内壁腐蚀的海洋管道复合材料修复装置及其修复方法

本发明属于深海工程维修，尤其涉及一种内壁腐蚀的海洋管道复合材料修复装置及其修复方法。

背景技术：

1、世界经济的加速发展，加剧了陆地油气资源和矿资源的开发，陆地资源正日益匮乏，丰富的海底资源将成为人类发展需求新的开发方向，当前的海底油气开发与深海采矿开采系统基本是通过管道完成输送：将矿石-海水形成的混合物/石油以一定的速度从开采装备沿着管道输送至海面。其管道凭借耐压、耐腐蚀、耐磨损且适合长距离输送等优点，成为最高效的输送方式。然而，由于海底管道服役环境恶劣复杂且多变，同时受到疲劳、腐蚀等影响。其使用寿命会面临着急剧下降的风险，一旦发生损坏，无法及时修复，将对该海域造成极大的污染和损失。

2、目前，针对海底输管道的修复方式分为传统修复与机器修复。传统的修复方式通过更换受损区域的管道或者钢套加固的方式，延长海洋管道的使用寿命。但现阶段考虑到修复过程中人员安全问题，国内对于油气和矿产资源输送管道的修复方式也进行了研究改进，但技术还不够成熟，现有海洋管道修复较有前景的方法为复合材料修复，即结合水下机器人(rvo)操作，通过修复装置将复合材料缠绕在受损区域，实现修复工作。例如专利文献海底管道缺陷修复管道工具(授权号：cn106979383b),再例如专利文献一种用于海底油气管道复合材料缠绕装置的锁紧机构(授权号：cn219623532u)。

3、如今，在海洋管道修复领域中，上述存在的现有技术的确能解决海洋管道受损问题，提高海洋管道使用寿命，但仍存在以下不足：(1)传统修复，无法克服人员下潜的极限；机器修复，仍需借助人力进行远程操作工作，存在一定误差；(2)只适用同种规格的海洋管道管径尺寸的修复，定制化装置设计，制造成本大；(3)修复过程中海洋颗粒杂质对纤维缠绕影响极大；(4)修复装置只能实现修复，前期对管道的检测、定位、清理，仍需要其他工具配合完成，效率低。因此，根据上述修复技术存在的不足和现有的研究基础，提出一种可实现自主检测、清理、维修的内壁腐蚀海洋管道复合材料修复装置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种内壁腐蚀的海洋管道复合材料修复装置及其修复方法，可解决上述技术问题。采用的技术方案如下：

2、一种内壁腐蚀的海洋管道复合材料修复装置，包括：

3、舱盖12，顶部贯通并安装于舱体21的两端，以供管道2贯穿并安装水囊25，其为一中空结构，其内安装高压水泵26和高压气泵28；

4、所述高压水泵26用于抽取舱体21内的海水，以对水囊25充水；

5、所述高压气泵28用于抽取舱盖12腔体内的气体，并通入气动电磁阀17，以使得舱体21外壳体上的气动电磁阀17输出端伸出，推动舱门14关闭；

6、所述舱门14位于舱体21内，舱体21内部与连接平台23通过螺栓相连，连接平台23为镂空圆柱形结构，舱门14与连接平台23连接，连接部件为弹簧15；

7、及移动模块18、修复模块22和表面处理模块19，通过固定轴2205和螺杆2202连接成一体，均位于所述连接平台23内并依次套设于管道2；

8、所述固定轴2205，其一端固定于表面处理模块19，另一端穿过修复模块22，并固定于移动模块18；

9、所述螺杆2202，其一端固定于表面处理模块19，另一端穿过修复模块22，并固定于移动模块18；所述螺杆2202与修复模块22螺纹连接；

10、其中，所述移动模块18，用于驱动修复装置沿着管道2的轴向移动；所述表面处理模块19用于清理管道2上的受损位置；所述修复模块22用于修复管道2上的受损位置。

11、优选地，所述移动模块18包括：

12、平台框架1801；

13、轮式运动组件，安装在平台框架1801，其包括：驱动电机1802、锥形齿轮1803、传动轴1808、曲柄摇杆1809、滚轮1804、筋板1805和导向机构1807；

14、曲柄摇杆1809的一端铰接于移动平台框架1801内壁，另一端通过深沟球轴承1806与传动轴1808连接；

15、传动轴1808上安装从动锥形齿轮、滚轮1804；

16、筋板1805固定于曲柄摇杆1809，其上的垂直板1810用于安装驱动电机1802；

17、驱动电机1802的输出端连接锥形齿轮1803，锥形齿轮1803与传动轴1808上安装的从动锥形齿轮外啮合；

18、所述导向机构1807用于调整移动模块18的夹持角度。

19、优选地，所述导向机构1807包括：

20、相互铰接的第一连杆和第二连杆，铰接点为c；

21、第一连杆的另一端铰接于筋板1805，第二连杆的另一端铰接于移动平台框架1801上；

22、第二连杆上开设导向槽；

23、及第三连杆，其一端铰接于固定块，固定块固定于移动平台框架1801内壁；其另一端与第二连杆的导向槽适配，并可沿着其内壁移动。

24、优选地，所述表面处理模块19包括：

25、检测清洗平台1907；

26、检测装置和清洗装置，均设置在检测清洗平台1907；

27、沿管道轴向，检测装置位于检测清洗平台1907的一端，清洗装置置位于检测清洗平台1907的另一端；

28、其中，清洗装置包括：

29、若干喷管1904，均固定于检测清洗平台1907的内壁，相邻喷管1904之间通过软管1905连通，其上设有高压喷嘴；

30、进水管1901，与其中一个喷管1904连通，另一端与高压泵29连接；

31、所述检测装置，包括激光测厚仪1906和检测视觉系统1903。

32、优选地，所述修复模块22包括：一号圆环式单元和二号圆环式单元；

33、其中，所述一号圆环式单元为一号圆环式底板；

34、所述二号圆环式单元，包括:

35、修复装置框架2204，与螺杆2202螺纹连接；

36、定位系统20和缠绕机构30，安装于修复装置框架2204；所述定位系统20用于确认管道受损位置；

37、及轴向驱动电机2208和周向驱动电机2206，安装于修复装置框架2204；

38、所述轴向驱动电机2208的输出轴与涡轮2207连接，涡轮2207与螺杆2202外啮合，以驱动螺杆2202转动；

39、所述周向驱动电机2206的输出轴连接主动直齿轮2201以带动主动直齿轮2201旋转，从动直齿轮2203转动设置于修复装置框架2204。

40、优选地，所述缠绕机构30包括：

41、处理框架3006，其一侧设置凸起，卡设于从动直齿轮2203内壁开设的环形槽；其另一侧转动安装纤维储存卷3008；

42、连接轴3001，用于将处理框架3006固定于从动直齿轮2203的端面上；

43、挡板3002，固定于处理框架3006；

44、刮板3005和压缩弹簧3004，挡板3002上安装压缩弹簧3004，压缩弹簧3004连接刮板3005，刮板3005朝向管道2设置。

45、优选地，进一步包括另一移动模块18，其固定于表面处理模块19。

46、一种内壁腐蚀的海洋管道复合材料修复方法，包括以下步骤：

47、s1、装置移动：

48、将修复装置3套在管道2上，整个装置处于初始状态；

49、初始状态状态时：两端舱盖12上的水囊25收缩，高压气泵28开始工作，通过三通阀13将气压传递给气动电磁阀17，气动电磁阀17伸出，保持舱门14开启状态；

50、驱动电机1802运行，利用齿轮传动，实现移动模块18的启动，整个装置开始在管道2上前行；

51、s2、管道壁厚检测：利用表面处理模块19的激光测厚仪1906对管道的壁厚进行检测；

52、s3、判断管道是否有缺陷，若有，检测视觉系统1903会对其记录，并利用检测视觉系统1903将信号传递给定位系统20，同时进行步骤s4；

53、s4、管道表面清理：

54、利用压力泵29将水通过高压喷嘴1902进行喷射到管道2上，实现管道表面的清洗直至激光测厚仪1906无法检测到缺陷，压力泵29停止工作；

55、s5、缺陷定位：当定位系统20再次检测到缺陷位置时，图像检测接收单元2002会根据当前记录的位置图像与检测视觉系统1903传送的信号进行对比确认；当一致时，进入步骤s6；

56、s6、水质更换：

57、修复装置停止移动，高压水泵26连接水囊25使其膨胀，与管道紧密贴合，高压气泵28释放压力，气动电磁阀17产生的推力逐渐减少，弹簧15释放弹性势能推动舱门14关闭；

58、进水过滤系统16启动直至水填充整个舱体；

59、s7、管道修复：

60、周向驱动电机2206、轴向驱动电机2208开始工作，螺杆2202转动形成缠绕机构30沿着管道轴向运动，复合材料纤维在齿轮的转动下随着机构绕着管道包裹，直至定位系统20信号当前记录的位置图像与检测视觉系统1903传送的信号不一致，维修工作结束。

61、与现有技术相比，本发明的优点为：

62、1、在本发明中，针对深海内壁管道腐蚀进行原位修复，在不使用水下机器人的条件下，可自主实现将纤维精确的缠绕在缺陷区域的壳体表面，降低深海维修难度且保证了维修过程中的安全性。

63、2、本发明适用于在区间范围内的腐蚀管道管径的修复工作，也可避免管道连接处的凸出路障形成的阻碍，采用多组轮式机构嵌套在管道一周，可自动实现整体设备沿着管道轴线向前向后自由移动；

64、3、本发明中的舱体，水囊与舱盖组装，利用水囊的膨胀特点将舱盖两端口进行密封，而舱体中的舱身与舱门部分则用弹簧相连，通过弹簧带来的弹性势能对舱身形成密封，处于相对密封状态的舱体利用排水、进水系统，更换水质，解决了修复阶段海水颗粒杂质对纤维缠绕的影响；

65、4、本发明将检测、定位、清理、修复进行一体化设计，利用表面处理模块实现管道故障信号的传递，标记，采用安装在四周的清理装置通过高压喷水同步实现管道全方位清理，避免了人工对管道的清理，齿轮带动纤维缠绕装置实现管道的周向缠绕，螺杆则推动缠绕装置沿着管道上向前移动。