專利名稱：海底漏油管線實時封堵裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
海底漏油管線實時封堵裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及的是一種用于管道封堵維修作業(yè)的自動化設(shè)備。
技術(shù)背景[0002]進入21世紀(jì)，隨著陸地及近海油氣資源逐漸減少甚至枯竭，為滿足日益增長的能源需求，世界先進國家都將油氣資源開發(fā)的重點投向了深海。地球上油氣資源總儲量的約 70 %孕藏于海洋。海洋平均深度3730m，海深3000m_6000m的海域占海洋總面積的73. 83 %。 2002年世界石油大會對海洋勘探開發(fā)水深的劃分，400m以內(nèi)為常規(guī)水深，400 1500m為深水，1500m以上為超深水。目前已探明的世界海洋石油儲量的80%以上在水深500m以下， 這表明浩瀚的深水海域儲藏的大量油氣資源有待探明與開發(fā)。[0003]目前，海底管道是海上油氣開發(fā)、生產(chǎn)、運輸?shù)闹饕ぞ撸诤Ｉ嫌蜌馓镏衅鹬陵P(guān)重要的作用，被譽為“海上油氣田的生命線”。海底管道是否能夠安全可靠地運輸油、氣， 是海上油、氣田能否進行正常生產(chǎn)的重要保證。但是，由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性，海底管道在長期服役的過程中，難免會因潮流、地震、材料缺陷、腐蝕、錨泊等因素而被破壞，導(dǎo)致管道泄漏甚至失效。管道一旦泄漏不僅會給油田企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失而且還會使海洋環(huán)境受到污染，危及海上作業(yè)人員的人身安全，給社會帶來極大的負(fù)面影響?？梢姡芯克路舛录夹g(shù)有著重要的現(xiàn)實意義。[0004]2010年4月20日晚，英國石油公司租賃的“深水地平線”海上石油鉆井平臺在路易斯安那州威尼斯附近的墨西哥灣海域發(fā)生爆炸并著火，燃燒約36小時后沉入大海。平臺底部油井以每天約5000桶的速度漏油。墨西哥灣漏油事件更進一步證明了研究水下封堵技術(shù)的緊迫性。我國海上油氣勘探和開發(fā)已進入高速發(fā)展階段，管道的鋪設(shè)量越來越大，目前總長度已超過3000公里。經(jīng)過墨西哥灣漏油事件的教訓(xùn)，管道的安全性已引起人們的高度重視，對管道的檢測和維修也提出了更高的要求。[0005]海底管線維修是一項復(fù)雜而龐大的工程，最初依靠潛水員入水檢查并實施作業(yè).從20世紀(jì)70年代開始，英、美等國開始發(fā)展各種水下管線維修裝置，目前已趨向成熟.與國外相比，我國在技術(shù)、設(shè)備方面還有不小差距，我國還沒有能夠?qū)嵤┧鹿芫€維修作業(yè)的設(shè)備和裝置，水下管線維修工作幾乎全部委托給國外的工程公司進行，維修費用昂貴。因此，研究擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的水下石油管道泄漏在線封堵技術(shù)，研制深水石油管道智能封堵器是十分必要的。發(fā)明內(nèi)容[0006]本發(fā)明的目的在于提供可以在水下1500米的高壓環(huán)境下對正在泄漏的海底石油管線實施實時封堵的海底漏油管線實時封堵裝置。[0007]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的[0008]本發(fā)明海底漏油管線實時封堵裝置，其特征是包括中心桿、導(dǎo)向輪機構(gòu)、脹緊機構(gòu)、導(dǎo)柱、夾具基體、液壓缸、液壓馬達、絲桿，中心桿上安裝中間塊和頂部液壓缸，中心桿通過中間塊分別連接導(dǎo)柱和第一液壓缸，導(dǎo)向輪機構(gòu)有兩個均套在中心桿上，脹緊機構(gòu)安裝在中心桿上并位于兩個導(dǎo)向輪機構(gòu)中間，導(dǎo)柱安裝在夾具基體上，夾具基體上還安裝兩個絲桿，其中第一絲桿上安裝第二液壓缸，兩個絲桿分別安裝液壓馬達。[0009]本發(fā)明還可以包括[0010]1、所述的導(dǎo)向輪機構(gòu)包括支撐腿、導(dǎo)向輪、支架，支架連接中心桿，導(dǎo)向輪通過支撐腿連接支架，支撐腿上安裝彈簧。[0011]2、所述的導(dǎo)向輪機構(gòu)包括至少4組由支撐腿、導(dǎo)向輪、支架組成的機構(gòu)。[0012]3、所述的脹緊機構(gòu)包括錐套、脹緊套、拉塊、拉桿、彈性橡膠圈、凸輪、凸輪座，脹緊套與錐套相連，凸輪通過凸輪座安裝在錐套上，拉塊、拉桿、彈性橡膠圈依次相連，拉塊安裝在脹緊套上，彈性橡膠圈連接中心桿。[0013]4、所述的脹緊機構(gòu)包括至少3組凸輪、凸輪座做成的機構(gòu)。[0014]5、所述的凸輪上安裝扭簧。[0015]6、所述的拉塊、拉桿、彈性橡膠圈所組成的機構(gòu)有6-12組。[0016]本發(fā)明的優(yōu)勢在于本發(fā)明為水下無人操作，可以在水下1500米的高壓環(huán)境下對正在泄漏的海底石油管線實施實時封堵。


[0017]圖1為本發(fā)明的海底漏油管線實時封堵裝置全剖視圖；[0018]圖2為海底漏油管線實時封堵裝置俯視圖；[0019]圖3為海底漏油管線實時封堵裝置左視圖；[0020]圖4為海底漏油管線實時封堵裝置定位夾緊過程俯視圖；[0021]圖5為海底漏油管線實時封堵裝置上升過程主視圖；[0022]圖6為海底漏油管線實時封堵裝置封堵完成主視圖。
具體實施方式
[0023]
以下結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述[0024]結(jié)合圖1 6，本裝置包括齒輪、齒條、齒條端液壓缸、夾緊液壓缸、夾具基體、卡爪 (一)、卡爪(二)、鎖緊裝置等組成的夾緊機構(gòu)；絲杠(一)、絲杠(二)、導(dǎo)柱、套筒(一)、 套筒(二)、中間塊、側(cè)液壓缸(一)、側(cè)液壓缸(二)、頂部液壓缸等組成的升降機構(gòu)；錐套、 脹緊套、凸輪、扭簧(一)、中心桿等組成的脹緊機構(gòu)。[0025]首先，由于采取空心傘狀結(jié)構(gòu)設(shè)計，即在脹緊套的端面上開有八個對稱的矩形孔， 工作時，隨著中心桿的移動，八個拉塊成傘狀張開，油從八個拉塊的間隙中流入脹緊機構(gòu)再從八個對稱的矩形孔中流出脹緊機構(gòu)，脹緊機構(gòu)的錐套上開有四個槽，這樣有利于錐套的楔形端自由脹緊。兩組導(dǎo)向輪機構(gòu)起導(dǎo)向作用，支撐腿上裝有彈簧，這樣可以使導(dǎo)向輪在管道的凸凹處實現(xiàn)自由伸縮，從而保證導(dǎo)向輪在管道中平穩(wěn)地移動。當(dāng)移動到封堵位置時，中心桿反向移動，傘狀結(jié)構(gòu)收縮，八個拉塊的矩形凸臺鑲嵌到脹緊套的八個對稱的矩形孔中， 從此油停止通過封堵器。在油壓的推動以及中心桿的收縮作用下，整個脹緊機構(gòu)反向移動。 經(jīng)過錐套和脹緊套的自由脹緊以及錐套上的凸輪的自鎖，整個封堵裝置實現(xiàn)完全封堵。[0026]其次，升降機構(gòu)采用圓形導(dǎo)柱和絲杠傳動，與傳統(tǒng)的燕尾導(dǎo)軌或矩形導(dǎo)軌等相比結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定。工作時，液壓馬達帶動絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)側(cè)液壓缸(一)和側(cè)液壓缸(二)的升降。當(dāng)側(cè)液壓缸(一)上升至指定高度時，側(cè)液壓缸(二)的活塞端伸進中間塊的凹槽里，凹槽里的板(一)通過扭簧(二)的作用將側(cè)液壓缸(二)的活塞端鎖住， 此時，側(cè)液壓缸(一)、側(cè)液壓缸(二)、連桿(一)、連桿(二)呈“十”字狀布局，頂部液壓缸工作，通過推動中心桿將脹緊機構(gòu)推入管道。[0027]最后，該封堵裝置的夾緊機構(gòu)的卡爪和夾具基體中裝入了四個夾緊液壓缸，這樣可以產(chǎn)生更大的夾緊力，有利于在高壓下對漏油管線實現(xiàn)徹底封堵。工作時，齒條端液壓缸工作，通過齒輪齒條的嚙合實現(xiàn)卡爪的自由張合。當(dāng)卡爪抱緊管道時，鎖緊裝置中的卡爪端液壓缸工作，推動楔塊插入鎖緊裝置的擋塊中實現(xiàn)卡爪的鎖緊。然后，四個夾緊液壓缸開始工作，使夾緊機構(gòu)徹底地夾緊管道。[0028]本海底漏油管線實時封堵裝置實施封堵要依次經(jīng)歷四個階段定位夾緊、上升運動，下降運動、實施封堵。[0029](1)定位夾緊如圖四所示，工作初始時，先將整個裝置慢慢靠近管道，此時，卡爪(一)2和卡爪(二)6處于張開狀態(tài)，卡爪(一)2與夾具基體10之間通過長軸14聯(lián)接，長軸14和卡爪(一)2之間通過平鍵聯(lián)接，長軸14上裝有齒輪13，齒輪13與齒條12嚙合，齒條12的往復(fù)運動由齒條端液壓缸11驅(qū)動，通過齒輪13的正反向轉(zhuǎn)動可實現(xiàn)長軸14的正反向轉(zhuǎn)動，進而使卡爪(一)2閉合和張開?？ㄗ?一)2上裝有擋塊4、夾緊液壓缸1、絲杠(二)3，夾緊液壓缸1鑲嵌在卡爪(一)2的內(nèi)槽中，另一根絲杠(一)9對稱布置在夾具基體10中?？ㄗ?二)6上裝有擋塊4、擋板7、楔塊5、卡爪端液壓缸8、夾緊液壓缸1，同樣第二個夾緊液壓缸1也鑲嵌在卡爪(二)6的內(nèi)槽中，卡爪(二)6的驅(qū)動方式與卡爪(一)2 相同。夾緊液壓缸1共有四個，沿管道中心均勻分布，另外兩個夾緊液壓缸1分別鑲嵌在夾具基體10的兩個內(nèi)槽中。在此夾緊機構(gòu)中，擋塊4，楔塊5，擋板7，卡爪端液壓缸8組成鎖緊裝置。當(dāng)準(zhǔn)確定位后，齒條端液壓缸11推動齒條12工作，通過齒輪13和齒條12的嚙合傳動，兩卡爪開始夾緊管道。當(dāng)完全夾緊時，鎖緊裝置中的卡爪端液壓缸8開始工作，推動楔塊5插入鎖緊裝置的擋塊4中，使兩卡爪鎖緊管道。然后，四個夾緊液壓缸1開始夾緊管道，最后通過鎖緊裝置的鎖緊和四個夾緊液壓缸的夾緊使整個夾緊機構(gòu)徹底地固定在管道上。四個夾緊液壓缸1的活塞桿端加工有齒刃，這樣增加與管道的接觸，便于更好地夾緊管道。[0030](2)上升運動如圖五所示，初始狀態(tài)時，整個封堵裝置的脹緊機構(gòu)位于管道的右側(cè)，此時管道中充滿向上噴涌的油液。整個脹緊機構(gòu)安裝在中心桿19上，中心桿19與頂部液壓缸22的活塞桿端相聯(lián)接，頂部液壓缸22通過螺栓聯(lián)接安裝在中間塊21上，當(dāng)整個脹緊機構(gòu)上升至管道上方指定高度時，頂部液壓缸22為整個脹緊機構(gòu)的下降運動提供動力。中間塊21的左端通過連桿(二)20、連桿(一)18與導(dǎo)柱16相連，連桿(一)18與導(dǎo)柱16通過滑套17聯(lián)接，連桿(二)20與中間塊21左端通過銷軸聯(lián)接。連桿(一)18為空心結(jié)構(gòu)，與連桿(二)20組成套筒式結(jié)構(gòu)，類似液壓缸，可實現(xiàn)軸向長度的自由伸縮，導(dǎo)柱 16共有兩根，沿管道中心對稱布置，另一根導(dǎo)柱16與中間塊21左端的聯(lián)接與此相同。中間塊21的右端與側(cè)液壓缸(一)25的活塞桿端相連，側(cè)液壓缸(一)25通過板(五)23、 板(四)24固定在絲杠(一)9上，絲杠(一)9通過套筒聯(lián)軸器沈與液壓馬達27聯(lián)接，通過絲杠(一)9的旋轉(zhuǎn)運動可以實現(xiàn)整個脹緊機構(gòu)的上升運動。側(cè)液壓缸(二)15通過板5(二)28、板(三)29固定在絲杠(二)3上，絲杠(二)3也是通過套筒聯(lián)軸器沈與液壓馬達27聯(lián)接的。當(dāng)整個夾緊機構(gòu)徹底地夾緊管道時，液壓馬達27開始工作，液壓馬達27 帶動絲杠(一)9、絲杠(二)3轉(zhuǎn)動，通過螺旋傳動從而實現(xiàn)側(cè)液壓缸(一)25和側(cè)液壓缸 (二)15以及整個脹緊機構(gòu)的上升運動，為了實現(xiàn)整個脹緊機構(gòu)下一步的左移運動，整個脹緊機構(gòu)需上升至管道上方指定的高度。[0031](3)下降運動如圖三所示，當(dāng)整個脹緊機構(gòu)上升至管道上方指定高度時，側(cè)液壓缸(一)25、側(cè)液壓缸(二)15處于同一水平面，此時，側(cè)液壓缸(二)15的活塞端緩緩伸進中間塊21左端的凹槽里，凹槽里的兩塊對稱布置的板(一)30通過銷軸、扭簧(二)31 與中間塊21聯(lián)接，兩塊對稱布置的板(一)30通過扭簧的作用將側(cè)液壓缸(二)15活塞端的擋板鎖住。然后，側(cè)液壓缸(二)15的活塞桿開始收縮，將中間塊21向左拉動，側(cè)液壓缸(一)25的活塞桿開始伸長，將中間塊21也向左推動，隨著中間塊21的左移，圖五中連桿(一)18和連桿(二)20組成套筒式結(jié)構(gòu)也開始收縮。當(dāng)中間塊移動到管道的中心位置時，側(cè)液壓缸(一)25與側(cè)液壓缸(二)15停止工作，此時，側(cè)液壓缸(一)25、側(cè)液壓缸(二)15、以及兩組由連桿(一)18、連桿(二)20組成的套筒式伸縮結(jié)構(gòu)呈“十”字狀布局。然后，如圖一所示，頂部液壓缸22開始工作，通過推動中心桿19將脹緊機構(gòu)推入管道。 兩組導(dǎo)向輪機構(gòu)起導(dǎo)向作用，通過螺紋聯(lián)接安裝在中心桿19上，導(dǎo)向輪33與支撐腿32通過銷軸聯(lián)接，支撐腿32與支架36通過圓柱銷35聯(lián)接，圓柱銷35可以在支架36的滑槽中自由移動從而使支撐腿32與支架36組成套筒式滑動機構(gòu)，支撐腿32上裝有彈簧34，這樣可以使導(dǎo)向輪33在管道的凸凹處實現(xiàn)自由伸縮，從而保證導(dǎo)向輪33在管道中平穩(wěn)地移動。 整個脹緊機構(gòu)下降時，八個拉塊38成傘狀張開，油從八個拉塊的間隙中流入脹緊機構(gòu)再從脹緊套37的八個對稱的矩形孔中流出脹緊機構(gòu)。拉塊38與拉桿39也組成套筒式滑動機構(gòu)，其聯(lián)接方式與支撐腿32與支架36的聯(lián)接方式相同，八個拉桿39通過鋼環(huán)串聯(lián)在拉桿座40的凹槽里，拉桿座40通過兩個彈性橡膠圈41固定在中心桿19上。[0032](4)實施封堵如圖六所示，當(dāng)移動到封堵位置時，頂部液壓缸22的活塞桿開始收縮，此時，中心桿19開始向上移動，傘狀結(jié)構(gòu)收縮，八個拉塊38的矩形凸臺鑲嵌到脹緊套37 的八個對稱的矩形孔中，從此油停止通過封堵器。在油壓的推動以及頂部液壓缸22的拉力下，整個脹緊機構(gòu)向上移動。此時由于錐套46上的凸輪42反向轉(zhuǎn)動時的自鎖作用，從而阻礙了整個脹緊機構(gòu)向上移動。凸輪42、扭簧(一)44、凸輪座45之間通過圓柱銷43聯(lián)接， 脹緊機構(gòu)的錐套46上開有四個槽，這樣有利于錐套46的錐面端自由膨脹，隨著脹緊套37 向上移動插入錐套46，整個脹緊機構(gòu)越脹越緊，最終實現(xiàn)完全封堵。[0033]本海底漏油管線實時封堵裝置主要在水深1500m以上范圍內(nèi)對不同材質(zhì)的管道進行封堵。下面以Φ 880的管道為例。工作狀態(tài)圖如圖4、圖5、圖3、圖1、圖6所示。[0034]實施封堵要依次經(jīng)歷定位夾緊、上升運動，下降運動、實施封堵四個階段。工作初始時，卡爪(一)2和卡爪(二)6處于張開狀態(tài)，隨著齒條端液壓缸11推動齒條12工作， 通過齒輪13和齒條12的嚙合傳動，兩卡爪開始夾緊管道。當(dāng)完全夾緊時，鎖緊裝置中的卡爪端液壓缸8開始工作，推動楔塊5插入鎖緊裝置的擋塊4中實現(xiàn)卡爪的鎖緊。然后，四個夾緊液壓缸1開始工作，使夾緊機構(gòu)徹底地夾緊管道。此時，液壓馬達27通電，液壓馬達27 帶動絲杠(一)9轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)側(cè)液壓缸(一)25和側(cè)液壓缸(二)15的上升運動。當(dāng)側(cè)液壓缸(一)25上升至指定高度時，側(cè)液壓缸(二)15的活塞端伸進中間塊21的凹槽里，凹槽里的板(一)30通過扭簧(二)31的作用將側(cè)液壓缸(二)15的活塞端鎖住，此時，側(cè)液壓缸(一)25、側(cè)液壓缸(二)15、連桿(一)18、連桿(二)20呈“十”字狀布局，頂部液壓缸22工作，通過推動中心桿19將脹緊機構(gòu)推入管道。隨著中心桿19的移動，八個拉塊 38成傘狀張開，油從八個拉塊的間隙中流入脹緊機構(gòu)再從八個對稱的矩形孔中流出脹緊機構(gòu)，脹緊機構(gòu)的錐套46上開有四個槽，這樣有利于錐套的楔形端自由脹緊。兩組導(dǎo)向輪機構(gòu)起導(dǎo)向作用，支撐腿32上裝有彈簧34，這樣可以使導(dǎo)向輪33在管道的凸凹處實現(xiàn)自由伸縮，從而保證導(dǎo)向輪33在管道中平穩(wěn)地移動。當(dāng)移動到封堵位置時，中心桿19反向移動，傘狀結(jié)構(gòu)收縮，八個拉塊38的矩形凸臺鑲嵌到脹緊套37的八個對稱的矩形孔中，從此油停止通過封堵器。在油壓的推動以及中心桿19的收縮作用下，整個脹緊機構(gòu)反向移動。經(jīng)過錐套46和脹緊套37的自由脹緊以及錐套上的凸輪42的自鎖，整個封堵裝置實現(xiàn)完全封堵。
權(quán)利要求1.海底漏油管線實時封堵裝置，其特征是包括中心桿、導(dǎo)向輪機構(gòu)、脹緊機構(gòu)、導(dǎo)柱、夾具基體、液壓缸、液壓馬達、絲桿，中心桿上安裝中間塊和頂部液壓缸，中心桿通過中間塊分別連接導(dǎo)柱和第一液壓缸，導(dǎo)向輪機構(gòu)有兩個均套在中心桿上，脹緊機構(gòu)安裝在中心桿上并位于兩個導(dǎo)向輪機構(gòu)中間，導(dǎo)柱安裝在夾具基體上，夾具基體上還安裝兩個絲桿，其中第一絲桿上安裝第二液壓缸，兩個絲桿分別安裝液壓馬達。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底漏油管線實時封堵裝置，其特征是所述的導(dǎo)向輪機構(gòu)包括支撐腿、導(dǎo)向輪、支架，支架連接中心桿，導(dǎo)向輪通過支撐腿連接支架，支撐腿上安裝彈ο
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海底漏油管線實時封堵裝置，其特征是所述的導(dǎo)向輪機構(gòu)包括至少4組由支撐腿、導(dǎo)向輪、支架組成的機構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底漏油管線實時封堵裝置，其特征是所述的脹緊機構(gòu)包括錐套、脹緊套、拉塊、拉桿、彈性橡膠圈、凸輪、凸輪座，脹緊套與錐套相連，凸輪通過凸輪座安裝在錐套上，拉塊、拉桿、彈性橡膠圈依次相連，拉塊安裝在脹緊套上，彈性橡膠圈連接中心桿。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海底漏油管線實時封堵裝置，其特征是所述的脹緊機構(gòu)包括至少3組凸輪、凸輪座做成的機構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的海底漏油管線實時封堵裝置，其特征是所述的凸輪上安裝扭簧。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海底漏油管線實時封堵裝置，其特征是所述的拉塊、拉桿、彈性橡膠圈所組成的機構(gòu)有6-12組。
專利摘要本實用新型的目的在于提供海底漏油管線實時封堵裝置，其特征是包括中心桿、導(dǎo)向輪機構(gòu)、脹緊機構(gòu)、導(dǎo)柱、夾具基體、液壓缸、液壓馬達、絲桿，中心桿上安裝中間塊和頂部液壓缸，中心桿通過中間塊分別連接導(dǎo)柱和第一液壓缸，導(dǎo)向輪機構(gòu)有兩個均套在中心桿上，脹緊機構(gòu)安裝在中心桿上并位于兩個導(dǎo)向輪機構(gòu)中間，導(dǎo)柱安裝在夾具基體上，夾具基體上還安裝兩個絲桿，其中第一絲桿上安裝第二液壓缸，兩個絲桿分別安裝液壓馬達。本實用新型為水下無人操作，可以在水下1500米的高壓環(huán)境下對正在泄漏的海底石油管線實施實時封堵。
文檔編號F16L55/136GK202327507SQ20112044508
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者劉鳳坤, 張毅治, 張永銳, 張波, 張維, 李艷杰, 楊敏勃, 王立權(quán), 王茁, 魏金旺 申請人:哈爾濱工程大學(xué)