海管涂层清理装置的制作方法

本发明涉及海洋石油管道的维修设备，更具体地说，涉及一种海管涂层清理装置。

背景技术：

海底管道是海洋油气集输与储运系统的重要组成部分，是投资高、风险大的海洋工程，在海洋油气资源的开发中发挥着重大作用，被喻为海上油气田的“生命线”，海底管道的安全正常运行是海上油气田安全生产的重要保证。

海管的表层通常设有混凝土覆盖层、防腐层(fbe热熔结环氧树脂、cte煤焦油瓷漆等)涂层，随着海底管道运营年限的增加，由于介质腐蚀、波浪、风暴潮、海流、地震等自然环境载荷因素或人为因素的影响，许多海底管道都会有不同程度的损伤。所以在海洋工程领域存在很多海管维修的潜在需求，而海管维修通常需要对海管表面涂层进行清理之后方可继续下一步的维修工作，因此设计一款高效的海管表面涂层清理设备对海底管道的维修乃至深水海洋石油的发展都有着至关重要的意义。

我国海底管道的发展相对于国际上其他国家起步较晚，目前国内约70％的海底管道服役时间尚不足10年，截止2015年国内的海管维修工程不足20例，但是随管道服役期增长及泥沙、潮流、飓风等影响，造成管道破坏，未来的海底管道维修工程会越来越多。

目前我国对海底管道维修的经验和技术都比较欠缺，在以往的海管维修项目中，传统的清理海管表面混凝土配重层的方法主要为水下使用液压切割锯破开混凝土层后配合使用液压风镐或者潜水员直接手持榔头手动敲打剥除混凝土覆盖层。采用传统的液压切割锯方法进行切割清理时，可能因为刀具进给量过深而导致切割到海管钢管本体，从而造成海管本体损伤甚至泄漏事故的发生。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的海管涂层清理装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种海管涂层清理装置，包括：

夹持机构，用于夹持在所述海管外并能沿所述海管的轴向来回移动；

回转架，设置在所述夹持机构上，并可绕所述海管外圈来回转动；

高压喷嘴，设置在所述回转架上，且与所述海管的外圈相对，以在随所述回转架转动时，对所述海管的外壁面的涂层喷射切割。

优选地，所述夹持机构包括夹持主体，所述夹持主体包括断面呈倒置的u形或c形或半圆形的卡口，所述卡口的开口向下扣在所述海管的上侧。

优选地，所述回转架为半封闭结构，呈c形或半圆形，所述回转架卡设在所述海管外，所述高压喷嘴包括两个，并在所述回转架的周向错开180度。

优选地，所述夹持机构上设有弧形轨道以及第一驱动机构，所述弧形轨道设置在所述海管外，并沿所述海管的周向设置，所述第一驱动机构分别与所述弧形轨道和回转架对应配合，以带动所述回转架沿所述弧形轨道绕所述海管外圈转动。

优选地，所述弧形轨道上沿周向设有卡齿，所述第一驱动机构包括支撑座和安装在所述支撑座上的第一驱动马达，所述回转架安装在所述支撑座上，所述第一驱动马达的输出轴与所述弧形轨道上的卡齿啮合，以使所述第一驱动机构带动所述回转架沿所述弧形轨道转动。

优选地，所述支撑座包括沿轴向设置的导向轴，所述回转架可沿轴向来回移动地安装在所述导向轴上；

所述回转架和/或所述支撑座上设有带动所述回转架在所述导向轴上来回移动的第二驱动机构。

优选地，所述夹持机构还包括设置在所述卡口上侧的滚轮、以及设置在所述夹持主体上的抱管机构，所述滚轮与所述海管的上侧配合，所述夹持主体上还设有带动所述滚轮沿所述海管的轴向滚动的第三驱动机构；

所述抱管机构和所述滚轮沿所述海管的周圈间隔分布，以能夹持所述海管将所述夹持主体定位。

优选地，所述抱管机构包括两个抱管单元，两个所述抱管单元和所述滚轮在所述海管的周圈均匀间隔分布，所述抱管单元包括调节组件和设置在所述调节组件上的从动轮，所述从动轮与所述海管相对并能沿所述海管的轴向滚动，所述调节组件调节所述从动轮的位置，以让所述从动轮能抵靠到所述海管上，和所述滚轮抱紧所述海管。

优选地，所述滚轮、从动轮的外侧面沿周圈均设有内凹结构，所述内凹结构的外形与所述海管的外壁面弧形外形对应。

优选地，所述夹持主体上还设有用于检测所述高压喷嘴到所述海管表面的距离的测距传感器、以及根据测得的距离调整所述高压喷嘴到所述海管表面之间的间距的调节单元。

实施本发明的海管涂层清理装置，具有以下有益效果：本发明清理装置的回转架能绕海管外圈转动，高压喷嘴通过管道连接高压水源，使高压喷嘴能在转动过程中实现对海管周圈涂层的切割清理，同时，高压喷嘴和回转架还能随夹持机构在海管的轴向移动，从而能实现海管周圈和轴向全方位的切割清理。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例中的海管涂层清理装置的侧面方向的内部结构示意图；

图2是图1中海管涂层清理装置的回转架和弧形轨道、第一驱动机构配合的轴向结构示意图；

图3是图2中的回转架转动180度后时的结构示意图；

图4是图1中海管涂层清理装置的滚轮、抱管机构夹持在海管周圈时的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1至图3所示，本发明一个优选实施例中的海管4涂层清理装置包括夹持机构1、回转架2以及高压喷嘴3，夹持机构1用于夹持在海管4外并能沿海管4的轴向来回移动；回转架2设置在夹持机构1上，并可绕海管4外圈来回转动；高压喷嘴3设置在回转架2上，且与海管4的外圈相对，以在随回转架2转动时，对海管4的外壁面的涂层喷射切割。

清理装置的回转架2能绕海管4外圈转动，高压喷嘴3通过管道连接高压水源，使高压喷嘴3能在转动过程中实现对海管4周圈涂层的切割清理，同时，高压喷嘴3和回转架2还能随夹持机构1在海管4的轴向移动，从而能实现海管4周圈和轴向全方位的切割清理。

为了减小海管4维修过程中的施工风险，并且提高海管4维修时海管4表面清理效率，清理装置通常采用高压水射流技术，让高压水从高压喷嘴3射到海管4外的涂层。高压水射流可以有效的清除海管4表层的混凝土覆盖层以及cte防腐层，清理装置可以配合引导高压水的射流，又可以夹持稳定在海管4上，必要时能沿着海管4进行爬行运动。

该水下海管4涂层清理装置能引导水射流持续均匀的冲击在海管4表面以便于混凝土层切割，并且清理装置可根据清理材料的不同调整喷射距离，运转位置及运转距离等，十分方便，易于操作，能更加有效的发挥高压水射流的作用。

夹持机构1包括夹持主体11，在一些实施例中，夹持主体11包括断面呈倒置的u形卡口111，卡口111的开口向下扣在海管4上。在其他实施例中，夹持主体11的断面也可呈倒置的c形或半圆形的卡口111，倒置的u形、c形或半圆形结构，可以方便夹持主体11在吊起后从海管4上侧卡合到海管4上。

清理装置可采用左右对称结构设计，使得清理装置在整体吊装入水及水下能保持垂直平衡。当然，在其他实施例中，夹持主体11也可为多个部件拼接连接后套设在海管4周圈。

进一步地，回转架2为半封闭结构，呈c形，回转架2卡设在海管4外。优选地，高压喷嘴3包括两个，并在回转架2的周向错开180度，可在回转架2转动半圈后，实现了高压喷嘴3及高压水管环海管4的360度绕行，即可完成海管4外涂层整圈的切割清理。回转架2来回转动，还可避免连接高压喷嘴3的管道发生缠绕。

在其他实施例中，回转架2也可呈半圆形，当回转架2为半圆形时，两个高压喷嘴3可以分别设置在回转架2的两端，从而在回转架2的周向错开180度。

另外，回转架2也可为多个部件拼装形成的环形结构套设在海管4外圈，这样，回转架2上则可只设置一个高压喷嘴3。当然，当回转架2为半封闭机构或环形结构时，高压喷嘴3的设置数量也可对应的设置多个。高压喷嘴3可采用单喷头工作模式，也可采用双喷头工作模式，高压喷嘴3的工作可采用自动/手动两种工作模式。

夹持机构1上设有弧形轨道12以及第一驱动机构13，弧形轨道12设置在海管4外，并沿海管4的周向设置。弧形轨道12的内径大于海管4的外圈外径，可以在清理切割时零件之间不会发生碰撞。第一驱动机构13分别与弧形轨道12和回转架2对应配合，以带动回转架2沿弧形轨道12绕海管4外圈转动。优选地，弧形轨道12、回转架2轴心与海管4的轴心位置同心，在回转架2转动时保证与海管4外壁面之间的间距均匀。

进一步地，弧形轨道12上沿周向设有卡齿121。第一驱动机构13包括支撑座131和安装在支撑座131上的第一驱动马达132，回转架2安装在支撑座131上，第一驱动马达132的输出轴与弧形轨道12上的卡齿121啮合，以使第一驱动机构13带动回转架2沿弧形轨道12转动。优选地，第一驱动马达132为液压马达。

在其他实施例中，回转架2也可直接安装在第一驱动机构13上，随第一驱动机构13转动。或者，夹持机构1上设有弧形导轨，弧形导轨设置在海管4外，并沿海管4的周向设置，回转架2上沿周向设有卡齿121，第一驱动机构13的输出轴与回转架2的卡齿121啮合，输出轴转动时带动回转架2沿弧形导轨绕海管4转动。

在一些实施例中，为了在夹持主体11不移动的情况下，回转架2也可在海管4的轴向移动，支撑座131包括沿轴向设置的导向轴1311，回转架2可沿轴向来回移动地安装在导向轴1311上。

进一步地，回转架2上设有带动回转架2在导向轴1311上来回移动的第二驱动机构21，通常，第二驱动机构21为油缸，带动回转架2在导向轴1311上移动。在其他实施例中，第二驱动机构21也可设置在支撑座131上，依靠活塞杆等伸缩结构带动回转架2在导向轴1311上来回移动。

结合图4所示，在一些实施例中，夹持机构1还包括设置在卡口111上侧的滚轮14、以及设置在夹持主体11上的抱管机构15。滚轮14与海管4的上侧配合，夹持主体11上还设有带动滚轮14沿海管4的轴向滚动的第三驱动机构16，通常，第三驱动机构16也为油缸，带动滚轮14滚动，滚轮14的滚动带动整个清理装置在海管4的轴向移动。在其他实施例中，也可依靠外部的装置带动清理装置在海管4的轴向移动，滚轮14在移动过程中在海管4上滚动。

优选地，抱管机构15和滚轮14沿海管4的周圈间隔分布，在海管4的周圈形成多点夹紧，以能夹持海管4将夹持主体11定位。通常，在夹持主体11的长度方向上设置两组抱管机构15和滚轮14，保证在海管4上的平衡。

进一步地，抱管机构15包括两个抱管单元151，两个抱管单元151和滚轮14在海管4的周圈均匀间隔分布，形成三点定位夹紧。抱管单元151包括调节组件1511和设置在调节组件1511上的从动轮1512，从动轮1512与海管4相对并能沿海管4的轴向滚动。

调节组件1511调节从动轮1512的位置，以让从动轮1512能抵靠到海管4上，和滚轮14抱紧海管4。调节组件1511可以为油缸等，从动轮1512设置在油缸的活塞杆端部，带动从动轮1512移动。

在需要夹紧时，从动轮1512和海管4外壁面抵紧，和滚轮14在海管4外形成三点夹持，保证夹持的稳定性。当清理装置需要轴向移动时，调节组件1511可以让从动轮1512远离海管4移动进行松脱，在滚轮14滚动时，使从动轮1512可以也沿海管4的轴向移动。

优选地，滚轮14、从动轮1512的外侧面沿周圈均设有内凹结构，内凹结构的外形与海管4的外壁面弧形外形对应，可以让滚轮14、从动轮1512更稳的夹持住海管4的外壁面。在其他实施例中，滚轮14、从动轮1512的外侧面也可为沿轴向设置的直伸面，能保证稳定的夹紧在海管4外即可。

在一些实施例中，夹持主体11上还设有用于检测高压喷嘴3到海管4表面的距离的测距传感器、以及根据测得的距离调整高压喷嘴3到海管4表面之间的间距的调节单元。通常，测距传感器设置在高压喷嘴3上，该位置可根据清理的涂层材料的不同调整喷射距离，实现了清理深度的量化控制。调节单元也可为液压马达传动，带动高压喷嘴3移动。结合第一驱动机构13、第二驱动机构21、第三驱动机构16对应的控制移动速度，可实现海管4表面清理速度的量化控制。

第一驱动机构13驱动回转架2沿弧形轨道12绕海管4转动，第二驱动机构21驱动回转架2单独沿海管4的轴向移动，第三驱动机构16驱动清理装置整体沿海管4的轴向移动，三套驱动可同时进行且互不干扰，从而实现其360°运行及爬行功能。第一驱动机构13、第二驱动机构21、第三驱动机构16的控制系统采用了无级变速系统，能线性增加和减小清理移动的速度。

清理装置上的油缸、管道、马达等可以通过专门的控制阀箱集中控制，使液压管线集成设计，采用快速接头设置，在进行液压管线拆卸和安装时快速便捷。清理装置全套采用防水密封及抗腐蚀设计，使得设备在水下环境能运行良好。

本发明的主要有益效果包括以下几点：

1)效率高：采用液压驱动，可持续运转，相对传统的清理方法可节省大量时间。

2)安全性高：该清理装置可避免人与高压水射流之间接触的风险，并且在应用高压水射流时，由于高压水设备的喷嘴是设计安装在回转架2上的，而回转架2设计固有行程路径为大于海管4外径的圆周，这样在进行清理切割作业时不会发生任何机械碰撞，不存在损坏海底设施的风险，安全系数大大提高。

3)适用性广，该装置可适用的管径范围及可适用的水深范围都较广。

4)方法简单，设备采用液压控制，操作简单。

5)海管4清理效果好，在水下清理时，在液压驱动下夹持机构1带动高压水射流匀速均匀的打击在海管4表面，清理的效果更好。

可以理解地，上述各技术特征可以任意组合使用而不受限制。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。