一种海底管道水下施工装置的制作方法

本发明涉及一种海底管道水下施工装置，应用于海底管道水下对接和施工。

背景技术：

海底油气输送管线在长期服役后可能存在缺陷或损伤，需要维修，水下维修具有较高的经济性，是较为先进和经济可行的方法；由于水下施工环境复杂、施工难度大、费用高，且受气候条件影响大，需通过水下机器人或潜水员来完成，因此，在水下维修施工过程中施工装置和机具是重要的环节；海底管线维修时，经常需要管线的连接；中国专利201420813194.2公开了一种管道连接与密封装置，适合用于水下连接管与原管道的连接，其具有操作快接、连接稳固且密封性好的优点，但是由于水下环境复杂，受水深以及条件影响，人工下水施工难度较大且安全性也存在风险；因此目前需要开发一种具有连接管与原管道的准确对接定位功能以及自动上紧螺钉功能的水下施工装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种海底管道水下施工装置，其能够实现海底管线水下维修时的准确定位、连接和固定。

本发明的技术方案是：其包括固定载体以及移动单元、管体夹紧单元、螺栓或螺钉上紧单元；

所述移动单元包括纵移梁托架、纵移梁、调整梁托架、调整梁、滑块、纵移撑臂、纵移液缸、液缸托架、液缸、转臂梁以及定位柱；所述纵移梁托架为两个且上部间隔固定在固定载体上，所述纵移梁位于两个纵移梁托架上且与其构成滑动配合；所述调整梁托架为两个且间隔固定在纵移梁上，所述调整梁位于两个调整梁托架上且与其构成滑动配合；所述调整梁上间隔开有两个斜型长孔，所述滑块为两个并分别安装在对应的斜型长孔内与其构成限位滑动配合，所述滑块上设有贯通的孔；所述液缸托架固定在其中一个所述调整梁托架上，所述液缸纵向布置且其两端分别与液缸托架和调整梁连接；所述转臂梁布置在两个调整梁托架之间，所述转臂梁呈凹槽结构，所述凹槽由下向上包围在所述调整梁外，且所述凹槽的各内表面分别与所述调整梁的对应面之间为间隙配合、所述凹槽的两轴向端部分别与对应的所述调整梁托架之间为间隙配合；所述转臂梁凹槽两侧板上设有孔，且与其对应所述滑块上的孔对准后通过轴连接；所述定位柱为两个且上端分别间隔固定在所述转臂梁的下部；所述纵移撑臂位于所述纵移梁托架的外侧且其上端固定在固定载体上，所述纵移液缸纵向布置且其一端与所述纵移撑臂下端连接、另一端与所述定位柱连接；

所述管体夹紧单元包括转臂、转臂液缸、滑套以及固管架；其中所述转臂、转臂液缸、滑套以及固管架均为四个且分别对应，每两个转臂为一组且两个转臂上端分别通过对应的转臂液缸横向连接其中一个定位柱；所述滑套分别套装在其对应的转臂上且与其构成滑动配合，并通过设置在转臂底部的挡块限位；所述固管架分别连接在其对应的滑套上，且每组转臂上的固管架能够两两相对配合夹紧管体；

所述螺栓或螺钉上紧单元包括两个载体以及安装在每个载体上附属单元；其中所述两个载体分别相对配合固定在其中一组转臂的两个滑套上；所述载体包括半圆环型的载体底板、截面为半圆形的载体立板、半圆环型载环以及导环，所述载体底板固定在所述滑套上，所述载体立板纵向固定在所述载体底板上，所述载环固定在所述载体立板的内圆面上并与所述载体底板保持平行，所述载环上设有与待上紧螺栓或螺钉对应的通孔；所述导环纵向固定在所述载环上，两个载体（12）上的导环（41）相对配合能够形成锥形的内孔；所述附属单元包括压缸撑板、压缸、压板、压板导向环、扳手固定体、转缸以及液压扳手，其中所述压缸撑板为两个且分别上下固定在每个载体的载体立板的外圆面上；所述压板为半环形，所述压板导向环为截面为弧形的立板结构且其纵向固定在所述压板上，所述压板导向环与所述载体立板的外周形状互相吻合且二者之间构成间隙配合；所述压缸为上下对称布置的两个，每个压缸的其中一端均固定在所述压板上，另一端分别与所述上下固定的压缸撑板连接；所述扳手固定体呈半圆环状，所述扳手固定体两端面分别与所述载环和所述压板间隙配合，所述扳手固定体内外弧面分别与导环和载体立板间隙配合，所述液压扳手固定在扳手固定体内；所述转缸上端通过销轴连接到位于上部的压缸撑板上，另一端通过销轴连接到扳手固定体上。

为了实现液压扳手和螺钉（螺栓）的准确定位；所述附属单元还包括凹凸导向环和固定体导向环，二者分别同轴线附在所述载环和扳手固定体相对应的面的外缘上，所述凹凸导向环和固定体导向环均为圆弧形且二者相对的面上均设有能够相互啮合的连续斜面凹槽，所述连续斜面凹槽与待上紧的螺栓或者螺钉数目相对应；所述压缸为单作用液压缸或者气缸，且通过内置的弹簧复位。液压扳手和螺钉（螺栓）的定位原理如下：初始状态，压缸活塞杆在复位弹簧作用下缩回，此时压板在压板导向环的导向下靠在载体立板上，同时凹凸导向环和固定体导向环相对面的连续斜面凹槽正好完全啮合；当连接管与原管体对位完成后，即可启动液压扳手上紧其对应的螺钉，上紧完成后，转缸动作驱动扳手固定体旋转并与载环之间发生相对滑动，此时连续斜面凹槽由啮合状态逐渐相对错开（为了减小阻力，连续斜面凹槽的斜面选择为大斜面），扳手固定体相对轴向移动并推动压板外移，复位弹簧拉伸；当错开到最大位置后，压板在复位弹簧的作用下内移，连续斜面凹槽由逐渐重新回到啮合状态，此时液压扳手又正好对准下一个螺钉，然后进行上紧动作；如此反复，就可以将所有的螺钉（螺栓）对准并上紧。

为了提高整体装置的稳定性，所述滑套和载体底板之间连接筋板，所述两个定位柱之间通过定位柱连架连接。

为了防止螺钉或螺栓上偏，导致受力不均匀而影响连接效果，所述液压扳手成对配置并分别布置在两个成对的载体上，数量为偶数。即两个载体上的相对应的液压扳手同时工作。

本发明通过转臂液缸驱动转臂将管体提起、液缸推拉调整梁移动调整管体高度、纵移液缸使管体在导环的导向下能够准确的与原管体对接、液压扳手在压缸和转缸的配合使用下完成螺栓的拧紧，从而实现海底管线的连接，所有操作均在水面以上完成，保障了水下施工的可靠性和安全性，减小施工难度，降低了水下施工作业费用，具有易操作、安全可靠等特点。

附图说明

图1为一种海底管道水下施工装置示意图

图2为一种海底管道水下施工装置右视图

图3为一种海底管道水下施工装置左视图

图4为凹凸导向环和固定体导向环的配合示意图；

1、压板，2、压板导向环，3、下压缸撑板，4、载环，5、扳手固定体，6、液压扳手，7、固定体导向环，8、原管体，9、转缸，10、压缸，11、上压缸撑板，12、载体，13、转臂Ⅱ，14、定位柱连架，15、液缸托架，16、液缸，17、液缸推板18，、调整梁，19、斜型长孔，20、滑块，21、轴，22、转臂梁23、调整梁托架，24、纵移梁托架，25、纵移梁，26、固定载体，27、纵移撑臂，28、定位柱，29、转臂液缸，30、转臂Ⅰ，31、纵移液缸，2、固管架，Ⅰ33、滑套Ⅰ，34、管体，35、挡块Ⅰ，36、固管架Ⅱ，37、滑套Ⅱ，38、筋板，39、挡块Ⅱ，40、载体底板，41、导环，42、凹凸导向环，43、载体立板。

具体实施方式

现结合说明书附图1-4对本发明作进一步描述：

一种海底管道水下施工装置由压板1、压板导向环2、下压缸撑板3、载环4、扳手固定体5、液压扳手6、固定体导向环7、原管体8、转缸9、压缸10、上压缸撑板11、载体12、转臂Ⅱ13、定位柱连架14、液缸托架15、液缸16、液缸推板17、调整梁18、斜型长孔19、滑块20、轴21、转臂梁22、调整梁托架23、纵移梁托架24、纵移梁25、固定载体26、纵移撑臂27、定位柱28、转臂液缸29、转臂Ⅰ30、纵移液缸31、固管架Ⅰ32、滑套Ⅰ33、管体34、挡块Ⅰ35、固管架Ⅱ36、滑套Ⅱ37、筋板38、挡块Ⅱ39、载体底板40、导环41、凹凸导向环42、载体立板43组成。两个纵移梁托架24和纵移撑臂27均固定在固定载体26上，纵移梁25穿过两个纵移梁托架24，间隙配合；两个调整梁托架23固定在纵移梁25上，调整梁18穿过两个调整梁托架23，间隙配合，调整梁18上开有两个斜型长孔19，斜型长孔19内布置有滑块20，间隙配合，液缸托架15固定在调整梁托架23上，液缸推板17固定在调整梁18上，液缸16的两端通过销轴分别与液缸托架15和液缸推板17连接；转臂梁22布置在两个调整梁托架23之间，上面呈凹形结构，转臂梁22上面的凹槽与调整梁18及转臂梁22两侧与调整梁托架23间均为间隙配合，转臂梁22凹槽两侧板上对应于通过两个斜型长孔19和滑块20位置处设有与轴21配合的孔；转臂Ⅰ30和转臂Ⅱ13均成对配置，上端均通过销轴与转臂梁22下面的耳环连接；两个定位柱28分别布置在对应于成对配置的转臂Ⅰ30和转臂Ⅱ13之间的中间位置，并通过定位柱连架14连接成一体，定位柱28上端固定在转臂梁22的下面，对应于两个转臂Ⅰ30之间设有两个转臂液缸29，两个转臂液缸29一端通过销轴与转臂Ⅰ30连接，另一端通过销轴与定位柱28连接，同样对应于两个转臂Ⅱ13之间也设有两个转臂液缸29，两个转臂液缸29一端通过销轴与转臂Ⅱ30连接，另一端通过销轴与定位柱28连接；纵移液缸31一端通过球铰耳环和销轴与纵移撑臂27连接，另一端通过球铰耳环和销轴与对应于两个转臂Ⅰ30之间的定位柱28连接；滑套Ⅰ33上设有孔，与转臂Ⅰ30间隙配合，固管架Ⅰ32固定在滑套Ⅰ33上，呈K状，与管体34配合；滑套Ⅱ37上设有孔，与转臂Ⅱ13间隙配合，固管架Ⅱ36固定在滑套Ⅱ37上，呈K状，与管体34配合；转臂Ⅰ30和转臂Ⅱ13的下端分别固定有挡块Ⅰ35和挡块Ⅱ39；对应于每个套在转臂Ⅱ13上的滑套Ⅱ37上固定一个载体12，载体12由半圆环型载体底板40、半圆形载体立板43、半圆环型载环4和导环41组成，载体底板40焊接在滑套Ⅱ37上，筋板38焊接在滑套Ⅱ37和载体底板40上，载体立板43固定在载体底板40上，载环4固定在载体立板43内圆面上与载体底板40平行，导环41固定在载环4上，导环41内孔为锥形，与原管体8配合，外圆为圆柱形；凹凸导向环42固定在载环4和载体立板43内圆面上；上压缸撑板11和下压缸撑板3分别固定在载体立板43的外圆面上；压板1和压板导向环2均为半环形，压板导向环2固定在压板1上，与载体立板43间隙配合；对应于每个压板1配置两个压缸10，对称布置，上面的压缸10一端固定在上压缸撑板11上，另一端固定在压板1上，下面的压缸10一端固定在下压缸撑板3上，另一端固定在压板1上；压缸10内置复位压簧，四个对称布置；扳手固定体5呈环状，两端面分别与载环4和压板1配合，内外弧面分别与导环41和载体立板43间隙配合，内侧面的下部（即外缘）固定有固定体导向环7，凹凸导向环42与固定体导向环7均为大斜面的齿形结构，相互啮合；液压扳手6固定在扳手固定体5内，成对配置，分别布置在两个成对的载体（4）上，数量为偶数。；两个转缸9一端通过销轴连接到上压缸撑板11上，另一端通过销轴连接到扳手固定体5上。

具体作业过程为：纵移撑臂27和纵移梁托架24均固定在固定载体26上，纵移梁25布置在两个纵移梁托架24内，可在纵移液缸31的作用下移动；两个调整梁托架23均固定在纵移梁25上，调整梁18布置在两个调整梁托架23内，液缸16推拉调整梁18移动，可使滑块20沿斜型长孔19移动，从而带动轴21、转臂梁22及其上所有部件上下调整；调整梁托架24限制转臂梁18不能纵向移动；四个转臂液缸29一端连接到定位柱28上，另一端分别连接到对应的转臂Ⅰ30和转臂Ⅱ13，可使转臂Ⅰ30和转臂Ⅱ13动作锁紧或松开管体34；载体12及其所有附属单元通过载体底板40和筋板38固定在滑套Ⅱ37上；导环41内孔为锥形，通过载环4固定在载体12上，通过导向使管体34和原管体8准确对位；滑套Ⅰ33、滑套Ⅱ37分别套在转臂Ⅰ30和转臂Ⅱ13上，对位时可上下移动；压缸10一端固定在载环4上，另一端固定在压板1上，通过压板导向环2和载体立板43导向；凹凸导向环42固定在载环4上，与其相对应的固定体导向环7固定在扳手固定体5上，压缸10使固定体导向环7与凹凸导向环42始终啮合；转缸9一端固定上压缸撑板11上，另一端固定在扳手固定体5上，转缸9动作可使扳手固定体5在载体立板43、导环41、凹凸导向环42、固定体导向环7的导向下旋转；作业前，纵移梁25处在左侧位置，纵移液缸31处缩回状态，调整梁18处在右侧、滑块20处在斜型长孔19的最下端、调整梁液缸处缩回 状态，四个转臂液缸29伸出使转臂Ⅰ30和转臂Ⅱ13打开，将管体34（已提前将201420813194.2中公开的连接与密封装置连接在管体上）放置至合适位置后，液缸29缩回锁紧管体34，滑套Ⅰ33、滑套Ⅱ37分别处在转臂Ⅰ30和转臂Ⅱ13最下端，由挡块Ⅰ35和挡块Ⅱ39限位，准备工作完成后，固定载体26下放到水下合适位置并固定后，液缸16动作调整管体34到较为准确位置，再使纵移液缸31动作推移管体34逐渐接近原管体8并达到安装位置，在接近原管体8的过程中，导环41进行导向，固定在滑套Ⅰ33、滑套Ⅱ37上的单元沿转臂Ⅰ30和转臂Ⅱ13滑移；然后液压扳手6在压缸10 的作用下压紧到螺栓上即可拧紧螺栓（即连接与密封装置中的推块螺钉），然后两个转缸9动作，转至下一个要拧紧的螺栓处进行同样的作业，直至拧紧所有螺栓，完成管体34和原管体8的对接，完成后，四个转臂液缸29动作使转臂Ⅰ30和转臂Ⅱ13打开解除对管体34的作用，即可随着固定载体26一起吊出。

本发明采用系列机构组合和油缸相结合的方式，能够在船上借助于监视设备，通过操控油缸完成位置对准，再通过水下液压扳手拧紧螺栓，实现管道的连接和固定，为维修作业提供支持，具有水下操作性强、自动化高、可靠性高等特点，可大大减少对其他施工装备的要求，缩短施工时间，提高作业质量。