[发明专利]一种衬里复合管修形机器人

说明书

本发明公开了一种衬里复合管修形机器人，它主要由前导向机构模块、修形机构模块、控制装置模块和行走机构模块组成，可根据实际工况串联组合使用。导向机构有导向、支撑、鼓包成像检测和里程记录功能；修行机构通过电机经丝杠轴段螺旋配合输入修形动力，在一定时间轴向扩径，当修形滚子接触鼓包部位时，修形机构后轴丝杠段与后支座间将处于动态平衡“锁死”状态，带动整个修形机构滚压修复衬管鼓包部位；后行走机构采用与管壁接触面较大的履带装置，保证了修形机器人工作的稳定性和驱动力。本发明可以用于高腐蚀性油气输送双金属衬里复合管的管道检查、鼓包修复等工作，具有机构功能模块化、修形效果好、运行平稳、通过力强等优点。

技术领域

本发明涉及一种衬里复合管衬管鼓包修复装置，属于管道机器人领域。

背景技术

目前金属管道在石油天然气输送方面应用非常广泛，其中碳钢管应用最广，但耐腐蚀性能差。而双金属复合管属于耐腐蚀合金管，因其优越的力学性能、良好的耐腐蚀性能，在石油天然气输送管道中得到了广泛的应用。据统计，我国油气管道中双金属复合管的使用总长度已经达到约1200km，且双金属复合管每年使用量的增长速度正不断加快。

双金属衬里复合管作为油气集输技术管线腐蚀控制的主要技术措施，因具有良好的经济性和耐腐蚀性能，被国内外广泛应用。该类型复合管中基管主要起承载作用而衬管起抗腐蚀作用，衬管起到防腐蚀作用，但衬管壁厚很薄(一般1～3mm)且基管衬管之间通过机械贴合，由于生产质量问题或管线运行时交变载荷作用下，衬管极易出现薄壁结构的刚度失稳现象从而产生鼓包。鼓包后增加了衬管材料断裂或应力腐蚀开裂的风险，同时也会阻碍碳氢化合物和清管器等在线检测设备的通过，严重影响复合管管线的正常安全运行，甚至引发管线安全事故。

双金属衬里复合管由于工作环境及本身管体长的特点，衬管一旦产生鼓包依靠人工修复就非常困难。但是管道机器人具有体积小、运动灵巧、工作能力强等优势，管道机器人可以通过携带不同的传感器、定位系统及必要的工作工具，通过电脑、手机等设备远程控制，操控管道机器人通过管道，轻松实现管道检测、修复、清理等工作。因此设计一种双金属衬里复合管衬管鼓包修形机器人具有重要工程价值及意义。

目前对管道机器人的研究主要集中于管道机器人对管道的检测、清洗、腐蚀涂层功能及运行方式、定位系统及操作系统的研究，管道修复技术的研究主要集中于非开挖修复技术研究。用于石油与天然气管道修复的非开挖修复技术主要有翻转内衬法、穿插内衬法、缩径内衬法等，这些修复技术多数要求管道外形完好，两种技术均未对管道屈曲(鼓包)修复进行研究。然而随着运输管道的里程数增多及管道的老化，管道出现鼓包的现象越来越多，鼓包是导致管道发生刺漏的重要原因。因此本发明针对双金属衬里复合管鼓包问题在借助前人的研究理论基础上，自主设计了一种双金属衬里复合管修形机器人。

发明内容

本发明一种衬里复合管修形机器人可以实现在输送腐蚀性介质的复合管内变径使用，特别针对复合管内衬鼓包进行修复，以便后续管道的检测和清管等作业。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种衬里复合管修形机器人，它可以由多个模块组成，模块分为导向模块、修形模块、控制(能源)模块以及行走(驱动)模块，各个模块可以根据实际工况，串联组合来完成衬里复合管衬管鼓包检测修复等工作。万向节联轴器的中间连接使得该机器人可以更方便的通过具有一定曲率的弯管管道。

本发明前导向机构是由CCD成像传感器、支撑组件、弹簧、滚轮以及直径小于管径的带孔圆状前后座组成，满足导向的基础上，实现了对不同管径的复合管弹性自适应支撑，六杆式的设计使对管道的作用力能均匀分布，保证了机器人运行的稳定性，减少了导向机构的径向尺寸。此外，滚轮外附橡胶圈的设计极大减少了修形机器人运行过程中对衬管的磨损，在腐蚀性管道中对滚轮自身也起到了保护作用，进而保证了衬里复合管的防腐蚀性能。