CN111468952A - 一种用于小口径管道维修一体化施工的施工装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于管道维修工程领域，具体地，涉及一种用于小口径管道维修一体化施工的施工装置及施工方法，主要应用于小口径管道现场维修，可实现管道对中组对、坡口切割、自动焊接的一体化施工。本装置包括：固定架、竖向支撑架、增长节、起吊节、卡瓦、对开式坡口机及敞开式自动焊机。本发明利用V形块卡固管道、利用链条固定替换管段及多节段拼接成整体梁等设计可适应不同管径及管跨宽度，解决了现有产品不能适用小口径管道现场维修、施工部件独立、施工精度与效率低等问题。本发明借助现有产品优势，实现其功能集成化，结构新颖紧凑，提高了工程效率，有其实用价值。

Description

一种用于小口径管道维修一体化施工的施工装置及施工方法

技术领域

本发明属于管道维修工程领域，具体地，涉及一种用于小口径管道维修一体化施工的施工装置及施工方法，用于小口径管道的坡口切割、对中组对及焊接。

背景技术

管道由于环境、载荷等因素的影响，很容易产生损伤，损伤管段需替换维修，焊接技术是目前最成熟的修复手段。但手工焊接工艺难以保证，故焊接逐步实现自动化，为实现在管道任意位置切割坡口并焊接，对开式坡口机及敞开式自动焊机应运而生。现有的维修机具多应用于大口径管道，而油田近八成的管道都为口径不超过200mm的小口径管道，且维修机具间功能独立，结构上未实现一体化，施工效率低，为方便施工并提高施工的效率与质量，研究设计一种用于小口径管道维修一体化施工的施工装置及施工方法是非常必要的。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种用于小口径管道维修一体化施工的施工装置及施工方法，该装置通过V形块及固定架固定两侧管道，进而搭建整体框架用于承载坡口机、自动焊机及管段的对中工作；整体框架由竖向支撑架、起吊节及多段增长节组成，竖向支撑架与固定架之间通过锁紧件锁合连接，竖向支撑架安装高度及增长节的节段数根据实际工况调节；坡口机及自动焊机借鉴于相对成熟的现有技术。本发明解决了现阶段维修机具不适用于小口径管道、施工工序分散及施工效率低等问题。

为实现上述目的，本专利所采用技术方案如下：

一种用于小口径管道维修一体化施工的施工装置，包括：V形块、固定架、竖向支撑架、增长节、起吊节、卡瓦、对开式坡口机、敞开式自动焊机；固定架通过V形块固定于两侧管道上，竖向支撑架通过锁紧件与固定架相连，竖向支撑架横梁、增长节、起吊节之间螺纹连接，竖向支撑架安装高度及增长节的节段数可根据实际工况调节；对开式坡口机与敞开式自动焊机串吊在增长节上，且可根据工况需要在增长节上滑动；起吊节上设置电动绞盘与吊环，钢丝绳绕过电动绞盘和吊环系吊用于固定管段的卡瓦，卡瓦上设置滑槽及滑块，滑块在滑槽中移动调节管段的横向位置，电动绞盘收放钢丝绳调节管段的竖向位置，从而实现管段的对中操作。

在上述技术方案中，优选的，所述固定架主体框架形状大致为C形，其左右各有一对V形块，V形块分为V形块上块与V形块下块，V形块上块与固定架主体之间螺纹连接，V形块上块上方为旋转手柄，可通过转动旋转手柄调节V形块上块的竖向位置以卡紧管道；V形块下块与固定架主体之间固定连接；固定架左右两部分之间通过两根圆柱形横梁连接；固定架上部为竖管，竖管上半部分为空心圆柱，下半部分为实心圆柱，下半部分与固定架主体相连，其上半部分内壁设置对称分布的凸起，外壁设置对称分布的凹槽，凹槽与凸起边线平行。

在上述技术方案中，优选的，所述锁紧件整体呈空心圆柱形，其内径与固定架的竖管外径相同，锁紧件内壁设置对称分布的凸起，与竖管的外壁凹槽相配合，紧固扳手位于锁紧件外侧，用于锁紧锁紧件，锁紧件整体结构与自行车车座锁紧件相仿，故不做过多描述。

在上述技术方案中，优选的，所述竖向支撑架整体为L形圆柱体，其外径与竖管内径相同，竖向支撑架外壁设置对称分布的凹槽，凹槽尺寸与竖管内壁凸起相同，竖向支撑架可安装入竖管的空腔内实现配合，并通过锁紧件锁紧以限制其竖向高度；竖向支撑架分左右两件，其支撑架横梁一件端部为螺纹段，另一件端部为螺纹孔，用于与增长节之间螺纹连接。

在上述技术方案中，优选的，所述增长节整体为圆柱形，外径与竖向支撑架相同，一端为螺纹孔，另一端为螺纹段，可多个相同节段首尾相连，也可与支撑架横梁或起吊节之间螺纹连接。

在上述技术方案中，优选的，所述起吊节整体为圆柱形，外径与增长节相同，其一端为螺纹孔，另一端为螺纹段，可与支撑架横梁或增长节之间螺纹连接；起吊节上设置电动绞盘与吊环，电动绞盘用于收放钢丝绳，钢丝绳一端缠绕在电动绞盘上，一端绕过吊环自然垂下。

在上述技术方案中，优选的，所述对开式坡口机采用技术成熟的现有技术，整体吊放在增长节上，且可在增长节上自由滑动，其上下两部分之间通过坡口机吊索连接，坡口机主体部分包括坡口机固定块上瓣、坡口机固定块下瓣、坡口机刀盘上瓣、坡口机刀盘下瓣、安装块、安装槽、垫块、刀具，坡口机的上下两瓣之间通过安装块与安装槽实现配合，分瓣式设计可于管段的任何位置实现坡口切割。

在上述技术方案中，优选的，所述敞开式自动焊机采用技术成熟的现有技术，整体吊放在增长节上，且可在增长节上自由滑动，其上下两部分之间通过焊机吊索连接，焊枪可在焊接轨道上沿环向运动实现焊接，敞开式设计安装拆卸便捷。

在上述技术方案中，优选的，所述卡瓦通过钢丝绳系吊在起吊节下方；卡瓦两侧侧面设置滑槽，滑槽内安装滑块，滑块整体呈T形，其上端设置凹槽，凹槽内卡固链条，链条用于固定不同管径的损伤管段或替换管段，滑块可在滑槽内滑动以调节管段的横向位置。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明利用V形块卡固管道、利用链条固定替换管段及多节段拼接成整体梁等设计可适应不同管径及管跨宽度，解决了现有设备不适配于小口径管道现场施工的问题。

2、本发明兼顾结构稳定性及安装效率，竖向支撑架横梁与增长节之间、起吊节与增长节之间以及多个增长节之间采用螺纹连接。

3、本发明中，竖向支撑架与固定架借助锁紧件实现连接，竖向高度可调以适应不同工况，竖向支撑架与固定架之间凹槽与凸起的配合可避免管道切割、应力释放后两侧管道发生错位。

4、本发明实现了对中组对、坡口切割、自动焊接的一体化集成设计，减少了人工操作，提高了施工精度及施工效率。

附图说明

图1是一种用于小口径管道维修一体化施工的施工装置整体结构示意图；

图2是固定架及锁紧件示意图；

图3是竖向支撑架、增长节及起吊节示意图；

图4是对开式坡口机示意图；

图5是敞开式自动焊机示意图；

图6是卡瓦及链条示意图；

图7是安装固定架示意图；

图8是安装竖向支撑架示意图；

图9是安装增长节及起吊节示意图；

图10是安装卡瓦并固定管段示意图；

图11是坡口机切割坡口示意图；

图12是下放损伤管段示意图；

图13是对中替换管段示意图；

图14是自动焊机焊接示意图；

图中：1、固定架，101、竖管，102、旋转手柄，103、V形块上块，104、V形块下块，105、横梁，2、竖向支撑架，201、螺纹段，202、支撑架横梁，203、凹槽，3、锁紧件，301、紧固扳手，4、增长节，401、螺纹孔，5、起吊节，501、电动绞盘，502、吊环，503、钢丝绳，6、对开式坡口机，601、坡口机吊索，602、坡口机固定块上瓣，603、坡口机固定块下瓣，604、坡口机刀盘上瓣，605、坡口机刀盘下瓣，606、安装块，607、安装槽，608、垫块，609、刀具，7、敞开式自动焊机，701、焊机吊索，702、焊接轨道，703、焊枪，704、焊缝，8、卡瓦，801、链条，802、滑槽，803、拉环，804、滑块，9、管道，901、损伤管段，902、替换管段

具体实施方式

图1至图6所示，一种用于小口径管道维修一体化施工的施工装置，包括：固定架1，固定架1主体框架形状大致为C形，其左右各有一对V形块，V形块分为V形块上块103与V形块下块104，V形块上块103与固定架1主体之间螺纹连接，V形块上块103上方为旋转手柄102，可通过转动旋转手柄102调节V形块上块103的竖向位置以卡紧管道；V形块下块104与固定架1主体之间固定连接；固定架1左右两部分之间通过两根圆柱形横梁105连接；固定架1上部为竖管101，竖管101上半部分为空心圆柱，下半部分为实心圆柱，下半部分与固定架1主体相连，其上半部分内壁设置对称分布的凸起，外壁设置对称分布的凹槽，凹槽与凸起边线平行。

如图1-2所示，锁紧件3整体呈空心圆柱形，其内径与固定架1的竖管101外径相同，锁紧件3内壁设置对称分布的凸起，与竖管101的外壁凹槽相配合，紧固扳手301位于锁紧件3外侧，可用于锁紧锁紧件3，锁紧件3整体结构与自行车车座锁紧件相仿，故不做过多描述。

如图1-3所示，竖向支撑架2整体为L形圆柱体，其外径与竖管101内径相同，竖向支撑架2外壁设置对称分布的凹槽203，凹槽203尺寸与竖管101内壁凸起相同，竖向支撑架2可安装入竖管101的空腔内实现配合，并通过锁紧件3锁紧以限制其竖向高度；竖向支撑架2分左右两件，其支撑架横梁202一件端部为螺纹段201，另一件端部为螺纹孔，用于与增长节4之间螺纹连接。

如图3所示，增长节4整体为圆柱形，外径与竖向支撑架2相同，其一端为螺纹孔401，另一端为螺纹段，可多个相同节段首尾相连，也可与支撑架横梁202或起吊节5之间螺纹连接。

如图3所示，起吊节5整体为圆柱形，外径与增长节4相同，其一端为螺纹孔，另一端为螺纹段，可与支撑架横梁202或增长节4之间螺纹连接；起吊节5上设置电动绞盘501与吊环502，电动绞盘501用于收放钢丝绳503，钢丝绳503一端缠绕在电动绞盘501上，一端绕过吊环502自然垂下。

如图4所示，对开式坡口机6采用技术成熟的现有技术，整体吊放在增长节4上，且可在增长节4上自由滑动，其上下两部分之间通过坡口机吊索601连接，坡口机6主体部分包括坡口机固定块上瓣602、坡口机固定块下瓣603、坡口机刀盘上瓣604、坡口机刀盘下瓣605、安装块606、安装槽607、垫块608、刀具609，坡口机6的上下两瓣之间通过安装块606与安装槽607实现配合，分瓣式设计可于管段的任何位置实现坡口切割。

如图5所示，敞开式自动焊机7采用技术成熟的现有技术，整体吊放在增长节4上，且可在增长节4上自由滑动，其上下两部分之间通过焊机吊索701连接，焊枪703可在焊接轨道702上沿环向运动实现焊接，敞开式设计安装拆卸便捷。

如图1-6所示，卡瓦8通过钢丝绳503系吊在起吊节5下方；卡瓦8两侧侧面设置滑槽802，滑槽802内安装滑块804，滑块804整体呈T形，其上端设置凹槽，凹槽内卡固链条801，链条801用于固定不同管径的损伤管段901或替换管段902，滑块804可在滑槽802内滑动以调节管段的横向位置。

采用一种用于小口径管道维修一体化施工的施工装置进行施工，包括以下步骤：

1、使损伤部分周围一定长度的管道裸露，根据实际工况确定损伤管段901的长度，在适当位置划线标注损伤管段901起止点，并在损伤管段901两端适当位置划线标注固定架1的安装位置。

2、在划线标注处搭放安装两组固定架1，转动旋转手柄102使V形块上块103下降并抵紧管道9，重复操作使四组V形块都抵紧管道9，至此完成固定架1的安装。

3、将锁紧件3安装到固定架1的竖管101外侧，将竖向支撑架2插入竖管101的空腔内，根据工程实际调整竖向支撑架2的高度，高度调整后，扳动紧固扳手301，利用锁紧件3将竖管101与竖向支撑架2锁紧，从而固定竖向支撑架2的位置，两侧的竖向支撑架2同时安装并保证支撑架横梁202同轴心。

4、根据工程实际准备适当数量的增长节4，增长节4与支撑架横梁202之间螺纹连接，从而保证结构稳定性；将对开式坡口机上瓣602、刀盘上瓣604与敞开式自动焊机7整机串吊于增长节4上，坡口机6与自动焊机7可在增长节4及竖向支撑梁横梁202上移动以适应不同工况要求。

5、根据工程实际在适当位置安装两侧起吊节5，起吊节5与增长节4之间螺纹连接，起吊节5上设置有电动绞盘501和吊环502，电动绞盘501用于收放钢丝绳503，钢丝绳503穿过吊环502自然垂下；继续安装增长节4，增长节之间4螺纹连接，最终实现整体框架的对接。

6、为预防损伤管段901切断后突然坠落，在两侧钢丝绳503下方系吊卡瓦8，将沟槽802内的滑块804移动到适当位置，通过电动绞盘501收放钢丝绳503调整卡瓦8位置，使卡瓦8下底面与损伤管段901相切，将链条801一端卡扣到滑块804上，另一端绕过管段901卡扣到另一侧的滑块804上，完成损伤管段901的固定，至此，整体框架搭建完成。

7、根据损伤管段901起止点的位置标记，调整两侧对开式坡口机固定块上瓣602位置，并安装坡口机固定块下瓣603、刀盘下瓣605及刀具609，调整垫块608使坡口机6整体固定于管道外侧，连接电源启动坡口机6，所选坡口机机型可实现管道切断与坡口切割同时进行，将损伤管段901两端切割完成后拆下坡口机固定块下瓣603、刀盘下瓣605及刀具609，将坡口机6滑移至坡口远端，为之后的工序腾出操作空间，通过电动绞盘501放松钢丝绳503下放切下的损伤管段901并解开链条801将管段901从卡瓦8上拆下。

8、利用链条801将已切好坡口且长度合适的替换管段902固定于卡瓦8上，通过电动绞盘501收放钢丝绳503调整替换管段902的竖向位置，在滑槽802内移动滑块804调整替换管段902的水平位置，从而实现与原管道9的对中，保证替换管段902坡口与原管道9坡口之间的间距小于2mm。

9、对原管道9坡口附近进行表面处理，在坡口边缘20mm范围内，将油污、锈垢、氧化皮清除干净，直至呈现金属光泽，使其满足焊接条件，调整并固定两侧敞开式自动焊机7的位置，安装焊接组件：焊接轨道702及焊枪703，调节焊枪角度，将焊接电流、电压、焊接速度调整到工艺参数要求的数值，根据实际坡口宽度决定是否需要摆动(坡口宽：开启摆动电源开关并调节摆动速度及幅度、左右侧停留时间；坡口窄：可以不采用摆动焊接)，焊接过程中注意焊枪703是否对准焊缝704中心，若有偏离应及时调节，密切注意熔池动向；焊接时焊丝应始终处在保护气保护范围内；焊接完成后将焊机7滑移至焊缝704远端，清理焊缝704表面药皮及残渣。

10、进行焊缝检查，检查合格后拆下卡瓦8上的链条801，松开锁紧件3将竖向支撑架2拔出，并按照竖向支撑架2、增长节4、坡口机6、自动焊机7、起吊节5、卡瓦8、固定架1的顺序拆除各部分，管道的维修施工完成。

Claims (10)

1.一种用于小口径管道维修一体化施工的施工装置，包括：V形块、固定架、竖向支撑架、增长节、起吊节、卡瓦、对开式坡口机、敞开式自动焊机；固定架通过V形块固定于两侧管道上，竖向支撑架通过锁紧件与固定架相连，竖向支撑架横梁、增长节、起吊节之间螺纹连接，竖向支撑架安装高度及增长节的节段数可根据实际工况调节；对开式坡口机与敞开式自动焊机串吊在增长节上，且可根据工况需要在增长节上滑动；起吊节上设置电动绞盘与吊环，钢丝绳绕过电动绞盘及吊环系吊用于固定管段的卡瓦，卡瓦上设置滑槽及滑块，滑块在滑槽中移动可调节管段的横向位置，电动绞盘收放钢丝绳可调节管段的竖向位置，从而实现管段的对中操作。

2.根据权利要求1所述的一种用于小口径管道维修一体化施工的施工装置，其特征在于：固定架主体框架形状大致为C形，其左右各有一对V形块，V形块分为V形块上块与V形块下块，V形块上块与固定架主体之间螺纹连接，V形块上块上方为旋转手柄，可通过转动旋转手柄调节V形块上块的竖向位置以卡紧管道；V形块下块与固定架主体之间固定连接；固定架左右两部分之间通过两根圆柱形横梁连接；固定架上部为竖管，竖管上半部分为空心圆柱，下半部分为实心圆柱，下半部分与固定架主体相连，其上半部分内壁设置对称分布的凸起，外壁设置对称分布的凹槽，凹槽与凸起边线平行。

3.根据权利要求1-2所述的一种用于小口径管道维修一体化施工的施工装置，其特征在于：锁紧件整体呈空心圆柱形，其内径与固定架的竖管外径相同，锁紧件内壁设置对称分布的凸起，与竖管的外壁凹槽相配合，紧固扳手位于锁紧件外侧，用于锁紧锁紧件，锁紧件整体结构与自行车车座锁紧件相仿，故不做过多描述。

4.根据权利要求1-3所述的一种用于小口径管道维修一体化施工的施工装置，其特征在于：竖向支撑架整体为L形圆柱体，其外径与竖管内径相同，竖向支撑架外壁设置对称分布的凹槽，凹槽尺寸与竖管内壁凸起相同，竖向支撑架可安装入竖管的空腔内实现配合，并通过锁紧件锁紧以限制其竖向高度；竖向支撑架分左右两件，其支撑架横梁一件端部为螺纹段，另一件端部为螺纹孔，用于与增长节之间螺纹连接。

5.根据权利要求1-4所述的一种用于小口径管道维修一体化施工的施工装置，其特征在于：增长节整体为圆柱形，外径与竖向支撑架相同，一端为螺纹孔，另一端为螺纹段，可多个相同节段首尾相连，也可与支撑架横梁或起吊节之间螺纹连接。

6.根据权利要求1-5所述的一种用于小口径管道维修一体化施工的施工装置，其特征在于：起吊节整体为圆柱形，外径与增长节相同，其一端为螺纹孔，另一端为螺纹段，可与支撑架横梁或增长节之间螺纹连接；起吊节上设置电动绞盘与吊环，电动绞盘用于收放钢丝绳，钢丝绳一端缠绕在电动绞盘上，一端绕过吊环自然垂下。

7.根据权利要求1-6所述的一种用于小口径管道维修一体化施工的施工装置，其特征在于：对开式坡口机采用技术成熟的现有技术，整体吊放在增长节上，且可在增长节上自由滑动，其上下两部分之间通过坡口机吊索连接，坡口机主体部分包括坡口机固定块上瓣、坡口机固定块下瓣、坡口机刀盘上瓣、坡口机刀盘下瓣、安装块、安装槽、垫块、刀具，坡口机的上下两瓣之间通过安装块与安装槽实现配合，分瓣式设计可于管段的任何位置实现坡口切割。

8.根据权利要求1-7所述的一种用于小口径管道维修一体化施工的施工装置，其特征在于：敞开式自动焊机采用技术成熟的现有技术，整体吊放在增长节上，且可在增长节上自由滑动，其上下两部分之间通过焊机吊索连接，焊枪可在焊接轨道上沿环向运动实现焊接，敞开式设计安装拆卸便捷。

9.根据权利要求1-8所述的一种用于小口径管道维修一体化施工的施工装置，其特征在于：卡瓦通过钢丝绳系吊在起吊节下方；卡瓦两侧侧面设置滑槽，滑槽内安装滑块，滑块整体呈T形，其上端设置凹槽，凹槽内卡固链条，链条用于固定不同管径的损伤管段或替换管段，滑块可在滑槽内滑动以调节管段的横向位置。

10.采用权利要求1-9所述的一种用于小口径管道维修一体化施工的施工装置进行小口径管道现场维修，其特征在于，包括以下步骤：

(1)使损伤部分周围一定长度的管道裸露，根据实际工况确定损伤管段的长度，在适当位置划线标注损伤管段起止点，并在损伤管段两端适当位置划线标注固定架的安装位置。

(2)在划线标注处搭放安装两组固定架，转动旋转手柄使V形块上块下降并抵紧管道，重复操作使四组V形块都抵紧管道，至此完成固定架的安装。

(3)将锁紧件安装到固定架的竖管外侧，将竖向支撑架插入竖管的空腔内，根据工程实际调整竖向支撑架的高度，高度调整后，扳动紧固扳手，利用锁紧件将竖管与竖向支撑架锁紧，从而固定竖向支撑架的位置，两侧竖向支撑架同时安装并保证支撑架横梁同轴心。

(4)根据工程实际准备适当数量的增长节，增长节与支撑架横梁之间螺纹连接，从而保证结构稳定性；将对开式坡口机上瓣、刀盘上瓣与敞开式自动焊机整机串吊于增长节上，坡口机与自动焊机可在增长节及竖向支撑梁横梁上移动以适应不同工况要求。

(5)根据工程实际安装两侧起吊节，起吊节与增长节之间螺纹连接，起吊节上设置有电动绞盘和吊环，电动绞盘用于收放钢丝绳，钢丝绳穿过吊环自然垂下；继续安装增长节，增长节之间螺纹连接，最终实现整体框架的对接。

(6)为预防损伤管段切断后突然坠落，在两侧钢丝绳下方系吊卡瓦，将沟槽内的滑块移动到适当位置，通过电动绞盘收放钢丝绳调整卡瓦位置，使卡瓦下底面与损伤管段相切，将链条一端卡扣到滑块上，另一端绕过管段卡扣到另一侧的滑块上，完成损伤管段的固定，至此，整体框架搭建完成。

(7)根据损伤管段起止点的位置标记，调整两侧对开式坡口机固定块上瓣位置，并安装坡口机固定块下瓣、刀盘下瓣及刀具，调整垫块使坡口机整体固定于管道外侧，连接电源启动坡口机，所选坡口机机型可实现管道切断与坡口切割同时进行，将损伤管段两端切割完成后拆下坡口机固定块下瓣、刀盘下瓣及刀具，将坡口机滑移至坡口远端，为之后的工序腾出操作空间，通过电动绞盘放松钢丝绳下放切下的损伤管段并解开链条将管段从卡瓦上拆下。

(8)利用链条将已切好坡口且长度合适的替换管段固定于卡瓦上，通过电动绞盘收放钢丝绳调整替换管段的竖向位置，在滑槽内移动滑块调整替换管段的水平位置，从而实现与原管道的对中，保证替换管段坡口与原管道坡口之间的间距小于2mm。

(9)对原管道坡口附近进行表面处理，在坡口边缘20mm范围内，将油污、锈垢、氧化皮清除干净，直至呈现金属光泽，使其满足焊接条件，调整并固定两侧敞开式自动焊机的位置，安装焊接组件：焊接轨道及焊枪，调节焊枪角度，将焊接电流、电压、焊接速度调整到工艺参数要求的数值，根据实际坡口宽度决定是否需要摆动(坡口宽：开启摆动电源开关并调节摆动速度及幅度、左右侧停留时间；坡口窄：可以不采用摆动焊接)，焊接过程中注意焊枪是否对准焊缝中心，若有偏离应及时调节，密切注意熔池动向；焊接时焊丝应始终处在保护气保护范围内；焊接完成后将焊机滑移至焊缝远端，清理焊缝表面药皮及残渣。

(10)进行焊缝检查，检查合格后拆下卡瓦上的链条，松开锁紧件将竖向支撑架拔出，并按照竖向支撑架、增长节、坡口机、自动焊机、起吊节、卡瓦、固定架的顺序拆除各部分，管道的维修施工完成。

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