[发明专利]一种海底油气管道维修方法

权利要求书

1.一种海底油气管道维修方法，基于海底油气管道修复机器人实现；

其特征在于，所述海底油气管道修复机器人包括机架、管道挖取机构、管道夹紧机构、管道切割机构、管道打磨机构、管道焊接机构以及管道水泥成型机构；

其中，机架包括壳体、螺旋桨以及螺旋桨安装支架；

螺旋桨安装支架有两个，且每个螺旋桨安装支架分别连接于所述壳体的一侧；

每个螺旋桨安装支架上分别对应安装一个所述螺旋桨；

所述壳体呈“凸”字型结构；

在壳体的前侧板和后侧板上均设有倒置的U型槽，其中，U型槽位于相应侧板的中下部；在壳体的底板中部设有沿所述底板前后方向贯穿整个底板的条形开口；

两个所述U型槽分别位于条形开口的一端，且分别与所述条形开口相连通；

在壳体内对应每个U型槽的位置均设有可开合的U型槽挡板；

其中，U型槽挡板由两个对称的挡板单元组成；

所述挡板单元的上部呈半圆环形、下部呈方形，当两个挡板单元组合形成所述U型槽挡板时，U型槽挡板的上部形成用于容纳管道的圆形孔，U型槽挡板的下部闭合；

每个挡板单元配置一个挡板单元行走驱动机构，同一U型槽处的两个挡板单元行走驱动机构同时带动相应的挡板单元向中间靠拢或向相反的方向分开；

在壳体的底板内侧上设有一形状、大小与所述条形开口相适应的开口挡板；该开口挡板为可活动式挡板，开口挡板配置有开口挡板行走驱动机构；

在壳体的底部设有多个排水口，在壳体内设有排水机构，排水机构与各所述排水口相连；

在机架的各个边角处分别配置一个电动高度可调节支腿；

管道挖取机构位于所述壳体的前侧，其包括两个对称布置的管道挖取单元；

两个管道挖取单元均安装于壳体的前侧板上；其中，一个管道挖取单元位于前侧板上U型槽的左侧，另一个管道挖取单元位于前侧板上U型槽的右侧；

管道夹紧机构、管道切割机构、管道打磨机构、管道焊接机构以及管道水泥成型机构均设置于所述机架的壳体内；其中：

管道夹紧机构有两组，且分别位于壳体内管道修复工位的左侧和右侧；

定义两组管道夹紧机构分别为一号管道夹紧机构和二号管道夹紧机构，两组管道夹紧机构的结构相同；每组管道夹紧机构均包括夹紧单元、伸缩单元以及横动单元；

其中，夹紧单元和伸缩单元分别有两组，且每组伸缩单元与一组夹紧单元对应相连；

所述伸缩单元被配置为用于带动相应的夹紧单元实现左右方向的伸出和缩回动作；

两组所述伸缩单元均安装于所述横动单元上；

横动单元被配置为用于带动每组伸缩单元和夹紧单元组成的整体实现前后方向的移动；

管道切割机构有两个，且每个所述管道切割机构分别通过一个管道切割机构行走驱动机构对应安装于所述一号管道夹紧机构中的一个夹紧单元上；

其中，管道切割机构行走驱动机构用于带动相应的管道切割机构沿左右方向运动；

管道打磨机构和管道焊接机构分别有两个，且均位于管道修复工位的上方；

每个管道打磨机构的上部均设有第一升降连杆；

第一升降连杆包括第一杆体、驱动电机、第一螺纹柱以及第一水平滑块；

所述第一杆体的底部与管道打磨机构相连，第一升降连杆中的驱动电机安装于第一杆体的顶部，该驱动电机的输出轴向上并与所述第一螺纹柱相连；

第一杆体为圆形杆体，且第一螺纹柱的直径大于第一杆体的直径；

第一水平滑块的中部设有螺纹孔，该螺纹孔的直径与所述第一螺纹柱的直径相适应；

在壳体的顶板上对应每个第一升降连杆设置一个带有内螺纹的第一固定套；

第一固定套为竖向设置，且第一固定套的内螺纹的直径与所述第一螺纹柱的直径相适应；

在壳体的顶板内侧设置一条沿所述壳体前后方向伸展的第一滑轨；

第一水平滑块位于所述第一滑轨内，该第一水平滑块配置有第一水平滑块运动驱动机构；

每个管道焊接机构的上部均设有第二升降连杆；

第二升降连杆包括第二杆体、驱动电机、第二螺纹柱以及第二水平滑块；

所述第二杆体的底部与管道打磨机构相连，第二升降连杆中的驱动电机安装于第二杆体的顶部，该驱动电机的输出轴向上并与所述第二螺纹柱相连；

第二杆体为圆形杆体，且第二螺纹柱的直径大于第二杆体的直径；

第二水平滑块的中部设有螺纹孔，该螺纹孔的直径与所述第二螺纹柱的直径相适应；

在壳体的顶板上对应每个第二升降连杆设置一个带有内螺纹的第二固定套；

第二固定套为竖向设置，且第二固定套的内螺纹的直径与所述第二螺纹柱的直径相适应；

在壳体的顶板内侧设置一条沿所述壳体前后方向伸展的第二滑轨；

第二水平滑块位于所述第二滑轨内，该第二水平滑块配置有第二水平滑块运动驱动机构；

管道水泥成型机构设置于所述开口挡板上；

所述管道水泥成型机构包括两个半圆形成型模以及成型模驱动机构；

两个半圆形成型模的底部铰接，成型模驱动机构有两组，且每组成型模驱动机构对应与一组半圆形成型模相连，且用于带动相应的半圆形成型模转动；

两个半圆形成型模组合时形成一个圆形水泥成型模；

在水泥成型模的顶部设有注浆口；在壳体的顶板内侧设有水泥存放容器，该水泥存放容器底部开口处连接有向下伸展的下料管，该下料管对准所述注浆口；

所述管道焊接机构包括圆环形盘体、盘体开合驱动单元、滑动安装座、焊枪以及焊缝检测传感器；其中，圆环形盘体由两个上部铰接的半圆环形盘体组成；

盘体开合驱动单元有两个，且每个盘体开合驱动单元分别与一个半圆环形盘体对应相连；

每个半圆环形盘体的表面均设有半圆弧形滑轨，且当两个所述半圆环形盘体组合形成所述圆环形盘体时，两个半圆弧形滑轨组合形成一条圆弧形滑轨；

滑动安装座有两个，且均设置于所述圆弧形滑轨上，每个所述滑动安装座均配置有用于带动相应的滑动安装座沿所述圆弧形滑轨进行周向运动的行走驱动单元；

其中，所述焊枪以及焊缝检测传感器分别安装于其中一个所述滑动安装座上；

所述海底油气管道维修方法，包括如下步骤：

I.1.将海底油气管道修复机器人放置于船上，当船到达待修复管道的上方时，将机器人放入水中，机器人通过螺旋桨运动，配合位置探测头，使得机器人落在管道正上方；

机器人落地后，各个高度可调节支腿伸长，机器人位置升高；

I.2.管道挖取机构通过螺旋钻头疏松管道周围的地面，将管道从泥土中挖出，利用推土板清理挖出的泥土，推土板上的高压水管实时清理周围泥土和挖出的管道；

I.3.管道周围的泥土清理干净后，各个高度可调节支腿缩回，使得机器人下降并保持平稳，管道经由两个U型槽以及条形开口进入壳体内；

I.4.一号管道夹紧机构中的两个伸缩单元同时伸出，并带动各自对应的夹紧单元伸出至待修复管道位置，然后每个夹紧单元夹紧待修复管道的一个位置；

紧接着，同一U型槽挡板的两个挡板单元，分别在相应的挡板单元行走驱动机构的带动下向中间靠拢，使得两个U型槽分别闭合；

在开口挡板行走驱动机构的带动下，开口挡板向中间运动，条形开口闭合；

排水机构启动，并通过排水口将壳体内部的水排出；

I.5.利用管道切割机构分别实现对管道两个不同位置的切割，切割完成后，有一段管道被切割下来，切割下的管道即为需要被替换的管道；

一号管道夹紧机构中的两个伸缩单元缩回，切割下的管道被移动至管道修复工位侧部；

I.6.在两个第一升降连杆的带动下，相应的管道打磨机构下降，当第一升降连杆中第一螺纹柱与第一水平滑块结合时，能够实现管道打磨机构沿管道方向的位置调整；

两个管道打磨机构分别移动至一个管道切割位置，并分别对所在切割位置的管道以及管道外侧的水泥保护层进行打磨，打磨完成后，两个管道打磨机构分别上升；

I.7.二号管道夹紧机构将待替换的管道移动至管道的切割区域；其中，在机器人入水之前，二号管道夹紧机构上事先夹紧待替换的管道；

I.8.在两个第二升降连杆的带动下，相应的管道焊接机构下降，当第二升降连杆中第二螺纹柱与第二水平滑块结合时，能够实现管道焊接机构沿管道方向的位置调整；

在第二升降连杆下降过程中，两个半圆环形盘体处于张开状态，当管道焊接机构下降至管道位置时，两个半圆环形盘体闭合，管道被圆环形盘体包围；

紧接着，管道焊接机构上的焊枪进行周向方向运动，并对管道接缝处进行焊接，与此同时，管道焊接机构上的焊缝检测传感器进行周向运动并进行焊缝质量检查；

焊接完成后，两个半圆环形盘体张开，然后两个管道焊接机构分别上升；

与此同时，二号管道夹紧机构松开对待替换管道的夹持；

I.9.焊接完成后，两个半圆形成型模在各自成型模驱动机构的带动下向中间合拢，形成圆形水泥成型模，替换的管道被包裹于水泥成型模内；

水泥存放容器的底部开口打开，水泥由下料管下落至圆形水泥成型模内；

待水泥成型模内水泥干燥后，圆形水泥成型模打开；

I.10.两个U型槽挡板以及开口挡板分别移动，使得两个U型槽以及条形开口分别打开，然后各个高度可调节支腿伸长，使得管道离开壳体的内部，至此，完成管道修复。