一种前混式高压磨料射流管道切割装置
阅读说明：本技术 一种前混式高压磨料射流管道切割装置 (Front mixing type high-pressure abrasive jet flow pipeline cutting device ) 是由 刘为民 牟宗浩 李罗鹏 刘立潜 宋元新 周卫东 王健 王永庆 张艳 崔红颖 李桂 于 2020-06-15 设计创作，主要内容包括：一种前混式高压磨料射流管道切割装置,包括高压供水系统、前混式高压磨料射流调制系统、链条式切割系统、液压站、控制系统；高压供水系统与前混式高压磨料射流调制系统之间连接有高压清水管线；前混式高压磨料射流调制系统与链条式切割系统之间连接有高压磨料浆体管线；链条式切割系统与液压站之间连接有液压马达驱动液压管线以及液压缸驱动液压管线。本发明采用前混式磨料射流切割,同等工况下,切割效率大幅优于后混式切割工艺；切割系统可适应不同直径与不同壁厚的管道切割,作业范围较宽,特别适用于油气集输站各类管道的切割施工。(A front-mixing type high-pressure abrasive jet flow pipeline cutting device comprises a high-pressure water supply system, a front-mixing type high-pressure abrasive jet flow modulation system, a chain type cutting system, a hydraulic station and a control system; a high-pressure clean water pipeline is connected between the high-pressure water supply system and the front mixing type high-pressure abrasive jet modulation system; a high-pressure abrasive slurry pipeline is connected between the front mixing type high-pressure abrasive jet flow modulation system and the chain type cutting system; a hydraulic motor driving hydraulic pipeline and a hydraulic cylinder driving hydraulic pipeline are connected between the chain type cutting system and the hydraulic station. The front-mixing abrasive jet cutting is adopted, and under the same working condition, the cutting efficiency is greatly superior to that of a rear-mixing cutting process; the cutting system can be suitable for cutting pipelines with different diameters and different wall thicknesses, has a wide operation range, and is particularly suitable for cutting construction of various pipelines of an oil and gas gathering and transportation station.)
技术领域
本发明涉及一种油气集输装置维修领域中的管道切割装置，特别涉及一种前混式高压磨料射流管道切割装置及其使用方法。
背景技术
随着油田产能建设规模的不断扩大，地面基建的施工量增加，尤其是对集输站内的改造和扩建，需要对输油气管道进行维修、加接旁路、安装阀门等。在施工过程中，首先需要对管道进行切割，目前国内对输油气管道的切割方式主要有机械刀具切割、乙炔火焰喷枪切割等，其中乙炔火焰喷枪切割方式应用最广，该切割方式具有操作简单、切割效率高等优点；机械刀具切割具有自动化程度高、切割精度高等优点，但上述两种方式在切割过程中均存在明火与局部高温，输油气管道中往往残存有易燃易爆气体，一旦前期扫线、冲洗等不彻底，施工过程中就会出现回火现象，存在着极大的安全隐患，同时，乙炔火焰喷枪切割方式的切割质量易受操作人员技能的制约，因此，施工质量难以保证。
近年来，国内兴起了磨料射流切割这一“冷切割”技术，对管道进行冷切割，不存在热变形、热硬化等热影响问题，更为重要的是切割过程中不存在明火与局部高温，排除了对周围环境燃火、引爆的可能性，尤其适用于化工厂、炼油厂、煤矿井下等易燃易爆场合的切割作业，但相当一部分磨料射流切割装置采用的是“后混式”切割工艺，磨料与高速射流混合不均匀，调制形成的高速磨料射流切割效率不高，同时对泵组的输出压力要求过高，限制了该技术的推广应用。
在钢管的自动切割领域，手摇式钢管切割机，制造成本低、价格便宜，但其存在手摇速度不均匀，切割粗糙；切割机在绕管子转动的过程中，很多位置不好手摇操作，如顶面、底面等；切割中途出现紧急情况，不能及时关闭火焰；以链条限定行走轨迹会造成定位不准，切割精度不够，割口差，钢管常需要进行焊补或补割等缺点。
磁力式自动管道切割机是利用磁力小车做行走机械，实现了自动切割，其效率较高。但其仍然存在对钢管椭圆度不好的情况下，磁力小车沿管壁走，行走路径改变，特别是大口径钢管，焊接后椭圆度很难保持很好，切割效果不好；表面有涂层或保温层等情况下，磁力减少，无法克服自重，磁力式无法工作；在切割有缝管特别是螺旋管时，磁力式行走轨迹发生变化，磁力小车在经过螺旋管的焊缝处易掉下来或是由于颠簸，行走机构车轮走偏；不锈钢等无磁性管道不能切割；磁力切割机放置到管子上的时候很难保证切割机体与管子端面的平行，行走偏差不可避免，管径越大，偏差越大，因此常常先画线，切割过程中再由工人实时监控，出现偏差再手动干预，浪费工时，同时又不能彻底保证质量等问题。有厂家针对磁力式可能下落这一缺点，可外配固定链条等机构，但仍然不能解决由于管径误差与椭圆误差带来的切割精度的损失。
传统的链条式自动切割机，克服了传统自动切割机切割过程中的缺点，并克服了手动链条式切割机的部分缺点，但依然有其致命的缺点。如：
链条节与节之间有空隙，使用链条作为轨道，很难保证切割精度。钢管口径越大，误差越大；链条为要一节一节安装，链条在安装过程中是松弛的，安装好的链节容易脱落，安装费时费力，并容易加剧上述缺点。
与申请人同时提交的链条式磨料射流管道切割装置相比，本申请属于不同系列的产品，同时更侧重于从使用方法入手，限定产品的结构，通过不同角度的限定对系列产品进行保护。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种前混式高压磨料射流管道切割装置。
本发明涉及一种前混式高压磨料射流管道切割装置。其技术方案是：该装置由高压供水系统、前混式高压磨料射流调制系统、链条式切割系统、液压站、控制系统构成；高压供水系统与前混式高压磨料射流调制系统之间连接有高压清水管线；前混式高压磨料射流调制系统与链条式切割系统之间连接有高压磨料浆体管线；链条式切割系统与液压站之间连接有液压马达驱动液压管线以及液压缸驱动液压管线；链条式切割系统通过爬行链条束缚在被切割管道上；控制系统用于调节液压缸活塞杆的伸缩，进而调节爬行链条与被切割管道的束缚力；同时，控制系统还用于调节液压马达的转速，进而调节链条式切割系统的行进速度。
优选的，上述高压供水系统由水箱、回水管线、低压阀门、低压供水管道、高压泵、高压三通、高压清水管线构成。
优选的，前混式高压磨料射流调制系统由砂阀开关手柄、支撑框架、高压磨料罐、加料口丝堵、加料口开关手柄、高压混合腔、高压磨料浆体管线构成。
优选的，链条式切割系统由爬行链条、爬行驱动链轮、滚轮、张紧铰链外侧转轴、张紧杆、液压缸固定杆、张紧铰链内侧转轴、铰链主轴、液压缸、液压马达、主动轮、驱动链、从动轮、爬行链轮主轴、喷杆锁紧螺钉、喷杆套筒、喷杆、滚轮轴承、基座轴承、基座、切割喷嘴构成。
优选的，液压站主要包括液压马达驱动液压管线以及液压缸驱动液压管线(4-2)，其余部件，如电机、呼吸阀、冷却器、液压泵等均为液压标准元件。
本发明的有益效果是：采用前混式磨料射流切割，同等工况下，切割效率大幅优于后混式切割工艺；链条式切割系统可适应不同直径与不同壁厚的管道切割，作业范围较宽，特别适用于油气集输站各类管道的切割施工。
附图说明
图1为本发明所述切割装置在使用过程中的整体示意图；
图2为高压供水系统组成示意图；
图3为前混式高压磨料射流调制系统组成示意图；
图4为链条式切割系统的侧视图；
图5为链条式切割系统的主视图；
图6为液压站结构示意图。
附图标记如下：高压供水系统1、前混式高压磨料射流调制系统2、链条式切割系统3、液压站4、控制系统5、被切割管道6。
水箱1-1、回水管线1-2、低压阀门1-3、低压供水管道1-4、高压泵1-5、高压三通1-6、高压清水管线1-7。
砂阀开关手柄2-1、支撑框架2-2、高压磨料罐2-3、加料口丝堵2-4、加料口开关手柄2-5、高压混合腔2-6、高压磨料浆体管线2-7。
爬行链条3-1、爬行驱动链轮3-2、滚轮3-3、张紧铰链外侧转轴3-4、张紧杆3-5、液压缸固定杆3-6、张紧铰链内侧转轴3-7、铰链主轴3-8、液压缸3-9、液压马达3-10、主动轮3-11、驱动链3-12、从动轮3-13、爬行链轮主轴3-14、喷杆锁紧螺钉3-15、喷杆套筒3-16、喷杆3-17、滚轮轴承3-18、基座轴承3-19、基座3-20、切割喷嘴3-21。
液压马达驱动液压管线4-1、液压缸驱动液压管线4-2。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，可以理解的是，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
参照附图1，本发明提到的一种前混式高压磨料射流管道切割装置，其技术方案是：该装置由高压供水系统1、前混式高压磨料射流调制系统2、链条式切割系统3、液压站4、控制系统5构成；高压供水系统1与前混式高压磨料射流调制系统2之间连接有高压清水管线1-7；前混式高压磨料射流调制系统2与链条式切割系统3之间连接有高压磨料浆体管线2-7；链条式切割系统3与液压站4之间连接有液压马达驱动液压管线4-1以及液压缸驱动液压管线4-2；链条式切割系统3通过爬行链条3-1束缚在被切割管道6上；控制系统5用于调节液压缸3-9活塞杆的伸缩，进而调节爬行链条3-1与被切割管道6的束缚力；同时，控制系统5还用于调节液压马达3-10的转速，进而调节链条式切割系统3的行进速度。
参照附图1、附图4、附图5，张紧铰链外侧转轴3-4、张紧铰链内侧转轴3-7、张紧杆3-5、液压缸固定杆3-6、铰链主轴3-8以及液压缸3-9构成一幅完整的铰链机构，其中，以铰链主轴3-8为旋转中心，张紧铰链外侧转轴3-4与张紧铰链内侧转轴3-7在液压缸3-9的推动下可在一定角度内旋转，改变爬行驱动链轮3-2与被切割管道6之间的距离，进而改变爬行链条3-1在被切割管道6上的束缚力，既可以将整套链条式切割系统3稳妥的固定在被切割管道6上防止掉落与滑动，又能够防止束缚力过大导致的爬行驱动链轮3-2无法与爬行链条3-1啮合运动；张紧铰链外侧转轴3-4与张紧铰链内侧转轴3-7末端均分别按照有一个滚轮3-3，为减小滚动阻力，每个滚轮3-3中安装有两个滚轮轴承3-18；爬行链轮主轴3-14与从动轮3-13刚性连接，再通过基座轴承3-19安装在基座3-20上，液压马达3-10同样安装在基座3-20上，液压马达3-10输出轴与主动轮3-11刚性连接，然后通过驱动链3-12带动从动轮3-13转动，进而带动爬行驱动链轮3-2，最终驱动整套链条式切割系统3沿着爬行链条3-1形成的轨道围绕被切割管道6周向运动；喷杆3-17安装在喷杆套筒3-16中，并通过喷杆锁紧螺钉3-15固定，喷杆3-17一端连接高压磨料浆体管线2-7，另一端安装有切割喷嘴3-21。
本发明所述的前混式高压磨料射流管道切割装置，其使用方法包括以下过程：
参照附图1与附图6，将高压供水系统1、前混式高压磨料射流调制系统2、链条式切割系统3、液压站4、控制系统5连接，并将链条式切割系统3固定在被切割管道6上；开启液压站4，并通过控制系统5控制液压缸驱动液压管线4-2中的油压，同时开启液压马达驱动液压管线4-1油路，驱动液压马达3-10运行，检验爬行链条3-1的束缚力大小，如果爬行驱动链轮3-2转动困难，则适当降低液压缸驱动液压管线4-2中的油压，反之增大油压，直至链条式切割系统3能够自如的沿着爬行链条3-1形成的轨道围绕被切割管道6周向运动。
参照附图2～附图6，切割作业之前，将水箱1-1中注满清水；通过加料口开关手柄2-5将加料口丝堵2-4拆除，将切割用磨料加入高压磨料罐2-3，然后将加料口丝堵2-4安装回位；打开低压阀门1-3并开启高压泵1-5，高压泵1-5通过低压供水管道1-4在水箱1-1吸入清水并增压，调节高压三通1-6至施工设定压力，高压清水通过高压清水管线1-7进入高压混合腔2-6，打开砂阀开关手柄2-1，在高压混合腔2-6中，高压清水与磨料混合形成高压磨料浆体，磨料的体积份数可由混合腔2-6内部中的流道节流特性来进行控制，混合形成后的高压磨料浆体由高压磨料浆体管线2-7输送至喷杆3-17，再由喷杆3-17末端的喷嘴3-21形成高速磨料射流，对被切割管道6进行切割，切割速度通过控制系统5改变液压马达3-10的转速来进行调节。切割作业完成后，关闭液压马达3-10，同时关闭砂阀开关手柄2-1，仅仅使用清水再运行1～2min，将高压磨料浆体管线2-7以及喷杆3-17中残存的磨料清理干净后，关闭高压泵1-5，同时将液压缸3-9的活塞杆缩回，拆掉爬行链条3-1。再重复以上过程，完成下一个位置的切割作业。
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，在此基础上可进行灵活变通，例如，液压马达3-10可更换为低速电机；爬行链条3-1可为单排链、双排链或多排链；液压缸3-9可更换为能够调节张紧力的大刚度弹簧等。任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的实施方式加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的实施方式所进行的任何简单修改或等同置换，均属于本发明要求保护的范围。
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