具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

一种切割水下管道的方法是使用磨料射流切割工艺进行切割。磨料射流切割工艺主要通过将切割头放入水下管道内，固定后通过射出的高压磨料流体切割水下管道。该方法存在多种缺点，例如切割精度低(无法调整切割角度)、速度慢(切割55壁厚钢管，切割速度约42mm/min)、成本高(设备造价高、作业耗材成本高)、作业场地占用面积大、危险系数高(存在高压部件)。

对此，本公开的实施例提供了一种水下切割设备和使用该水下切割设备切割水下管道的方法。该水下切割设备和使用该水下切割设备切割水下管道的方法可以提高水下管道的切割精度和切割速度、降低成本、减小占用面积、降低作业危险。

下面结合附图对本公开实施例提供的水下切割设备和使用该水下切割设备切割水下管道的方法进行详细描述。

本公开一实施例提供一种水下切割设备，图1为该水下切割设备的三维结构示意图。如图1所示，水下切割设备1包括支撑装置10、切割装置20、监测装置30和控制器100。支撑装置10被配置为将水下切割设备1固定在水下管道的内壁上，切割装置20被配置为切割水下管道，监测装置30被配置为监测切割装置20的切割状态并产生切割状态信息。控制器100分别与支撑装置10、切割装置20、监测装置30连接，被配置为根据监测器30产生的切割状态信息控制支撑装置10和切割装置20运动。例如，控制器100通过电缆与监测装置30连接以接收切割状态信息；控制器100通过液压管线与支撑装置10连接以控制支撑装置固定或松开；控制器100通过另一液压管线与切割装置20连接以控制切割装置调节切割状态。在进行水下切割工作时，控制器100可以位于水面之上的工作区，由操作人员进行操作。

例如，水下切割设备具有一定防水功能，即可以在一定的水压范围内正常作业，如此，水下切割设备可以被下放到水下进行管道切割作业。图2为对水下切割设备进行吊装的结构示意图。如图2所示，通过吊索3吊装水下切割设备1，将其沿着水下管道2的内部下放到预定位置，然后可以被固定、进行管道切割等下一步工作。

在本公开实施例提供的水下切割设备中，通过对支撑装置进行初步固定和进一步固定，可以提高水下切割设备的定位精度和定位速度，从而提高切割精度和切割速度；通过利用监测装置监测切割装置的切割状态并进行调节校准，可以提高切割作业精度。另外，该水下切割设备及切割方法还具有作业成本低、占用面积小、作业危险性小等有益技术效果。

在一些示例中，如图1所示，水下切割设备还包括中心筒40。中心筒40为空心圆柱结构，在水下切割设备作业时，中心筒40的中心轴与水下管道的中心轴大致重合，此处大致重合是指在理想状态下中心筒40的中心轴与水下管道的中心轴可以完全重合，当然也允许一定的同轴度或倾斜度偏差。支撑装置10、切割装置20和监测装置30沿中心筒40的中心轴的延伸方向以一定间距设置在中心筒40的外部。中心筒40的内部可以设置电缆和液压管线。支撑装置10、切割装置20和监测装置30通过电缆或液压管线与位于水面之上的控制器100连接。

在一些示例中，支撑装置10包括沿中心筒40的中心轴的延伸方向以一定间距设置的两个定位支腿组11、12，切割装置20和监测装置30设置在两个定位支腿组11、12之间。例如，如图1所示，每个定位支腿组包括六个定位支腿，六个定位支腿环绕中心筒40的中心轴均匀分布。需要说明的是，上述定位支腿组的数量及定位支腿的数量及分布方式仅为示例，本公开的实施例包括但不限于此。例如，支撑装置还可以包括三个或者更多个定位支腿组，每个定位支腿组可以包括3个、4个等其他数量的定位支腿，定位支腿也非必须环绕中心筒40的中心轴均匀分布。

每个定位支腿包括相连的液压缸和支撑块，液压缸通过液压管线与位于水面之上的控制器连接。在液压管线内部的液压油的驱动下，液压缸可以伸长，以将支撑块压紧在水下管道的内壁上，从而固定水下切割设备；液压缸还可以缩短，以使支撑块离开水下管道的内壁，从而松开水下切割设备。

在一些示例中，如图1所示，切割装置20包括旋转刀盘21，旋转刀盘21可以围绕中心筒40的中心轴旋转。旋转刀盘21上设置有多个刀具，多个刀具围绕中心筒40的中心轴均匀分布，在旋转刀盘21的旋转过程中，刀具切割水下管道。

在一些示例中，切割装置20包括与旋转刀盘21连接的切割角度调节装置23，切割角度调节装置23被配置为调节切割装置的切割角度。切割角度调节装置23包括液压缸。液压缸伸缩以驱动旋转刀盘21摆动，旋转刀盘摆动时所围绕的轴线为旋转刀盘的摆动中心轴。旋转刀盘21的摆动中心轴与中心筒40的中心轴之间存在非零夹角，即旋转刀盘21的摆动中心轴与旋转刀盘21的旋转中心轴不同，例如，旋转刀盘21的旋转中心轴可以与中心筒40的中心轴重合，旋转刀盘21的摆动中心轴可以与中心筒40的中心轴垂直。如此，旋转刀盘的摆动可以改变旋转刀盘的旋转平面与中心筒40的轴向的夹角，即，改变旋转刀盘的旋转平面与水下管道的轴向的夹角，从而改变切割角度。例如，在初始状态，旋转刀盘的旋转平面与中心筒40的轴向垂直，液压缸的伸缩方向与中心筒40的轴向成30-60度夹角，液压缸通过伸缩可以改变旋转刀盘的旋转平面与中心筒40的轴向之间的夹角，从而改变旋转刀盘的切割角度。需要说明的是，上述液压缸的伸缩方向与中心筒40的轴向的夹角为一示例，本公开的实施例包括但不限于此。例如，如果旋转刀盘的旋转平面在初始状态与中心筒40的轴向垂直，则只要液压缸的伸缩方向与中心筒40的轴向不垂直，即可实现切割角度调节的目的。由于中心筒40的轴向与水下管道的轴向大致重合，因此，液压缸的伸缩方向与中心筒40的轴向不垂直，也可以认为是液压缸的伸缩方向与水下管道的轴向不垂直。

在一些示例中，切割装置20还包括与旋转刀盘21连接的径向进给调节装置24，径向进给调节装置24被配置为调节旋转刀盘21的径向进给量。径向进给调节装置24可以驱动旋转刀盘21上的刀具沿中心筒40的径向移动，从而调节旋转刀盘21的切割直径。

在一些示例中，监测装置30可以监测切割装置20的切割状态，例如，切割装置的切割状态可以包括切割角度和切割进给量等。监测装置30可以为摄像头，其通过电缆与水面之上的显示设备连接，操作人员可以通过显示设备监测到水下切割设备的状态。

在一些示例中，水下切割设备还包括导入架50。例如，50例如为圆环形，圆环面垂直于中心筒40的轴向，圆环的直径小于水下管道的内径。在水下切割设备下放过程中，导入架50位于下端，起到引导作用。

在一些示例中，如图1所示，水下切割设备还包括支持滑轮60、运输底橇70、吊索滑道80和线缆导轨90。在水下切割设备下放过程中，如果发生摆动，支持滑轮60先接触到水下管道的内壁，可以相对滚动而不会产生刮擦，如此可以保证下放过程顺利进行。运输底橇70用于承载和运输水下切割设备，不用于水下作业，在水下作业前需要与其他部件分离。吊索滑道80用于减小摩擦，使吊索3沿着该滑道平滑地下放或上提。线缆导轨90用于引导电缆和液压管线下放或上提。

本公开一实施例提供一种采用上述水下切割设备切割水下管道的方法。图3为采用上述水下切割设备切割水下管道的方法的流程图，结合图1和图3所示，切割水下管道的方法包括：

步骤1：将水下切割设备移送到水下管道的待切割位置。

例如，吊装下放水下切割设备。在完成设备状态诊断并确认设备的全部功能正常后，吊装水下切割设备至水下管道的管口处，检查水下管道所在区域的作业环境，沿水下管道的内部空间下放水下切割设备。

在一些示例中，吊装下放水下切割设备可以通过吊索滑道80。图4为吊索滑道80的结构示意图，如图2和图4所示，吊索滑道80包括滑轮81，滑轮81可以为定滑轮。吊索3可以为钢丝绳，钢丝绳的两端分别连接水下切割设备的主体部分和吊装设备，钢丝绳的中间部位围绕滑轮81运动，实现水下切割设备的上提或下放。通过控制吊索滑道中的滑轮跟随钢丝绳运动，检测滑轮的转动圈数，可以得到钢丝绳的下放距离。

步骤2：初步固定支撑装置，以将水下切割设备初步固定在待切割位置。

例如，钢丝绳的下放距离到达预定距离时，水下切割设备到达待切割位置，此时采用如下方法对水下切割设备进行初步固定：控制支撑装置10的两个定位支腿组中的一个定位支腿组的至少部分液压缸伸出，使支撑块对水下管道的内壁产生挤压，通过反作用力使定位支腿紧靠于水下管道的内壁，从而使水下切割设备固定在水下管道中。由于初步固定时未开始切割工作，水下切割设备受到的反作用力较小，因此只需要将一个定位支腿组固定在水下管道即可满足稳定性要求，如此可以缩减切割作业前的调节时间。

步骤3：通过监测装置监测切割装置的切割状态并产生切割状态信息。

例如，监测切割装置的切割状态包括监控切割作业。监控切割作业包括作业前监控和切割作业中监控，监控切割作业可以通过监测装置30完成，监测装置30例如可以为水下摄像头。作业前监控包括：检视设备的机械标尺，校准切割装置20的旋转刀盘的位置；检视设备水平仪，校准水下切割设备的水平度。切割作业中监控包括：监控水下管道的状态和旋转刀盘的径向切割进给量；监控旋转刀盘的状态，包括旋转刀盘的倾斜角度、刀具磨损状态等；监控水下切割作业的进度。

步骤4：根据切割状态信息调节并校准切割装置的切割状态。

在一些示例中，根据作业前监控的检视情况，计算旋转刀盘的切割状态是否满足尺寸与角度要求。例如，旋转刀盘的旋转平面相对于水下管道的中心轴的倾斜角度是否满足切割角度要求，旋转刀盘的刀具完全伸出时能否切断水下管道。

校准切割状态包括切割高度调节和切割角度调节。

例如，切割高度是指水下切割设备相对于水下管道在轴向的位置。经过检视对比如果发现切割高度比待切割位置存在偏差，调节切割高度的方法包括：使定位支腿的液压缸收缩以使水下切割设备从水下管道的内壁脱开，根据检测到的偏差上提或下放水下切割设备，检视调整后水下切割设备的位置，使定位支腿的液压缸伸出以重新固定水下切割设备。

例如，切割角度是指旋转刀盘的旋转平面相对于水下管道的中心轴的倾斜角度。调节切割角度的方法包括：定位支腿保持固定状态，液压缸伸缩以驱动旋转刀盘摆动，旋转刀盘摆动的中心轴与旋转刀盘旋转的的中心轴不同，或者说，旋转刀盘摆动的中心轴与水下管道的中心轴之间存在非零夹角。例如，旋转刀盘旋转的的中心轴可以与水下管道的中心轴重合，旋转刀盘摆动的中心轴可以与水下管道的中心轴垂直。如此，旋转刀盘的摆动可以改变旋转刀盘的旋转平面与水下管道的中心轴的夹角，即，改变旋转刀盘的旋转平面与水下管道的中心轴的夹角，从而改变切割角度。例如，切割角度调节的一种应用场景为：在水下管道本身相对于重力方向有一定倾斜角度的情况下，如果需要使水下管道的切口所在的平面与重力方向垂直，则可以通过该调节切割角度的方法将旋转刀盘的旋转平面调节为与重力方向垂直，由于刀具在旋转刀盘的旋转平面内旋转切割水下管道，因此，切割完成后水下管道的切口所在的平面平行于旋转刀盘的旋转平面，即垂直于重力方向。当然，以上切割角度调节的应用场景仅为一示例，本公开的实施例包括但不限于此。

步骤5：进一步固定支撑装置。

例如，切割高度和切割角度校正完毕之后，控制支撑装置10以进一步固定水下切割设备，保证水下切割设备在切割工作过程中安全可靠。进一步固定水下切割设备的方法例如为：控制两个定位支腿组中的另一个定位支腿组的至少部分液压缸伸出，使支撑块对水下管道的内壁产生挤压，通过反作用力使定位支腿紧靠于水下管道的内壁，从而进一步使水下切割设备固定在水下管道中。由于对水下切割设备进行进一步固定后即将要开始切割工作，切割时水下切割设备受到的反作用力较大，因此将两个定位支腿组均固定在水下管道上可以提高稳定性。

步骤6：采用切割装置切割水下管道。

例如，固定完成后，水下切割设备的切割装置开始执行切割。切割形式为递进式旋转切割。例如，旋转刀盘旋转并带动刀具旋转以切割水下管道的内壁，旋转刀盘每旋转一周，径向进给调节装置使刀具沿径向进给一定距离，以扩大切割直径，直到切断对水下管道。上述切割形式仅为一示例，本公开的实施例包括但不限于此。例如，递进式旋转切割也可以为旋转刀盘的旋转与刀具的径向进给同时进行。

在本公开实施例提供的使用水下切割设备切割水下管道的方法中，通过对支撑装置进行初步固定和进一步固定，可以提高水下切割设备的定位精度和定位速度，从而提高切割精度和切割速度；通过利用监测装置监测切割装置的切割状态并进行调节校准，可以提高切割作业精度。另外，该水下切割设备及切割方法还具有作业成本低、占用面积小、作业危险性小等有益技术效果。

在根据本本公开的一些实施例中，在吊装下放水下切割设备之前，还包括设备状态诊断步骤。例如，在该步骤中，吊装水下切割设备1，使其脱离运输底橇70并将其垂直放置在水面之上的作业区，连接水下切割设备的控制管线，检视水下切割设备的全部功能是否可以正常工作。

在根据本本公开的一些实施例中，采用切割装置切割水下管道之后，还包括吊装切割物。例如，水下管道切割完毕之后，水下管道被切断为第一部分和第二部分，将水下切割设备固定在第一部分的内壁上并使水下切割设备与第二部分分离，然后吊装上提第二部分至存放区进行存储。例如，第一部分相比于第二部分更靠近水面。

例如，在吊装切割物之后，还可以拆除水下切割设备。将水下切割设备的支撑装置的定位支腿回收，使水下切割设备与水下管道的第一部分的内壁分离，吊装上提水下切割设备至水面上的作业区，并放置到运输底橇上存储。

该切割水下管道的方法可以用于从内部切割水下管道，具有切割精度高、切割速度快、成本低、作业占用面积小、作业危险性低等优点。

有以下几点需要说明：

(1)本公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

(2)在不冲突的情况下，本公开同一实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。

以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。