海上施工专用管双端面高效坡口整形机方案研究

张锋，赵永强，崔丽芳

（1.中国石油天然气管道科学研究院，河北廊坊065000；2.中国石油天然气管道局第三工程分公司，河北廊坊065000；3.中国石油职业技术学院，河北廊坊065000）

海上施工专用管双端面高效坡口整形机方案研究

张锋1，赵永强2，崔丽芳3

（1.中国石油天然气管道科学研究院，河北廊坊065000；2.中国石油天然气管道局第三工程分公司，河北廊坊065000；3.中国石油职业技术学院，河北廊坊065000）

在海上管道施工中，管端坡口加工是整个管道施工的重要环节，坡口加工的质量和速度直接影响到整个管道施工的质量和效率。海上施工专用双端面高效坡口整形机采用双向动力、轨道底座一体化设计，能与拨管器完美结合，不但提高了整个坡口加工的效率和质量，同时缩小了操作区的占空比，将大大节约施工成本，加快施工进度。文章提出了研究的具体技术方案及应用前景。

海上施工；双端面坡口整形机；方案研究

0 引言

在海上管道施工中，管口的加工是整个管道施工的重要环节，坡口的加工质量和速度直接影响到整个管道施工的质量和效率。现有加工方式是用两台坡口机在管的两端分别进行坡口加工，并用吊链进行操作，生产效率低下，严重影响了整个施工的进程。双端面坡口技术及设备研究将有效地改进现有管端坡口方式及工艺流程。经检索，尚未见国内外研究机构，包括世界著名的从事管道施工技术及设备开发的美国CRC-EVANS公司、法国DASA公司等开展此项技术研究的报道。

本文的海上施工专用双端面高效坡口整形机采用双向动力切削盘结构设计，能同步对两端管口同时加工，生产效率是现有坡口机的2倍，而且提高了坡口加工质量，缩小了操作区的占空比，节约了施工成本，特别适合在海上有限空间内的作业。

1 双端面高效坡口整形机的结构

双端面高效坡口整形机为全位置管道自动焊接设备的配套设备，主要组成如图1所示。

图1 双端面高效坡口整形机整机结构

在海上管道施工中，双端面高效坡口机布置在拨管流水线上，无需占很大的操作空间，并通过全液压控制双端面同步进行坡口加工。

1.1 主机头的结构及原理

双端面高效坡口整形机主切削机头虽然在结构上与管端坡口整形机有许多共同点，但在技术上又有独到之处（见图2）：主切削机头不是吊装的，而是与滑动台浮动联接，吊臂主要是为了设备安装和吊装运输，整个机头通过浮动滑动与轴向连接座实现软联接。同时，浮动滑台布置在轴向拖动底座上，并可以通过油缸拖动实现切削机头的轴向快速移动，以节约设备与管的对中定位时间。

图2 主机头结构

（1） 前导向部分和后护栏部分。这两部分主要起到保护及引导的作用。

（2） 胀紧定位部分。通过胀紧定位部分与被加工管的固定，保证切削刀盘与管轴线的垂直度，进而保证成型管口的形状精度和位置精度，为后续的全位置自动焊接提供技术保障。由于整个切削机头通过主轴箱与滑动座浮动联接，整个胀紧定位部分是悬臂结构，故胀紧定位的两排胀靴的跨距尽量小、胀紧定位部分的重量尽量轻，才能实现准确、快速的胀紧定位动作，并保证加工管端坡口的精度。

（3） 切削刀盘部分。这是整个坡口加工的主要部分，包括浮动仿形刀座、切削刀具、切削护板等。切削刀盘上均布4～6个刀座，每个刀座采用弹簧浮动技术，可以对管口进行仿形加工，以保证加工坡口的精度。多组刀杆组合可加工出各种型式的复合坡口（U、V、X型）。

（4） 主驱动及进给驱动部分。这是切削及连续切削的主要机构。设备在海上施工船上应用，所选材料、热处理工艺配备及选用液压元件必须对海上施工环境有高适应性——元器件表面耐腐蚀性强、润滑材料要适应海洋气候的特点等。

（5） 主轴箱及后护栏部分。主轴箱不仅是全部结构的搭建基础，同时也是连接浮动滑台的主部件；后护栏仅仅起到对后部的保护作用。

1.2 浮动滑台部分的结构

双端面高效坡口整形机要实现快速自动轴向移动，并快速准确定位以及对管口进行加工，浮动滑台的结构设计非常关键。常规坡口机胀紧定位都是靠操作手和吊管机手配合进行，既费时又费力；而双端面高效坡口整形机主轴箱与轴向滑台之间通过3组弹簧实现浮动联接（见图3），在胀紧部分进入管内后可实现4个自由度的调整，保证定位准确、快捷，同时支撑整个主切削机头。

图3 浮动滑台部分的结构

3组弹簧分别起不同的作用：前支撑浮动弹簧组与主支撑弹簧组承载整个主机头的重量，并起前后平衡的作用；后支撑浮动弹簧组适应胀紧定位过程中的上下、左右自动调整。滑动台与轨道底座之间通过轨道实现轴向滑动，并由轴向拖动油缸实现主机头的轴向快速移动；轴向拖动油缸设计有压力传感系统，能根据每一个主机头的进给位置自动移动或停止，从而实现全液压自动控制。

1.3 轨道底座的结构

轨道底座不仅是滑动台的导向载体，同时也是整套设备的支撑基础。它由两平行的导轨体及双向拖动油缸组成，既承载双切削主机头的重量，又拖动滑动台沿导轨实现轴向移动，满足切削机头的快速移动（见图4）。

图4 轨道底座的结构

滑动台和油缸联接的端面设计有压力传感器，当切削大盘上的浮动滚轮接触管口时，拖动油缸压力迅速升高，压力传感器将压力信号传输到压力控制阀，切断拖动油缸的油路，进而实现自动移动及快速定位。拖动油缸启动、停止以及工作中的速度可预先设定（根据实际情况），以匹配整个操作过程的设定，满足操作要求。

在海上管道施工中，轨道底座可与拨管流水线完美融合在一起，大大降低了占空比。所以，轨道底座必须是高精度可装拆式的，这是设计中应着重注意的技术关键。

1.4 液压控制系统的工作原理

液压控制系统控制滑动台的快速进退、胀紧定位、切削盘的快进快退、切削盘的主切削旋转以及工作过程中的刀盘进给运动。由于施工船上电力充足，可采用380 V电机带动液压泵；控制阀可集中设计在落地的箱体内，尽量减轻主机头的重量。液压控制系统工作原理如图5所示。

图5 液压控制系统工作原理示意

为了保证双端面坡口机的高度同步动作并降低设备成本，双机头可采用同一个液压站进行驱动。但在设计系统时要考虑到两端机械阻尼的差异，进而选择流量、压力精细可调的控制阀进行控制，才能达到良好的使用效果。由于在海洋施工船上应用，所有液压元件及系统组成都要高度适应海洋环境。

2 海上施工专用双端面高效坡口整形机的应用展望

海上施工专用双端面高效坡口整形机技术研究将进一步革新管端坡口加工技术。若此成果能在海上管道施工中得到推广应用，可以大幅提高管端坡口加工效率，降低施工成本，产生显著的经济效益。

另外，该技术也可应用于陆上管道施工中。陆上管道施工时，管端坡口是在施工现场加工，不但设备投入量大，而且效率低，速度慢。若采用双端面高效坡口整形机，可以将整条管道的管材集中堆放，进行快速加工，然后运至各施工工地。这种技术方案不但环保，而且生产效率要比原有施工方案大大提高。同时，可改变现有吊管机配合坡口机的施工方法，每个机组就可少配备一台吊管机，一个工程项目就可节省几千万元的设备资金。

[1] 张锋.大口径管道管端坡口整形机［J］.石油工程建设，2002，（3）：49-51.

Abstract：In offshore pipeline construction,the bevel cutting of pipe-ends is a very important process.It’s quality and speed influence the quality and speed of whole pipeline construction.The highly efficient dual end facing machine used for offshore pipeline construction adopts bidirectional driving power and integrated track bottom design to combine it with pipe pusher perfectly.The dual-end facing machine not only raises quality and speed of cutting,but also economizes room,declines construction cost and speeds up construction progress.The concrete technical scheme of the dual-end facing machine and its application prospect are put forward in this paper.

Key words:offshore construction;dual-end facing machine;scheme research

（65）Scheme Research of Dual-end Facing Machine Used for Offshore Pipeline Construction

ZHANG Feng（CNPC Pipeline Research Institute,Langfang 065000,China）,ZHAO Yong-qiang,CUI Lifang

TE973.3

A

1001－2206（2011）01－0065－03

张锋（1970-），男，山东诸城人，高级工程师，1995年毕业于华北电力大学机械制造专业，现从事管道施工装备研究。

2010-03-22；

2010-12-06