CN1539702A - “舱中舱”式水下管道常压干式焊接工作舱 - Google Patents

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Abstract

一种“舱中舱”式水下管道常压干式焊接工作舱，主要由主调整框架(1)，辅助调整框架(2)，高压舱(3)和常压舱(4)组成，其中在现有的水下高压舱(3)中再建立一个常压舱(4)，仅自动焊接工序在常压舱(4)中进行，其他工序在高压舱(3)中进行。常压舱(4)的左舱体(41)，右舱体(42)通过法兰边(49)彼此相连接，舱体的上下通过上下凸边(412)螺接，法兰边对接面通过密封垫片(48)密封，舱体与待修管道(5)的密封采用环状异形密封装置实现密封。本发明常压舱(4)结构尺寸小，重量轻，焊接质量高，使用维护修理简易。

Description

“舱中舱”式水下管道常压干式焊接工作舱
技术领域
本发明涉及一种水下常压环境下进行焊接的工作舱，该工作舱置于高压舱之中，能在常压环境中实现焊接。
背景技术
目前世界范围内的水下管道修补方法主要有水下机械联接器修补、焊接修补等几种，焊接修补因其具有接头质量好、重量轻等一系列优点而被广泛采用。焊接修补就其工作大环境而言，可分为干式焊接修补和湿式焊接修补两大类，后者由焊工直接在水中作业，因而存在易产生焊缝氢致裂纹等影响焊接质量的隐患，许多国家尤其是欧洲往往将更多地采用干式焊接修补方案。干式焊接是把干式舱跨骑在被焊管道上，通过某种方式驱除出干式舱中的水之后，再进行管道焊接的一种水下管道修补方法。根据干式舱结构以及干式环境营造原理的不同，干式焊接可以分为围桶式、高压式和常压式三种。
在围桶式干式焊接中，干式舱(围桶)高出水面适当高度，桶底、桶壁将水封堵在桶外，焊接在干式围桶中进行。围桶式焊接在大气环境中进行，焊接质量可靠，但是结构灵活性低，通常只适合于在浅海区域进行。
在高压干式焊接中，通过充入高压气体驱除舱中水的方法形成干式环境，焊接在高压环境中进行。高压干焊与其他修补方法相比具有修补质量可靠的优点，与围桶式焊接修复相比具有应用灵活、可以适应较深水域等优点。但是，高压干焊遇到两个困难：工作深度过深使得焊接电弧受到过高的压力影响，以及人类饱和潜水深度极限(650米)的制约。所以，当前高压干焊研究有两个重要方向：一是开发能够适用于更深水域的焊接新工艺和新方法，二是无人自动化焊接技术。
常压式干式焊接(常压焊接)的焊接过程在常压环境中进行，焊接质量与陆上焊接相同、优于高压焊接；但常压焊接的关键和难点在于常压干式舱的制造。一般而言，常压干式舱可通过两个可开启式结合面之间的严格密封将高压水封堵在舱外而制成。显然，常压焊接存在的突出问题是：水域越深，常压焊接环境的建立越困难。
发明内容
根据背景技术所述，本发明的目的在于提供一种“舱中舱”式水下管道常压焊接工作舱，即在现有的水下高压工作舱中，再建立一个常压焊接舱。所有焊前、焊后的工序全部在高压舱中完成，仅自动焊接工序在常压舱中进行。常压舱舱体采用左、右两个杯状体对接密封结构形式，其舱体结构与管道之间设置有采用环状异形密封圈的密封装置。管道焊机置于常压舱内，在切下待更换管段后，套上常压舱左，右舱体，待完成焊接体坡口加工，换管对口，调整自动焊机等焊前工序后，将左，右舱体密封式组装形成有效的常压工作空间。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种“舱中舱”式水下管道常压干式焊接工作舱，主要由主调整框架(1)，辅助调整框架(2)，高压舱(3)和常压舱(4)组成，其中，主调整框架(1)与待修管道(5)相连接，辅助调整框架(2)支承待修管道(5)，并与高压舱(3)的端部(35)相连接，用液动密封闸板(31)与待修管道(5)之间密封，固定在高压舱底部导轨(34)上的关节式辅助机械手(32)调整支持替换管(51)；移动式常压舱(4)通过常压舱(4)舱体上的环状异形密封装置(43)套装在待修管道(5)上，通过环状异形密封装置(43)实现与待修管道(5)的密封，轨道焊接车体(47)安置在常压舱(4)的舱体内，并通过支承结构(46)与待修管道(5)连接，常压舱(4)的左舱体(41)，右舱体(42)，通过法兰边(49)彼此相连接，舱体的上下通过上下凸边(412)螺接，常压舱(4)舱体上的进气阀(45)与排气阀(44)通过管道与工作单元(33)相连接，工作单元(33)通过管道(62)与母船(6)的母船工作单元(61)相连接。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点和效果：
1、本发明的常压舱尺寸可以设计得远小于高压舱，该结构的密封难度显著降低；
2、本发明的技术方案与高压焊接相比，由于在常压环境中进行，焊接质量优良可靠。本发明突破了水深限制，很适应于当前海洋石油工业向深水发展的要求。
附图说明
图1A为本发明水下常压焊接作业系统及作业舱结构示意图
图1B为本发明图1A的侧视示意图
图2为本发明常压舱的密封结构示意图
图3为本发明图3的A-A剖视示意图
图中：1-主调整框架，2-辅助调整框架，3-高压舱，31-液动密封闸板，32-关节式辅助机械手，33-工作单元，34-高压舱底部导轨，35-端部，331-通气软管，4-常压舱，41-左舱体，411-舱体端头，412-上下凸边，42-右舱体，43-环状异形密封装置，431-内侧密封圈，432-内侧浮动压环，433-外侧密封圈，434-外侧浮动压环，435-螺纹调整端盖，44-排气阀，45-进气阀，46-支承结构，461-轨道支柱，462-轨道，463-小齿轮，47-轨道焊接车体，48-密封垫片，49-法兰边，5-待修管道，51-替换管，6-母船，61-母船工作单元，62-管路，7-单间工作舱
具体实施方式
由图1A、图1B示出，一种“舱中舱”式水下管道常压干式焊接工作舱，主要由主调整框架1，辅助调整框架2，高压舱3和常压舱4组成，其中，主调整框架1与待修管道5相连接，辅助调整框架2支承待修管道5，并与高压舱3的端部35相连接，用液动密封闸板31与待修管道5之间密封，固定在高压舱底部导轨34上的关节式辅助机械手32调整支持替换管51；移动式常压舱4通过常压舱4舱体上的环状异形密封装置43套装在待修管道5上，通过环状异形密封装置43实现与待修管道5的密封，轨道焊接车体47安置在常压舱4的舱体内，并通过支承结构46与待修管道5连接，常压舱4的左舱体41，右舱体42，通过法兰边49彼此相连接，舱体的上下通过上下凸边412螺接，常压舱4舱体上的进气阀45与排气阀44通过管道与工作单元33相连接，工作单元33通过管道62与母船6的母船工作单元61相连接。
由图可知，本发明从待修管道5上方落下夹住管道后，用主调整框架1中的液压机构抬升并初略调整待修管道5，高压舱3端部的辅助调整框架2精确调整待修管道5的位置，同时用液动密封闸板31实现与待修管道5之间的多重密封，使待修管道5与本发明连成一体，必要时加锚。
在水下高压舱3中完成焊前准备工作，如清理待修管道5表面，管卡安装，切割损伤管线，焊接坡口加工，换管对口等，通过安装在高压舱底部导轨34上的关节式辅助机械手32支撑替换管段，并完成替换管段的调整工艺。
移动常压舱4至工作区，闭合常压舱4的左舱体41和右舱体42，接通排气阀44形成常压工作环境，启动轨道焊接车体47的焊机进行自动焊接。可采用焊接机器人来完成自动跟踪焊接全位置环焊缝。焊接完毕，接通进气阀45，形成高压环境，便于打开常压舱4，检查焊接质量。
由图2，图3示出，左舱体41与右舱体42对接面的密封采用环形密封垫片48，通过螺接法兰边49夹紧密封垫片48。
常压舱3与待修管道5的密封采用环状异形密封装置43，其中将内侧浮动压环432，内侧密封圈431和外侧密封圈433，外侧浮动压环434套装在待修管道5的替换管51上，螺纹调整端盖435与舱体端头411可螺纹连接，旋紧螺纹调整端盖435，使其向内推动外侧浮动压环434和内侧浮动压环432，并在移动时压缩外侧密封圈433和内侧密封圈431起到密封作用。
从图3还可知，常压舱4舱体上下分开对接的凸边412为嵌入式结构。

Claims (4)

1、一种“舱中舱”式水下管道常压干式焊接工作舱，主要由主调整框架(1)，辅助调整框架(2)，高压舱(3)和常压舱(4)组成，其特征在于：主调整框架(1)与待修管道(5)相连接，辅助调整框架(2)支承待修管道(5)，并与高压舱(3)的端部(35)相连接，用液动密封闸板(31)与待修管道(5)之间密封，固定在高压舱底部导轨(34)上的关节式辅助机械手(32)调整支持替换管(51)；移动式常压舱(4)通过常压舱(4)舱体上的环状异形密封装置(43)套装在待修管道(5)上，通过环状异形密封装置(43)实现与待修管道(5)的密封，轨道焊接车体(47)安置在常压舱(4)的舱体内，并通过支承结构(46)与待修管道(5)连接，常压舱(4)的左舱体(41)，右舱体(42)，通过法兰边(49)彼此相连接，舱体的上下通过上下凸边(412)螺接，常压舱(4)舱体上的进气阀(45)与排气阀(44)通过管道与工作单元(33)相连接，工作单元(33)通过管道(62)与母船(6)的母船工作单元(61)相连接。
2、根据权利要求1所述的“舱中舱”式水下管道常压干式焊接工作舱，其特征在于：左舱体(41)与右舱体(42)的法兰边(49)对接表面之间安置有密封垫片(48)。
3、根据权利要求1所述的“舱中舱”式水下管道常压干式焊接工作舱，其特征在于：环状异形密封装置(43)，由内侧密封圈(431)，内侧浮动压环(432)，外侧密封圈(433)，外侧浮动压环(434)和螺纹调整端盖组成，其中螺纹调整端盖(435)与舱体端头(411)可螺纹连接，旋紧螺纹调整端盖(435)，使其向内推动外侧浮动压环(434)和内侧浮动压环(432)，并在移动时压缩外侧密封圈(433)和内侧密封圈(431)，实现密封。
4、根据权利要求1所述的“舱中舱”式水下管道常压干式焊接工作舱，其特征在于：轨道焊接车体(47)的支承结构(46)由轨道支柱(461)，轨道(462)，小齿轮(463)组成，其中轨道支柱(461)固定在待修管道(5)上，其上固定轨道(462)，轨道焊接车体(47)通过小齿轮(463)与轨道(462)啮合。
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