面，使覆盖区域形成一个密闭空间。
上述发明装置的进一步设计在于，所述液压升降系统中，所述主油泵与主换向阀相连，所述外缸体上设有外进油口和外出油口通过管路与主换向阀、油箱相连接，所述外活塞杆两端分别通过外导套和外活塞与外缸体密封连接，所述的辅助换向阀与辅助油泵相连，所述外活塞杆两端设有内进油孔和内出油孔分别通过管道与辅助换向阀、油箱连接，所述内活塞杆两端分别通过内导套和内活塞与外活塞杆密封连接。
上述发明装置的进一步设计在于，所述喷粉盒下方设有出料口，所述出料口和所述空气压缩机通过喷粉管路连接，所述喷粉管路路径上设有一气动阀，所述鼓风机出风口通过吹风管路与喷粉管路相连通，合并成连接管路与所述前端盖上喷粉口相连。
上述发明装置的进一步设计在于，所述储水箱设有进水口与排水口，所述储水箱进水口、排水口分别与一级水泵、二级水泵通过管道相连。
基于上述发明装置，针对海洋工程水下钢结构表面进行修复的方法包括如下步骤：
1)检测钢结构的受损区域。通过中控台启动电荷耦合元件、主油泵以及主换向阀，推动外活塞杆沿着外缸体向下运动，利用电荷耦合元件检测钢结构的表面质量，发现受损区域后，将检测到的钢结构表面质量信息反馈给中控台；
2)调整激光系统的位置，使前端盖与钢结构受损表面形成密闭空间。中控台接收到电荷耦合元件反馈信息，主油泵开始保压，外活塞杆保持静止，启动辅助油泵、辅助换向阀，推动内活塞杆带动激光系统低速向上运行，当激光器的中心对准钢结构受损区域时，辅助油泵开始保压，使内活塞杆相对于钢结构保持相对静止，使前端盖紧贴于钢结构表面形成密闭空间；
3)对密闭空间进行抽水、干燥、喷粉处理。启动一级水泵，将密闭空间的水抽到储水箱内；接着启动鼓吹机，气体沿吹风管路吹向受损区域，使受损区域快速干燥，再启动空气压缩机，当空气压缩机气压达到额定气压时，气动阀打开，压缩气体将粉末填料沿着喷粉管道吹到受损区域；
4)对钢结构表面受损区域进行激光熔覆修复。启动激光器，开始对钢结构的受损区域进行激光熔覆修复；
5)激光系统复位，继续对水下钢结构进行检测。激光熔覆修复结束后，启动辅助油泵，辅助换向阀换位，内活塞杆开始向上移动回复到初始位置，启动主油泵，推动外活塞杆沿着外缸体继续向下运行，重复以上步骤，直至对水下钢结构所有受损区域完成激光熔覆修复。
上述步骤中，所述喷粉盒内装有直径为10-25μm镍粉，所述透镜底座聚焦中心与电荷耦合元件中心距离为50mm，所述空气压缩机设定气压为0.7Mpa，所述激光器是CO2激光器，功率为2.5-4kW，脉冲频率为0-2000Hz，脉冲宽度为10-100μs，所述液压升降系统外活塞杆平均移动速度为0.01m/s，内活塞杆平均移动速度为0.001m/s。
本发明具有的有益效果是：
(1)本发明装置采用的液压升降系统包括内、外活塞杆，可以实现快速进给，低速定位，使工作箱准确到达钢件受损区域，采用在线监测和在线修复，提高工作效率。
(2)本发明的装置修复后的水下钢件表面的耐腐蚀性强，使用寿命长。
(3)本发明的装置结构简单，易于安装、检测。
附图说明
图1是本发明的水下钢结构表面修复的装置图；
图1中标号名称：1.水下钢结构，2.工作台，3.连接管路，4.中央处理器，5.喷粉管路，6.喷粉系统，7.喷粉盒，8.气动阀，9.空气压缩机，10.吹风管路，11.鼓风机，12.油箱，13.辅助油泵，14.辅助换向阀，15.主油泵，16.主换向阀，17.外出油口，18.液压升降系统，19.外缸体，20.外活塞杆，21.外活塞，22.外进油口，23.内活塞杆，24.内活塞，25.内出油口，26.外导套，27.固定板，28.二级水泵，29.内进油口，30.内导套，31.承重板，32.排水系统，33.储水箱，34.工作箱底座，35.集水箱体，36.激光器，37.工作箱盖板，38.电荷耦合元件，39.聚焦透镜底座，40.聚焦透镜，41.激光系统，42.喷粉口，43.一级水泵，44.排水口，45.前端盖，46.橡胶套。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明；
本发明装置包括液压升降系统18、激光系统41、排水系统32、喷粉系统6、工作台2、钢结构1。
所述液压升降系统主要外缸体19、外活塞杆20、内活塞杆23、主油泵15、辅助油泵13、主换向阀16、辅助换向阀14、油箱12以及固定板27组成，外缸体19通过固定板27固定在工作台2上方，外缸体19两侧设有外进油口22和快速出油口17分别与主换向阀16、油箱12连接，主换向阀16与主油泵15连接，外活塞杆20的两端分别通过外导套26和外活塞21与外缸体19密封连接，外活塞杆20两侧设有内进油口29和内出油口25分别与辅助换向阀14、油箱12相连，外活塞杆20内部中空，内活塞杆23两端分别通过内导套30和内活塞24密封于外活塞杆20中空部分，内活塞杆23底端与承重板31相连。
所述激光系统41包括激光器36、聚焦透镜底座39、聚焦透镜40、电荷耦合元件38、工作箱底座34、工作箱盖板37、前端盖45、承重板31。聚焦透镜底座39、激光器36置于工作箱底座34上方，电荷耦合元件38置于激光透镜底座39上方，工作箱底座34和工作箱盖板37通过螺钉固定连接，形成一个密闭空间，工作箱底座34固定在承重板31上方，工作箱底座34前端与前端盖45后端通过螺纹连接，前端盖45前端设有与其胶接的橡胶套46，前端盖45两侧设有排水口44和喷粉口42分别通过管路与排水系统32、喷粉系统6相连接。
所述的排水系统32包括一级水泵43、集水箱体35、二级水泵28，储水箱33。集水箱体35固定在承重板31的下方，一级水泵43与储水箱33置于集水箱体35内，二级水泵28置于工作台2上方，一级水泵43、储水箱33、二级水泵28依次相连。
所述的喷粉系统6包括空气压缩机9、鼓风机11、喷粉盒7、吹风管道10、喷粉管道5、气动阀8。空气压缩机9、鼓风机11、喷粉盒7置于工作台2上方，喷粉盒7下方设有出料口，空气压缩机9通过喷粉管道5与出料口相连，喷粉管道5与与前端盖的喷粉口42连接，空气压缩机9和出料口之间设有气压阀8，鼓风机11出风口通过吹风管路10与喷粉管路5相连通，合并成连接管路3与所述的前端盖上的喷粉口42相连。
所述的喷粉盒内装有颗粒直径为10-25μm的镍粉.
所述的透镜底座聚焦中心与电荷耦合元件中心距离为50mm。
所述的空气压缩机设定气压为0.7Mpa。
所述的激光器是CO2激光器，功率为2.5-4kW，脉冲频率为0-2000Hz，脉冲宽度为10μs。
所述的液压升降系统的外活塞杆平均移动速度为0.01m/s，内活塞杆的平均移动速度为0.001m/s。
水下钢结构表面修复方法包括如下步骤：
1)检测钢结构的受损区域。通过中控台启动电荷耦合元件、主油泵以及主换向阀，推动外活塞杆以0.01m/s的速度沿着外缸体向下移动，利用电荷耦合元件检测路径上钢结构的表面质量，发现受损区域后，将检测到的钢结构表面质量信息反馈给中控台；
2)调整激光系统的位置，使前端盖与钢结构受损表面形成密闭空间。中控台接收到电荷耦合元件反馈信息，主油泵开始保压，外活塞杆保持静止，启动辅助油泵、辅助换向阀，推动内活塞杆带动激光系统以0.001m/s的速度向上移动50mm，当激光器的中心对准钢结构受损区域时，辅助油泵开始保压，使内活塞杆相对于钢结构保持相对静止，使前端盖紧贴于钢结构表面形成密闭空间；
3)对密闭空间进行抽水、干燥、喷粉处理。启动一级水泵，将密闭空间的水抽到储水箱内；接着启动鼓吹机，气体沿吹风管路吹向受损区域，使受损区域快速干燥，再启动空气压缩机，当空气压缩机气压达到额定气压0.7Mpa时，气动阀打开，压缩气体将粉末填料沿着喷粉管道吹到受损区域；
4)对钢结构表面受损区域进行激光熔覆修复。启动CO2激光器，设置其功率为2.5KW，脉冲频率为500HZ，脉冲宽度为10μs，开始对钢结构的受损区域进行激光熔覆修复；
5)激光系统复位，继续对钢结构进行检测。激光熔覆修复结束后，启动辅助油泵，辅助换向阀换位，内活塞杆开始向上移动回复到初始位置，启动主油泵，推动外活塞杆沿着外缸体继续向下运行，重复以上步骤，直至对水下钢结构所有受损区域完成激光熔覆修复。
Claims (7)
1.一种海洋工程水下钢结构表面修复的装置，其特征在于，该装置包括液压升降系统(18)、激光系统(41)、排水系统(32)、喷粉系统(6)、工作台(2)和水下钢结构(1)，所述液压升降系统(18)包括外缸体(19)、外活塞杆(20)、内活塞杆(23)、主油泵(15)、辅助油泵(13)、主换向阀(16)、辅助换向阀(14)、固定板(27)，所述激光系统(41)包括激光器(36)、电荷耦合元件(38)、工作箱底座(34)、工作箱盖板(37)、前端盖(45)、承重板(31)，所述排水系统(32)包括一级水泵(43)、集水箱体(35)、二级水泵(28)，储水箱(33)，所述喷粉系统(6)包括空气压缩机(9)、鼓风机(11)、喷粉盒(7)、吹风管路(10)、喷粉管路(5)，所述工作台(2)置于钢结构(1)顶端，所述外缸体(19)通过所述固定板(27)固定在工作台(2)上，所述外活塞杆(20)置于外缸体(19)内部，所述外活塞杆(20)是中空结构，所述内活塞杆(23)置于外活塞杆(20)中空结构中，所述喷粉系统(6)、二级水泵(28)置于工作台(2)上，所述前端盖上设有喷粉口(42)和排水口(44)分别通过管路与喷粉系统(6)、排水系统(32)相连，所述工作箱底座(34)前端与所述前端盖(45)后端通过螺纹连接，所述激光器(36)和聚焦透镜底座(39)置于工作箱底座(34)上，所述工作箱底座(34)与工作箱盖板(37)通过螺钉连接，形成一个密闭空间，所述电荷耦合元件(38)置于聚焦透镜底座(39)上，所述承重板(31)与所述内活塞杆(23)尾端连接，所述集水箱体(35)固定在承重板(31)下方，所述工作箱底座(34)固定在承重板(31)上方，所述激光器(36)、一级水泵(43)、二级水泵(28)、电荷耦合单元(38)、空气压缩机(9)、鼓风机(11)、主油泵(15)、辅助油泵(13)、主换向阀(16)、辅助换向阀(14)与中控台(4)相连。
2.根据权利要求1所述海洋工程水下钢结构表面修复装置，其特征在于，所述激光系统(41)中的前端盖(45)前端设有与其胶接的橡胶套(46)，所述一级水泵(43)抽水时，所述橡胶套(46)由于内外压强差会紧贴于所述水下钢结构(1)的表面，使覆盖区域形成一个密闭空间。
3.根据权利要求1所述海洋工程水下钢结构表面修复装置，其特征在于，所述液压升降系统(18)中，主油泵(15)与主换向阀(16)相连，所述外缸体(19)上设有外进油口(22)和外出油口(17)通过管路与主换向阀(16)、油箱(12)相连接，所述外活塞杆两端分别通过外导套(26)和外活塞(21)与外缸体(19)密封连接，所述辅助换向阀(14)与辅助油泵(13)相连，所述外活塞杆(20)两端设有内进油口(29)和内出油口(25)分别通过管道与辅助换向阀(14)、油箱(12)连接，所述内活塞杆(23)两端分别通过内导套(30)和内活塞(24)与外活塞杆(20)密封连接。
4.根据权利要求1所述海洋工程水下钢结构表面修复装置，其特征在于，所述喷粉系统(6)中，喷粉盒(7)下方设有出料口，所述出料口和所述空气压缩机(9)通过喷粉管路(5)连接，所述喷粉管路(5)路径上设有一气动阀(8)，所述鼓风机(11)出风口通过吹风管路(10)与喷粉管路(5)相连通，合并成连接管路(3)与所述前端盖上喷粉口(42)相连。
5.根据权利要求1所述海洋工程水下钢结构表面修复装置，其特征在于，所述排水系统(32)中，储水箱(33)设有进水口与排水口，所述储水箱进水口、排水口分别与一级水泵(43)、二级水泵(28)通过管道相连。
6.一种海洋工程水下钢结构表面修复的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)检测水下钢结构受损区域，通过中控台启动电荷耦合元件、主油泵以及主换向阀，推动外活塞杆沿着外缸体向下运动，利用电荷耦合元件检测水下钢结构表面质量。发现受损区域后，将检测到的信息反馈给中控台；
2)调整激光系统位置，使前端盖与水下钢结构受损表面形成密闭空间，中控台接收到电荷耦合元件反馈信息，主油泵开始保压，外活塞杆保持静止，启动辅助油泵、辅助换向阀，推动内活塞杆带动激光系统低速向上运行，当激光器中心对准水下钢结构表面受损区域时，辅助油泵开始保压，使内活塞杆相对于水下钢结构保持相对静止，使前端盖紧贴于水下钢结构受损表面形成密闭空间；
3)对密闭空间进行抽水、干燥、喷粉处理。启动一级水泵，将密闭空间水抽到储水箱内；接着启动鼓吹机，气体沿吹风管路吹向受损区域，使受损区域快速干燥，再启动空气压缩机，当空气压缩机气压达到额定气压时，气动阀打开，压缩气体将粉末填料沿着喷粉管道吹到受损区域；
4)对水下钢结构表面受损区域进行激光熔覆修复，启动激光器，开始对钢结构受损区域进行激光熔覆修复；
5)激光系统复位，继续对水下钢结构进行检测，激光熔覆修复结束后，启动辅助油泵，辅助换向阀换位，内活塞杆开始向上移动回复到初始位置，启动主油泵，推动外活塞杆沿着外缸体继续向下运行，重复以上步骤，直至对水下钢结构所有受损区域完成激光熔覆修复。
7.根据权利要求6所述海洋工程水下钢结构表面修复的方法，其特征在于，所述喷粉盒内装有直径为10-25μm镍粉，所述透镜底座聚焦中心与电荷耦合元件中心距离为50mm，所述空气压缩机设定气压为0.7Mpa，所述激光器是CO2激光器，功率为2.5-4kW，脉冲频率为0-2000Hz，脉冲宽度为10-100μs，所述液压升降系统外活塞杆平均移动速度为0.01m/s，内活塞杆平均移动速度为0.001m/s。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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