一种大型金属管道电化学抛光装置及抛光方法与流程

本发明属于金属管道内壁表面抛光技术和设备领域，涉及一种金属管道电化学抛光装置，具体涉及一种可对大型金属管道内壁进行高效率电化学抛光的装置及抛光方法。

背景技术：

随着我国基础建设项目的大量开展，对不同口径和长度的金属管道需求不断攀升，尤其是近年来我国石油天然气管道建设项目的全面加速推进，对大型金属管道的需求量急剧增加。管道内壁的光滑性十分重要，这是因为管道内壁的粗糙度较大不但会降低流体的传输效率，还容易导致管道内壁上附着沉积物，阻碍流体的流动并加快流体对管道的腐蚀，因此，重要场合的流体传输管道在出厂使用前都需要对管道内壁进行降低表面粗糙度的处理，其中最常用的手段就是抛光处理。目前，工业中对金属管道进行抛光处理的主要手段有喷砂处理、喷丸处理、磨料水射流抛光处理，上述方法比较适合于对数量较少且直径较小的金属管道进行抛光处理，尽管在实际工业生产中已经研发出来了针对批量较多且直径较大的金属管道自动内圆抛光机，但是上述抛光过程需要体积庞大的钢管旋转来实现内壁的自动抛光，属于机械式抛光方法，因此该种方法普遍存在效率低下的问题。在我国对大型石油天然气管道需求量急剧增加的背景下，开发出一种适用于大型金属管道的高效抛光装置迫在眉睫。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种大型金属管道电化学抛光装置及抛光方法。该抛光装置和抛光方法具有效率高、柔性高、结构简单的优势。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种大型金属管道电化学抛光装置，包括支撑管、旋转管、电解液喷射部件、电机部件和行进装置，其中，所述旋转管的长度小于支撑管的长度，旋转管的两端分别通过两个轴承套合安装在支撑管的外侧，旋转管的内壁上设置有第一环状凹槽和第二环状凹槽，第一环状凹槽内设置有第一密封圈，第二环状凹槽内设置有第二密封圈，第一密封圈和第二密封圈将旋转管和支撑管之间的空隙围成第一封闭腔室；

所述旋转管的位于第一密封圈和第二密封圈之间的位置设置有至少一个通孔，第一连接管的一端安装在所述通孔上，第一连接管的另一端安装第一喷头；支撑管的位于第一密封圈和第二密封圈之间的位置设置有一个通孔，第一供液管的一端安装在所述通孔上，第一供液管的另一端通过支撑管的内部管道延伸出支撑管，并与第一供液泵连接；

所述行进装置包括动力轮部件和支撑轮部件，动力轮部件的数量为1个，支撑轮部件的数量为2个，动力轮部件和支撑轮部件形成三角形支撑结构，且动力轮部件和支撑轮部件分别安装在支撑管的两端；

电机部件安装在支撑轮上，电机部件上的摩擦轮与旋转管接触；

所述旋转管采用导电材质制成，通过电刷与电源负极连接。

电解液通过第一供液管进入第一封闭腔室，进而通过第一支撑管和第一喷头喷向待处理的金属管道内壁。电流从外部电解电源阳极通过第二导线→金属管道→电解液→第一喷头→第一连接管→旋转管→电刷→第一导线流回电源阴极，当第一喷头和金属管道间有电流流过时，金属管道作为阳极被溶解。第一电机通过摩擦轮带动旋转管高速旋转，第一喷头沿着金属管道的周向高速旋转，金属管道内壁四周就被电化学抛光，当动力轮带动支撑轮沿着金属管道的轴线运动时，整个金属管道的内部都会被抛光。大大提高了大型金属管道内壁的抛光效率。

优选的，第一连接管的数量为2-6个，第一连接管沿旋转管的径向呈辐射状分布。

优选的，所述旋转管的内壁还设置有第三环状凹槽，第三环状凹槽内设置有第三密封圈，第三密封圈和第二密封圈将旋转管和支撑管之间的间隙围成第二封闭腔室，第二封闭腔室内的旋转管上连接有至少一个第二连接管，第二连接管的另一端连接第二喷头；第二封闭腔室内的支撑管上连接第二供液管，第二供液管的另一端通过支撑管的内部管道延伸出支撑管，并与第二供液泵连接。

第二供液泵与清水源连接，通过第二供液管向第二封闭腔室输送清洗水，并通过第二连接管将清洗水输送至第二喷头，第二喷头将清洗水喷向抛光后的金属管道内壁，对金属管道内壁上的电解液进行清洗，防止金属管道的过腐蚀，同时保证抛光后金属管道内壁的清洁。

进一步优选的，所述第二连接管的数量为2-6个，第二连接管沿旋转管的径向呈辐射状分布。

优选的，所述旋转管的内壁还设置有第四环状凹槽，第四环状凹槽内设置有第四密封圈，第四密封圈和第三密封圈将旋转管和支撑管之间的间隙围成第三封闭腔室，第三封闭腔室内的旋转管上连接有至少一个第三连接管，第三连接管的另一端连接第三喷头；第三封闭腔室内的支撑管上连接供气管，供气管的另一端通过支撑管的内部管道延伸出支撑管，并与供气泵连接。

供气泵可以向第三喷头提供干燥空气，干燥空气对清洗后的金属内壁进行干燥处理，保证金属内壁的及时干燥。

进一步优选的，所述第三连接管的数量为2-6个，第三连接管沿旋转管的径向呈辐射状分布。

优选的，所述动力轮部件包括第一支撑架、第二电机和动力轮，第一支撑架的一端固定在支撑管上，第一支撑架的另一端安装所述动力轮，第二电机安装在第一支撑架上，第二电机通过传动机构与动力轮连接。

进一步优选的，所述第一支撑架上设置有第一升降机构，第一升降机构的升或降，使第一支撑架的长度增加或减少。

通过第一升降机构的动作可对支撑管的轴线高度进行调整，以适应于不同直径的大型金属钢管的内壁抛光，使该抛光装置具有更好的适应性。

优选的，所述支撑轮部件包括第二支撑架和支撑轮，第二支撑架的一端固定在支撑管上，另一端安装所述支撑轮。

进一步优选的，所述第二支撑架上设置有第二升降机构，第二升降机构的升或降，使第二支撑架的长度增加或减少。

通过第二升降机构的动作可对支撑管的轴线高度进行调整，以适应于不同直径的大型金属钢管的内壁抛光，使该抛光装置具有更好的适应性。

更进一步优选的，所述第一升降机构和第二升降机构为液压升降机构。

优选的，两个支撑轮部件位于支撑管的同一横截面上，且两者之间的夹角为45°-90°。

一种大型金属管道电化学抛光方法，包括如下步骤：

1)针对待抛光金属管道的直径，调整动力轮部件和支撑轮部件的高度，使得支撑管的轴线与待抛光金属管道的轴线重合，第一喷头与金属管道内壁的间隙为1-5mm，第二喷头和第三喷头与金属管道内壁的间隙为1-10mm；

2)将金属管道和电刷分别通过第二导线和第一导线与电源的正极和负极连接；

3)旋转管在旋转过程中，第一供液泵将电解液输送至第一喷头，并通过第一喷头喷向金属管道内壁，对金属管道内壁进行电化学抛光；第二供液泵将清洗液输送至第二喷头，并通过第二喷头喷向金属管道，对抛光后的金属管道进行清洗；供气泵将干燥空气输送至第三喷头，并通过第三喷头喷向金属管道，对清洗后的金属管道进行干燥处理。

优选的，步骤2)中，电源的电压为50-500v，电流为0.1-10a。

优选的，所述抛光方法还包括对抛光后电解液废液和清洗液废液进行回收的步骤。

本发明的有益效果是：

(1)效率高。本发明在旋转管的四周安装若干个电解液喷射装置，并且电解液喷射装置可沿着金属管道的内壁高速旋转，喷头作为阴极，金属管道作为阳极，两极之间喷射电解液，当有电流通过时，金属管道内壁表面会被溶解，因此本发明的抛光效率要比传统的机械式抛光的效率高。

(2)柔性高。本发明可适合于不同直径大型钢管的抛光，通过调节升降机构可对支撑管的轴线高度进行调整，此外选择合适长度的连接管可对不同直径的金属管道进行抛光处理。

(3)结构简单。由于电化学抛光属于非接触式的表面处理，相比于机械式抛光，它没有机械作用力，因此装置的机械结构可以做的更加简单。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中剖面a-a的示意图。

图3为图1中剖面b-b的示意图。

图中：1-金属管道，2-支撑管，3-轴承，4-旋转管，5-第一密封圈，6-第二密封圈，7-第三密封圈，8-第四密封圈，9-第一封闭腔室，10-第二封闭腔室，11-第三封闭腔室，12-电解液喷射部件(1201-第一喷头，1202-第一连接管)，13-清洗液喷射部件(1301-第二喷头，1302-第二连接管)，14-干燥气体喷射部件(1401-第三喷头，1402-第三连接管)，15-电机部件(1501-摩擦轮，1502-第一电机)，16-第一供液管，17-第二供液管，18-供气管，19-废液回收管，20-动力轮部件(2001-第一支撑架，2002-第一升降机构，2003-第二电机，2004-动力轮)，21-支撑轮部件(2101-第二支撑架，2102-第二升降机构，2103-支撑轮)，22-电刷，23-第一导线，24-第二导线。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

具体实施方式一：结合图1～图3说明本发明的实施方式，本发明的装置包括支撑管2，轴承3，旋转管4，第一密封圈5，第二密封圈6，第三密封圈7，第四密封圈8，电解液喷射部件12，清洗液喷射部件13，干燥气体喷射部件14，电机部件15，第一供液管16，第二供液管17，供气管18，废液回收管19，动力轮部件20，支撑轮部件21，电刷22。

电解液喷射部件12由第一喷头1201和第一连接管1202构成；清洗液喷射部件13由第二喷头1301和第二连接管1302构成；干燥气体喷射部件14由第三喷头1401和第三连接管1402构成；电机部件15由摩擦轮1501和第一电机1502构成；动力轮部件20由第一支撑架2001，第一升降机构2002，第二动力电机2003和动力轮2004构成；支撑轮部件21由第二支撑架2101，第二升降机构2102和支撑轮2104构成。

动力轮部件20安装在支撑管2的一端，如图3所示，两套支撑轮部件21对称安装在支撑管2的另一端，如图2所示，三个轮子对支撑管2形成稳定的三点式支撑；旋转管4通过两套轴承3安装于支撑管2上；第一密封圈5，第二密封圈6，第三密封圈7，第四密封圈8分别安装于旋转管4内壁的四个密封圈槽内；摩擦轮1501安装于第一电机1502的输出轴上；电机部件15安装于支撑管2上，并使摩擦轮1501与支撑管2外表面压紧接触；电解液喷射部件12、清洗液喷射部件13和干燥气体喷射部件14分别安装于旋转管4的螺纹通孔上；第一供液管16、第二供液管17、干燥气体供气管18分别安装于支撑管2内部通孔上；电刷22一端固定在支撑管2上，另一端压在旋转管4外表面上。

旋转管4为金属材料制作而成，其内壁加工有四圈密封圈槽，分别安装四根密封圈，从而与支撑管2形成第一密封腔9、第二密封腔10和第三密封腔11。

在旋转管4所形成密封腔9的四周加工若干个螺纹通孔，并在所述螺纹通孔上安装若干个电解液喷射部件12，使得第一连接管1202与密封腔9连通；同样，在旋转管4所形成密封腔10的四周加工若干个螺纹通孔，并在所述螺纹通孔上安装若干个清洗液喷射部件13，使得第二连接管1302与密封腔10连通；同样，在旋转管4所形成密封腔11的四周加工若干个螺纹通孔，并在所述螺纹通孔上安装若干个干燥气体喷射部件14，使得支撑管1402与密封腔11连通。

在支撑管2所形成密封腔9的四周加工一个通孔，并在所述通孔上安装第一供液管16，使得第一供液管16与密封腔9连通；同样，在支撑管2所形成密封腔10的四周加工一个通孔，并在所述通孔上安装第二供液管17，使得第二供液管17与密封腔10连通；同样，在支撑管2所形成密封腔11的四周加工一个通孔，并在所述通孔上安装干燥气体的供气管18，使得干燥气体供气管18与密封腔11连通。

第一喷头1201和第一连接管1202为金属材料制作而成，从而使得电刷22与第一喷头1201电导通；动力轮2004和支撑轮2103为绝缘材料制作而成，从而保证整个装置与金属管道1的接触部分电绝缘。

具体实施方式二：所要抛光处理的大型金属管道为钢管，旋转管4上安装两个对称布置的电解液喷射部件12、两个对称布置的清洗液喷射部件13和两个对称布置的干燥气体喷射部件14，旋转管4采用普通钢管加工而成，升降结构2002和升降结构2102为液压升降机构，支撑轮2103和动力轮2004采用普通塑料加工而成，摩擦轮1501为橡胶材料制作而成，与旋转管4表面压实可产生摩擦力带动旋转管4旋转，其他同具体实施方式一。

具体实施方式三：本发明实现大型金属管道电化学抛光的主要步骤为：

步骤一：调整动力轮部件20的第一升降机构2002和支撑轮部件21的第二升降机构2102，使得支撑管2的轴线与金属管道1的轴线重合；

步骤二：选择合适长度的第一连接管1202、第二连接管1302和第三连接管1402，保证第一喷头1201与金属管道1之间的间隙为1～5mm，保证第二喷头1301和第三喷头1401与金属管道1之间的间隙为1～10mm；

步骤三：将废液回收管19、第一供液管16、第二供液管17和干燥气体的供气管18分别与外部废液回收槽的抽液泵、外部电解液槽的供液泵、外部清洗液槽的供液泵和外部干燥气体压力泵连接；

步骤四：将金属管道1和电刷22分别通过第二导线24和第一导线23与电解电源的正极和负极连接，所使用的电解电源为脉冲电源或者直流电源，电压为50v～500v，电流为0.1a～10a；

步骤五：启动外部废液回收槽中的抽液泵、外部电解液槽的供液泵(所使用的电解液为氯化钠)、外部清洗液槽的供液泵(所使用的清洗液为工业用纯净水)和外部干燥气体压力泵(所使用的干燥气体为干燥过的空气)，打开第一电机1502，打开步骤四中的电解电源，启动第二电机2003。

电解液通过第一供液管16进入第一密封腔室9，进而通过第一连接管1202和第一喷头1201喷向金属管道1内壁，当第一喷头1201和金属管道1间有电流流过时，金属管道1作为阳极被溶解，旋转管4在摩擦轮1501带动下做旋转运动，第一喷头1201沿着金属管道1轴线高速旋转，金属管道1内壁四周就被电化学抛光，当动力轮2004沿着金属管道1的轴线运动时，整个金属管道1的内部都会被抛光，此外清洗液喷射部件13向金属管道1内壁喷射清洗液可以对抛光过的表面进行清洗处理，干燥气体喷射部件14向金属管道1喷射干燥气体可对清洗液清洗过的表面进行干燥处理，废液回收管19可对电解液和清洗液进行回收再处理。

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