阅读说明：本技术 基于冷作硬化效应的冲扭断管装置和方法 (Impact-torsion pipe-breaking device and method based on cold-work hardening effect ) 是由 崔希君 张爱恩 魏羲 蒙占彬 崔青 樊敦秋 郭强 田海庆 李明朝 于 2019-02-15 设计创作，主要内容包括：一种基于冷作硬化效应的冲扭断管装置包括管固定器、管燃烧冷却器和管分割冲扭器。管燃烧冷却器包括燃烧舱推动缸、燃烧舱、引信和冷却头；管分割冲扭器包括冲扭卡爪推动缸、旋转滑轨和冲扭卡爪,其中旋转滑轨与外部旋转驱动机构构成联动配合。其方法是：管固定器固定管道；管燃烧冷却器连同管分割冲扭器固定在管道的自由端,燃烧舱内填充燃料,引信点燃燃料,实现快速燃烧并对管道进行加热,冷却头迅速向加热面喷射液氮并实现快速冷却；管分割冲扭器快速旋转冲扭,使管道断裂。利用钢材冷作硬化变脆效应和大扭矩冲扭原理实现海底管道切割,能够提高切割自动化程度和管道切割效率,从而降低海底管道拆除成本。(A tube punching and twisting device based on a cold-work hardening effect comprises a tube fixer, a tube combustion cooler and a tube segmentation punching and twisting device. The tube combustion cooler comprises a combustion chamber pushing cylinder, a combustion chamber, a fuse and a cooling head; the pipe cutting and twisting device comprises a twisting claw pushing cylinder, a rotary slide rail and a twisting claw, wherein the rotary slide rail and an external rotary driving mechanism are in linkage fit. The method comprises the following steps: the pipe fixer fixes the pipe; the pipe combustion cooler and the pipe segmentation torque punching device are fixed at the free end of the pipeline, fuel is filled in the combustion chamber, a fuse ignites the fuel to realize quick combustion and heat the pipeline, and the cooling head quickly sprays liquid nitrogen to the heating surface to realize quick cooling; the pipe cutting impact twister quickly rotates and impacts a torsion, so that the pipeline is broken. The submarine pipeline cutting is realized by utilizing the steel cold-work hardening embrittlement effect and the high-torque impact torsion principle, the cutting automation degree and the pipeline cutting efficiency can be improved, and the submarine pipeline dismantling cost is reduced.)

基于冷作硬化效应的冲扭断管装置和方法

技术领域

本发明涉及一种基于冷作硬化效应的冲扭断管装置和方法，特别涉及一种利用钢材冷作硬化变脆效应和大扭矩冲扭原理实现海底管道分割的方法，并应用该种方法实现断管的装置，属于海洋工程领域。

技术背景

随着海洋石油开发的不断深入，海底敷设了大量的管道，用于输送原油、生产用水等液体物资。由于依托平台失去原有的功能、海底管道达到使用寿命等原因，部分海底管道被弃置，急需拆除。目前主要采用氧-乙炔切割方式对海底管道进行切割，即：利用浮吊将海底管道一端吊装至工程船上，由人员进行手动氧-乙炔切割。存在切割效率低、人员劳动强度大、作业风险大的缺陷，不能满足现阶段海底管道弃置作业的要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种基于冷作硬化效应的冲扭断管装置和方法，利用钢材冷作硬化变脆效应和大扭矩冲扭原理实现海底管道切割，能够提高切割自动化程度和管道切割效率，同时具有管径适应能力强等特点，从而降低海底管道拆除综合成本。

本发明所的基于冷作硬化效应的冲扭断管装置，主要由管固定器、管燃烧冷却器和管分割冲扭器三部分组成。

所述管燃烧冷却器包括燃烧舱推动缸、燃烧舱、引信和冷却头；其中，燃烧舱连接在燃烧舱推动缸的前端，并呈环段状，引信引入燃烧舱内；冷却头内端环绕在燃烧舱的侧面，并与外部冷介质连接。

所述管分割冲扭器包括冲扭卡爪推动缸、旋转滑轨和冲扭卡爪，其中旋转滑轨与外部旋转驱动机构构成联动配合。

所述管固定器包括固定卡爪推动缸、固定卡爪，固定卡爪推动缸推动固定卡爪径向运动。

前述基于冷作硬化效应的冲扭断管装置的断管方法是：

1．管固定器用于固定管道，安装于管道连续端，固定卡爪推动缸推动固定卡爪夹紧管道实现固定；

2．管燃烧冷却器连同管分割冲扭器套接并固定在管道的自由端，燃烧舱内填充燃料，引信点燃燃料，实现快速燃烧并对管道进行加热，冷却头迅速向加热面喷射液氮并实现快速冷却，使管道钢材晶格分布不均匀并变脆；

3．快速冷却的同时，管分割冲扭器通过旋转滑轨与外部旋转驱动机构联动，快速旋转冲扭，使管道断裂。

发明的有益效果：

本发明的基于冷作硬化效应的冲扭断管装置和方法，利用钢材冷作硬化变脆效应和大扭矩冲扭原理实现海底管道切割，能够提高切割自动化程度和管道切割效率，同时具有管径适应能力强等特点，从而降低海底管道拆除综合成本。

附图说明

图1为一种基于冷作硬化效应的冲扭断管装置示意图。

图中：1管道 ， 2管固定器 ， 3管燃烧冷却器 ， 4管分割冲扭器，5固定卡爪推动缸，6固定卡爪，7燃烧舱推动缸，8燃烧舱，9燃烧舱引信，10燃料，11冷却头，12冲扭卡爪推动缸，13旋转滑轨，14冲扭卡爪。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例１：

一种基于冷作硬化效应的冲扭断管装置主要由管固定器2、管燃烧冷却器3和管分割冲扭器4三部分组成。

所述管燃烧冷却器3包括燃烧舱推动缸7、燃烧舱8、引信9和冷却头10；其中，燃烧舱8连接在燃烧舱推动缸7的前端，并呈环段状，引信9引入燃烧舱8内；冷却头10内端环绕在燃烧舱8的侧面，并与外部冷介质连接。

所述管分割冲扭器4包括冲扭卡爪推动缸12、旋转滑轨13和冲扭卡爪14，其中旋转滑轨13与外部旋转驱动机构构成联动配合。

所述管固定器可以是卡钳类的管件卡固装置。

前述基于冷作硬化效应的冲扭断管装置的断管方法是：

1．管固定器2用于固定管道1，安装于管道1连续端实现固定；

2．管燃烧冷却器3连同管分割冲扭器4套接并固定在管道1的自由端，燃烧舱8内填充燃料10，引信9点燃燃料10，实现快速燃烧并对管道1进行加热，冷却头11迅速向加热面喷射液氮并实现快速冷却，使管道1钢材晶格分布不均匀并变脆；

3快速冷却的同时，管分割冲扭器4通过旋转滑轨13与外部旋转驱动机构联动，快速旋转冲扭，使管道1断裂。

实施例２：

一种基于冷作硬化效应的冲扭断管装置主要包括：管固定器2、管燃烧冷却器3、管分割冲扭器4三部分。其特征之一是管固定器2用于固定管道1，主要包括固定卡爪推动缸5、固定卡爪6，固定卡爪推动缸5能够推动固定卡爪6径向运动。其特征之二是管燃烧冷却器3用于填充燃料10、燃烧加热管道并快速冷却，主要包括燃烧舱推动缸7、燃烧舱8、燃烧舱引信9、冷却头11，燃烧舱8内填充燃料，冷却头向加热面喷射液氮。其特征三是管分割冲扭器4可实现快速旋转，用于冲扭管道1自由端，实现管道1自由端与固定端发生相对位移，主要包括冲扭卡爪推动缸12、旋转滑轨13、冲扭卡爪14。

利用上述基于冷作硬化效应的冲扭断管方法的具体实施方式为：

1）管固定器2用于固定管道1，安装于管道1连续端，固定卡爪推动缸5推动固定卡爪6夹紧管道1实现固定。

2）管燃烧冷却器3用于填充燃料10、燃烧加热管道1并快速冷却，燃烧舱8内填充燃料，引信9点燃燃料10，实现快速燃烧并对管道1进行加热，冷却头11迅速向加热面喷射液氮并实现快速冷却，使管道1钢材晶格分布不均匀并变脆。

3）快速冷却的同时，管分割冲扭器4快速旋转冲扭，使管道1断裂。