本发明涉及一种用于海底管道修复的智能封堵器，属于海洋装备技术领域。
背景技术
由于地球上的人类居民增长的越来越快，人类对资源的需求也越来越多，为了生存和发展，人们开始了向海洋进军。而海洋最重要的资源就是石油，由于海洋环境的复杂多变性，海底石油气输送管道在长期服役的过程之中，难免会因潮流、地震、材料缺陷等等原因，而产生输送管道的损坏导致石油气的泄露，使得海洋生态环境受到污染和破坏，甚至危及海上作业人员的人身安全，给社会也会带来极大的负面影响。所以为了能够完成深海海底管道的维修封堵工作，设计生产出一种智能的封堵器成为必要。
智能封堵器可以针对基于液压系统、密封材料、自动控制系统等模块及其产品的测试和整个系统的运动仿真。封堵器的传感器和控制元件需要密封处理，密封材料选用高强聚氨酯材料，电缆要做耐腐蚀处理。封堵器需要一定的运动柔性，各个部件的连接设计成球杆铰连接；封堵器还需要保证液压软管连接的可靠性，设计成内外弹性套筒连接。封堵器所受压强也应该设计合理，为了保证其良好的密封性，进行两级封堵，因为在较大的压强下，封堵器动态性能变差。在设计初期，这些都需要充分考虑，并应选择合理可靠的方法去增加所承受的最大压强和获得良好的精度。
在自膨胀移动式海底管道封堵器的设计中，选用液压缸进行驱动，采用耐腐蚀性耐高压的金属材料，选用高分辨率摄像头是一个较为合理的方案。封堵器可提供370吨的轴向封堵力，它采用液压驱动，可以增加其环境适应能力，便于密封，液压缸缸体采用耐腐蚀，耐高压的金属材料，材料的抗压强度≥540mpa。位置和速度的检测使用数字摄像头，摄像头的最大分辨率达到130万像素，封堵器的移动精度为0.1mm，并配备ccd感光芯片(420线)，半球防护罩，封堵器具有良好的动态性能，弯道处也有良好的密封性能。封堵器前端拥有一个清管器，用于清理管壁以及管中流动的杂质，协助推动封堵机器人进出管道，保证封堵器的正常工作。相对与其他方法而言，该封堵器能智能的运动到泄露处，结构相对简单，能够容易确保很高的精度，动态性能好。本基于液压缸的自膨胀式的海底管道封堵器可以控制移动速度，封堵器能以间歇-停顿方式移动，液压缸良好的性能确保了封堵器的高精度和优异的动态性。
技术实现要素：
本发明的目的是为了提供一种用于海底管道修复的智能封堵器。
本发明的目的是这样实现的：由左至右依次设置左清管器、左密封锁紧机构、连接机构、右密封锁紧机构、右清管器，左密封锁紧机构、右密封锁紧机构上还分别设置有支撑行走机构，
所述左清管器、右清管器结构相同均包括：密封舱、设置在密封舱两端的端盖、设置在外侧端盖上的防撞头、设置在密封舱外表面的支撑刮板、挡板和压板，所述密封舱外表面对称设置有环形凸起，支撑刮板、挡板、压板依次设置在对应的端盖和凸起之间；
所述左密封锁紧机构、右密封锁紧机构结构相同均包括：由执行块和承压头组成的壳体结构、设置在壳体结构内的密封锁紧液压缸、设置在承压头外侧的带有环形凹槽的承压头挡板、设置在承压头外表面的三个伸缩压头、与执行块端面固连的八个锁定爪、与八个锁定爪配合的且设置在承压头外表面的挤压碗、设置在挤压碗和伸缩压头之间的密封圈，所述密封锁紧液压缸的活塞杆与执行块固连，每个伸缩压头通过设置的凸起与环形凹槽配合实现伸缩压头和承压头挡板的定位，八个锁定爪和挤压碗通过燕尾槽实现连接，
所述支撑行走机构包括与执行块固连的左支撑架、与承压头挡板固连的右支撑架、分别设置在左支撑架和右支撑架上的行走轮；
所述连接机构包括设置在左密封锁紧机构的右支撑架、右密封锁紧机构的左支撑架之间驱动液压缸；
左清管器、左密封锁紧机构的左支撑架之间以及右清管器、右密封锁紧机构的右支撑架之间分别通过双球杆铰接连接。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述挤压碗的是设置有八个燕尾槽的锥形结构，八个锁定爪通过执行块的运动沿着挤压碗的锥形面运动。
2.左清管器、左密封锁紧机构的左支撑架之间以及右清管器、右密封锁紧机构的右支撑架之间还设置有保护双球杆的弹性套筒，在连接机构的液压缸外也设置有弹性套筒。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的使环境可达到海平面以下1000米。移动可以依靠密封液压缸实现，不需要额外的液压缸，前后两级封堵器的锁紧机构可分别产生约200吨和150吨的轴向封堵力。位置和速度检测采用摄像头检测，摄像头的最大分辨率为130万像素，所以封堵器可以达到很高的精度。液压缸的负载为1660kn，第一级封堵器主工作压力为40mpa，第二级封堵器的主液压缸工作压力30mpa。
基于自胀移动式的海底管道封堵器是一种智能的管道维修设备，能精准移动到管道破损处并能保证极高的密封性。用于对海底破损的输油管道进行清理、封堵、连接等项目。封堵器在管道中靠液压缸的收缩配合支撑滚轮能智能的移动到管道破损处并进行密封，满足维修设配在研发、生产、使用过程中的需求。管道封堵器具有工作深度大，动态性能好，可控性好等优点。
附图说明
图1是本发明的一种基于自胀移动式的海底管道封堵器的结构示意图；
图2是本发明的清管器的结构示意图；
图3是本发明的密封锁紧机构﹑连接机构﹑支撑行走机构的结构示意图；
图4是本发明的挤压碗的结构示意图；
图5是本发明的锁定爪的结构示意图；
图6是本发明的挤压碗与锁定爪关系的结构示意图；
图7是本发明的伸缩压头的结构示意图；
图8是本发明的伸缩压头与承压头的位置关系的结构示意图；
图9是本发明的弹性软管的结构示意图；
图10是本发明的液压原理图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1至图10，本发明的自帐移动式的个海底管道封堵器主要由清管器1、密封锁紧机构2、连接机构3、支撑行走机构4等组成。清管器用于清理管壁以及管中流动的杂质，协助推动封堵机器人进出管道；支撑移动装置是为了保证支撑移动装置的受力均匀以及运动平稳；连接机构采用了球铰链连接，利用双球杆的转动特性保证封堵器在管道中能够适应各种曲率的弯道；密封锁紧机构是对封堵器的位置进行固定锁死并密封。因为管道内存在杂质附着物、焊接处以及各种不平的凹坑与突起，所以不能将锁紧装置设计成连成一体的整体，而应该设计锁定滑块由圆周上均布的8个锁定爪组成。
自帐移动式的海底管道封堵器由清管器1、密封锁紧机构2、连接机构3、支撑行走机构4组成；其中清管器1由防撞头1-1、支撑刮板1-2、密封舱1-3、双球杆1-4﹑端盖1-5﹑挡板1-6﹑压板1-7、球较盖1-8、球铰座1-9等零件组成。密封锁紧机构2由活塞螺钉2-1、锁定爪2-2、挤压碗2-3、密封圈2-4、伸缩压头2-5﹑承压头2-6、执行块2-7、弹簧2-8、缸盖2-9、活塞杆2-10、弹性定位套筒2-11﹑缸筒2-12﹑承压头挡板2-13等零件组成；连接机构3包括驱动液压缸，具体由活塞螺母3-1、活塞杆3-2﹑密封件3-3﹑球杆3-4﹑活塞3-5、缸筒3-6等零件组成；支撑行走机构4由支撑架弹簧4-1﹑支撑架4-2﹑行走轮4-3等零件组成。为保护连接机构3在其外面套了一个弹性套筒。
工作原理：
封堵器前端的清管器1用于清理管壁以及管中流动的杂质，其中密封舱1-3装有远程操控信号的接受系统。清管器和密封锁紧机构采用球铰链进行连接，利用双球杆1-4的转动特性保证能在管道中适应各种曲率的弯道。4个分别位于密封锁紧机构2两边的支撑行走机构4利用均匀分布在支撑架4-2上的行走轮4-3在管道中移动，轮架与轮使用螺栓连接，在每个轮上都安装了弹性支撑元件弹簧4-1，保证其具有径向自调节功能。密封锁紧机构2中承压器挡板2-12凸起与伸缩压头2-5上的凹槽进行定位，并通过螺栓连接。
清管器1分别位于整个封堵器的两端，通过螺栓依此将防撞头1-1、端盖1-5、支撑刮板1-2、挡板1-6、压板1-7与密封舱1-3连接。另一边需要与支撑行走机构4连接，所以端盖1-5上通过螺栓连接球较座1-9、球较盖1-8连接。
密封锁紧机构2为对称的两个，其中3个伸缩压头2-5均匀的分布在承压头2-6上，伸缩压头2-5通过其顶部的凸起与承压头挡板2-12底部的凹槽定位。密封圈2-4与挤压碗2-3分别套在承压头2-6上，密封锁紧机构2中的液压缸通过螺栓与承压头2-6底部连接。8个锁定爪2-2通过底部的燕尾槽均匀的分布在挤压碗2-3上，可在执行块2-7的推动下沿挤压碗2-3的斜面运动，另一方面通过螺栓与执行块2-7连接，螺栓可在执行块2-7的径向滑道内运动。弹簧2-8套在弹簧定位套筒2-11上，并一起套在执行块2-7的内部支柱上。密封锁紧机构2中的液压缸活塞杆2-10通过活塞螺钉2-1与执行块2-7底部连接。端盖2-9与承压头2-6通过螺栓连接，使其整个液压缸固连在承压头2-6上。
连接机构3中的缸筒3-6的底端通过螺栓与支撑架4-2连接。因为4个球铰座1-9分别位于位于各个机构的端部于其他结构相连，所以球杆3-4为于球铰座1-9里，与右端的密封锁紧机构相连。
封堵器液压系统组成及工作原理大致如下：
1.封堵器液压系统由船上动力系统与控制阀组、中间连接油管、封堵器内部阀组三部分组成，其中中间三根连接油管规格为dn10，64mpa，输送时可用护管拖链结构进行油管保护，拖动负载不大。
2.工作原理
(1)整体进入管道动作，当整个装配体进入管道时换向阀a1和换向阀c2均不带电，回油路封死，中间拉伸器中的液压油不会回流到油箱，因此保证了中间液压缸不会窜动，使整个封堵器能够稳定的移动到达预先测出的需要封堵的位置。
(2)前后两级封堵器的管道锁紧动作，此时，电磁阀1ay、4ay、3ay同时带电，换向阀a1左端接入，液压油经过调压阀a3进入左封堵器的左腔并推动锁紧爪径向移动夹紧，其右腔液压油经换向阀b4右位、调速阀b3回到油箱，这样，左封堵器实现了夹紧动作；同理，换向阀c2左端接入，液压油经调压阀c3进入右封堵器左腔推动锁定爪夹紧，其右腔液压油经换向阀b4右位、调速阀b3回到油箱，同样，右封堵器实现了夹紧动作。
(3)封堵器在管道中的移动动作，以封堵器整体向右运动为例来说明，首先，电磁阀2ay、3ay同时通电，液压油经过调压阀b2的调压作用变成16mpa，此时减压阀b5打开，液压油进入中间液压缸左腔(和减压阀b5平行的单向阀与其并联，故和减压阀b5所受压力相等且受到右封堵器30mpa的压力而不会打开)，同时左封堵器左腔经单向阀、换向阀a1右端与回油连接；此时，液压油进入左封堵器右腔，推动活塞左移实现解锁运动；在解锁运动完成后，中间液压缸左腔推动活塞右移，带动左封堵器向右运动500mm。第二步，同理右封堵器运动。
由于两封堵器的爬行动作需要左封堵器、右封堵器，中间液压缸交替夹紧松开、拉伸运动，单纯的两个机械式液压油路、换向阀和限位、触发机构是无法完成此移动动作的，及中间连接只两根油管是无法满足此封堵器工作要求的，经反复多次讨论设计，至少需要四根油管，由于此液压系统为液压缸往复运动，需要油量较小，油管可选小直径胶管，这样可降低拖动负载。
本发明的基于自胀移动式的海底管道封堵器是根据我国对海底管道维修的实际需要，并结合一般的性能指标条件做出的，满足如下设计要求：
1)装置作深度1000米，具有一定自动化能力，易于安装和实施；
2)装置面以下采用液压方式操控；
3)装置能在不卸压的情况下进行作业。
用于处理海底管道破损的装置主要应用于管道直径φ677mm、水深≤60m。封堵器主液压缸内壁直径d＝250mm、液压杆直径d＝100mm，工作压力40mpa，活塞杆最大行程l取值500mm。如图1～图5所示，封堵器的设计参数为：单个封堵器最大长度为1020mm，封堵器封堵前的最大外径d＝660mm，液压缸壁厚为20mm，封堵器要求的管道最小弯曲半径为7658.5mm。伸出时的速度为0.6m/min，伸出时流量为31.42l/min；缩回时的速度，0.64m/min，缩回时的流量为26.38l/min。中间驱动液压缸活塞杆外径60mm，缸筒内径140mm，活塞最大行程500mm，工作压力16mpa。
1)工作时，首先由外部的送进机构将组装好的封堵器送入管道，在管道内油压或气压的驱动下，封堵器通过支撑行走机构在管道中移动。
2)当封堵器移动到要求的封堵位置时，驱动主液压缸带动承压头4-5和执行器4-8相向运动，其中执行块2-7推动锁定爪2-2沿挤压碗2-3斜面移动，此时8个均布的锁定滑块逐渐径向张开，并与管道接触，完成对封堵器位置的固定。走边的封堵器锁紧机构可提供约370吨的轴向封堵力，右边的封堵器可提供约280吨的轴向封堵力，能够满足设计指标要求。
3)在执行器运动的同时，承压头2-6的运动推动伸缩压头2-5，进而挤压密封圈2-4，使密封圈径向膨胀，与管道内壁接触挤压形成高压密封。前后两个封堵器的密封圈与管道间可分别产生约200吨和150吨的密封作用力。
4)完成水下管道施工作业后，密封锁紧机构2的液压缸使活塞杆伸出，锁定爪2-2和伸缩压头2-5沿着封堵器径向收缩，与管道内壁分离，完成对封堵器的解封动作。
5)固定两个密封锁紧机构中的任何一个，调节两封堵器球铰链连接机构3的液压缸可使另外一个密封锁紧机构移动位置。交替锁定两个锁紧机构，就可使整个封堵装置沿要求的方向移动。