CN104785853A - 一种海底管道切割设备 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种海底管道切割设备，主要包括支撑平台、工作平台、进给导向装置、绞吸泥系统和切割系统等组成部分，其中绞吸泥系统和切割系统设置在圆柱保护罩内，使用时通过母船上的吊放装置将该装备吊起并下放到待切设施附近，包括海洋废弃建筑物和海底管道、海洋平台导管架桩基、井口管汇等海底油气设施。本发明作业时操作灵活，不受待切割物结构形式、材料组成及位姿的限制，是一种非常理想的新型、高效、绿色环保的水下切割机具。

Description

一种海底管道切割设备

技术领域

本发明涉及的是一种切割装置，具体地说是水下切割装置。

背景技术

随着当今世界经济的极速增长，陆上油气资源越来越匮乏。为了寻求和开发新能源，世界各国都把目光瞄向了海洋油气资源。我国海域辽阔，海上油气资源作为海洋经济的重要形式之一，已经成为我国能源供应的一个重要组成部分。在东海、南海等海域都在进行海上油气开发。在油气开发的过程中，人们不再仅仅满足于传统海洋产业的起步层面上，各国都加快了进一步开发海洋资源的步伐。20世纪60年代以来海上石油的开发进入了高潮，海上建起了千百座导管架平台和其它海洋工程设施。这些海洋工程设施为人类社会的发展带来了巨大的能源财富。现在，随着时间的推移和资源的枯竭,海上结构物逐步完成了它们的历史使命。废弃的海洋工程设施不能裸露在海床上，必须在泥面以下进行切割，如何合理合规的处置这些海洋结构物,已经摆到油田开发者的面前。

海上石油平台的拆除和海底管道切割是一个巨大的水下施工工程，这是由它的工作性质所决定的。该工程现代技术含量高、整个作业操作流程复杂、涉及专业领域广泛、工程时间长并且要受到经济、技术、安全、环境保护等多种因素的制约，是一项极具危险性的工程，绝不能将其等同为安装建造过程时的简单逆向操作，除此之外，对海洋环境而言，该工程本身也是一个潜在的污染源，一旦发生事故，将造成巨大的损失。

由于海洋废弃工程设施的结构以及外部环境比较复杂，并且很多海洋废弃工程设施的结构都是埋在海底泥沙以下，为了适应海上工程的需要以及海洋法的规定，必须及时拆除海洋废弃工程设施，并且应在泥面以下进行切割。

发明内容

本发明的目的在于提供能够适应海底泥面以下切割作业特殊工况的一种海底管道切割设备。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种海底管道切割设备，其特征是：包括支撑平台、工作平台、进给导向装置、切割系统，支撑平台和工作平台之间安装姿态调整液压缸，工作平台上设置导轨和进给液压缸，进给导向装置包括进给单元，进给单元包括固定在一起的驱动支架和支撑架，驱动架安装在工作平台的导轨上并与进给液压缸的输出端相连，驱动支架和支撑架外部分别安装上保护罩和下保护罩，切割系统包括切割机架、串珠绳、张紧装置、主运动装置、串珠绳进给装置、导向轮，张紧装置包括张紧丝杠、张紧丝杠螺母、张紧轮支架、张紧轮，张紧轮安装在张紧轮支架上，张紧轮支架固定在张紧丝杠螺母上，张紧丝杠与张紧丝杠螺母配合，张紧丝杠安装在支架导轨上，主运动装置包括主动轮、切削马达，切削马达连接主动轮，串珠绳进给装置包括进给马达、丝杠、丝杠螺母，丝杠螺母固定在支架导轨下方，丝杠与丝杠螺母配合，进给马达连接丝杠，所述的导向轮有两个，主动轮、张紧轮以及两个导向轮分别位于切割机架的四个角上，串珠绳绕在主动轮、张紧轮以及两个导向轮上，切割机架与丝杠螺母相连，工作平台上设置进给圆导轨，切割机架上设置套在进给圆导轨上的套环。

本发明还可以包括：

1、还包括绞吸泥系统，绞吸泥系统包括绞吸泥单元，绞吸泥单元包括安装在支撑架里的铰刀、液压驱动马达、渣浆泵以及泵驱动马达，液压驱动马达连接铰刀，泵驱动马达连接渣浆泵，渣浆泵连接排泥管道。

2、所述的进给导向装置包括两组进给单元，所述的绞吸泥系统包括两组绞吸泥单元，一组进给单元与一组绞吸泥单元配合，与之匹配的工作平台上的导轨和进给液压缸也分别包括两个。

本发明的优势在于：本发明放到海底预定位置并调整好姿态以后，首先由进给液压缸带动驱动架进而使进给导向装置向下进给，逐渐靠近被切管道两侧的泥面；然后再发挥该设备绞吸泥系统的功能，将埋在管道附近的泥沙清除掉，进给导向装置继续下行，进入绞吸泥系统形成的千斤洞内，为切割系统开辟出一条通道；最后由切割系统完成泥面以下结构物的切除作业。该设备底座由吸力锚固定在海床上，与海床表面接触面积大，受力均匀，结构上保证了切割过程中的稳定性和可靠性，此外可以在底座上姿态调整液压缸的控制下调整工作平台的姿态，操作方便。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的绞吸泥系统结构示意图；

图3为本发明的切割系统结构示意图；

图4为本发明切割系统张紧装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～4，本发明主要包括支撑平台1、工作平台2、进给导向装置3、绞吸泥系统4和切割系统5等组成部分。在切割管道之前，首先通过吊放装置与该切割装备的起吊装置15相连，将该装备下放到到海床的预定位置上，由吸力锚13将该装备固定在海底；然后启动液压控制系统，控制支撑平台1上的姿态调整液压缸12将工作平台2调整到合适的姿态，为切割作业做好准备；接着，使工作平台2上的进给液压缸21开始工作，推动进给导向装置3，连同其上的绞吸泥系统4和切割系统5沿着工作平台2上导轨22向泥面进行移动，当绞吸泥系统4接近泥面后，进给液压缸21减速进给，绞吸泥系统4开始工作，将海洋废弃设施附近海床下的泥沙或淤泥等绞碎呈泥浆状，通过排泥管道输送到海底，为半圆式机架35及切割系统5进入泥面以下形成通道，同时半圆式机架35在进给液压缸21的缓慢推动下进入泥下通道，圆柱保护罩32到达预定位置后，切割系统5开始启动，主运动装置51和切割机架54在进给装置53的推动下，沿圆柱保护罩32形成的无泥沙圆柱空间向泥面以下运动，对海洋废弃工程设施进行泥下切割作业。该装备的主要特点在于能在泥面以下对海洋废弃建筑设施进行切割作业，可以大幅降低海底切割作业的复杂性，提高作业效率，并可节省大量的人力与物力。该装备是一种新型的、绿色的海底切割作业装备。

该装备主要包括支撑平台1、工作平台2、进给导向装置3、绞吸泥系统4和切割系统5等组成部分，其中绞吸泥系统4和切割系统5设置在圆柱保护罩32内，使用时通过母船上的吊放装置将该装备吊起并下放到待切设施(包括海洋废弃建筑物和海底管道、海洋平台导管架桩基、井口管汇等海底油气设施)附近。该设备作业时操作灵活，不受待切割物结构形式、材料组成及位姿的限制，是一种非常理想的新型、高效、绿色环保的水下切割机具。

支撑平台1是该切割装备的基座，主要起支撑和保持装备作业稳定性的作用。支撑平台底座11直接与海床表面接触，并保证足够的强度、刚度以及尽量大的接触面积，使受力均匀，支撑平台11四角分别安装了吸力锚13，使其“生根”在海底，确保整机作业的稳定性，同时能起到一定的吸震作用。支撑平台1上安装有姿态调整液压缸12，切割设备不工作时，姿态调整液压缸12活塞杆回缩，工作平台2水平放置，切割设备工作时，姿态调整液压缸12活塞杆伸出，驱动工作平台2绕着底部绞接装置14进行旋转，达到预定姿态时，姿态调整液压缸12处于保压状态，支撑工作平台保持稳定的工作姿态，为该装备的绞吸泥作业和切割作业创造有利条件。

工作平台2可在姿态调整液压缸12的控制下调整工作姿态，是进给导向装置3、绞吸泥系统4和切割系统5的工作平台。其上设置有进给液压缸21和矩形导轨22，进给液压缸21可推动进给导向装置3沿着矩形导轨22向泥面运动。

进给导向装置3对称布置在工作平台两侧，呈圆筒形状(上、下保护罩)，筒壁内侧设置有串珠绳进出的通道，通道的边缘安装有橡胶密封条321，以保证大颗粒泥沙不进入进给导向装置3中，对安装在其中的切割系统5提供保护。该装置包括驱动架31、上保护罩、下保护罩32(图1中将上保护罩隐藏了)、隔板33和支撑架34等。驱动架31和支撑架34通过螺栓相连接，安装在工作平台2上，承受上下保护罩以及进给马达532、变速装置533的重量，同时，驱动架31可以在进给液压缸21的驱动下沿着矩形导轨22向下进给，带动绞吸泥系统4和切割系统5逐渐靠近被切管道，为切割作业做好准备。

设置隔板33可以将切割系统5的串珠绳进给装置53的驱动部分与主运动装置52隔开，便于各部件的安装。此外，隔板通过连接杆圆导轨536与进给圆导轨535相连，便于整个系统在进给导向装置3上往复移动。

考虑了被切割结构物埋于海底泥面以下的特殊工况，在进给导向装置3接近泥面的端部设置了一对绞吸泥系统4，以便为进给导向装置3开通泥面以下的千斤洞通道，保证其顺利进入泥面以下预定深度，为切割系统5形成作业通道。绞吸泥系统4主要包闭式括绞刀41、一对内啮合齿轮42、联轴器43、传动轴44、液压驱动马达45、渣浆泵46以及泵驱动马达47等。

在切割管道之前，绞刀驱动马达45通过联轴器43、齿轮42驱动着绞刀41高速旋转，绞刀将待切割结构物附近淤积的泥沙绞散，同时渣浆泵46在马达47的驱动下将绞刀41绞散的泥水混合物及时抽吸出，通过排泥管道将其排放的海底，形成进给导向装置3进入的千斤洞。

切割系统5采用金刚石串珠绳作为切割工具，被安装在进给导向装置3内，主要包括张紧装置51、主运动装置52、串珠绳进给装置53以及切割机架54、串珠绳55、导向轮56。

金刚石串珠绳张紧装置51主要包括张紧丝杠511、张紧丝杠螺母512、张紧轮支架513和张紧轮514，张紧轮514安装在张紧轮支架513上，张紧轮支架513固连在张紧丝杠螺母512上，并可在支架导轨5131上移动，当张紧丝杠511旋转(但不做轴向移动)时，张紧轮514在张紧丝杠螺母512、张紧轮支架513上的带动下可沿着支架导轨5131往复移动，实现串珠绳的张紧和放松。

主运动装置主要包括主动轮521、切削马达522和传动装置523，切削马达522通过传动装置523驱动主动轮521高速旋转，进而带动串珠绳55高速循环运动。

主动轮521、张紧轮514以及导向轮56分别安装在切割机架54的四角上，串珠绳55绕在四个轮子上，并张紧。切割机架54与串珠绳进给装置53上的丝杠螺母531相联接，当进给马达532驱动变速装置533使进给丝杠534转动时，丝杠螺母531可带动切割机架54沿进给圆导轨535往复运动，实现串珠绳55的进给与回退。

切割系统5放置在进给导向装置3的上下保护罩围成的圆筒内，切割系统5可沿着上、下保护罩在泥面以下形成的通道中实现串珠绳55对泥面以下结构物的切割作业。

该切割装备中，支撑平台1作为该设备的基座，直接与海床表面接触；其上的姿态调整液压缸12一端与支撑平台底座11铰接，另一端与工作平台2铰接；起吊装置15与吸力锚13通过螺纹连接。进给导向装置3上的导向套与工作平台2的滑动导轨22联接；工作平台2上的进给液压缸21上的法兰与进给导向装置3上的驱动架31通过螺栓连接。装置3上的驱动架31和支撑架34通过螺栓固接，上保护罩、下保护罩32与驱动架31、支撑架34螺栓连接；隔板33焊接在驱动架31上。切割系统5上进给圆导轨535两端为螺纹形式，通过螺母固定在驱动架31上；其上的切割机架54通过导向套与连接杆圆导轨536相连，主运动装置52上的支撑架则焊接在切割机架54另一端；两侧导向轮56通过自身底座与机架54螺栓连接；张紧装置51的支撑架也是与机架54也是焊接连接；串珠绳55绕在四个轮上并处于张紧状态。绞吸泥系统4通过螺栓连接在驱动架31的下端部，其上绞刀驱动马达41与联轴器43、联轴器与传动轴44、轴与齿轮间都通过键连接，最终驱动绞刀41高速转动。

支撑平台是该海洋废弃工程设施泥下切割装备的基座，支撑平台通过4个吸力锚“生根”在海床上，并且尽量增大与海床的接触面积，使受力均匀、确保设备运行时整机的平稳性。支撑平台上安装有一对姿态调整液压缸，切割设备不工作时，姿态调整液压缸活塞杆伸出，驱动工作平台绕着底部绞接装置进行旋转，调整到预定姿态时，姿态调整液压缸保压使支撑工作平台保持稳定的工作姿态，为该装备下一步的绞吸泥作业和切割作业创造有利条件。

工作平台是进给导向装置、绞吸泥系统以及切割系统的载体，绞吸泥系统安装在进给导向装置的前端，切割系统安装在进给导向装置两侧上下保护罩形成的圆筒内。进给液压缸缸筒与工作平台联接，活塞杆与进给导向装置联接，进给液压缸活塞杆推动进给导向装置沿着矩形导轨向泥面运动。当进给导向装置带动绞吸泥系统接近泥面时，启动绞刀马达和渣浆泵马达，绞刀将泥沙和海水混合，形成泥浆之后由渣浆泵输送到海底，同时进给导向装置两侧的圆筒在进给液压缸的推动下进入绞刀形成的千斤洞内，为金刚石串珠绳切割系统的切割作业提供通道。

切割系统安装在进给导向装置的保护罩内，保护罩由上下两个部分组成，既便于加工，又便于切割系统的安装和调试。两个保护罩内均设有上下隔板、支撑板、环形支撑架以及串珠绳进给装置的圆柱导轨，并需要保证切割作业过程中的强度和刚度，串珠绳进给传动机构的蜗轮蜗杆安装在上隔板，丝杠安装在上隔板和支撑板之间，两条圆柱导轨安装在支撑板和下隔板之间，主运动装置通过安装板与其中一个升降机的丝杠螺母相联，张紧装置通过安装板与另一个升降机的丝杠螺母相联，主运动装置与导向装置通过梯形桁架相联，桁架靠近导向轮侧设有导向套，与圆柱导轨相匹配，同理，张紧装置与另一个导向装置也是通过梯形桁架相联，该桁架靠近导向轮侧也设有导向套，并与该侧圆柱导轨相匹配。上下保护罩之间安装有密封条，防止泥沙进入保护罩内，实现对切割系统的保护，保护罩在串珠绳进出侧安装有耐磨橡胶，避免串珠绳损坏密封条或者保护罩。切割系统作业时，主运动马达带动主动轮高速旋转，同时两个进给马达通过蜗轮蜗杆、丝杠螺母减速，丝杠螺母推动切割机架向泥面以下的切割目标运动，对泥面以下结构物实施切割作业。

水下液压控制的阀箱及检测系统安装在切割系统的机械本体上，当切割设备放置到海底时，检测系统首先工作，检测被切管道是否在该装备切割的范围内，确认以后再进行绞吸泥和串珠绳切割作业，否则需要重新调整装备的安装位置，直到被切管道在该装备切割的范围内。

海洋废弃工程设施泥下切割装备的工作过程：

1.通过工作母船上的A吊与切割设备的起吊装置15相连，切割设备起吊，下放到待切割结构物附近的海床上，在潜水员或ROV的配合下调整到适当的位置，潜水员或ROV撤离到安全区，并向母船操作人员发出工作指令，接着工作母船发出设备位置检测控制指令，工作平台2上的进给液压缸21开始运动，推动进给导向装置3以及其上面的绞吸泥系统4和切割系统5在工作平台2上往复移动，检测待切割结构物是否在该切割系统5的切割框架内，如果待切割物在切割框架内，进行下一步指令操作，否则，需要将其重新吊起调整到合适位置，再进行上述检测。

2.安放位置检测通过后，工作母船发出姿态调整指令，安装在支撑平台1上的一对姿态调整液压缸12开始工作，将工作平台2调整到合适的角度并保持该姿态稳定不动，为接下来的绞吸泥作业和切割作业做好准备。

3.姿态稳定后，工作母船发出进给导向装置3进给指令，工作平台2上的进给液压缸21开始工作，推动进给导向装置3(包括绞吸泥系统4和切割系统5)沿着之前调整好的姿态的工作平台向下移动，进给导向装置3逐渐靠近待切割结构物直到合适的位置。

4.进给导向装置3调整到距离管道合适位置后，工作母船发出绞吸泥指令，绞吸泥系统4开始工作，绞刀41在绞刀驱动马达45的驱动下旋转，将泥沙绞散并与海水混合形成泥浆之后，由渣浆泵46在渣浆泵马达47的驱动下输送到海底，形成进给导向装置3进入泥面的千斤洞，当进给导向装置3达到预定位置后，绞吸泥系统4停止工作。

5.工作母船发送指令给切割系统5，切割系统5开始工作，切削马达522通过传动装置523驱动主动轮521高速旋转，带动金刚石串珠绳高速循环运动；同时进给马达532通过变速装置533驱动丝杠534旋转，进而使丝杠螺母531带动切割机架54向泥面以下的待切割结构物运动，并对其实施切割作业。

6.通过工作母船上的控制面板显示切割设备的进给位移和工作压力，判断切割作业是否完成，当切割完成后，立即发送指令停止进给运动和切削运动，切割系统5退回、进给导向装置退回、工作平台复位。

7.在潜水员或ROV的配合下，通过工作母船上的A吊将切割设备吊起，回收到工作母船上。

8.根据保养手册，对该切割设备进行及时的养护，延长其使用寿命。

Claims (3)

1.一种海底管道切割设备，其特征是：包括支撑平台、工作平台、进给导向装置、切割系统，支撑平台和工作平台之间安装姿态调整液压缸，工作平台上设置导轨和进给液压缸，进给导向装置包括进给单元，进给单元包括固定在一起的驱动支架和支撑架，驱动架安装在工作平台的导轨上并与进给液压缸的输出端相连，驱动支架和支撑架外部分别安装上保护罩和下保护罩，切割系统包括切割机架、串珠绳、张紧装置、主运动装置、串珠绳进给装置、导向轮，张紧装置包括张紧丝杠、张紧丝杠螺母、张紧轮支架、张紧轮，张紧轮安装在张紧轮支架上，张紧轮支架固定在张紧丝杠螺母上，张紧丝杠与张紧丝杠螺母配合，张紧丝杠安装在支架导轨上，主运动装置包括主动轮、切削马达，切削马达连接主动轮，串珠绳进给装置包括进给马达、丝杠、丝杠螺母，丝杠螺母固定在支架导轨下方，丝杠与丝杠螺母配合，进给马达连接丝杠，所述的导向轮有两个，主动轮、张紧轮以及两个导向轮分别位于切割机架的四个角上，串珠绳绕在主动轮、张紧轮以及两个导向轮上，切割机架与丝杠螺母相连，工作平台上设置进给圆导轨，切割机架上设置套在进给圆导轨上的套环。

2.根据权利要求1所述的一种海底管道切割设备，其特征是：还包括绞吸泥系统，绞吸泥系统包括绞吸泥单元，绞吸泥单元包括安装在支撑架里的铰刀、液压驱动马达、渣浆泵以及泵驱动马达，液压驱动马达连接铰刀，泵驱动马达连接渣浆泵，渣浆泵连接排泥管道。

3.根据权利要求2所述的一种海底管道切割设备，其特征是：所述的进给导向装置包括两组进给单元，所述的绞吸泥系统包括两组绞吸泥单元，一组进给单元与一组绞吸泥单元配合，与之匹配的工作平台上的导轨和进给液压缸也分别包括两个。