[發(fā)明專利]一種海底油氣管道維修方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110045219.3
• 申請(qǐng)日: 2021-01-14
• 公開（公告）號(hào): CN112873226B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王丕琢;郭燕坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 濱州學(xué)院
• 主分類號(hào): B25J11/00
• 分類號(hào): B25J11/00;B25J19/00;B23P23/00;B23Q3/00;B23K37/02;B23K37/053;E02F3/06;E02F5/00;E02F9/00;E02F9/08
• 代理公司: 青島錦佳專利代理事務(wù)所(普通合伙) 37283
• 代理人: 朱玉建

1.一種海底油氣管道維修方法，基于海底油氣管道修復(fù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)；

其特征在于，所述海底油氣管道修復(fù)機(jī)器人包括機(jī)架、管道挖取機(jī)構(gòu)、管道夾緊機(jī)構(gòu)、管道切割機(jī)構(gòu)、管道打磨機(jī)構(gòu)、管道焊接機(jī)構(gòu)以及管道水泥成型機(jī)構(gòu)；

其中，機(jī)架包括殼體、螺旋槳以及螺旋槳安裝支架；

螺旋槳安裝支架有兩個(gè)，且每個(gè)螺旋槳安裝支架分別連接于所述殼體的一側(cè)；

每個(gè)螺旋槳安裝支架上分別對(duì)應(yīng)安裝一個(gè)所述螺旋槳；

所述殼體呈“凸”字型結(jié)構(gòu)；

在殼體的前側(cè)板和后側(cè)板上均設(shè)有倒置的U型槽，其中，U型槽位于相應(yīng)側(cè)板的中下部；在殼體的底板中部設(shè)有沿所述底板前后方向貫穿整個(gè)底板的條形開口；

兩個(gè)所述U型槽分別位于條形開口的一端，且分別與所述條形開口相連通；

在殼體內(nèi)對(duì)應(yīng)每個(gè)U型槽的位置均設(shè)有可開合的U型槽擋板；

其中，U型槽擋板由兩個(gè)對(duì)稱的擋板單元組成；

所述擋板單元的上部呈半圓環(huán)形、下部呈方形，當(dāng)兩個(gè)擋板單元組合形成所述U型槽擋板時(shí)，U型槽擋板的上部形成用于容納管道的圓形孔，U型槽擋板的下部閉合；

每個(gè)擋板單元配置一個(gè)擋板單元行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，同一U型槽處的兩個(gè)擋板單元行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)同時(shí)帶動(dòng)相應(yīng)的擋板單元向中間靠攏或向相反的方向分開；

在殼體的底板內(nèi)側(cè)上設(shè)有一形狀、大小與所述條形開口相適應(yīng)的開口擋板；該開口擋板為可活動(dòng)式擋板，開口擋板配置有開口擋板行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；

在殼體的底部設(shè)有多個(gè)排水口，在殼體內(nèi)設(shè)有排水機(jī)構(gòu)，排水機(jī)構(gòu)與各所述排水口相連；

在機(jī)架的各個(gè)邊角處分別配置一個(gè)電動(dòng)高度可調(diào)節(jié)支腿；

管道挖取機(jī)構(gòu)位于所述殼體的前側(cè)，其包括兩個(gè)對(duì)稱布置的管道挖取單元；

兩個(gè)管道挖取單元均安裝于殼體的前側(cè)板上；其中，一個(gè)管道挖取單元位于前側(cè)板上U型槽的左側(cè)，另一個(gè)管道挖取單元位于前側(cè)板上U型槽的右側(cè)；

管道夾緊機(jī)構(gòu)、管道切割機(jī)構(gòu)、管道打磨機(jī)構(gòu)、管道焊接機(jī)構(gòu)以及管道水泥成型機(jī)構(gòu)均設(shè)置于所述機(jī)架的殼體內(nèi)；其中：

管道夾緊機(jī)構(gòu)有兩組，且分別位于殼體內(nèi)管道修復(fù)工位的左側(cè)和右側(cè)；

定義兩組管道夾緊機(jī)構(gòu)分別為一號(hào)管道夾緊機(jī)構(gòu)和二號(hào)管道夾緊機(jī)構(gòu)，兩組管道夾緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同；每組管道夾緊機(jī)構(gòu)均包括夾緊單元、伸縮單元以及橫動(dòng)單元；

其中，夾緊單元和伸縮單元分別有兩組，且每組伸縮單元與一組夾緊單元對(duì)應(yīng)相連；

所述伸縮單元被配置為用于帶動(dòng)相應(yīng)的夾緊單元實(shí)現(xiàn)左右方向的伸出和縮回動(dòng)作；

兩組所述伸縮單元均安裝于所述橫動(dòng)單元上；

橫動(dòng)單元被配置為用于帶動(dòng)每組伸縮單元和夾緊單元組成的整體實(shí)現(xiàn)前后方向的移動(dòng)；

管道切割機(jī)構(gòu)有兩個(gè)，且每個(gè)所述管道切割機(jī)構(gòu)分別通過(guò)一個(gè)管道切割機(jī)構(gòu)行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)安裝于所述一號(hào)管道夾緊機(jī)構(gòu)中的一個(gè)夾緊單元上；

其中，管道切割機(jī)構(gòu)行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于帶動(dòng)相應(yīng)的管道切割機(jī)構(gòu)沿左右方向運(yùn)動(dòng)；

管道打磨機(jī)構(gòu)和管道焊接機(jī)構(gòu)分別有兩個(gè)，且均位于管道修復(fù)工位的上方；

每個(gè)管道打磨機(jī)構(gòu)的上部均設(shè)有第一升降連桿；

第一升降連桿包括第一桿體、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第一螺紋柱以及第一水平滑塊；

所述第一桿體的底部與管道打磨機(jī)構(gòu)相連，第一升降連桿中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝于第一桿體的頂部，該驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸向上并與所述第一螺紋柱相連；

第一桿體為圓形桿體，且第一螺紋柱的直徑大于第一桿體的直徑；

第一水平滑塊的中部設(shè)有螺紋孔，該螺紋孔的直徑與所述第一螺紋柱的直徑相適應(yīng)；

在殼體的頂板上對(duì)應(yīng)每個(gè)第一升降連桿設(shè)置一個(gè)帶有內(nèi)螺紋的第一固定套；

第一固定套為豎向設(shè)置，且第一固定套的內(nèi)螺紋的直徑與所述第一螺紋柱的直徑相適應(yīng)；

在殼體的頂板內(nèi)側(cè)設(shè)置一條沿所述殼體前后方向伸展的第一滑軌；

第一水平滑塊位于所述第一滑軌內(nèi)，該第一水平滑塊配置有第一水平滑塊運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；

每個(gè)管道焊接機(jī)構(gòu)的上部均設(shè)有第二升降連桿；

第二升降連桿包括第二桿體、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第二螺紋柱以及第二水平滑塊；

所述第二桿體的底部與管道打磨機(jī)構(gòu)相連，第二升降連桿中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝于第二桿體的頂部，該驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸向上并與所述第二螺紋柱相連；

第二桿體為圓形桿體，且第二螺紋柱的直徑大于第二桿體的直徑；

第二水平滑塊的中部設(shè)有螺紋孔，該螺紋孔的直徑與所述第二螺紋柱的直徑相適應(yīng)；

在殼體的頂板上對(duì)應(yīng)每個(gè)第二升降連桿設(shè)置一個(gè)帶有內(nèi)螺紋的第二固定套；

第二固定套為豎向設(shè)置，且第二固定套的內(nèi)螺紋的直徑與所述第二螺紋柱的直徑相適應(yīng)；

在殼體的頂板內(nèi)側(cè)設(shè)置一條沿所述殼體前后方向伸展的第二滑軌；

第二水平滑塊位于所述第二滑軌內(nèi)，該第二水平滑塊配置有第二水平滑塊運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；

管道水泥成型機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述開口擋板上；

所述管道水泥成型機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)半圓形成型模以及成型模驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；

兩個(gè)半圓形成型模的底部鉸接，成型模驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有兩組，且每組成型模驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)與一組半圓形成型模相連，且用于帶動(dòng)相應(yīng)的半圓形成型模轉(zhuǎn)動(dòng)；

兩個(gè)半圓形成型模組合時(shí)形成一個(gè)圓形水泥成型模；

在水泥成型模的頂部設(shè)有注漿口；在殼體的頂板內(nèi)側(cè)設(shè)有水泥存放容器，該水泥存放容器底部開口處連接有向下伸展的下料管，該下料管對(duì)準(zhǔn)所述注漿口；

所述管道焊接機(jī)構(gòu)包括圓環(huán)形盤體、盤體開合驅(qū)動(dòng)單元、滑動(dòng)安裝座、焊槍以及焊縫檢測(cè)傳感器；其中，圓環(huán)形盤體由兩個(gè)上部鉸接的半圓環(huán)形盤體組成；

盤體開合驅(qū)動(dòng)單元有兩個(gè)，且每個(gè)盤體開合驅(qū)動(dòng)單元分別與一個(gè)半圓環(huán)形盤體對(duì)應(yīng)相連；

每個(gè)半圓環(huán)形盤體的表面均設(shè)有半圓弧形滑軌，且當(dāng)兩個(gè)所述半圓環(huán)形盤體組合形成所述圓環(huán)形盤體時(shí)，兩個(gè)半圓弧形滑軌組合形成一條圓弧形滑軌；

滑動(dòng)安裝座有兩個(gè)，且均設(shè)置于所述圓弧形滑軌上，每個(gè)所述滑動(dòng)安裝座均配置有用于帶動(dòng)相應(yīng)的滑動(dòng)安裝座沿所述圓弧形滑軌進(jìn)行周向運(yùn)動(dòng)的行走驅(qū)動(dòng)單元；

其中，所述焊槍以及焊縫檢測(cè)傳感器分別安裝于其中一個(gè)所述滑動(dòng)安裝座上；

所述海底油氣管道維修方法，包括如下步驟：

I.1.將海底油氣管道修復(fù)機(jī)器人放置于船上，當(dāng)船到達(dá)待修復(fù)管道的上方時(shí)，將機(jī)器人放入水中，機(jī)器人通過(guò)螺旋槳運(yùn)動(dòng)，配合位置探測(cè)頭，使得機(jī)器人落在管道正上方；

機(jī)器人落地后，各個(gè)高度可調(diào)節(jié)支腿伸長(zhǎng)，機(jī)器人位置升高；

I.2.管道挖取機(jī)構(gòu)通過(guò)螺旋鉆頭疏松管道周圍的地面，將管道從泥土中挖出，利用推土板清理挖出的泥土，推土板上的高壓水管實(shí)時(shí)清理周圍泥土和挖出的管道；

I.3.管道周圍的泥土清理干凈后，各個(gè)高度可調(diào)節(jié)支腿縮回，使得機(jī)器人下降并保持平穩(wěn)，管道經(jīng)由兩個(gè)U型槽以及條形開口進(jìn)入殼體內(nèi)；

I.4.一號(hào)管道夾緊機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)伸縮單元同時(shí)伸出，并帶動(dòng)各自對(duì)應(yīng)的夾緊單元伸出至待修復(fù)管道位置，然后每個(gè)夾緊單元夾緊待修復(fù)管道的一個(gè)位置；

緊接著，同一U型槽擋板的兩個(gè)擋板單元，分別在相應(yīng)的擋板單元行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下向中間靠攏，使得兩個(gè)U型槽分別閉合；

在開口擋板行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，開口擋板向中間運(yùn)動(dòng)，條形開口閉合；

排水機(jī)構(gòu)啟動(dòng)，并通過(guò)排水口將殼體內(nèi)部的水排出；

I.5.利用管道切割機(jī)構(gòu)分別實(shí)現(xiàn)對(duì)管道兩個(gè)不同位置的切割，切割完成后，有一段管道被切割下來(lái)，切割下的管道即為需要被替換的管道；

一號(hào)管道夾緊機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)伸縮單元縮回，切割下的管道被移動(dòng)至管道修復(fù)工位側(cè)部；

I.6.在兩個(gè)第一升降連桿的帶動(dòng)下，相應(yīng)的管道打磨機(jī)構(gòu)下降，當(dāng)?shù)谝簧颠B桿中第一螺紋柱與第一水平滑塊結(jié)合時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)管道打磨機(jī)構(gòu)沿管道方向的位置調(diào)整；

兩個(gè)管道打磨機(jī)構(gòu)分別移動(dòng)至一個(gè)管道切割位置，并分別對(duì)所在切割位置的管道以及管道外側(cè)的水泥保護(hù)層進(jìn)行打磨，打磨完成后，兩個(gè)管道打磨機(jī)構(gòu)分別上升；

I.7.二號(hào)管道夾緊機(jī)構(gòu)將待替換的管道移動(dòng)至管道的切割區(qū)域；其中，在機(jī)器人入水之前，二號(hào)管道夾緊機(jī)構(gòu)上事先夾緊待替換的管道；

I.8.在兩個(gè)第二升降連桿的帶動(dòng)下，相應(yīng)的管道焊接機(jī)構(gòu)下降，當(dāng)?shù)诙颠B桿中第二螺紋柱與第二水平滑塊結(jié)合時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)管道焊接機(jī)構(gòu)沿管道方向的位置調(diào)整；

在第二升降連桿下降過(guò)程中，兩個(gè)半圓環(huán)形盤體處于張開狀態(tài)，當(dāng)管道焊接機(jī)構(gòu)下降至管道位置時(shí)，兩個(gè)半圓環(huán)形盤體閉合，管道被圓環(huán)形盤體包圍；

緊接著，管道焊接機(jī)構(gòu)上的焊槍進(jìn)行周向方向運(yùn)動(dòng)，并對(duì)管道接縫處進(jìn)行焊接，與此同時(shí)，管道焊接機(jī)構(gòu)上的焊縫檢測(cè)傳感器進(jìn)行周向運(yùn)動(dòng)并進(jìn)行焊縫質(zhì)量檢查；

焊接完成后，兩個(gè)半圓環(huán)形盤體張開，然后兩個(gè)管道焊接機(jī)構(gòu)分別上升；

與此同時(shí)，二號(hào)管道夾緊機(jī)構(gòu)松開對(duì)待替換管道的夾持；

I.9.焊接完成后，兩個(gè)半圓形成型模在各自成型模驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下向中間合攏，形成圓形水泥成型模，替換的管道被包裹于水泥成型模內(nèi)；

水泥存放容器的底部開口打開，水泥由下料管下落至圓形水泥成型模內(nèi)；

待水泥成型模內(nèi)水泥干燥后，圓形水泥成型模打開；

I.10.兩個(gè)U型槽擋板以及開口擋板分別移動(dòng)，使得兩個(gè)U型槽以及條形開口分別打開，然后各個(gè)高度可調(diào)節(jié)支腿伸長(zhǎng)，使得管道離開殼體的內(nèi)部，至此，完成管道修復(fù)。