一种海底管道清理机具的制作方法

本发明属于水下作业领域，具体涉及一种海底管道清理机具。

背景技术

伴随着我国海洋石油天然气开发不断有新的进展与油气产量的逐年增加，如今对于海洋资源开发技术的要求也越来越高。由于进行水下油气的开采是我国海洋能源的重点，因此其开采技术应作为重点研究对象。在海平面以下40米左右的范围内，导管架表面有许多海洋生物(海蛎子、藤壶等)的快速生长繁殖不仅增加了海上平台的重量，也使得平台受海流作用面积增大而带来安全隐患。因此需要定期进行检测和清理。目前，导管架海洋生物的清理主要是由潜水员携带清理设备下潜清理。但海况变化对潜水员存在人身安全隐患，海生物清理工作量极大，人工清理工作效率低，且易破坏导管架表面涂层。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能在水下清理导管架海洋生物的海底管道清理机具。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

一种海底管道清理机具，包括整体框架、框架开合装置、爬行装置、上夹具装置、下夹具装置和清刷盘装置，所述的整体框架包括框架底板、上夹具底板、下夹具底板、框架顶板和导向柱，框架底板与下夹具底板通过垫片固连成一体，所述的导向柱下端固定在框架底板上，导向柱从下到上依次贯穿下夹具底板和上夹具底板与框架顶板固连；所述的爬行装置包括丝杠和螺母，螺母安装在上夹具底板上，丝杠上端与丝杠马达连接，丝杆马达固定在框架顶板上，丝杠下端穿过螺母后通过轴承安装在下夹具底板上；所述的上夹具装置与下夹具装置分别安装在上夹具底板与下夹具底板上；所述的框架开合装置包括开合基座，开合基座两端均连接有开合液压缸，开合液压缸的另一端与导向柱连接；所述的清刷盘装置安装在框架底板下方；所述框架底板、上夹具底板、下夹具底板和框架顶板均包括两个半圆环形板，两个半圆环形板的一端铰接另一端敞开，框架顶板的敞开端带有锁定机构.

本发明还可以包括：

所述的上夹具装置与下夹具装置结构相同均包括两组v形夹具，每组v形夹具通过齿条与开合齿轮啮合，齿条与开合齿轮通过基座安装在上或下夹具底板上；上或下夹具底板上安装有夹具基座，夹具基座上安装有夹具马达和夹具从动齿轮，夹具马达上安装夹具主动齿轮，夹具从动齿轮转轴的两端通过万向节与花键轴组一端连接，花键轴组另一端通过万向节与连杆的一端相连，连杆的另一端通过万向节与开合齿轮相连。

下夹具底板和/或上夹具底板有两层，两层之间通过垫片连成一体并形成间隔，下层的敞开端带有锁定机构。

所述锁定机构包括安装在一个半圆环形板上的两个相互啮合的锁定齿轮和锁定马达，锁定马达与一个锁定齿轮相连，另一个锁定齿轮的轴上安装有锁片，另一个半圆环形板上带有锁定半环形凸台或凹槽。

上夹具底板上设置套筒，导向柱套在所述套筒内。

所述的清刷盘装置包括清刷盘主板和圆刷基座；所述的清刷盘主板上面安装有定位滚轮组和小齿轮组，清刷盘主板下面安装有液压缸、液压马达和滑道，液压马达与小齿轮组相连；所述的圆刷基座上安装有圆刷，圆刷基座通过滑道与清刷盘主板相连，圆刷基座与液压缸相连；所述的框架底板下端设有齿圈轨道，所述的清刷盘装置通过定位滚轮组和小齿轮组悬挂在齿圈轨道上。

本发明的有益效果在于：

本发明设计的一种海底管道清理机具便于设备的调试和控制，可以对不同部分单独测试，可对独立装置改进和升级。本发明便于维修，在不影响其他装置功能的情况下，可对损坏的装置进行维修，能节省大量维护成本。本发明便于安装和拆卸，方便机具的清理和维护。

附图说明

图1是一种海底管道清理机具的整机示意图；

图2是一种海底管道清理机具的正视图；

图3是一种海底管道清理机具的导向柱示意图；

图4是一种海底管道清理机具的整体框架示意图；

图5是一种海底管道清理机具的上夹具装置示意图；

图6是一种海底管道清理机具的下夹具装置示意图；

图7是一种海底管道清理机具的清刷盘装置示意图；

图8是一种海底管道清理机具的框架锁定装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

结合图1至图8，本发明的一种海底管道清理机具包括整体框架10、框架开合装置60、锁定机构70、上夹具装置20、下夹具装置30、爬行装置40、清刷盘装置50。

整体框架包括框架底板76、上夹具底板、下夹具底板、框架顶板77和导向柱11，框架底板与下夹具底板通过垫片78固连成一体，所述的导向柱下端固定在框架底板上，导向柱从下到上依次贯穿下夹具底板和上夹具底板与框架顶板固连。导向柱与其贯穿的每一层底板的连接处都设有用于增加刚度的钢板，钢板通过开螺纹孔连接或者焊接的方式固定在每一层的底板上。

爬行装置包括丝杠41和螺母42，螺母安装在上夹具底板上，丝杠上端与丝杠马达80连接，丝杆马达固定在框架顶板上，丝杠下端穿过螺母后通过轴承安装在下夹具底板上，轴承可以是压力球轴承。上夹具底板有三层，下两层的敞开端带有锁定机构，且这三层之间均通过垫片78连成一体并留有足够的间隔容纳锁定机构，上夹具底板上还安装有套筒79，套筒套在导向柱上从而使上夹具底板可以沿导向柱上下运动。下夹具底板有两层，下层的敞开端带有锁定机构。上夹具装置与下夹具装置分别安装在上夹具底板与下夹具底板上。

框架底板、上夹具底板、下夹具底板和框架顶板均包括两个半圆环形板，两个半圆环形板的一端铰接另一端敞开，框架顶板的敞开端带有锁定机构。锁定机构由第一框架锁定齿轮71、第二框架锁定齿轮72啮合控制，一个第一框架锁定齿轮71的轴上固定连接一个框架锁定马达75，用于控制齿轮的啮合传动，第二框架锁定齿轮72的轴上固定连接一个锁片73，用来和整体框架10另一侧的锁体74配合，完成锁定任务。

框架开合装置包括开合基座62，开合基座两端均连接有开合液压缸61，开合液压缸的另一端与导向柱连接。两个开合液压缸61对称分布在整体框架10的两侧，两个开合液压缸61同时伸出就能让张开的整体框架10闭合，同时收缩就能让闭合的整体框架10张开，这样就实现了整体框架10的开合动作。

清刷盘装置包括清刷盘主板51和圆刷基座57；所述的清刷盘主板上面安装有定位滚轮组53和小齿轮组52，清刷盘主板下面安装有液压缸58、液压马达55和滑道56，液压马达与小齿轮组相连；所述的圆刷基座上安装有圆刷59，圆刷基座通过滑道与清刷盘主板相连，圆刷基座与液压缸相连。框架底板下端设有齿圈轨道54，清刷盘装置通过定位滚轮组和小齿轮组悬挂在齿圈轨道上。

上夹具装置与下夹具装置结构相同均包括两组v形夹具，每组v形夹具通过齿条与开合齿轮啮合，齿条与开合齿轮通过基座安装在上或下夹具底板上；上或下夹具底板上安装有夹具基座，夹具基座上安装有夹具马达和夹具从动齿轮，夹具马达上安装夹具主动齿轮，夹具从动齿轮转轴的两端通过万向节与花键轴组一端连接，花键轴组另一端通过万向节与连杆的一端相连，连杆的另一端通过万向节与开合齿轮相连。

所述上夹具装置20中的上v形夹具28在上夹具齿条27的带动下，通过上开合齿轮26、上夹具齿条27的啮合运动，两个上v形夹具28同时松开；同理，下夹具装置30中的下v形夹具38在下开合齿轮36、下夹具齿条37反向啮合运动的作用下，两个下v形夹具38同时夹紧。此时，在爬行装置40中丝杠41的转动下，通过丝杠41、螺母42的相对运动，固定在上夹具装置20的螺母42就会带动上夹具装置20沿管道轴线向上运动一段距离，随后，上夹具装置20的两个上v形夹具28同时夹紧管道，下夹具装置30的两个下v形夹具38同时松开，在丝杠41、螺母42的相互作用下，丝杠41就会带动包括下夹具装置30在内的整体框架10沿管道轴线向上运动，实现机具沿管道轴线方向的位置调整。

所述的上夹具装置20为自定心夹具装置，通过上夹具马达21带动上夹具齿轮组22啮合传动，依次带动两侧的上夹具万向节23、上夹具花键轴组24及上夹具连杆25，将动力传递给与上开合齿轮26、上夹具齿条27，固定在两侧上夹具齿条27上的上v形夹具28就实现了同时夹紧或者松开的动作。

所述的下夹具装置30为自定心夹具装置，通过下夹具马达31带动下夹具齿轮组32啮合传动，依次带动两侧的下夹具万向节33、下夹具花键轴组34及下夹具连杆35，将动力传递给与下开合齿轮36、下夹具齿条37，固定在两侧下夹具齿条37上的下v形夹具38就实现了同时夹紧或者松开的动作。

由于整体框架10的开合动作，连接件的长度需要随着开合角度的变化而变化，所以靠近上夹具马达21带动的啮合上夹具齿轮组22的连接件实际上是由一个内花键和一个外花键的上夹具花键轴组24构成。靠近下夹具马达31带动的啮合下夹具齿轮组32的连接件实际上是由一个内花键和一个外花键的下夹具花键轴组34构成，这样既保证了连接件长度可以变化，又能保证动力的传递。

所述的清刷盘装置50通过清刷盘主板上51的定位滚轮组53，配合清刷盘主板上两个小齿轮52将清刷盘主板51悬挂定位在下夹具装置30的齿圈轨道54上，并且两个小齿轮52与液压马达55的输出端连接，在液压马达55的带动下，与齿圈轨道54啮合的两个小齿轮52就可以驱动清刷盘主板51实现一周的运动。与清刷盘主板51通过滑道56连接的圆刷基座57在液压缸58的驱动下，可实现圆刷基座57的进给或退回动作，连接在圆刷基座57上的圆刷59也就实现了相对管道的进给或退回动作，从而更好地完成清作业。

本发明的管道清理机具，作业对象为长期处于海水浸泡、海洋生物在表面大量繁殖的水下管道。当机具被放入水下工作时，首先通过rov携带机具到工作位置，然后机具闭合将管道置于机具整体框架中，必要时需要通过上下夹具装置及其爬行装置的配合，使机具在管道上爬行移动到要求清理的起点位置。在到达指定位置后，清刷装置开始工作，完成管道清理工作。上述作业动作通过液压系统来提供动力，最终实现机具的清理功能。

具体的，是通过以下方式实现的：

第一步是通过上位机控制框架开合装置将管道置于机具整体框架中，再控制框架锁定装置将闭合后的整体框架锁定，避免其在作业过程中松开。然后控制上、下夹具装置依次夹紧管道，使机具固定在管道表面上。

第二步通过调整控制上、下夹具装置及其爬行装置，将机具的清刷盘装置运动到要清理的管道的起始位置。

第三步是控制清刷盘装置的进给液压缸，调整圆刷与管道表面的距离，使之达到清理要求，然后控制清刷盘装置，沿齿圈轨道实现管道一周的清理作业。然后控制进给液压缸，将圆刷快退到初始位置，为下一次周向清理做好准备。

第四步是再次调整机具到合适位置，使清刷盘装置50临近上一次清理过的位置，然后再次控制进给液压缸58，调整圆刷59与管道表面的距离，控制清刷盘装置50反向周向运动一周，实现一周的清理。

第五步是重复上述动作，就可以实现机具沿管道轴向方向的清理作业。

根据管道清理机具动作的分解，可以将系统进行模块化编程，系统包括以下几个模块，即机具框架闭合锁定模块、爬行模块、清理模块。其中框架闭合锁定模块包括框架开合装置和框架锁定装置的控制，爬行模块包括上、下夹具装置及其爬行装置的控制，清理模块也就是清刷盘装置的控制。

综上，本发明提供的是一种海底管道清理机具，以满足我国快速发展的海洋石油开采相关配套技术的需求。其意义在于着力解决水下管道海生物清理的技术难题，该机具能降低水下管道海生物清理的费用，提高水下管道清理效率，缩短我国与国外在水下管道海生物清理技术方面的差距。工作原理是机具首先依靠自身的自定心夹具夹紧在管道上，然后控制机具的清刷盘装置清理管道。驱动方式为液压驱动，液压系统采用一个阀箱，将液压系统的液压阀和传感器等元件集成在里面；控制系统采用一个控制舱，下位机控制系统集成在里面；液压阀箱和控制舱集成在机具上；上、下位机控制系统能实现远程遥操作，完成水下清理作业。

本发明的目的是为了提供一种海底管道清理机具，研制出具有自主知识产权的管道清理机具及其相关技术，满足我国水下油气开发的需求，填补国内在水下作业方面的空白，不断缩小我国与世界先进水平之间的差距。

本发明的目的是这样实现的：包括整体框架、设置在整体框架下面的清刷盘装置、设置在整体框架中的上夹具装置和下夹具装置、实现机具沿海桩轴线移动的爬行装置、实现机具整体框架的开合装置、实现框架闭合后的锁定装置；所述清刷盘装置包括清刷盘主板、与安装在清刷盘主板上的液压马达输出端连接的两个小齿轮、设置在清刷盘主板上的滚轮、进给或退回液压缸、设置在清刷盘主板上的进给或退回轨道、设置在清刷盘主板上的圆刷基座、安装在圆刷基座上的液压马达输出端连接的圆刷。所述清刷盘装置可沿周向齿圈轨道实现管道一周的清理作业。再通过上、下夹具装置及其爬行装置的相互协调动作，实现机具沿管道轴线的移动，随后清刷盘装置沿齿圈轨道反向运动一周，再次实现清理作业，不断地重复上述动作，就可实现整个管道的清理作业。机具整体沿管道轴线方向的移动由爬行装置的驱动再结合上夹具装置和下夹具装置的交替松开或夹紧动作来实现。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。