管道防腐层补口方法及一体化补口机与流程

本发明涉及一种带防腐层钢质管道在其对接环向焊缝处的防腐层补口工艺方法及其设备，尤其是在施工现场一次装卸快速连续成型，可用于管沟内外的管道三层pe补口防腐层施工的补口方法及实现这种方法的一体化补口机。

背景技术：

目前，公知的三层pe外防腐钢管在对接环向焊缝处的机械化连续成型管道补口方法是：当防腐管道补口部位预处理完成后，采用先涂装涂料底层，然后缠绕复合带的工艺方法加工成型三层pe补口防腐层。

在管道三层pe补口防腐层成型工艺方法中，各道补口防腐层成型工序是由：钢管加热、底漆涂装、搭边加热、复合带缠绕滚压、补口防腐层加热、补口防腐层滚压所组成；其排列顺序和作业步骤是一种串联工艺方法，即：钢管加热、搭边加热、底漆涂装、复合带缠绕滚压、补口防腐层加热、补口防腐层滚压，或者是：钢管加热、底漆涂装、搭边加热、复合带缠绕滚压、补口防腐层加热、补口防腐层滚压；各道补口防腐层成型工序依其排列顺序和作业步骤沿补口管段环外圆周上周向布置，并使各工序在沿钢管外圆周转动中依序分别连续作业，成型三层pe补口防腐层。

在组成补口方法的各工序中：钢管加热工序是采用电感应加热、火焰直接加热、远红外加热方式中的一种，加热对象和加热部位是对接环向焊缝两侧管口防腐层端部搭接部位的局部圆弧，或者是复合带两侧边缘将搭接部位的局部带长，还可以是对上述两个加热对象同时加热；然后在钢管加热工序围绕补口管段外圆周周向转动中，逐步且连续实现对整个补口钢管段环外圆周的加热。

在组成补口方法的各工序中：底漆涂装工序所采用的涂料是粉末涂料或者是液体涂料中的一种，所采用的涂装方式是与涂料种类相适应的静电粉末喷涂、高压无气喷涂、加热喷涂、辊涂、刷涂、刮涂方式中的一种，底漆涂装是先对补口管段的局部圆弧涂装，然后在底漆涂装工序围绕补口管段外圆周周向转动中，逐步且连续的实现对整个补口管段环外圆周的底漆涂装。

在组成补口方法的各工序中：搭边加热工序是采用远红外加热、电热加热、热风加热、微波加热方式中的一种，加热能源是电源或者是燃料，加热对象和加热部位是对接环向焊缝两侧管口防腐层端部搭接部位的局部圆弧，或者是复合带两侧边缘将搭接部位的局部带长，还可以是对上述两个加热对象同时加热；搭边加热工序在围绕补口管段外圆周周向转动中，逐步且连续实现对将搭接部位的整个圆周部位的加热。

在组成补口方法的各工序中：复合带缠绕滚压工序作业时，复合带先由机械夹持送进，再松开夹持让复合带被自由牵引导向缠绕，然后配合压辊滚压，并在围绕补口管段外圆周周向转动中，以拖动缠绕和滚压的方式实现对补口管段环外圆周进行缠绕和滚压。

在组成补口方法的各工序中：补口防腐层加热工序是采用远红外线加热、电热加热、热风加热、微波加热方式中的一种，加热能源是电源或燃料，先从补口部位已缠绕复合带的补口防腐层外侧局部圆弧开始加热，然后在围绕补口管段外圆周周向转动中，逐步且连续实现对整个补口防腐层的加热。

在组成补口方法的各工序中：补口防腐层滚压工序是采用沿补口管段圆周分布n个圆柱状胶滚，然后在胶滚转动中逐步且连续实现对整个补口防腐层的滚压。

实现补口方法的设备是由一体化补口机和供电、供压缩空气、供环氧涂料、供燃料等通用装置组成，各通用装置与一体化补口机通过电缆、软管相连接，提供三层pe补口防腐层成型作业中所需的电源、气源、环氧涂料和燃料。各通用装置载于管道附近的专用运输机具上便于移动搬迁。

实现补口方法的一体化补口机方案是：一体化补口机整体上是可套装在管道补口部位上的可开合圆环筒形结构，它是由防腐层补口成型的各工序部件、支承转动部件、开合部件、和电刷机构所组合而成的一体化单台设备，并可一次性连续完成管道外补口防腐层的成型加工。

各工序部件围绕补口管段外圆周周向布置并安装在支承转动部件上，支承转动部件套装在补口管段外圆周上且可以围绕补口管段的外圆周转动，当支承转动部件中的转动圈架在动力驱动下围绕补口管段外圆周转动时，安装其上的各工序部件分别依序连续作业，完成三层pe补口防腐层的成型加工。

各工序部件包括钢管加热器、涂装器、搭边加热器、送进导向压合机构、补口层加热器、二次压合辊，以上各工序部件分别依次对应并承担防腐层补口工艺方法中的钢管加热、搭边加热、底漆涂装、复合带缠绕滚压、补口防腐层加热、补口防腐层滚压各工序。

采用本发明的补口方法和一体化补口机作业时，先对管道补口部位进行除锈、除油污、清理杂物等预处理，达到要求后，将一体化补口机套装在钢管上，再将复合带装夹在送进导向机构的夹辊中，连接上软管和电缆后启动一体化补口机，转动机架在圆周导向机构构成的轨道上沿补口管段外圆周转动，安装在转动机架上的各工序部件在连续转动过程中依序在补口部位的管段上完成钢管加热、搭边加热、底漆涂装、复合带缠绕滚压、补口防腐层加热、补口防腐层滚压各工序，在补口管段表面上形成由底漆涂层、胶层和pe的三层结构补口防腐层。

补口防腐层成型后，驱动转动圈架转动到与固定圈架的开合端处于相同位置时打开一体化补口机的固定圈架，将一体化补口机从管道上卸下，完成防腐层补口作业，从而达到单机一次装卸、机械化连续加工成型补口防腐层、提高作业效率的目的。

但是，现有的管道三层pe防腐层补口的机械化一次连续成型补口工艺方法及其一体化补口机存在的问题：一是一体化补口机施工作业速度慢，其原因包括三个方面：一方面是在补口工艺方法中，各工序之间是单纯的串联工序排列，一个工艺循环的时间长，热量散失多；第二方面是，钢管加热工序采用的是钢管局部感应加热方式，其加热效率十分低；第三方面是，补口防腐层加热工序是从复合带外侧对补口防腐层加热，加热时热量是从pe外面向胶层导热，热量传导时间长、热损失大。

二是一体化补口机在管道上安装拆卸时，因补口机开合占用空间范围大，无法用于管沟内管道的机械化补口施工，极大的限制了一体化补口机的适用范围。

技术实现要素：

为了克服现有管道三层pe一体化补口机速度慢，无法在管沟内进行管道防腐层补口施工作业的不足，本发明提供一种小作业空间的快速加热连续成型管道三层pe补口防腐层的补口工艺方法和实现这种方法的一体化补口机，使管道三层pe防腐层补口施工作业时，在仅使用一台一体化补口机设备，一次装卸作业条件下、既能在在管沟上又能在管沟内快速连续完成管道三层pe补口施工。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案，是由管道三层pe补口防腐层的快速加热连续成型的补口方法和实现这种方法的小作业空间一体化补口机方案构成。

实现管道三层pe补口防腐层快速加热连续成型的补口方法是：防腐管道补口部位预处理完成后，防腐层补口工艺方法中各道成型工序包括复合带装夹、钢管加热、底漆涂装、搭边加热、复合带送进、复合带胶面加热及复合带滚压，采用串、并联工序排列的复联系统工艺方法，即总体成型工序排列按照：复合带装夹——三路并联工序步骤——复合带滚压的串联工序步骤作业；其中三路并联工序步骤中的第一路工序步骤排列是钢管加热——底漆涂装——钢管加热、钢管加热——底漆涂装、底漆涂装——钢管加热三种工序排列中的一种；第二路工序步骤排列是搭边加热；第三路工序步骤排列是：复合带送进——复合带胶面加热；

在组成补口方法的各工序中：复合带装夹是由手工完成；

在组成补口方法的各工序中：钢管加热是采用带导磁体的电感应加热方式对钢管段的局部圆弧加热，然后在钢管加热工序围绕补口管段外圆周周向转动中，逐步且连续实现对整个补口钢管段环外圆周的加热；

在组成补口方法的各工序中：底漆涂装工序所采用的涂料是粉末涂料或者是液体涂料中的一种，配套使用与涂料种类相适应的粉末静电喷涂或者高压无气喷涂方法进行作业；当采用高压无气喷涂方法涂装液体涂料时，高压无气喷涂机喷嘴采用溶剂冲洗、压缩空气吹洗、涂料与固化剂的喷嘴内混合、喷嘴外混合方法中的一种，或者是两种以上的组合，避免喷嘴喷涂间歇时的堵塞；

在组成补口方法的各工序中：搭边加热工序是采用远红外加热、电热加热、电热风加热方式中的一种；搭边加热部位分为两处，两处部位分别是管道对接环向焊缝两侧管口防腐层端部将搭接部位的局部圆弧；搭边加热工序在围绕补口管段外圆周周向的转动中，逐步且连续实现两侧管口防腐层端部搭接部位整个圆周环部位的加热；

在组成补口方法的各工序中：复合带送进工序是采用驱动夹持复合带的滚轮滚动的方式来送进复合带，复合带的送进速度与复合带围绕补口管段外圆周周向缠绕的送进线速度一致；

在组成补口方法的各工序中：复合带胶面加热是采用加热源从复合带的胶面侧直接对复合带胶面层进行加热；当各工序在围绕补口管段外圆周周向转动中，复合带连续送进并逐步完成对整个复合带胶面的加热；

在组成补口方法的各工序中：复合带滚压是采用耐高温硅橡胶辊，将要缠绕或已经缠绕到钢管和钢管端防腐层上的复合带挤出气泡并压合粘牢；复合带滚压工序与其它各工序一同在围绕补口管段外圆周周向转动中，逐步且连续的实现对整个补口管段环外圆周的补口防腐层进行滚压。

实现补口方法的小作业空间一体化补口机方案是：一体化补口机整体上是可套装在管道补口部位上的可开合圆环筒形结构，它是包含由支承转动部件、防腐层补口成型的各工序部件、开合锁结构、管缆收放机和电刷机构组合而成的一体化单台设备；

一体化补口机的支承转动部件是可套装在管道补口部位上的可开合圆环筒形结构，它由包括固定圈架、固定支腿、圆周导向机构、驱动机构、转动圈架及圈架滚轮等部件组成；

固定圈架是一体的局部圆弧体形构件，固定圈架内圈侧安装有n个支撑在管道上的固定支腿，固定支腿是支脚式或支轮式中的一种；固定圈架侧面沿圆周安装有圆周导向机构，圆周导向机构由沿固定圈架内外径位置分别布置的两排滚轮组成；固定圈架上还安装有驱动机构，固定圈架顶部安装有管缆收放机，固定圈架侧面安装有电刷机构的碳刷及其压紧弹簧；

一体化补口机所属各工序部件包括钢管加热器、涂装器、搭边加热器、装夹送带机、胶面加热器、压合辊；

在一体化补口机中，钢管加热器是沿补口钢管段环外母线方向布置安装的中频感应加热器，感应加热器对钢管外壁的局部感应加热效率极低，因此在感应加热导体上加装导磁体以提高钢管加热器的加热效率；钢管加热器数量与补口防腐层成型工艺要求的钢管加热工序数量相同；

在各工序部件中，采用的涂装器是粉末静电涂装器、高压无气喷涂机中的一种；

在各工序部件中，搭边加热器是采用远红外加热器、电热加热器、电热风加热器中的一种；搭边加热器为两个，分别布置并安装在补口管段环管口两侧防腐层端部将搭接部位的外侧；

在各工序部件中，装夹送带机为机械驱动夹持在复合带两侧面的夹棍机构，装夹送带机夹棍对数不大于四对；

在各工序部件中，胶面加热器采用远红外加热器、电热加热器、电热风加热器中的一种；胶面加热器布置并安装在复合带的胶面侧；

在各工序部件中，压合辊采用耐高温硅橡胶辊，数量不大于四个；压合辊在沿补口钢管道径向升降和沿管道外圆周转动中来连续且逐步实现对补口防腐层的压合；

在管道一体化补口机中，转动圈架是由转动机架、两个开合臂、滑动臂、圈架铰轴连接构成的圆环筒形四段圆弧构件；转动机架两端通过圈架铰轴与两个开合臂的一端分别铰接，滑动臂则插入其中一个开合臂内与之形成滑动副连接；在滑动臂和与其相对应的另一开合臂相对端分别安装有开合锁构件，以实现一体化补口机在管道上装卸时，转动圈架闭合时的锁合或者打开时的解锁机械动作；转动圈架内圈侧安装有n个支撑在管道上的可伸缩圈架滚轮，并通过可伸缩圈架滚轮在管道外径下半圆周上支撑滚动；

管缆收放机固定安装在固定圈架上，管缆收放机由收放驱动机、管缆卷筒、软管和电缆、拉簧组成；收放驱动机通过机械传动装置传动管缆卷筒，软管和电缆一端缠绕在管缆卷筒上并与补口机外部输入电缆和软管连接，软管和电缆另一端通过拉簧与转动圈架弹性连接；补口机作业时转动圈架转动，拖动软管和电缆从管缆卷筒中放出，转动圈架反向转动时，管缆卷筒在收放驱动机驱动下收纳软管和电缆。

固定圈架由固定支腿安装在待补口管段环外；转动圈架通过圆周导向机构与固定圈架沿管道圆周方向进行导向连接；电刷机构的碳刷安装在固定圈架上并与转动圈架上的电刷环间形成导电滑动连接；固定圈架上安装的驱动机构对转动圈架的机械传动方式为销齿传动、齿轮传动方式中的一种，销齿传动或者是齿轮传动中的主动齿轮为两个分开布置且安装在固定圈架上的同步驱动齿轮，两驱动齿轮间的距离要大于转动圈架闭合时，其滑动臂外径弧弦长加100mm，以满足驱动机构连续驱动转动圈架的要求；

采用本发明的补口方法和一体化补口机作业时，先对管道补口部位进行除锈、除油污、清理杂物等预处理，达到要求后，将一体化补口机套装在钢管补口部位上，连接上软管和电缆后启动一体化补口机，手工将复合带装夹到装夹送带机上，转动圈架沿补口管段外圆周转动，安装在转动圈架上的各工序部件在连续转动过程中，按补口防腐层工艺方法所确定的步骤和工作参数分别完成钢管加热、底漆涂装、搭边加热、复合带送进、复合带胶面加热和复合带滚压各工序，在补口管段表面上形成由底漆涂层、胶层和pe的三层结构补口防腐层；

补口防腐层成型后，驱动转动圈架开口位于管道下方，打开一体化补口机的开合锁机构，缩回滑动臂，张开开合臂，将一体化补口机从管道上吊下，同时清洁喷嘴，完成防腐层补口作业，从而达到在小空间作业条件下，单机一次装卸、快速加热连续加工成型补口防腐层的目的。

本发明的有益效果有三方面，即：一是通过采用串、并联工序排列的复联工艺系统方法，在局部钢管加热中采用加装导磁体的感应加热器，采用对复合带胶面直接加热的工艺方案来实现高效快速的管道三层pe防腐层补口施工；二是通过改进一体化补口机支承转动部件中固定圈架为局部圆弧结构、转动圈架为四圆弧开合、滑动结构来减小补口机在装卸中的开合空间，以使一体化补口机能在管道沟下施工作业，极大的扩大了一体化补口机的使用范围；三是通过采用驱动机构的双轮同步驱动转动圈架传动方案，实现对不完全齿圈或不完全销轮结构的转动圈架的连续驱动。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1是本发明的补口方法原理图。

图2是一体化补口机结构示意图。

图中1.钢管，2.钢管加热器，3.涂装器，4.搭边加热器，5.复合带，6.装夹送带机，7.压合辊，8.胶面加热器，9.导磁体，10.固定圈架，11.固定支腿，12.圆周导向机构，13.驱动机构，14.转动圈架，15.转动圈机架，16.圈架铰轴，17.开合臂，18.圈架滚轮，19.滑动臂，20.开合锁机构，21.收放驱动机，22.管缆卷筒，23.软管和电缆，24.拉簧，25.电刷机构

具体实施方式

在图1、图2所示的实施例中，钢管(1)焊接后相对地面固定，一体化补口机作业时套装在补口部位钢管(1)的外圆周；

固定圈架(10)是一体的局部圆弧体形构件，由其圆周分布安装的2个支轮式固定支腿(11)将其支撑并固定在管道(1)补口部位的外圆周上；固定圈架(10)侧面沿圆周安装有两排圆周导向机构；固定圈架(10)外弧上部位置安装有同步驱动的双主动齿轮驱动机构；固定圈架(10)顶部安装有管缆收放机；固定圈架(10)侧面安装有电刷机构的碳刷及压紧弹簧；

转动圈架(14)是由转动圈机架(15)、两个开合臂(17)、滑动臂(19)、圈架铰轴(16)连接构成的圆环筒形四段圆弧构件；由转动圈架(14)的转动圈机架(15)、两个开合臂(17)、滑动臂构成的圆环外径上为销齿传动的不完全销轮；转动圈机架(15)两端通过圈架铰轴(16)与两个开合臂(17)的一端分别铰接，滑动臂(19)则插入其中一个开合臂(17)内与之形成滑动副连接；在滑动臂(19)和与其相对应的另一开合臂(17)相对端分别安装有开合锁构件(20)，以实现一体化补口机在管道上装卸时，转动圈架(14)闭合时的锁合或打开时的解锁；转动圈架(14)内圈侧安装有多个支撑在管道上的圈架滚轮(18)；

补口机工序部件中的钢管加热器(2)是加装有导磁体(9)的中频电感应加热器，钢管加热器(2)的铜管是沿补口钢管段环外母线方向安装布置；钢管加热器(2)分为两部分，分别布置安装在涂装器(3)前后；涂装器(3)为高压无气喷涂机，其一个喷嘴通过一个往复机构安装在转动圈架(14)上；搭边加热器(4)是电远红外加热器，两部分搭边加热器(4)分别布置在补口管段管口两侧防腐层端部表面；装夹送带机(6)有沿管道外圆周布置的两对夹棍，复合带(5)由同步驱动的两对夹棍夹持并传送；胶面加热器(8)是电远红外加热器，布置在装夹送带机(6)两对夹棍之间并面对复合带(5)胶面布置安装；两个压合辊(7)是耐高温硅橡胶辊，布置在管道(1)外圆周与装夹送带机(6)下位置，两个压合辊(7)可以沿管道(1)径向移动对补口防腐层滚动压合。

管缆收放机由收放驱动机(21)、管缆卷筒(22)、软管和电缆(23)、拉簧(24)组成；收放驱动机(21)通过机械传动装置驱动管缆卷筒(22)，软管和电缆(23)一端缠绕在管缆卷筒(22)上并与补口机外部输入电缆和软管连接，软管和电缆(23)另一端通过拉簧(24)与转动圈架(14)弹性连接；

一体化补口机整体上是可套装在管道(1)补口部位上的可开合圆环筒形结构，固定圈架(10)由两个支轮式固定支腿(11)支撑并座在补口部位的管道(1)外圆周上；转动圈架(14)通过圆周导向机构(12)与固定圈架(10)沿管道(1)圆周方向进行导向连接，并通过可伸缩圈架滚轮(18)在管道(1)外径下半圆周上支撑滚动；各工序部件中的钢管加热器(2)、涂装器(3)、搭边加热器(4)、装夹送带机(6)、压合辊(7)、胶面加热器(8)分别安装在转动圈架(14)上且沿管道(1)外圆周布置；安装在固定圈架(10)上的驱动机构(13)的两个主动驱动齿轮与转动圈架(14)上不完全销轮相互啮合，两个主动驱动齿轮间安装距离大于转动圈架(14)闭合时滑动臂(19)外径弧弦长加100mm；收放驱动机(21)安装在固定圈架(10)的顶上，软管和电缆(23)一端被卷存在管缆卷筒(22)，另一端通过拉簧(24)与转动圈架(14)固定连接；固定圈架(10)侧面安装的电刷机构(25)的碳刷与转动圈架(14)侧板上安装的碳刷环在弹簧作用下滑动电连接。