CN211107936U - 一种用于隔水管探伤的水下混合自驱装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于隔水管探伤的水下混合自驱装置，包括驱动系统、控制系统和发电系统，驱动系统包括与隔水管平行布置的引轨，沿引轨上滑动连接有水下检测总成，主控电路上分别设有无线模块、检测模块、混驱模块和总控模块，混驱模块控制螺旋推进器和抽吸泵的运行，并控制机械伸缩臂的伸缩，检测模块对隔水管的性能进行检测，无线模块收发控制信号，总控模块根据控制信号自动调控检测模块和混驱模块的运行；发电系统包括发电机，供电接口朝水下检测总成布置。本实用新型，造价相对较低，以海洋钻井平台为载体，采用混合驱动的方式对隔水管水面以下部分检测，能源利用率高，连续作业能力更强，更适合目前海上无人化作业的需求。

Description

一种用于隔水管探伤的水下混合自驱装置

技术领域

本实用新型涉及海洋油气设备，具体涉及一种用于隔水管探伤的水下混合自驱装置。

背景技术

海上平台是进行海上油气作业的主要设备，由于作业环境特殊，海上平台会受到风速、波浪以及洋流的侵蚀，因此安全风险性较高，并且随着全球能源需求的与日俱增，未来海上石油钻采将向更大、更深的水域发展，这为海上设备的安全性提出了更高要求。

在海洋石油装备中，隔水管是比较重要的海上钻采设备，它是连接海底防喷器设备和海上钻探装置的钢管，由伸缩节、隔水管主管、挠性接头和底部隔水管总成等设备组成，主要作用是隔绝海水，导入钻具和套管，以及构成泥浆循环的通道等等。

隔水管分为水面以上和水面以下两个部分，既要受海流、海浪、浮力、水压、平台移动、自身重量的作用，又要受到内部钻井液压力、钻杆摩擦、张紧拉力等因素的影响，因此隔水管对原材料性能、焊接质量、防腐、密封、疲劳强度等都有很高的要求，通常需要对隔水管的各项性能进行定期检查。

尤其对隔水管水面以下至海底的部分检测更为困难，以适应水深达1500米的隔水管为例，其承载拉力可达千吨级，如果出现一个极细小的裂缝，就会威胁整个钻井平台的安全。

然而受环境影响，隔水管水面以下至海底的部分检测起来较为复杂，目前对隔水管主要是依靠水下遥控机器人进行检测，这种作业成本十分高昂，尤其是现有机器人结构繁琐，一般造价不低，并且由于设备沉重，动力和能耗较高，需要经常补充燃料或者充电提供动力，维护检修的成本也较高。

综上所述，目前需要一种结构更为轻巧，连续作业能力更强，维护和能耗费用更低的隔水管水下自动检测装置。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是现有的钻井平台隔水管水下部分检测设备成本较高，工作效率较低的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是提供一种用于隔水管探伤的水下混合自驱装置，依次包括驱动系统，控制系统和发电系统，

所述驱动系统包括与钻井平台的隔水管平行间隔固定布置的引轨，所述引轨的两端分别连接于钻井平台和海底防喷器，沿所述引轨上滑动连接有水下检测总成，所述水下检测总成包括密封舱体和分别设置在所述密封舱体的两端的螺旋推进器,两个所述螺旋推进器分别驱动所述水下检测总成沿所述引轨上行或下行，所述密封舱体内的中部依次连接设有潜水舱、抽吸泵和进出水管道，所述进出水管道的管口密封穿设于所述密封舱体的外部，所述密封舱体上还密封穿设有机械伸缩臂，所述机械伸缩臂的内端连接有驱动其伸缩的伺服电机，所述伺服电机内置于所述密封舱体；

所述控制系统内置于所述密封舱体，所述控制系统包括固定于所述密封舱体内的主控电路、固定设置于所述机械伸缩臂外端的检测探头、以及供各部分控制连接的导线组，所述检测探头朝向所述隔水管布置，所述主控电路上分别设有无线模块、检测模块、混驱模块和总控模块，所述螺旋推进器、抽吸泵和伺服电机分别通过所述导线组与所述混驱模块连接，所述混驱模块控制所述螺旋推进器和抽吸泵之间电路的切换运行，并控制所述伺服电机驱动所述机械伸缩臂的伸缩，所述检测探头通过所述导线组与所述检测模块连接，所述检测模块控制所述检测探头对所述隔水管的性能进行检测，所述无线模块与设置于钻井平台上的远程终端之间通过无线模式收发控制信号，所述总控模块根据控制信号自动调控所述检测模块和混驱模块的运行；

所述发电系统包括与钻井平台通过锚链连接的发电机，所述发电机浮动设于海水中，所述发电机上设有与所述水下检测总成匹配密封对接的供电接口，所述供电接口朝向所述水下检测总成布置。

在上述方案中，所述密封舱体内还设有电池组，所述电池组分别与所述螺旋推进器、抽吸泵、伺服电机通过所述导线组连接，各所述电池组上分别连接有与所述供电接口匹配密封对接的防水接头，所述防水接头密封穿设于所述密封舱体的外部。

在上述方案中，所述控制系统还包括密封穿设于所述密封舱体外的声纳发生器和压力传感器，钻井平台上设有与所述声纳发生器匹配的声纳接收器，所述声纳发生器和压力传感器分别通过副电路板以及所述导线组与所述检测模块连接，所述声纳发生器和声纳接收器之间收发信号测出深度信号，所述总控模块根据深度信号控制所述混驱模块切换运行电路，并驱动所述水下检测总成移动，使所述检测探头沿所述隔水管移动检测。

在上述方案中，所述驱动系统还包括通过支架固定于所述密封舱体外一侧的滑轮组件，所述滑轮组件的滑轮转动连接于所述支架上，沿所述引轨的中部开设有滑槽，所述滑轮滚动内嵌于所述滑槽之间，所述水下检测总成通过所述滑轮沿所述引轨滑动设置。

在上述方案中，所述密封舱体的顶部外侧壁上固定连接有缆绳，所述缆绳内置有连接所述控制系统和远程终端的通信光纤，所述缆绳的顶部连接于钻井平台上的收线电机。

在上述方案中，每个所述螺旋推进器的螺旋桨分别穿出于所述密封舱体的外部，两个所述螺旋桨分别朝上、朝下布置，所述螺旋推进器的发动机密封于所述密封舱体的内部。

在上述方案中，所述机械伸缩臂与其穿设于所述密封舱体的接触面之间密封包覆有防水套，所述检测探头朝向所述隔水管的外壁布置。

在上述方案中，所述检测模块为超声波探伤仪或电磁探伤仪。

在上述方案中，所述发电机为海浪发电机或潮汐发电机。

在上述方案中，所述引轨为钢缆。

本实用新型，结构体积设计小巧，造价相对较低，以海洋钻井平台为载体，采用混合驱动的方式对隔水管水面以下至海底的部分检测，能源利用率高，连续作业能力更强，维护费用更低，更适合目前海上无人化作业的需求。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为图1中水下检测总成、引轨和隔水管的局部连接结构放大示意图；

图3为图2中的局部结构放大示意图；

图4为本实用新型的控制系统流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型做出详细的说明。

本实用新型公开了一种用于隔水管探伤的水下混合自驱装置，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。需要特别指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本实用新型，并且相关人员明显能在不脱离本实用新型内容、精神和范围的基础上对本文所述内容进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本实用新型技术。

在实用新型中，除非另有说明，否则本文中使用的科学和技术名词具有本领域技术人员所通常理解的含义。

由于现有对隔水管检测主要是通过水下机器人实现的，而市面上的机器人动力系统主要是依靠螺旋桨推进器装置，在实际的应用过程会出现以下几个问题：

1、能耗较高，由于自动机器人要平衡上下左右前后的六向阻力，因此其需要分别设置多组螺旋推进装置，这使得设备的制造、维修成本和电量损耗均大大增加，并且作业过程中需要不断地对自动机器人进行打捞、回收、充电维修等等，不能自动充电，造成工作效率也较低。

2、驱动方式单一，由于目前海上石油作业既有钻井水深达数千米的深海钻井平台，又有作业水深只不过数百米甚至几十米的浅海钻井平台，而浅海地区钻井平台数目庞大，因此相对于深海采用螺旋推进驱动模式，实际浅海地区作业可采用结构造价、能耗均相对更为节俭的替代驱动模式或者混合驱动模式，来实现对隔水管的检测工作。

针对上述两个实际问题，如图1至图4所示，本实用新型提供的一种用于隔水管探伤的水下混合自驱装置，依次由驱动系统，控制系统和发电系统组成，其中

驱动系统主要包括与钻井平台的隔水管1平行间隔固定布置的引轨2，作为驱动检测装置移动的主体引导架构，这样沿着引轨2驱动，可以节省空间多向定位所需的动力供应，只需要沿引轨提供双向动力即可，引轨2可以采用钢缆或者其他可替代结构与隔水管1可拆卸连接，依据实际适用环境的需求，在不影响作业安全的前提下，引轨可以是通过锚链与隔水管1进行适当的固定。引轨2的两端分别以可拆卸方式固定连接于钻井平台和海底防喷器，这样检测作业完毕后引轨，引轨2可以及时拆除。

沿引轨2上滑动连接有水下检测总成3，水下检测总成3即针对隔水管1进行检测的主体，水下检测总成3的外壳包括一个流线型柱状的密封舱体4，滑轮组件5通过支架22固定于密封舱体4外一侧，支架22上转动有滑轮，沿引轨2 的中部开设有滑槽23，滑轮滚动内嵌于滑槽23之间，水下检测总成3通过滑轮沿引轨2滑动连接，这样随着动力驱动，水下检测总成3就可以沿着引轨2对隔水管1的各个部分性能进行检测。

水下检测总成3还包括分别设置在密封舱体4的两端的螺旋推进器6,每个螺旋推进器6的螺旋桨分别穿出于密封舱体4的外部，两个螺旋桨分别朝上、朝下布置，螺旋推进器6的发动机密封于密封舱体4的内部，两个螺旋推进器6 分别驱动水下检测总成3沿引轨2上浮或下潜，从而采用两个螺旋推进器的方式即为本实用新型混合驱动的第一种驱动方式，该驱动方式的优点是不受作业水深的限制，较为适合在深水区域的驱动使用，其中，螺旋推进器6可以采用目前市售的各类ROV推进器、AUV推进器，例如Tecnadyne水下推进器、ROVMAKER 水下推进器等等。

本实用新型的另一种驱动结构为：在密封舱体4内的中部依次连接设有潜水舱8、抽吸泵9和进出水管道10，抽吸泵9的动力型号可根据作业水深灵活选取，其中进出水管道10的管口密封穿设于密封舱体4的外部，这样抽吸泵9 由系统实现自动控制进行进水和排水，来驱动装置上下浮动，这种驱动方式采用了潜艇的升沉原理，其特点相对螺旋推进器模式更为节能省电，并且控制使用更为灵活，设备的造价、维护费用更低，但是缺点是作业水深有限，因此适合在浅水水深区域作业。

本实用新型的混驱模式同样适用于在隔水管1的水平走向部分检测，当检测设备运行至水平段时，关闭潜水驱动方式，采用螺旋推进方式即可实现，因此本实用新型使用灵活，适用范围广阔。

本实用新型的控制系统内置于密封舱体4，包括固定于密封舱体4内的主控电路15、固定设置于机械伸缩臂12外端的检测探头16以及供各部分控制连接的导线组，本实用新型中，由于导线是较为常规的连接元件，并且在各个设备的密封舱位内的安装、穿设、布局方式方式也较为简单常见，因此不作为本实用新型的核心创新点，因此为避免线路图示造成混乱，图中省略掉各个部分之间导线组的连接图示。

检测探头16朝向隔水管1的外壁布置，机械伸缩臂12密封穿设于密封舱体4的壁面上，机械伸缩臂12的内端连接有驱动其伸缩的伺服电机13，伺服电机13内置于密封舱体4之中以控制机械伸缩臂12的伸缩，从而使检测探头16 对隔水管1实时监测，为了达到优良的防水抗压级别，可以优选在机械伸缩臂 12与其穿设于密封舱体4的接触面之间密封包覆一层柔性防水套14，这样可以达到较好的防水级别，其中，机械伸缩臂12优选的可以采用目前市售的各类ROV 水下机械伸缩臂，如Shark Marine机械臂、HLK-40500R机械臂等等。

主控电路15优选采用模块化组装，可根据不同作业水深更换不同的控制模块，可优选采用市售的PLC控制系统、DCS控制系统等等，主控电路15分别包括无线模块、检测模块、混驱模块和总控模块。

其中，螺旋推进器6、抽吸泵9和伺服电机13分别通过导线组与混驱模块连接，这样混驱模块根据不同的作业水深，控制螺旋推进器6和抽吸泵9之间电路的切换实现不同的驱动方式运行，同时可控制伺服电机13驱动机械伸缩臂 12的伸缩检测。

检测探头16通过导线组与检测模块连接，检测模块优选为超声波探伤仪或电磁探伤仪，例如目前市售的CTS-9003plus型数字式超声探伤仪、JY-II型磁粉探伤仪、CSK-IA超声波探伤仪等等，检测模块通过控制检测探头16对隔水管 1的性能进行检测。

无线模块与钻井平台的远程终端之间通过无线模式收发控制信号，可根据指令实现自动控制或者人工控制，总控模块根据控制信号自动调节检测模块和混驱模块的运行；

进一步优选的，控制系统还包括密封穿设于密封舱体4外的声纳发生器19 和压力传感器20，钻井平台上设有与声纳发生器19匹配的声纳接收器(声纳发生器19和声纳接收器组成声纳传感器)，声纳发生器19和压力传感器20分别通过固定于密封舱体4内的副电路板21以及导线组与检测模块连接，这样，当声纳发生器19和声纳接收器之间通过收发声纳信号或者根据压力传感器20测出的水压信号，可测出当前水下检测总成3位置的深度，这时总控模块根据收到的深度信号来控制混驱模块适当的灵活切换运行电路，并驱动水下检测总成3 移动，使检测探头16沿隔水管1在不同水深移动检测，实现自动控制混合驱动系统的驱动模式切换。

本实用新型中的发电系统包括与钻井平台通过锚链连接的发电机17，发电机17浮动设于海水中，发电机17可采用目前市售的海浪发电机或潮汐发电机，这样不仅达到环保标准，还能实现动力能源的自给自足。

具体结构为，发电机17上设有供电接口18，供电接口18朝向水下检测总成3布置，密封舱体4内还设有电池组7，电池组7分别与螺旋推进器6、伺服电机13、抽吸泵9通过导线组连接，各电池组7上分别连接有与供电接口18匹配密封对接的防水接头11，防水接头11密封穿设于密封舱体4的外部。当控制系统检测到电力不足时，上浮水下检测总成3，让供电接口18与发电机17自动对接可以对电池组7进行自动充电，大大节省了设备维护的时间成本，提高了连续自动作业的能力。

此外，密封舱体4的顶部外侧壁上固定连接有缆绳24，缆绳24内置有连接控制系统和远程终端的通信光纤，可以根据需要，替代无线模块转换为有线通信模块，这样信号更为稳定，缆绳24的顶部连接于钻井平台上的收线电机25，为了防止设备故障或者自引轨2上意外脱落，缆绳24在意外时可以有效回收设备。

本实用新型，结构体积设计小巧，造价相对较低，以海洋钻井平台为载体，采用混合驱动的方式对隔水管水面以下至海底的部分检测，能源利用率高，连续作业能力更强，维护费用更低，更适合目前海上无人化作业的需求。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本实用新型的启示下做出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于隔水管探伤的水下混合自驱装置，依次包括驱动系统、控制系统和发电系统，其特征在于，

所述驱动系统包括与钻井平台的隔水管平行间隔固定布置的引轨，所述引轨的两端分别连接于钻井平台和海底防喷器，沿所述引轨上滑动连接有水下检测总成，所述水下检测总成包括密封舱体和分别设置在所述密封舱体的两端的螺旋推进器,两个所述螺旋推进器分别驱动所述水下检测总成沿所述引轨上行或下行，所述密封舱体内的中部依次连接设有潜水舱、抽吸泵和进出水管道，所述进出水管道的管口密封穿设于所述密封舱体的外部，所述密封舱体上还密封穿设有机械伸缩臂，所述机械伸缩臂的内端连接有驱动其伸缩的伺服电机，所述伺服电机内置于所述密封舱体；

所述控制系统内置于所述密封舱体，所述控制系统包括固定于所述密封舱体内的主控电路、固定设置于所述机械伸缩臂外端的检测探头、以及供各部分控制连接的导线组，所述检测探头朝向所述隔水管布置，所述主控电路上分别设有无线模块、检测模块、混驱模块和总控模块，所述螺旋推进器、抽吸泵和伺服电机分别通过所述导线组与所述混驱模块连接，所述混驱模块控制所述螺旋推进器和抽吸泵之间电路的切换运行，并控制所述伺服电机驱动所述机械伸缩臂的伸缩，所述检测探头通过所述导线组与所述检测模块连接，所述检测模块控制所述检测探头对所述隔水管的性能进行检测，所述无线模块与设置于钻井平台上的远程终端之间通过无线模式收发控制信号，所述总控模块根据控制信号自动调控所述检测模块和混驱模块的运行；

所述发电系统包括与钻井平台通过锚链连接的发电机，所述发电机浮动设于海水中，所述发电机上设有与所述水下检测总成匹配密封对接的供电接口，所述供电接口朝向所述水下检测总成布置。

2.如权利要求1所述的一种用于隔水管探伤的水下混合自驱装置，其特征在于，所述密封舱体内还设有电池组，所述电池组分别与所述螺旋推进器、抽吸泵、伺服电机通过所述导线组连接，各所述电池组上分别连接有与所述供电接口匹配密封对接的防水接头，所述防水接头密封穿设于所述密封舱体的外部。

3.如权利要求1所述的一种用于隔水管探伤的水下混合自驱装置，其特征在于，所述控制系统还包括密封穿设于所述密封舱体外的声纳发生器和压力传感器，钻井平台上设有与所述声纳发生器匹配的声纳接收器，所述声纳发生器和压力传感器分别通过副电路板以及所述导线组与所述检测模块连接，所述声纳发生器和声纳接收器之间收发信号测出深度信号，所述总控模块根据深度信号控制所述混驱模块切换运行电路，并驱动所述水下检测总成移动，使所述检测探头沿所述隔水管移动检测。

4.如权利要求1所述的一种用于隔水管探伤的水下混合自驱装置，其特征在于，所述驱动系统还包括通过支架固定于所述密封舱体外一侧的滑轮组件，所述滑轮组件的滑轮转动连接于所述支架上，沿所述引轨的中部开设有滑槽，所述滑轮滚动内嵌于所述滑槽之间，所述水下检测总成通过所述滑轮沿所述引轨滑动设置。

5.如权利要求1所述的一种用于隔水管探伤的水下混合自驱装置，其特征在于，所述密封舱体的顶部外侧壁上固定连接有缆绳，所述缆绳内置有连接所述控制系统和远程终端的通信光纤，所述缆绳的顶部连接于钻井平台上的收线电机。

6.如权利要求1所述的一种用于隔水管探伤的水下混合自驱装置，其特征在于，每个所述螺旋推进器的螺旋桨分别穿出于所述密封舱体的外部，两个所述螺旋桨分别朝上、朝下布置，所述螺旋推进器的发动机密封于所述密封舱体的内部。

7.如权利要求1所述的一种用于隔水管探伤的水下混合自驱装置，其特征在于，所述机械伸缩臂与其穿设于所述密封舱体的接触面之间密封包覆有防水套，所述检测探头朝向所述隔水管的外壁布置。

8.如权利要求1所述的一种用于隔水管探伤的水下混合自驱装置，其特征在于，所述检测模块为超声波探伤仪或电磁探伤仪。

9.如权利要求1所述的一种用于隔水管探伤的水下混合自驱装置，其特征在于，所述发电机为海浪发电机或潮汐发电机。

10.如权利要求1所述的一种用于隔水管探伤的水下混合自驱装置，其特征在于，所述引轨为钢缆。

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