本发明涉及石油天然气管道的维护、抢修、改造领域,为石油天然气管道不停输带压开孔作业用的开孔机,包括主机和驱动装置,驱动装置采用上置式同轴布置的驱动马达和进给马达,为转子内花键输出的低速大扭矩叶片马达;主机内沿轴向设置有驱动套筒、主轴、丝杠,主轴位于驱动套筒芯内,主轴内芯具有丝杠;驱动马达通过驱动马达轴与驱动套筒花键连接,进给马达通过进给马达轴与丝杠花键连接;主轴上端与一丝母固定连接,丝母与丝杠啮合连接,通过进给马达轴传递来动力,使主轴通过丝杠啮合按螺旋导程上下移动,实现开孔。本发明解决现有设备结构复杂繁重,适用的管道压力小,不能无极调速等问题,适合于高压和大口径管道,结构简单,实现无极调速。
1.一种管道带压开孔机,包括主机与设置于主机上端部的动力装置,其特征在于,所述动力装置主要由驱动马达和进给马达组成,驱动马达和进给马达均采用上置式同轴布置在主机上端部,所述驱动马达和给进马达均为转子内花键输出的低速大扭矩叶片马达;所述主机内沿轴向设置有驱动套筒、主轴、丝杠,其中主轴位于驱动套筒芯内,主轴内芯具有丝杠,丝杠上端透过主轴;所述驱动马达通过驱动马达轴与驱动套筒的花键连接,进给马达通过进给马达轴与丝杠的花键连接,驱动马达轴套在透过主轴的丝杠上端上;主轴的上端与一丝母固定连接,丝母与丝杠啮合连接,通过进给马达轴传递来动力,可使主轴通过丝杠啮合按螺旋导程上下移动;当驱动套筒和丝杠分别在驱动马达和进给马达的驱动下同时旋转运动时,形成主轴旋转向下移动,从而实现开孔。
2.按照权利要求1所述的管道带压开孔机,其特征在于,主轴的上端外围设有导向键,驱动套筒上设置有导向键槽,主轴的导向键嵌于导向键槽内,可在导向键槽内上下移动。
3.xa0按照权利要求1所述的管道带压开孔机,其特征在于,驱动马达外侧安装马达箱,将驱动马达遮蔽到马达箱内,马达箱顶端具有马达箱盖,马达箱底部具有驱动马达座;驱动套筒通过轴承支撑到主机的外壳体,外壳体上端连接驱动马达座,并通过马达箱盖压紧驱动马达轴,外壳体下端连接支撑主轴的主轴支撑箱,主轴穿过主轴支撑箱。
4.xa0按照权利要求3所述的管道带压开孔机,其特征在于,进给马达轴穿过马达箱盖,进给马达与马达箱盖固定连接。
5.按照权利要求3所述的管道带压开孔机,其特征在于,主机的外侧设置有压力平衡装置,所述压力平衡装置为多个囊式蓄能罐,囊式蓄能罐的一端通过胶管连接在主轴顶端的外壳体上与主机的机体内油液相通,另一端连接在主轴支撑箱的引压孔上,由引压孔出来的管道内压力通过囊式蓄能罐中的皮囊膨胀将气压变为油压传递给主机的机体内。
6.xa0按照权利要求1所述的管道带压开孔机,其特征在于,驱动马达和进给马达分别通过控制阀与提供给驱动马达和进给马达动力的液压泵连接,通过控制控制阀实现马达转速和输出功率的调整。
7.xa0按照权利要求2所述的管道带压开孔机,其特征在于,导向键槽长度不贯通驱动套筒,在导向键槽的下端设置有限位轴套,防止主轴伸出过度。技术领域
xa0本发明涉及石油天然气管道的维护、抢修、改造领域,具体地来说为一种石油天然气管道不停输带压开孔作业用的管道带压开孔机。
背景技术
伴随着国民经济高速发展,石油和天然气消费持续攀升,已经并将继续形成输送原油、天然气和成品油的骨干管网,尤其是清洁能源-天然气输送管道向高压力大口径方向发展,管道材质向X80以上高强度材料发展,现有设备不能满足不停输高压管道开孔要求的设备。大口径油气管线不停输带压封堵是当前世界管道运输行业共同面临的重大工程技术课题。目前,随着我国新建管线规模的迅速增长、管线输送压力、口径的不断增大,管线的改造、维修任务越来越重。油气储运的正常运行不仅影响着人民生活、社会经济建设,更关系到社会稳定与国家安全。所以,亟需在大口径高压管道不停输开孔封堵领域提高自身技术创新能力,打破国际技术垄断,根据中国目前的管道建设现状开发拥有自主知识产权的大口径油气管道高压不停输开孔封堵系列设备,对提高我国油气管道的维抢修能力,应对可能出现的突发性事故,保证油气管线安全运行有着深远影响。现有技术中普遍存在的问题为,一般情况都为齿轮箱进行调速,增加了设备的重量,不能实现无极调速;开孔进刀量是定值,不可调整;开孔机体内无压力调节,不可做更高压力下的工作。因此不能满足高压下大口径的管道开口。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供适合于高压和大口径管道,结构简单,实现无极调速的管道带压开孔机,解决调速结构繁琐,适用压力低等问题。xa0xa0xa0xa0本发明解决上述技术问题的技术方案如下:本发明中名词“下端”或者“下侧”指的是开孔机工作时,接近工作管道,或者接近刀具的一端为下端,相反的一端为“上端”或者“上侧”。一种管道带压开孔机,包括主机与设置于主机上端部的动力装置,所述动力装置主要由驱动马达和进给马达组成,驱动马达和进给马达均采用上置式同轴布置在主机上端部,为转子内花键输出的低速大扭矩叶片马达;低速大扭矩叶片马达,指的是转速低而输出扭矩大的马达,额定转速低于500r/minxa0属于低速液压马达,有时可达到每分钟几转到零点几转,而低速液压马达的输出扭矩大,所以称为低速大扭矩液压马达,而本发明采用的液压马达从基本结构类型上属于叶片式的液压马达。所述主机内沿轴向设置有驱动套筒、主轴、丝杠,其中主轴位于驱动套筒芯内,主轴内芯具有丝杠,丝杠上端透过主轴;所述驱动马达通过驱动马达轴与驱动套筒的花键连接,进给马达通过进给马达轴与丝杠的花键连接,驱动马达轴套在透过主轴的丝杠上端上;主轴的上端与一丝母固定连接,丝母与丝杠啮合连接,通过进给马达轴传递来动力,可使主轴通过丝杠啮合按螺旋导程上下移动;xa0进一步地,主轴的上端设有导向键,驱动套筒上设置有导向键槽,主轴的导向键嵌于导向键槽内,限制主轴上下移动时,沿垂直方向移动;同时当驱动套筒和丝杠分别在驱动马达和进给马达的驱动下同时旋转运动时,形成主轴旋转向上(下)移动,从而实现开孔。驱动马达外侧安装马达箱,将驱动马达遮蔽到马达箱内,马达箱顶端具有马达箱盖,马达箱底部具有驱动马达座;驱动套筒通过轴承支撑到主机的外壳体,外壳体上端连接驱动马达座,并通过马达箱盖压紧驱动马达轴,外壳体下端连接支撑主轴的主轴支撑箱,主轴穿过主轴支撑箱。进给马达轴穿过马达箱盖,进给马达与马达箱盖固定连接。进一步地,驱动马达和进给马达分别通过控制阀与提供给驱动马达和进给马达动力的液压泵连接,通过控制控制阀实现马达转速和输出功率的调整。进一步地,导向键槽长度不贯通驱动套筒,xa0在导向键槽的下端设置有限位轴套,防止主轴伸出过度。在上述技术方案的基础上,本发明还可以在主机的外侧设置有压力平衡装置,所述压力平衡装置为多个囊式蓄能罐,囊式蓄能罐的一端通过胶管连接在主轴顶端的外壳体上与主机的机体内油液相通,另一端连接在主轴支撑箱的引压孔上,由引压孔出来的管道内压力通过囊式蓄能罐中的皮囊膨胀将气压变为油压传递给主机的机体内,形成压力平衡工作。xa0本发明的有益效果是:1.本发明的动力装置采用上置式同轴布置双马达驱动的方式,无需复杂的齿轮传动机构与变速箱即可实现无级调速,节省空间、简化结构布置、减轻设备的重量,驱动马达与进给马达同轴布置,扭矩可直接通过马达内部的内花键传递到从动装置,而无需另外的机械传动装置,传动效率高,载荷分布均匀,不会产生附加径向载荷。两台马达与主机同轴布置,结构布置紧凑。2.本发明采用囊式蓄能罐的压力平衡装置,通过管线压力对开孔机体内进行压力调节,使机体内主轴压力与管道内压力处于平衡状态进行开孔,从而提高开孔的能力,降低开孔所需功率。使得正常工作压力达到12MPa,开孔口径覆盖762~1524mm范围。3.xa0采用本发明的驱动结构和轴系结构使得本设备具备卡刀自动退刀功能;为适应不同口径的管材开孔作业以及同一口径管材开孔过程中的不同工况,可以灵活地选择不同的进给速度。
附图说明
图1为本发明开孔机的结构示意图;图2为本发明开孔机的结构剖视图;其中,1为主机,2为进给马达,3为驱动马达,4为丝母,5为丝杠,6为主轴,7为外壳体,8为限位轴套,9为导向键,10xa0为驱动套筒,11为主轴支撑箱,12为液压顶杆,13为压力平衡装置,14为液压控制面板,15xa0为支架或人梯,16xa0为胶管,17xa0为引压孔,18为主轴位移显示装置,22为进给马达轴,31为驱动马达轴,32为马达箱盖,33为马达箱,34为驱动马达座,101为导向键槽。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。如图1和图2所示,一种管道带压开孔机,包括主机1与设置于主机端部的动力装置,该主机1包括主轴6、丝杠5、驱动套筒10与液压顶杆12之间配合的轴系,以及开孔机外壳体7、马达轴和下侧主轴支撑箱11,上述部件装配形成主机1,该主机1内沿轴向设置有主轴6以及驱动套筒10,主轴6位于驱动套筒10芯内,主轴6与驱动套筒10连接;主轴6内芯具有丝杠5,丝杠5上端透过主轴6,透过主轴6的部分称为外露轴,主轴6的上端与一丝母4固定连接,所述丝母4与丝杠5啮合连接。丝杠5芯内具有液压顶杆12。所述动力装置主要由驱动马达3和进给马达2组成,驱动马达3和进给马达2均采用上置式同轴布置在主机上端部,为转子内花键输出的低速大扭矩叶片马达,本实施例中,低速大扭矩叶片马达采用威格士-Vickers叶片式马达,其中驱动马达型号为MHT500,进给马达型号为MHT150,相类似的低速大扭矩叶片马达同样可用于本发明;驱动马达3通过驱动马达轴31与驱动套筒10花键连接,驱动马达轴31与驱动马达3花键啮合,通过螺栓与驱动马达3的驱动马达座34连接,驱动马达3外侧安装马达箱33,将驱动马达3遮蔽到马达箱33内,马达箱33顶部覆盖有马达箱盖32。进给马达2通过进给马达轴22与丝杠5花键连接,进给马达2与进给马达轴22通过花键啮合,进给马达轴22穿过马达箱盖32与丝杠5连接,进给马达2通过螺栓与马达箱盖32固定连接。驱动马达轴31穿在丝杠5的上端外露轴上,与丝杠5的上端外露轴形成嵌套结构,驱动马达轴31与驱动套筒10连接后,形成主轴6、丝杠5、驱动套筒10、驱动马达轴31之间相互嵌套结构。xa0主轴6的上端外围设有导向键9,驱动套筒10上设置有导向键槽101,主轴6的导向键9嵌于导向键槽101内,可在导向键槽101内上下移动。导向键槽101长度不贯通驱动套筒10,xa0在导向键槽101的下端设置有限位轴套8,防止主轴6伸出过度。驱动套筒10通过轴承支撑到外壳体7,外壳体7上端连接驱动马达座34,且通过马达箱盖32压紧驱动马达轴31,外壳体7下连接主轴支撑箱11,同时主轴6穿过主轴支撑箱11,从而形成开孔机轴系传动机构。当驱动马达3旋转时,由驱动马达轴31带动驱动套筒10旋转,此时由导向键9带动主轴旋转,形成主轴6自转;当进给马达2旋转时,由进给马达轴22带动丝杠旋转,此时丝杠5与丝母4啮合传动,从而形成主轴6上下伸缩运动。如两马达向同一方向共同工作时,形成主轴6上下旋转伸缩运动。双马达分别驱动主轴6与丝杠5,无需复杂的齿轮传动机构与变速箱,节省空间、简化结构布置、减轻主机重量。在正常开孔过程中,驱动马达转速为高于进给马达转速时,差速进给。当出现开孔卡刀时,驱动马达转速会立即降低,低于进给马达转速时,差速自动退刀,当开孔刀脱离切削表面后,切削马达转速再次高于进给马达转速,差速进给,进行正常切削,如此往复保证刀具和马达的安全,形成开孔卡刀保护功能。本发明中,驱动马达和进给马达分别通过控制阀与液压泵连接,通过控制控制阀控制实现马达转速和输出功率的调整。所应用的液压泵为变量输出,流量和压力可通过控制阀进行调节,由于叶片式马达的特性,通过改变液压流量和压力,即可实现马达转速和输出功率的自由调节。当驱动马达与进给马达同时工作时,利用差速原理液压调整配比两马达转速,完成开孔机切削进给速度,此种方法可以随着调装开孔机进给与旋转速度,做到无级调速。本发明安装有液压控制面板14控制控制阀的状态,为自动或手动控制,主要控制阀体集中液压控制面板14,安装于主机下端上,方便人员操作。本发明中,主机的外侧设置有压力平衡装置13,所述压力平衡装置13为多个囊式蓄能罐,囊式蓄能罐的一端通过胶管连接在主轴顶端的外壳体上与主机的机体内油液相通,另一端通过胶管16连接在主轴支撑箱11的引压孔17上。囊式蓄能罐的结构为具有一皮囊的气体部分和具有油液的蓄能器部分组成。由于开孔机整机注入液压油,即外壳体以内、驱动马达座和主轴支撑箱内部全部注油,开孔机外置囊式蓄能器做为压力平衡装置13,采用胶管接头与主机的机体连接,通过主轴支撑箱11的引压孔17,将开孔作业时管道内压力引到蓄能器皮囊内,皮囊膨胀后压缩蓄能器内液压油产生压力,并传递到主机的机体内,抵消作用在主轴端面上压力,使开孔机主轴、丝杠和驱动套筒处于平衡状态下工作,使开孔机在同等进给功率输出情况下能够在更高压力的下工作。提高开孔机的开孔作业能力。本发明中,在主机的外侧贯穿主机的高度设置有支架或人梯15,便于操作,在主机的下端,主轴支撑箱的上端,设置有操作平台。为了更好地观测主轴的进尺刻度,在主机的外壳体上设置有主轴位移显示装置18,该主轴位移显示装置18包括一机械行程表、一主轴进尺状态电子显示器和观察窗可视窗口。机械行程表通过齿轮换算对主轴进出量进行显示用的,用于外围人员远观用;电子显示器和机械行程表的功能一样,是通过齿轮和链轮将马达的转速换算成主轴进出量的,同时采集一下马达的转速,通过电子方向显示给操作者。机械行程表和电子显示器均采用本领域具有此功能的设备即可实现。以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。