一种带压开孔工具及开孔工艺的制作方法

本发明属于管道带压开孔技术领域，具体涉及一种带压开孔工具及用于有pe内衬管的复合管道的开孔工艺。

背景技术：

带压开孔是一种安全、环保、经济、高效的在役管线维抢修技术，适用于原油、成品油、化工介质、天然气等多种介质管线的正常维修改造和突发事故的抢修(如带压抢修、更换腐蚀管段、加装装置、分输改造等作业)，压力容器和工业管道国家明文规定，内部有压力时，不得进行任何维修，对于特殊生产工艺过程，需要带温带压紧固螺栓时，或者出现紧急泄漏需进行带压密封时，使用单位应当按照设计规定提出有效的操作要求和防护措施，并且经过使用单位技术负责人批准。

随着城镇发展，近年来采用pe内衬管技术非开挖修复的管道越来越多，带有pe内衬管的管道需要新增加支线时无法直接进行开孔操作，需要管道停输和断管。

但是现有技术的带压力开孔工具是通过是否可以手轮可以转动进刀的方法来判断开孔切削是否已完成，这样会导致开孔工具切削完待开孔pe管的顶壁层后迅速滑落至待开孔pe管的底部壁层，导致pe管受损，甚至导致开孔位置因为回弹而错位，影响工作精确度，而且现有技术的开孔刀具没有专门处理切割下来的pe管余料的装置，工作人员需要直接从刀口一侧将余料撬出，这样存在安全隐患。而且其开孔工艺复杂，不安全。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种带压开孔工具及用于有pe内衬管的复合管道的开孔工艺，以解决上述背景技术中提出的问题，通过不停输带压开孔方式实现有pe内衬管的复合管道新增支线开孔。

本发明的技术方案是：

一种带压开孔工具，包括护壳、密封室、电机和传动箱，所述护壳的底部设置有密封室，所述传动箱处设置有给于其动力的电机，所述护壳的顶部设置有手轮，所述手轮的下方固定设置有刀具轴杆，所述刀具轴杆下方固定连接有开孔刀，刀具轴杆通过滑动轴承设置于护壳内，所述手轮的下方设置有刻度管，所述的刀具轴杆的外部套设有刻度管，所述刻度管的外表面固定设置有刻度线，刻度管位于手轮的下方，所述护壳的一侧设置有第一把手，所述密封室的一侧设置有第二把手，所述护壳和密封室的中间设置有齿轮箱，传动箱位于齿轮箱的侧边，齿轮箱内设置有与传动箱连接的传动齿轮，传动箱内设置有与齿轮箱内的传动齿轮连接的传动轴，传动箱内的传动轴与电机连接，所述刀具轴杆分别贯穿护壳、齿轮箱和密封室，所述齿轮箱与密封室的连接处固定设置有第三法兰，所述密封室的下方固定设置第一法兰，所述齿轮箱与传动箱的连接处固定设置有第二法兰，所述传动箱的内部设置有供散热的扇叶。

所述的两段刀具轴杆连接处设置有弹簧，弹簧的两端固定于两段刀具轴杆连接处的两个端部，所述的两段刀具轴杆连接处两个端部中任意一个端部设置非圆形凹槽，则另一个端部上设置有凸出的基座，基座自由端的端部设置有与凹槽相匹配的受力柱，受力柱的高度高于凹槽的深度，受力柱的自由端的端面上设置有主压力传感器，所述的受力柱的自由端的侧面上设置有侧面压力传感器，所述的主压力传感器和侧面压力传感器与控制器信号传输连接。

具体的，所述刻度管与刀具轴杆通过轴承固定连接。

具体的，所述的刀具轴杆上设置有轴杆齿轮，传动箱内部设置有与电机传动连接的主动轴，所述主动轴上设置有与第二从动轴啮合连接的齿轮，第二从动轴端部固定连接扇叶，第二从动轴转动设置于传动箱上；所述的主动轴上的主动齿轮通过第一从动轴上的第二从动齿轮与第一从动轴动力传动连接，第一从动轴上还设置有第一从动齿轮，第一从动齿轮与轴杆齿轮相啮合连接；所述的第二从动齿轮的端部通过轴承连接有复位弹簧，所述复位弹簧的另一端与传动箱的壳体固定连接。

具体的，所述开孔刀包括刀身和偏重钻，所述刀身的顶部设置有固定孔，所述刀身的侧面一周设置有撬孔，所述刀身的内部设置有偏重钻，所述的偏重钻的轴心线与刀身的轴心线重合。

具体的，所述传动箱内设置有护槽，所述第二从动轴贯穿护槽，第二从动轴连接的扇叶位于护槽内，所述的传动箱上设置有散热孔。

具体的，所述第一法兰包括公法兰、母法兰和加强密封圈，所述公法兰的内部设置有环凸，所述母法兰的内部设置有环腔，环凸与环腔相对设置且二者之间设有加强密封圈，所述加强密封圈、环凸和环腔的截面圆环大小完全相等，所述第一法兰、第二法兰与第三法兰的结构组成完全相同。

具体的，所述的开孔工具还包括有声控灯所述的声控灯安装在所述的刀身的内壁上。

具体的，所述的主压力传感器和侧面压力传感器都为无线传输传感器，所述的控制器包括无线接收处理单元、数据处理单元及报警单元，主压力传感器和侧面压力传感器同时将信息传递给控制器的无线接收处理单元，所述的电机与控制器电性连接，控制器的数据处理单元发出启动和停止电机的命令，开始开孔时，控制器的数据处理单元发出启动电机的命令，刀身接近管道外壁的过程中会产生一定压力，所述的主压力传感器将检测到刀具轴杆接近管道外壁的过程中的主压力信息传递给控制器的无线接收处理单元；若主压力传感器检测到的压力数值减小或消失时说明管道开孔成功，控制器的数据处理单元发出停止电机的命令，并发出报警提示；若是进行卡刀时刀具轴杆与凹槽壁接触处的侧面压力传感器传递的压力数值突然增大，同时主压力传感器传递的压力数值也突然增大时，则说明开孔刀发生卡刀情况，需要控制器的数据处理单元发出停止电机的命令，并发出报警提示，进行检修。

使用如上任意权利要求所述的带压开孔工具用于具有pe内衬管的复合管道的开孔工艺，包括如下步骤：

a.降低管道输送压力至带压开孔操作时的安全输送压力；

b.在需要开孔位置的旧管道上划线，将开孔位置的部分旧管道拆除，使pe内衬管裸露出来；

c.将开孔位置周围的pe内衬管外表面进行清理和表面刮毛，使其外表面干净、干燥、有一定粗糙度，达到电熔焊接要求；

d.将预制好的带预埋电热丝、pe鞍座和pe法兰的pe管件放置在开孔位置，使带预埋电热丝、pe鞍座和pe法兰的pe管件上管道中心线与开孔后连接的支线中心线重合，将pe管件固定并施加一定压力；

e.将预制好的带预埋电热丝、pe鞍座和pe法兰的pe管件上预埋电热丝的两端与pe电熔焊接机接线柱连接，按照设定电熔焊接参数进行电熔焊接，使预制好的带预埋电热丝、pe鞍座和pe法兰的pe管件和pe内衬管成为整体；

f.将预制好的管箍套在带预埋电热丝、pe鞍座和pe法兰的pe管件和旧管道拆除部分pe内衬管裸露处，并上紧螺栓；

g.安装支线阀门，支线阀门与带预埋电热丝、pe鞍座和pe法兰的pe管件的pe法兰连接，使支线阀门处于完全打开状态；

h.安装带压开孔工具，将带压开孔工具的第一法兰与支线阀门连接上，检查支线阀门、带压开孔工具安装后的严密性；

i.启动带压开孔工具的电机，控制器接收主压力传感器检测的刀具轴杆在开孔过程中中的压力数值变化信息，按照设定参数完成带压开孔操作，若主压力传感器检测到压力数值减少或消失时说明管道开通，控制器发出停止电机的命令，并发出报警提示；若是进行卡刀时刀具轴承与凹槽壁接触处的侧面压力传感器传递的压力数值大于主压力传感器的数值时，则说明开孔刀发生卡到情况，需要控制器的数据处理单元发出停止电机的命令，并发出报警提示，进行检修；检修完成之后重新启动电机继续进行开孔操作；

j.带压开孔操作完毕后关闭支线阀门，拆除带压开孔工具。

具体的，所述的带预埋电热丝、pe鞍座和pe法兰的pe管件包括pe管，所述的pe管的一端安装有pe鞍座，另一端安装有pe法兰，所述的安装有pe鞍座的pe管一端预埋电热丝。

本发明提供的开孔工具设置有法兰和加强密封圈，不仅便于拆卸和安装，能有效的增强开孔工具连接部位的密封性；设置有刻度管，能够清楚的通过刻度线看到开孔刀切割的深度，工作人员可以在切割的深度逼近待开孔的pe管的壁厚度时来施加限制力，防止没有限制力的情况下开孔工具本身迅速坠落撞击pe管底壁；设置有偏重钻和撬孔，偏重钻能增加开孔刀的稳定性，撬孔能便于工作人员避开道口一侧撬出切割的pe管余料，增加开孔刀的实用性和安全性；设置有能给电机风冷散热的传动箱和平衡中心的把手，提高了开孔工具本身的实用性和稳定性。

本发明提供的开孔工艺主要适用于管道采用pe内衬管修复后需要开孔连接支线而无需停输和断开主管道的支线开孔，是在开孔位置去除部分旧管道，将预制好的带预埋电热丝、pe鞍座和pe法兰的pe管件采用电熔方式焊接在pe内衬管开孔位置上，安装管箍套在pe管件和旧管道拆除部分pe内衬管裸露处，安装支线阀门，安装带压开孔工具，带压开孔操作完毕后关闭支线阀门，拆除带压开孔工具。本发明提供的工具操作方便，开孔精确，使用于带压开孔复合管道的操作工艺中，更加方便，提升了开孔精度。

附图说明

图1是本发明提供的带压开孔工具的结构示意图；

图2是本发明开孔工具开孔施工时连接结构示意图；

图3是两段刀具轴杆连接处的结构放大示意图；

图4是本发明开孔工具的开孔刀的结构示意图；

图5是本发明开孔工具的传动箱的剖视图；

图6是本发明开孔工具的第一法兰的结构示意图；

图7是本发明开孔工具的轴杆齿轮与第一从动齿轮啮合的结构示意图；

图8是本发明开工工艺中控制部分模块示意图；

图9是具体实施方式中侧面压力传感器与受力柱位置关系示意图。

1护壳、2密封室、3电机、4传动箱、5手轮、6刻度管、7刻度线、8第一把手、9第二把手、10弹簧、11第一法兰、12开孔刀、13第二法兰、14刀具轴杆、14-1轴杆齿轮、15管箍、16螺栓、17pe内衬管、18第一从动轴、18-1第一从动齿轮、18-2第二从动齿轮、18-3复位弹簧、19齿轮箱、20第三法兰、21支线阀门、22带预埋电热丝、pe鞍座和pe法兰的pe管件、23pe法兰、31主动轴、32散热孔、41第二从动轴、42扇叶、43护槽、44基座、45侧面压力传感器、46主压力传感器、111公法兰、112母法兰、113加强密封圈、114环凸、115环腔、121刀身、122固定孔、123撬孔、124偏重钻。

具体实施方式

如图1所示为一种带压开孔工具的结构示意图，该工具包括护壳1、密封室2、电机3和传动箱4，所述护壳1的底部设置有密封室2，所述传动箱4处设置有给于其动力的电机3，所述护壳1的顶部设置有手轮5，所述手轮5的下方固定设置有刀具轴杆14，所述刀具轴杆14下方固定连接有开孔刀12，刀具轴杆14通过滑动轴承设置于护壳1内，为了便于工作人员计算切割深度，所述手轮5的下方设置有刻度管6，所述的刀具轴杆14的外部套设有刻度管6，所述刻度管6的外表面设置有刻度线7，所述刻度管6与刀具轴杆14通过轴承固定连接，刻度管6位于手轮5的下方，所述护壳1的一侧设置有第一把手8，所述密封室2的一侧设置有第二把手9，所述护壳1和密封室2的中间设置有齿轮箱19，传动箱4位于齿轮箱19的侧边，齿轮箱19内设置有与传动箱4连接的传动齿轮，传动箱4内设置有与齿轮箱19内的传动齿轮连接的传动轴，传动箱4内的传动轴与电机3连接，所述刀具轴杆14分别贯穿护壳1、齿轮箱19和密封室2，所述齿轮箱19与密封室2的连接处设置有第三法兰20，所述密封室2的下方设置第一法兰11，所述齿轮箱19与传动箱4的连接处设置有第二法兰13，为了实现开孔工具本身的散热性，所述传动箱4的内部设置有供散热的扇叶42。

所述的刀具轴杆14为两段式，所述的两段刀具轴杆14连接处设置有弹簧，弹簧的两端固定于两段刀具轴杆14连接处的两个端部，所述的两段刀具轴杆14连接处两个端部中任意一个端部设置非圆形凹槽，凹槽可以为正四边形、正五边形、正六边形、椭圆形等非圆形状，本具体实施例中凹陷形状为正六边形，如图9所示；则另一个端部上设置有凸出的基座44，基座44自由端的端部设置有与凹槽相匹配的受力柱，受力柱的高度高于凹槽的深度，受力柱的自由端的端面上设置有主压力传感器46，所述的受力柱的自由端的六个侧面上分别设置有侧面压力传感器45，所述的主压力传感器46和侧面压力传感器45与控制器信号传输连接。

所述的刀具轴杆14上设置有轴杆齿轮14-1，传动箱4内部设置有与电机3传动连接的主动轴31，所述主动轴31上设置有与第二从动轴41啮合连接的齿轮，第二从动轴41端部固定连接扇叶42，第二从动轴41转动设置于传动箱(4)上；所述的主动轴31上的主动齿轮通过第一从动轴18上的第二从动齿轮18-2与第一从动轴18动力传动连接，第一从动轴18上还设置有第一从动齿轮18-1，第一从动齿轮18-1与轴杆齿轮14-1相啮合连接；所述的第二从动齿轮18-2的端部通过轴承连接有复位弹簧18-3，所述复位弹簧18-3的另一端与传动箱4的壳体固定连接。第一从动齿轮18-1的倾斜角度与轴杆齿轮14-1的外壁倾斜角度一致，轴杆齿轮14-1的上口半径是第一从动齿轮18-1的上口半径的3倍，且轴杆齿轮14-1和第一从动齿轮18-1的齿距相同、齿形互补。

为了增强开孔刀12的实用性和安全性，开孔刀12包括刀身121和偏重钻124，刀身121为一种合金材质的构件，刀身121的顶部设置有固定孔122，刀身121的侧面一周设置有撬孔123，刀身121的内部设置有偏重钻124，偏重钻124为一种质重的合金材质的构件，所述的偏重钻124的轴心线与刀身121的轴心线重合。

所述传动箱4内设置有护槽43，所述第二从动轴41贯穿护槽43，第二从动轴41连接的扇叶42位于护槽43内，所述的传动箱4上设置有散热孔32。为了增强密封室2的密封性，密封室2的两端分别设置有第一法兰11和第三法兰20，第一法兰11包括公法兰111、母法兰112和加强密封圈113，公法兰111的内部设置有环凸114，母法兰112的内部设置有环腔115，环凸114与环腔115相对设置且二者之间设有加强密封圈113，加强密封圈113、环凸114和环腔115的截面圆环大小完全相等，加强密封圈113为一种聚四氟乙烯材质的构件，第一法兰11、第二法兰13与第三法兰20的结构组成完全相同。

所述的开孔工具还包括有声控灯，所述的声控灯安装在所述的刀身121的内壁上，在进行开工的过程中产生的声音是的声控灯打开，从刀身的空隙可对钻孔情况进行查看。

所述的主压力传感器46和侧面压力传感器45都为无线传输传感器，所述的控制器包括无线接收处理单元、数据处理单元及报警单元，主压力传感器46和侧面压力传感器45同时将信息传递给控制器的无线接收处理单元，所述的电机3与控制器电性连接，控制器的数据处理单元发出启动和停止电机3的命令，开始开孔时，控制器的数据处理单元发出启动电机3的命令，刀身121接近管道外壁的过程中会产生一定压力，所述的主压力传感器46将检测到刀具轴杆14接近管道外壁的过程中的主压力信息传递给控制器的无线接收处理单元；若主压力传感器46检测到的压力数值减小或消失时说明管道开孔成功，控制器的数据处理单元发出停止电机3的命令，并发出报警提示；若是进行卡刀时刀具轴杆与凹槽壁接触处的侧面压力传感器45传递的压力数值突然增大，同时主压力传感器46传递的压力数值也突然增大时，则说明开孔刀12发生卡刀情况，需要控制器的数据处理单元发出停止电机3的命令，并发出报警提示，进行检修。

使用如上任意权利要求所述的带压开孔工具用于具有pe内衬管的复合管道的开孔工艺，包括如下步骤：

a.降低管道输送压力至带压开孔操作时的安全输送压力；

b.在需要开孔位置的旧管道上划线，将开孔位置的部分旧管道拆除，使pe内衬管17裸露出来；

c.将开孔位置周围的pe内衬管17外表面进行清理和表面刮毛，使其外表面干净、干燥、有一定粗糙度，达到电熔焊接要求；

d.将预制好的带预埋电热丝、pe鞍座和pe法兰的pe管件22放置在开孔位置，使带预埋电热丝、pe鞍座和pe法兰的pe管件22上管道中心线与开孔后连接的支线中心线重合，将pe管件22固定并施加一定压力；

e.将预制好的带预埋电热丝、pe鞍座和pe法兰的pe管件22上预埋电热丝的两端与pe电熔焊接机接线柱连接，按照设定电熔焊接参数进行电熔焊接，使预制好的带预埋电热丝、pe鞍座和pe法兰的pe管件22和pe内衬管17成为整体；

f.将预制好的管箍15套在带预埋电热丝、pe鞍座和pe法兰的pe管件22和旧管道拆除部分pe内衬管17裸露处，并上紧螺栓16；

g.安装支线阀门21，支线阀门21与带预埋电热丝、pe鞍座和pe法兰的pe管件22的pe法兰连接，使支线阀门21处于完全打开状态；

h.安装带压开孔工具，将带压开孔工具的第一法兰11与支线阀门21连接上，检查支线阀门21、带压开孔工具安装后的严密性；

i.启动带压开孔工具的电机3，控制器接收主压力传感器46检测的刀具轴杆14在开孔过程中中的压力数值变化信息，按照设定参数完成带压开孔操作，若主压力传感器46检测到压力数值减少或消失时说明管道开通，控制器发出停止电机3的命令，并发出报警提示；若是进行卡刀时刀具轴杆与凹槽壁接触处的侧面压力传感器45传递的压力数值突然增大，同时主压力传感器46传递的压力数值也突然增大时，则说明开孔刀12发生卡刀情况，需要控制器的数据处理单元发出停止电机3的命令，并发出报警提示，进行检修；检修完成之后重新启动电机3继续进行开孔操作；

j.带压开孔操作完毕后关闭支线阀门21，拆除带压开孔工具。

所述的带预埋电热丝、pe鞍座和pe法兰的pe管件22包括pe管，所述的pe管的一端安装有pe鞍座，另一端安装有pe法兰23，所述的安装有pe鞍座的pe管一端预埋电热丝。

本发明提供的开工工艺在步骤h中开孔工具的工作原理是：通过控制器启动电机3，当电机3转动时带动主动轴31转动，主动轴31转动的旋转带动第二从动齿轮18-2旋转，此时第一从动轴18转动，即可通过第一从动齿轮18-1带动转动，第一从动齿轮18-1与刀具轴杆14的套接的轴杆齿轮14-1啮合连接，即可带动刀具轴杆14旋转，当刀具轴杆14下降时会挤压第一从动轴18向后侧移动，然后通过复位弹簧18-3给第一从动轴18一个反作用力，即可实现第一从动齿轮18-1与刀具轴杆14的套接的轴杆齿轮14-1始终处于啮合状态，在动刀具轴杆14带动开孔刀12转动，握住手轮5向下按压，手轮5作用于刻度管6，刻度管6作用于刀具轴杆14，刀具轴杆14作用于开孔刀12使得刀身121和偏重钻124接触待开孔pe内衬管17，通过下坠的刻度管6上的刻度线7计算切割深度并在切割的深度逼近待开孔pe内衬管17的壁厚度时来施加限制力，通过通过刀具轴杆14上设置的主压力传感器46检测施加的压力的变化情况，弹簧10的作用是帮助刀具轴杆14的复位并保护主压力传感器46不被损坏，侧面压力传感器45传递的压力信息可以检测开孔刀12是否发生卡刀情况，若是进行卡刀时刀具轴杆与凹槽壁接触处的侧面压力传感器45传递的压力数值突然增大，同时主压力传感器46传递的压力数值也突然增大时，则说明开孔刀12发生卡刀情况，完成开孔后，取出开孔刀12，通过撬孔123撬出刀身121内部的余料。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。