CN116653325A - 一种复合材料缠绕机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种复合材料缠绕机构，包括运动机构、缠绕机构、张紧机构和贴紧机构，可以在管道不停止输油的修复情况下，由链轮电机提供动力，使安装在机架内的缠绕机构可以围绕管道做旋转运动，从而可以完成复合材料在石油管道外壁的缠绕。本装置可以根据实际情况选取不同复合材料进行复合材料缠绕修复，以此实现不同材质、不同宽度、不同厚度复合材料的缠绕修复，满足不同缺陷修复标准的要求。此外，本装置还可以根据复合材料宽度、缠绕带交界处的重合长度等缠绕要求，设计滚轮偏角，保证复合材料缠绕平整；可以根据不同复合材料张紧力需求，实现调节张紧力的功能。

Description

一种复合材料缠绕机构

技术领域

本发明涉及油气管道修复技术领域，特别是涉及一种复合材料缠绕机构。

背景技术

随着经济的不断发展，人类对油气资源的需求量增大，这对油气资源的运输提出了更高的要求。管道输送方式具有时效性好、安全可靠、成本较低的特点，能够实现长期稳定的运输，目前已成为油气输送的主流方式。然而随着使用时间的延长，油气输送管道在外界环境以及自身使用寿命影响下均会产生或轻或重的破损状况。目前，复合材料缠绕机构已成为海底油气管道修复不可或缺的重要技术装备，得到了世界各海洋强国的重视和应用，许多科研成果已经应用于实际的油气管道修复项目，取得了可观的经济效益和社会效益。复合材料缠绕机构通过缠绕复合材料对海底管道进行修复，与现有的复合材料缠绕机相比，复合材料缠绕机构改变长期以来人工作业的落后作业方式，可有效提高复合材料缠绕的效率。

目前使用的复合材料装置仍需要采用人工缠绕的作业方式，现场施工需要大量的安装人员，并且对安装人员的手法要求很高，人员投入量大，劳动强度大，安全性差，返修率高，修复速度慢，尤其是缠绕质量难以保证。在进行海底管道修复时，借助人力方式进行复合材料缠绕修复较为困难，借助机械臂完成时，由于远程操控工作，存在一定的误差，从而导致缠绕失败、效率低下等一系列问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合材料缠绕机构，以解决上述现有技术存在的问题，可以在管道不停止输油的修复情况下，完成复合材料在管道外壁的缠绕。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种复合材料缠绕机构，包括

运动机构，所述运动机构包括机架、滚轮支撑横梁和链轮电机，所述机架安装在管道外径上，所述机架上安装有吊环；所述机架的左右两侧各有两个滚轮支撑横梁，位于所述机架同侧的两个所述滚轮支撑横梁分别为主动横梁和被动横梁，所述被动横梁的内侧安装有橡胶滚轮，所述橡胶滚轮用于与管道的表面相接触；所述主动横梁处设置有滚动驱动轴和链轮电机，所述链轮电机通过电机固定底座安装在所述主动横梁上，所述链轮电机通过链条传动驱动所述滚动驱动轴运动从而带动橡胶滚轮运动实现机架旋转；以及

缠绕机构，所述缠绕机构包括缠放轴、缠放轮、复合材料存放筒机械接口、导轮和扳手型固定把手，安装于所述缠放轴上的所述缠放轮通过复合材料存放筒机械接口安装缠绕管道修复所需的复合材料存放筒；所述缠放轴的两端穿过机架预留孔，所述扳手型固定把手在机架外侧与缠放轴连接；所述导轮安装在位于缠放轮所在缠放轴旁侧的另一根缠放轴上，所述缠放轮和缠放轴根据缠绕需要设有倾斜角度；以及

张紧机构，所述张紧机构用于对所述缠放轴上的复合材料进行张紧力的调节；以及

贴紧机构，所述贴紧机构用于对复合材料与待修复管道进行接触压紧。

优选地，所述机架包括结构相同的第一卡箍和第二卡箍，所述第一卡箍和第二卡箍之间通过滚轮支撑横梁连接；所述第一卡箍包括左右对称剖分的左侧第一卡箍和右侧第一卡箍，所述左侧第一卡箍的第一端与右侧第一卡箍的第一端相铰接，所述左侧第一卡箍的第二端与右侧第一卡箍的第二端通过锁紧机构相连接；所述左侧第一卡箍的第一端与右侧第一卡箍的第一端的铰接处设有所述吊环；通过所述吊环将机架吊起于管道上方，所述锁紧机构用于将机架安装在管道外径上。

优选地，所述左侧第一卡箍的第二端与右侧第一卡箍的第二端处分别设置有定位沟槽轮和定位外凸轮，所述定位沟槽轮和定位外凸轮相匹配并用于合拢定位。

优选地，所述被动横梁的内侧安装有滚轮前叉轴腔室、滚轮前叉和压缩弹簧，所述被动横梁的内侧下方设有所述滚轮前叉轴腔室，所述滚轮前叉配合安装在所述滚轮前叉轴腔室处，所述滚轮前叉的外圈套设有所述压缩弹簧，所述滚轮前叉的末端安装有所述橡胶滚轮；所述橡胶滚轮用于与管道表面相接触进而实现机架与待修复管道的同轴相对旋转操作。

优选地，所述主动横梁还包括从动链轮和主动链轮，所述链轮电机的输出轴上安装有所述主动链轮，设置于所述主动横梁一侧的所述滚动驱动轴上安装有所述从动链轮，所述主动链轮和从动链轮通过链条传动连接。

优选地，所述张紧机构包括缠放轮侧挡刹车、丝杠电机、直线电机底座和梯形丝杠，所述丝杠电机通过直线电机底座固定于机架上，所述丝杠电机通过梯形丝杠与缠放轮侧挡刹车接触；所述丝杠电机的旋转运动通过梯形丝杠转变为直线往复运动，在缠绕过程中，所述梯形丝杠与缠放轮侧挡刹车相互接触产生作用力，通过控制梯形丝杠的前后移动，增大或减小对缠放轮侧挡刹车的摩擦力，从而调节复合材料缠绕在管道上的张紧力。

优选地，所述贴紧机构包括丝杠电机、电机固定板、卷膜压紧板、梯形丝杠和卷膜压紧条，所述丝杠电机通过所述电机固定板固定于滚轮支撑横梁上；所述丝杠电机通过梯形丝杠与卷膜压紧条连接，所述梯形丝杠用于实现卷膜压紧条的往复运动。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明中的一种复合材料缠绕机构，包括运动机构、缠绕机构、张紧机构和贴紧机构，可以在管道不停止输油的修复情况下，由链轮电机提供动力，使安装在机架内的缠绕机构可以围绕管道做旋转运动，从而可以完成复合材料在石油管道外壁的缠绕。本装置可以根据实际情况选取不同复合材料进行复合材料缠绕修复，以此实现不同材质、不同宽度、不同厚度复合材料的缠绕修复，满足不同缺陷修复标准的要求。

此外，本装置还可以根据复合材料宽度、缠绕带交界处的重合长度等缠绕要求，设计滚轮偏角，保证复合材料缠绕平整；可以根据不同复合材料张紧力需求，通过控制电机，实现调节张紧力的功能。本装置中的贴紧机构用于对复合材料与待修复管道的接触压紧操作，保证了压紧作用力，可以根据复合材料贴近所需压紧作用力控制电机实现，结构简单，操作简便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的整体结构立体视图；

图2是本发明的整体结构示意图；

图3是本发明装置结构立体图；

图4是本发明贴紧机构示意图；

图中：1—运动机构，1-1—吊环，1-2—链轮电机，1-3—电机固定底座，1-4—定位沟槽轮，1-5—定位外凸轮，1-6—滚轮支撑横梁，1-7—滚轮前叉轴腔室，1-8—压缩弹簧，1-9—滚轮前叉，1-10—橡胶滚轮，1-11—滚动驱动轴，1-12—从动链轮，1-13—主动链轮，1-14—机架，2—缠绕机构，2-1—缠放轴，2-2—缠放轮，2-3—复合材料存放筒机械接口，2-4—导轮，2-5—扳手型固定把手，3—张紧机构，3-1—缠放轮侧挡刹车，3-2—丝杠电机，3-3—直线电机底座，3-4—梯形丝杠，4—管道，5—贴紧机构，5-1—丝杠电机，5-2—电机固定板，5-3—卷膜压紧板，5-4—梯形丝杠，5-5—卷膜压紧条，6—锁紧机构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

本发明的目的是提供一种复合材料缠绕机构，以解决上述现有技术存在的问题，可以在管道不停止输油的修复情况下，完成复合材料在管道外壁的缠绕。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图4所示，本实发明提供一种复合材料缠绕机构，主要包括运动机构1、缠绕机构2、张紧机构3、贴紧机构5和锁紧机构6。

如图1-3所示，运动机构1主要包括吊环1-1、链轮电机1-2、电机固定底座1-3、定位沟槽轮1-4、定位外凸轮1-5、滚轮支撑横梁1-6、滚轮前叉轴腔室1-7、压缩弹簧1-8、滚轮前叉1-9、橡胶滚轮1-10、滚动驱动轴1-11、从动链轮1-12，、主动链轮1-13和机架1-14。机架1-14呈左右对称剖分，一端进行铰接，设有吊环1-1，另一端设有锁紧机构6。通过吊环1-1将机架1-14吊起于管道4上方，依靠锁紧机构6安装在管道4外径上，改变长期以来人力安装的落后作业方式，可有效提高复合材料缠绕的效率，锁紧机构6处设置的定位沟槽轮1-4、定位外凸轮1-5用于合拢定位。

机架1-14左右两侧各有两个滚轮支撑横梁1-6，分别为主动横梁和被动横梁。被动横梁安装滚轮前叉轴腔室1-7、滚轮前叉1-9、压缩弹簧1-8和橡胶滚轮1-10。横梁下方安装滚轮前叉轴腔室1-7，滚轮前叉轴腔室1-7与滚轮前叉1-9配合，压缩弹簧1-8安装于外圈，橡胶滚轮1-10与滚轮前叉1-9连接。橡胶滚轮1-10用于与管道4表面相接触进而实现机架1-14与待修复的管道4的同轴相对旋转操作，滚轮上方的压缩弹簧1-8起到伸缩保护的作用，能够保证橡胶滚轮1-10与管道4外壁保持紧密的接触。主动横梁还包括滚动驱动轴1-11、从动链轮1-12、电机固定底座1-3、主动链轮1-13和链轮电机1-2。链轮电机1-2通过链条传动方式驱动滚动驱动轴1-11运动，从而带动橡胶滚轮1-10运动，实现机架1-14旋转。缠绕机构2、张紧机构3、贴紧机构5和锁紧机构6均连接于机架1-14并随机架1-14进行运动。

如图3所示，缠绕机构2主要包括缠放轴2-1、缠放轮2-2、复合材料存放筒机械接口2-3、导轮2-4和扳手型固定把手2-5。缠放轮2-2通过复合材料存放筒机械接口2-3安装缠绕管道修复所需的复合材料存放筒，缠放轮2-2一侧与缠放轮侧挡刹车3-1连接，缠放轮2-2安装于缠放轴2-1上。缠放轴2-1穿过机架预留孔，扳手型固定把手2-5在机架1-14外侧与缠放轴2-1连接，实现缠放轴2-1与机架1-14的连接。导轮2-4安装在位于缠放轮2-2下方的另一根缠放轴2-1上。缠放轮2-2和缠放轴2-1根据缠绕需要倾斜一定角度，保证复合材料能够搭接缠绕。复合材料通过导轮2-4，借助贴紧机构5贴紧于管道上。通过倾斜角度与机架1-14的运动可以实现复合材料的缠绕。复合材料的缠绕过程可以视为复合材料沿管道轴向的螺旋运动。

如图3所示，张紧机构3主要包括缠放轮侧挡刹车3-1、丝杠电机3-2、直线电机底座3-3和梯形丝杠3-4。丝杠电机3-2通过直线电机底座3-3固定于机架1-14上，通过梯形丝杠3-4与缠放轮侧挡刹车3-1接触。丝杠电机3-2的旋转运动通过梯形丝杠3-4转变为直线往复运动。在缠绕过程中，复合材料需要一定的张紧力，才能将复合材料牢固的缠绕在管道上。梯形丝杠3-4与缠放轮侧挡刹车3-1相互接触产生作用力，通过控制梯形丝杠3-4的前后移动，来提供复合材料缠绕所需的张紧力，增大或减小对缠放轮侧挡刹车3-1的摩擦力，起到调节复合材料缠绕在管道4上的张紧力。可以根据不同复合材料张紧力需求，通过控制电机，实现调节张紧力的功能，结构简单，操作简便。

如图4所示，贴紧机构5主要包括丝杠电机5-1，电机固定板5-2，卷膜压紧板5-3，梯形丝杠5-4和卷膜压紧条5-5。丝杠电机5-1通过电机固定板5-2固定于滚轮支撑横梁1-6上。丝杠电机5-1通过梯形丝杠5-4与卷膜压紧条5-5连接。梯形丝杠5-4用于实现卷膜压紧条5-5的往复运动。贴紧机构5用于对复合材料与待修复管道的接触压紧操作，保证了压紧作用力，贴紧机构通过电机进行控制，结构简单，易于实现后续结构维护操作。

下面结合附图介绍本实施方案的工作步骤：

开始前，根据待修复的管道4的破坏情况，选择不同材质、不同宽度、不同厚度复合材料，根据修复需要，确定缠绕带交界处的重合长度等缠绕要求，设计滚轮偏角，确定复合材料修复所需长度。将复合材料存放筒通过复合材料存放筒机械接口2-3提前安装至缠放轮2-2和缠放轴2-1上。

整套装置在蛙人或轨道的辅助下吊放至待修复的管道4上方，依靠重力使整个装置下放，依靠锁紧机构6安装在管道4外径上。复合材料始端涂抹沥青，增大与管道的粘性，通过导轮2-4，借助贴紧机构5贴紧于管道4上。链轮电机1-2通过链条传动方式驱动滚动驱动轴1-11运动，从而带动橡胶滚轮1-10运动，实现机架1-14旋转。机架1-14的旋转和偏角的设计实现现整体缠绕机构做回转运动的同时沿着管道做轴向运动，完成管道复合材料的自动缠绕。在缠绕过程中，复合材料需要一定的张紧力，才能将复合材料牢固的缠绕在管道上。丝杠电机3-2的旋转运动通过梯形丝杠3-4转变为直线往复运动。梯形丝杠3-4与缠放轮侧挡刹车3-1相互接触产生作用力，通过控制梯形丝杠3-4的前后移动，增大或减小对缠放轮侧挡刹车3-1的摩擦力，起到调节复合材料缠绕在管道4上的张紧力。复合材料缠绕结束，通过贴紧机构5将复合材料末端贴紧至管道4上。

缠绕工作结束后，通过锁紧机构6对机架1-14进行解锁，在轨道的辅助下通过吊环1-1吊离。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种复合材料缠绕机构，其特征在于：包括

运动机构，所述运动机构包括机架、滚轮支撑横梁和链轮电机，所述机架安装在管道外径上，所述机架上安装有吊环；所述机架的左右两侧各有两个滚轮支撑横梁，位于所述机架同侧的两个所述滚轮支撑横梁分别为主动横梁和被动横梁，所述被动横梁的内侧安装有橡胶滚轮，所述橡胶滚轮用于与管道的表面相接触；所述主动横梁处设置有滚动驱动轴和链轮电机，所述链轮电机通过电机固定底座安装在所述主动横梁上，所述链轮电机通过链条传动驱动所述滚动驱动轴运动从而带动橡胶滚轮运动实现机架旋转；以及

缠绕机构，所述缠绕机构包括缠放轴、缠放轮、复合材料存放筒机械接口、导轮和扳手型固定把手，安装于所述缠放轴上的所述缠放轮通过复合材料存放筒机械接口安装缠绕管道修复所需的复合材料存放筒；所述缠放轴的两端穿过机架预留孔，所述扳手型固定把手在机架外侧与缠放轴连接；所述导轮安装在位于缠放轮所在缠放轴旁侧的另一根缠放轴上，所述缠放轮和缠放轴根据缠绕需要设有倾斜角度；以及

张紧机构，所述张紧机构用于对所述缠放轴上的复合材料进行张紧力的调节；以及

贴紧机构，所述贴紧机构用于对复合材料与待修复管道进行接触压紧。

2.根据权利要求1所述的复合材料缠绕机构，其特征在于：所述机架包括结构相同的第一卡箍和第二卡箍，所述第一卡箍和第二卡箍之间通过滚轮支撑横梁连接；所述第一卡箍包括左右对称剖分的左侧第一卡箍和右侧第一卡箍，所述左侧第一卡箍的第一端与右侧第一卡箍的第一端相铰接，所述左侧第一卡箍的第二端与右侧第一卡箍的第二端通过锁紧机构相连接；所述左侧第一卡箍的第一端与右侧第一卡箍的第一端的铰接处设有所述吊环；通过所述吊环将机架吊起于管道上方，所述锁紧机构用于将机架安装在管道外径上。

3.根据权利要求2所述的复合材料缠绕机构，其特征在于：所述左侧第一卡箍的第二端与右侧第一卡箍的第二端处分别设置有定位沟槽轮和定位外凸轮，所述定位沟槽轮和定位外凸轮相匹配并用于合拢定位。

4.根据权利要求1所述的复合材料缠绕机构，其特征在于：所述被动横梁的内侧安装有滚轮前叉轴腔室、滚轮前叉和压缩弹簧，所述被动横梁的内侧下方设有所述滚轮前叉轴腔室，所述滚轮前叉配合安装在所述滚轮前叉轴腔室处，所述滚轮前叉的外圈套设有所述压缩弹簧，所述滚轮前叉的末端安装有所述橡胶滚轮；所述橡胶滚轮用于与管道表面相接触进而实现机架与待修复管道的同轴相对旋转操作。

5.根据权利要求1所述的复合材料缠绕机构，其特征在于：所述主动横梁还包括从动链轮和主动链轮，所述链轮电机的输出轴上安装有所述主动链轮，设置于所述主动横梁一侧的所述滚动驱动轴上安装有所述从动链轮，所述主动链轮和从动链轮通过链条传动连接。

6.根据权利要求1所述的复合材料缠绕机构，其特征在于：所述张紧机构包括缠放轮侧挡刹车、丝杠电机、直线电机底座和梯形丝杠，所述丝杠电机通过直线电机底座固定于机架上，所述丝杠电机通过梯形丝杠与缠放轮侧挡刹车接触；所述丝杠电机的旋转运动通过梯形丝杠转变为直线往复运动，在缠绕过程中，所述梯形丝杠与缠放轮侧挡刹车相互接触产生作用力，通过控制梯形丝杠的前后移动，增大或减小对缠放轮侧挡刹车的摩擦力，从而调节复合材料缠绕在管道上的张紧力。

7.根据权利要求1所述的复合材料缠绕机构，其特征在于：所述贴紧机构包括丝杠电机、电机固定板、卷膜压紧板、梯形丝杠和卷膜压紧条，所述丝杠电机通过所述电机固定板固定于滚轮支撑横梁上；所述丝杠电机通过梯形丝杠与卷膜压紧条连接，所述梯形丝杠用于实现卷膜压紧条的往复运动。