Устройство и способ для нанесения покрытия на участок поверхностного зазора в покрытии трубопровода - RU2618711C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к нанесению покрытия на участок поверхности зазора в покрытии трубопровода, при этом вышеуказанный участок поверхности имеет длину вдоль центральной продольной оси трубопровода и ширину, по меньшей мере, частично на периферии трубопровода.

Нанесение покрытия на участок поверхности зазора в покрытии трубопровода известно в нефтегазовой отрасли применительно к укладке стальных трубопроводов вдали от берега на морское дно.

На наружную поверхность стальной стенки таких трубопроводов во многих случаях наносят покрытие, например, антикоррозионное покрытие, которое защищает наружную поверхность от агрессивного воздействия среды.

Такие подводные трубопроводы, как правило, изготавливают на трубоукладочном судне стыковой сваркой друг с другом концов длин трубы, покрытых антикоррозионным покрытием, и затем опускают полученный таким образом трубопровод на морское дно. Для выполнения стыковой сварки труб друг с другом стальная стенка каждой трубы на каждом конце не имеет покрытия на определенном участке длины трубы. Эта часть без покрытия длин труб именуется как «катбэк». После установки двух концов трубы возле друг друга они подвергаются сварке кольцевым швом. Непокрытые части свариваемых трубы образуют зазор в антикоррозионном покрытии готового трубопровода. Для получения антикоррозионного покрытия по длине трубопровода участок поверхности зазора в дальнейшем покрывается материалом образующим антикоррозионное покрытие.

Известно покрытие участка поверхности зазора с помощью процесса нанесения порошкового покрытия, в котором участок поверхности, подлежащий покрытию, сначала нагревается, и затем материал в виде порошка, образующий покрытие, распыляется на нагретый участок поверхности. Тепло, передаваемое от нагреваемого участка поверхности к материалу в виде порошка, образующему покрытие, обеспечивает отверждение материала порошка с образованием долговечного покрытия.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить устройство для нанесения покрытия на участок поверхности зазора в покрытии трубопровода.

Устройство по изобретению содержит:

- раму;

- опорный элемент распылительных сопел, поддерживающий ряд распылительных сопел;

- механизм прямолинейного перемещения, предназначенный для перемещения опорного элемента распылительных сопел относительно рамы и параллельно продольной оси рамы; и

- опорные элементы, предназначенные для неподвижной установки рамы относительно трубопровода с вышеуказанной продольной осью вышеуказанной рамы, совпадающей с центральной продольной осью трубопровода;

так чтобы при перемещении опорного элемента распылительных сопел относительно рамы с помощью вышеуказанного механизма прямолинейного перемещения распылительные сопла перемещались по длине вышеуказанного участка поверхности с вышеуказанными распылительными соплами, направленными на вышеуказанный участок поверхности.

Устройство по изобретению позволяет наносить материал покрытия на участок поверхности, подлежащий покрытию, контролируемым и точным способом, при этом расстояние, на которое опорный элемент распылительных сопел перемещается вдоль центральной продольной оси трубопровода, регулируется простым способом по длине участка поверхности, подлежащего покрытию.

В преимущественном варианте выполнения устройства по изобретению устройство также содержит:

- механизм вращательного движения, предназначенный для вращения опорного элемента распылительных сопел относительно рамы вокруг вышеуказанной продольной оси рамы;

так чтобы за счет вращения опорного элемента распылительных сопел относительно рамы вокруг вышеуказанной продольной оси рамы распылительные сопла перемещались вдоль ширины вышеуказанного участка поверхности.

Эти отличительные признаки обеспечивают перемещение опорного элемента распылительных сопел вдоль ширины участка поверхности, подлежащего покрытию, точным и контролируемым способом. В частности, это позволяет сначала перемещать опорный элемент распылительных сопел в одном направлении по длине участка поверхности, подлежащему покрытию, затем перемещать опорный элемент распылительных сопел по ширине участка поверхности, подлежащему покрытию, и далее перемещать опорный элемент распылительных сопел в противоположном направлении по длине участка поверхности, подлежащего покрытию, так чтобы материал покрытия, наносимый на участок поверхности во время второго перемещения опорного элемента распылительных сопел по длине участка поверхности, частично перекрывал материал покрытия, наносимый на участок поверхности во время второго перемещения опорного элемента распылительных сопел по длине участка поверхности. Это имеет преимущество, состоящее в компенсации неравномерного распределения наносимого покрытия в направлении ширины участка поверхности, подлежащего покрытию, в результате образования распылительного конуса, создаваемого распылительными соплами, что обеспечивает более равномерное покрытие. Устройство по изобретению предпочтительно скомпоновано таким образом, что механизм прямолинейного перемещения и механизм вращательного перемещения расположены последовательно и имеют раздельные приводы. Последнее позволяет, к примеру, перемещать опорный элемент распылительных сопел без вращения опорного распылительного элемента и наоборот. Предпочтительно, один из механизмов, к которым относятся механизм прямолинейного перемещения и механизм вращательного перемещения, расположен между опорной рамой и опорным элементом распылительных сопел для перемещения опорного механизма распылительных сопел относительно опорной рамы, в то время как другой из механизмов, к которым относятся механизм прямолинейного перемещения и механизм вращательного перемещения, расположен между рамой и опорной рамой для перемещения опорной рамы и расположенного на ней опорного элемента распылительных сопел относительно рамы. Благодаря последовательному расположению механизма прямолинейного перемещения и механизма вращательного перемещения и наличию отдельных приводов, также предпочтительно, чтобы устройство также включало в себя, по меньшей мере, один контроллер, соединенный с приводами, для управления механизмом прямолинейного перемещения и механизмом вращательного перемещения.

Вместе с тем устройство по изобретению может не содержать механизм вращательного перемещения.

В преимущественном варианте выполнения устройства по изобретению опорный элемент распылительных сопел продолжается вдоль, по меньшей мере, части окружности вокруг вышеуказанной продольной оси рамы, и множество распылительных сопел распределено вдоль, по меньшей мере, части окружности, предпочтительно, распределено равноудаленно вдоль, по меньшей мере, части окружности.

Эти отличительные признаки позволяют увеличить часть участка поверхности, подлежащего покрытию по ширине, на которую наносится материал покрытия во время перемещения опорного элемента распылительных сопел в одном направлении относительно рамы по длине участка поверхности, подлежащему покрытию.

В предпочтительном варианте выполнения опорный элемент распылительных сопел продолжается по всей окружности вокруг вышеуказанной продольной оси рамы. Этот вариант выполнения, в частности, полезен в случае, когда участок поверхности, подлежащий покрытию, продолжается по всей окружности трубопровода. Как вариант, опорный элемент распылительных сопел продолжается по части окружности вокруг вышеуказанной продольной оси рамы.

В предпочтительном варианте выполнения распылительные сопла являются конусными и расположены таким образом, что во время эксплуатации соседние распылительные конусы частично перекрываются. При наличии множества распылительных сопел, распределенных по все вышеуказанной окружности и с учетом перекрытия распылительных конусов полная поверхность, подлежащая покрытию, которая продолжается по все периферии трубопровода, может быть покрыта за одно перемещение опорного элемента распылительных сопел по длине участка поверхности зазора вдоль центральной продольной оси трубопровода.

В частности, в комбинации с предпочтительным признаком механизма вращательного перемещения в добавление к механизму прямолинейного перемещения отличительный признак опорного элемента распылительных сопел, продолжающегося по всей окружности вокруг вышеуказанной продольной оси рамы и имеющего распределенное на нем множество распылительных сопел, при этом предпочтительно распылительные сопла являются конусными распылительными соплами, которые расположены таким образом, что соседние распылительные конусы частично перекрываются, обеспечивает весьма быстрый способ нанесения особо равномерного слоя. Последнее подробно описывается ниже со ссылкой на приложенные схематичные чертежи.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, в котором опорный элемент распылительных сопел продолжается по всей окружности вокруг вышеуказанной продольной оси рамы, вышеуказанный опорный элемент распылительных сопел содержит множество опорных участков, каждый из которых продолжается вдоль части вышеуказанной окружности вокруг вышеуказанной продольной оси рамы, при этом опорные участки взаимно соединены с помощью шарниров таким образом, что они вращаются относительно друг друга, так чтобы вышеуказанный опорный элемент распылительных сопел был расположен вокруг периферии вышеуказанного трубопровода. Эти отличительные признаки обеспечивают простой способ расположения опорного элемента распылительных сопел вокруг периферии трубопровода. По другому предпочтительному варианту осуществления устройство также содержит ряд исполнительных механизмов для вращения вышеуказанных опорных участков относительно друг друга.

По другому предпочтительному варианту осуществления опорный элемент распылительных сопел содержит распылительную камеру, образованную рядом стенок, и эта распылительная камера открыта в направлении вышеуказанной продольной оси рамы, и в этой распылительной камере расположены вышеуказанные распылительные сопла, при этом вышеуказанная распылительная камера продолжается от вышеуказанных распылительных сопел к вышеуказанной продольной оси рамы, и совместно с участком поверхности, подлежащим покрытию, вышеуказанная распылительная камера образует пространство для распыления.

Эти отличительные признаки предотвращают попадание материала покрытия, который поступает через распылительные сопла к участку поверхности, подлежащему покрытию, в пространство, окружающее оборудование, где он может загрязнить оборудование и причинить вред обслуживающему персоналу.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, содержащему распылительную камеру, опорный элемент распылительных сопел также содержит уплотнительный элемент, расположенный на конце распылительной камеры в стороне от распылительных сопел и предназначенный для закрывания зазора между распылительной камерой и участком поверхности, подлежащим покрытию.

Этот отличительный признак улучшает защиту от попадания материала покрытия в окружающую среду устройства.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, содержащему распылительную камеру, устройство также содержит ряд всасывающих элементов, расположенных в вышеуказанной распылительной камере и соединенных с всасывающим устройством.

Этот отличительный признак обеспечивает контролируемое удаление из распылительной камеры материала покрытия, который подается через распылительные сопла к участку поверхности, подлежащему покрытию, но не прилипает к этому участку поверхности, так чтобы предотвратить попадание материала покрытия в окружающую среду устройства.

По другому предпочтительному варианту осуществления, содержащего ряд всасывающих элементов, расположенных в вышеуказанной распылительной камере и соединенных с всасывающим устройством, вышеуказанный опорный элемент распылительных сопел содержит ряд перегородок, расположенных в распылительной камере между всасывающими элементами и распылительными соплами и предназначенных для частичного разделения вышеуказанных всасывающих элементов и вышеуказанных распылительных сопел.

Эти отличительные признаки предотвращают всасывание материала покрытия из распылительной камеры перед его вступлением в контакт с участком поверхности, подлежащим покрытию.

По другому предпочтительному варианту осуществления, содержащему ряд всасывающих элементов, расположенных в вышеуказанной распылительной камере и соединенных с всасывающим устройством, вышеуказанные всасывающие элементы расположены на противоположных сторонах вышеуказанных распылительных сопел.

Этот отличительный признак позволяет улучшить удаление из распылительной камеры материала покрытия, который не прилипает к участку поверхности, подлежащему покрытию.

По другому предпочтительному варианту осуществления устройство содержит регулировочный механизм выпуска, предназначенный для регулирования расхода материала покрытия, распыляемого каждым из вышеуказанных распылительных сопел.

Этот отличительный признак позволяет компенсировать изменения во влиянии силы тяжести на материал, образующий покрытие, применительно к различным положениям распылительных сопел. Предпочтительно, каждое из распылительных сопел содержит регулировочный механизм, который предназначен для регулирования расхода.

Компенсация изменения во влиянии силы тяжести на материал, образующий покрытие, применительно к различным положениям распылительных сопел является особенно полезной в случае, когда центральная продольная ось покрытого трубопровода с зазором, подлежащим покрытию, находится в горизонтальном положении, например, с помощью S-образного способа укладки труб. В этом S-образном способе укладки труб каждая длина трубы, которая должна быть соединена с магистральным трубопроводом, сваривается и перемещается в горизонтальном положении к стингеру, который направляет трубопровод в воду, с двойным изгибом, придающим укладываемому трубопроводу S-образную форму. Материал, образующий покрытие и распыляемый на частичный участок поверхности с нижней стороны трубопровода с помощью сопла, распыляется в направлении, противоположном направлению рабочему направлению силы тяжести, в то время как материал, образующий покрытие и распыляемый на частичный участок поверхности с верхней стороны трубопровода с помощью сопла, распыляется в том же направлении, что и рабочее направление силы тяжести. Без вышеописанной компенсации изменения влияния силы тяжести на материал, образующий покрытие, количество материала, образующего покрытие, которое прилипает к участку поверхности с нижней стороны, будет меньше количества материала, образующего покрытие, которое прилипает к участку поверхности с верхней стороны, что ведет к получению менее равномерного покрытия.

В частности, вышеописанный предпочтительный вариант выполнения устройства по изобретению, включающий в себя отличительный признак механизма вращательного движения в добавление к механизму прямолинейного движения в комбинации с отличительным признаком опорного элемента распылительных сопел, продолжающегося по всей окружности вокруг вышеуказанной продольной оси рамы и имеющего распределенное на нем множество распылительных сопел, при этом предпочтительно распылительные сопла являются конусными распылительными соплами, которые расположены таким образом, что соседние распылительные конусы частично перекрываются, обеспечивает преимущественное внедрение компенсации для изменения влияния силы тяжести на материал, образующий покрытие, применительно к различным положениям распылительных сопел. Как будет объяснено ниже со ссылкой на фигуры, этот вариант выполнения обеспечивает особенно быстрый способ нанесения особо равномерного покрытия только при относительно малом вращении опорного элемента распылительных сопел, предпочтительно, вращении на половину расстояния между соседними распылительными соплами. В результате такого относительно малого вращения окончательное изменение положения распылительных сопел по периферии трубопровода может быть таким незначительным, что изменение влияния силы тяжести на материал, образующий покрытие, в результате вращения будет незначительным. Это позволяет выбирать расход для каждого распылительного сопла и поддерживать одинаковый расход на протяжении всего линейного и вращательного движения распылительных сопел. Преимущество состоит в том, что механизм компенсации может быть простым. Например, простой механический регулятор выпускного отверстия распылительного сопла или даже распылительное сопло, имеющее постоянный расход, выбранный на основе положения каждого распылительного сопла в опорном элементе распылительных сопел.

По другому предпочтительному варианту осуществления вышеуказанные опорные элементы включают в себя регулировочные элементы, предназначенные для регулирования положения вышеуказанной продольной оси вышеуказанной рамы относительно центральной продольной оси вышеуказанного трубопровода.

Эта отличительная характеристика создает возможность эффективного и точного выравнивания положения вышеуказанной продольной оси вышеуказанной рамы и центральной продольной оси вышеуказанного трубопровода.

По другому предпочтительному варианту осуществления вышеуказанные опорные элементы предназначены для поддержки вышеуказанной рамы на покрытом участке поверхности вышеуказанного трубопровода.

Этот отличительный признак обеспечивает простой и эффективный способ расположения рамы неподвижно относительно трубопровода с вышеуказанной продольной осью вышеуказанной рамы, совпадающей с центральной продольной осью трубопровода.

По другому предпочтительному варианту осуществления вышеуказанные опорные элементы включают в себя зажимные элементы, предназначенные для зажимания рамы на трубопроводе таким образом, чтобы рама была неподвижной относительно трубопровода.

Этот отличительный признак способствует поддержанию рамы устройства в неподвижном состоянии относительно трубопровода во время использования устройства.

По другому предпочтительному варианту осуществления рама содержит два параллельных U-образных рамных элемента, которые продолжаются перпендикулярно вышеуказанной продольной оси рамы и расположены на расстоянии вдоль вышеуказанной продольной оси рамы, при этом вышеуказанные опорные элементы расположены на вышеуказанных U-образных рамных элементах, и вышеуказанный механизм прямолинейного перемещения расположен таким образом, что вышеуказанный опорный элемент распылительных сопел перемещается между вышеуказанными U-образными рамными элементами.

Эти отличительные признаки позволяют получить простую и эффективную конструкцию рамы.

Настоящее изобретение также относится к способу нанесения покрытия на участок поверхности покрытого трубопровода, при этом вышеуказанный участок поверхности имеет длину вдоль центральной продольной оси трубопровода и ширину, по меньшей мере, частично на периферии трубопровода.

Способ по изобретению содержит этапы:

(a) размещения рамы неподвижно относительно трубопровода, при этом рама имеет прикрепленный к ней с возможностью перемещения опорный элемент распылительных сопел, на котором расположен ряд распылительных сопел;

(b) принудительной подачи материала, образующего покрытие, через вышеуказанные распылительные сопла, при этом вышеуказанный опорный элемент распылительных сопел перемещается относительно рамы, и

- вышеуказанные распылительные сопла перемещаются в первом направлении параллельно вышеуказанной продольной оси вышеуказанного трубопровода по длине вышеуказанного участка поверхности, и

- вышеуказанный материал, образующий покрытие, наносится на вышеуказанный участок поверхности.

В предпочтительном варианте выполнения способ также содержит после этапа (b) этапы

(c) перемещения вышеуказанного опорного элемента распылительных сопел относительно рамы, так чтобы вышеуказанные распылительные элементы вращались вокруг вышеуказанной продольной оси вышеуказанного трубопровода; и затем

(d) принудительной подачи материала, образующего покрытие, через вышеуказанные распылительные сопла, при этом вышеуказанный опорный элемент распылительных сопел перемещается относительно рамы, и

- вышеуказанные распылительные сопла перемещаются в направлении, противоположном первому направлению, по длине вышеуказанного участка поверхности; и

- вышеуказанный материал, образующий покрытие, наносится на вышеуказанный участок поверхности;

при этом

- этапы (с) и (d) выполняются таким образом, что материал покрытия, который наносится распылительным соплом на участок поверхности на этапе (d), частично перекрывает материал покрытия, который наносится вышеуказанным распылительным соплом на участок поверхности на этапе (b).

По другому предпочтительному варианту осуществления способа по изобретению он содержит во время выполнения этапа b этап перемещения вышеуказанного опорного элемента распылительных сопел относительно рамы таким образом, что вышеуказанные распылительные сопла вращаются назад и вперед вокруг вышеуказанной продольной оси вышеуказанного трубопровода, совершая качательное движение, при этом вышеуказанные распылительные сопла перемещаются в вышеуказанном первом направлении параллельно вышеуказанной продольной оси вышеуказанного трубопровода.

В предпочтительном варианте выполнения способа по изобретению опорный элемент распылительных сопел продолжается, по меньшей мере, по части окружности вокруг вышеуказанной продольной оси трубопровода, множество распылительных сопел равноудаленно распределено вдоль, по меньшей мере, части окружности, и перемещение вышеуказанного опорного элемента распылительных сопел относительно рамы выполняется таким образом, что вышеуказанные распылительные сопла вращаются вокруг вышеуказанной продольной оси вышеуказанного трубопровода на половину расстояния между соседними распылительными соплами вдоль вышеуказанной, по меньшей мере, части окружности. В частности, в варианте выполнения, в котором вышеуказанные распылительные сопла вращаются назад и вперед вокруг вышеуказанной продольной оси вышеуказанного трубопровода, совершая качательное движение, в конкретных случаях перемещение вышеуказанного опорного элемента распылительных сопел относительно рамы, так чтобы вышеуказанные распылительные сопла вращались вокруг вышеуказанной продольной оси вышеуказанного трубопровода на другое расстояние, может быть полезным для обеспечения более равномерно нанесения покрытия применительно к ситуации, когда опорный элемент распылительных сопел перемещается только параллельно вышеуказанной продольной оси вышеуказанного трубопровода.

По другому предпочтительному варианту осуществления способа он также содержит этап регулирования расхода каждого из вышеуказанных распылительных сопел для компенсации изменения влияния силы тяжести на материал, образующий покрытие, применительно к различным положениям распылительных сопел.

Предпочтительно, описанные выше регуляторы устройства по изобретению предназначены для выполнения способа по изобретению.

Настоящее изобретение также поясняется в приведенном ниже описании со ссылкой на приложенные схематичные чертежи. На чертежах показаны не ограничивающие варианты выполнения устройства и способа по изобретению.

Фиг. 1 - вид в перспективе варианта выполнения устройства по изобретению, установленного на схематично показанном трубопроводе;

фиг. 2 - детальный схематичный вид устройства из фиг. 1;

фиг. 3 - вид спереди опорного элемента распылительных сопел устройства из фиг. 1 и 2;

фиг. 4 - вид сбоку опорных участков опорного элемента распылительных сопел из фиг. 3;

фиг. 5-7 - этапы способа по изобретению, выполняемого с помощью устройства из фиг. 1-4;

фиг. 8а и 8b - часть стенки трубопровода в разрезе, показанного на фиг. 5-7, после выполнения последовательных этапов по способу, показанному на фиг. 5-7.

На фиг. 1 показан вариант выполнения устройства 1 по изобретению.

Устройство 1, показанное на фиг. 1, снабжено рамой 3, имеющей два параллельных U-образных рамных элемента 5, 7, которые установлены перпендикулярно продольной оси 9 рамы 3. Вышеуказанные U-образные рамные элементы расположены на расстоянии друг от друга вдоль продольной оси 9 рамы 3 в направлении стрелок А и соединены с помощью соединительной балки 11.

Как показано на фиг. 1, рама 3 устанавливается на трубопроводе 13 с помощью опорных элементов, которые смонтированы на каждом из U-образных рамных элементов 5, 7. Опорные элементы включают в себя регулировочные элементы 15, 16 и зажимные элементы 17, 19. Регулировочные элементы смонтированы на одном конце на U-образных рамных элементах 5, 7 и продолжаются в направлении продольной оси 9 рамы 3. Как показано на фиг. 1, концы регулировочных элементов в стороне от U-образных рамных элементов 5, 7 находятся в контакте с наружной поверхностью В изолирующей рубашки 21, которая окружает стенку 23 трубопровода 13. Зажимные элементы 17, 19 смонтированы на одном конце на U-образных рамных элементах 5, 7 и продолжаются в направлении продольной оси 9 рамы 3. Концы зажимных элементов 17, 19 в стороне от рамы 3, как показано на фиг. 1, находятся в контакте с наружной поверхностью изолирующей рубашки 21.

Как показано на фиг. 1, регулировочные элементы 15, 16 и зажимные элементы 17, 19 продолжаются таким образом, что рама 3 расположена на трубопроводе 13 с продольной осью 9 рамы, совпадающей с центральной продольной осью 25 трубопровода 13. Зажимные элементы 17, 19 прикладывают зажимное усилие к поверхности В изолирующей рубашки 21, так чтобы рама 3 располагалась неподвижно относительно трубопровода 13.

Хотя это и не показано на фиг. 1, регулировочные элементы 15, 16 и зажимные элементы 17 и 19 смонтированы на каждом из U-образных рамных элементов.

Как показано на фиг. 1 рама 3 устанавливается на трубопровод 13 и поднимается с него с помощью подъемного кольца 27, которое смонтировано на соединительной балке 11. С целью примера на фиг. 1 показано, что крюк 29 на конце цепи 31 грузоподъемного устройства (не показано) соединен с подъемным кольцом 27.

Как показано на фиг. 1, устройство 1 также снабжено опорным элементом 33 распылительных сопел, который поддерживает ряд распылительных сопел 35. Опорный элемент 33 распылительных сопел, показанный на фиг. 1, имеет кольцеобразную форму и окружает секцию 13b трубопровода, которая не имеет изолирующей рубашки, окружающей стенку 23 трубопровода 13. Опорный элемент 33 распылительных сопел продолжается по всей окружности вокруг продольной оси 9 рамы 3. Конструктивные особенности опорного элемента 33 распылительных сопел будут описаны ниже со ссылкой на фиг. 3 и 4.

Устройство 1 из фиг. 1 также снабжено механизмом 39 прямолинейного перемещения, с помощью которого опорный элемент 33 распылительных сопел перемещается относительно рамы 3 параллельно продольной оси 9 рамы 3 в направлении стрелок А. Кроме того, устройство 1 снабжено механизмом 41 вращательного движения, с помощью которого опорный элемент 33 распылительных сопел вращается относительно рамы 3 вокруг продольной оси рамы 3 в направлении стрелок С.

Поскольку, как показано на фиг. 1, рама 3 расположена на трубопроводе 13 с продольной осью 9, совпадающей с центральной продольной осью 25 трубопровода 13, и расположена неподвижно относительно трубопровода 13, опорный элемент 33 распылительных сопел и распылительные сопла 35 перемещаются с помощью механизма 39 прямолинейного перемещения вдоль центральной продольной оси 25 трубопровода 13 в направлении стрелок А. Кроме того, поскольку рама 3 расположена на трубопроводе 13 с продольной осью 9, совпадающей с центральной продольной осью 25 трубопровода, и поскольку рама 3 расположена неподвижно относительно трубопровода 13, опорный элемент 33 распылительных сопел и распылительные сопла 35 вращаются вокруг центральной продольной оси 25 трубопровода 13 в направлении стрелок C с помощью механизма 41 вращательного движения. Конструктивные особенности механизма 39 прямолинейного перемещения и механизма 41 вращательного движения показаны на фиг. 2.

На фиг. 2 показано устройство 1 по фиг. 1 с удаленными компонентами для более наглядного изображения механизма 39 прямолинейного перемещения и механизма 41 вращательного движения. Показано, что механизм 39 прямолинейного перемещения имеет две направляющие штанги 43 и 45, расположенные с каждой стороны опорного элемента 33 распылительных сопел и продолжающиеся параллельно продольной оси 9 рамы 3.

На каждой из направляющих штанг 43, 45 подвижно установлена соответствующая каретка 47, 49, которая поддерживает опорный элемент 33 распыляющих сопел. Каретки 47, 49 перемещаются по направляющим штангам 43, 45 в направлении стрелок A с помощью соответствующего линейного исполнительного механизма 51, 53 типа зубчатой рейки с шестерней. Соответствующие рейки 55, 57 линейных исполнительных механизмов 51, 53 типа зубчатой рейки с шестерней расположены параллельно направляющим штангам 43 45, соответственно, с каждой стороны опорного элемента 33 распылительных сопел.

На каждой каретке 47, 49 установлена шестерня, которая приводится в действие соответствующим двигателем 59. Каждый из двигателей 59 соответствующих исполнительных механизмов 51, 53 типа зубчатой рейки с шестерней соединен с контроллером, который предназначен для управления перемещением кареток 47 и 49 и опорного элемента 33 сопел, поддерживаемого каретками, вдоль продольной оси 9 рамы 3 в направлении стрелок А.

Как показано на фиг. 2, рейки 55, 57, а также направляющие штанги 43, 45 смонтированы с одного конца на первой опорной раме 61 и смонтированы с другого конца на второй опорной раме 63. Первая опорная рама 61 поворотно установлена на одном U-образном рамном элементе 5, в то время как вторая опорная рама 63 поворотно установлена на другом U-образном рамном элементе 7. Опорные рамы 61, 63 поворотно расположены на соответствующих U-образных элементах 5, 7 с помощью множества колес 65, которые смонтированы на U-образных элементах 5,7. Как показано на фиг. 2, U-образные опорные рамные элементы 61, 63 соединены с помощью ряда соединительных балок 67, 69 и 71 опорных рам для образования опорной рамы, которая вращается относительно рамы 3 вокруг продольной оси 9 рамы 3. На фиг. 2 также показано, что на каждом из U-образных рамных элементов 5, 7 установлена цепь 73, 75, которая функционально соединена с соответствующим зубчатым колесом 77, 79. Зубчатые колеса 77, 79 приводятся в действие соответствующими двигателями 81 и 83, и в результате движения зубчатых колес 77 и 79 эти зубчатые колеса перемещаются по цепям 73 и 75, при этом опорная рама, образованная элементами 67, 69 и 71 опорной рамы, а также смонтированные на ней механизм 39 прямолинейного перемещения и опорный элемент 33 распылительных сопел вращаются относительно рамы 3 вокруг продольной оси 9 рамы 3. Каждый из двигателей 81 и 83 соединен с контроллером, который предназначен для управления вращением опорной рамы вокруг продольной оси 9 рамы 3 относительно рамы 3. Как показано на фиг. 2, вокруг направляющих штанг 43, 45 и реек 55, 57 расположены защитные рукава для защиты направляющих штанг и реек.

На фиг. 3 показан опорный элемент 33 распылительных сопел из устройства, показанного на фиг. 1 и 2, а также каретки 47 и 49, с помощью которых опорный элемент 33 распылительных сопел поворотно установлен на направляющих штангах 43 и 45 и рейках 55 и 57 устройства, показанного на фиг. 1 и 2. Как показано на фиг. 3, каждая из кареток 47 и 49 имеет первое сквозное отверстие 85, 87, через которое продолжаются направляющие штанги 43, 45, когда на них монтируются каретки 47, 49, и второе сквозное отверстие 89, 91, через которое продолжаются рейки 55, 57. которые должны входить в зацепление с шестернями, установленными на выходном валу соответствующих двигателей 59а и 59b.

Как показано на фиг. 3, опорный элемент 33 распылительных сопел продолжается вдоль всей окружности вокруг продольной оси 9 рамы. Опорный элемент 33 распылительных сопел содержит три опорных участка 33а, 33b и 33с. Каждый из опорных участков 33а, 33b и 33c распылительных сопел продолжается вдоль части окружности, вдоль которой продолжается опорный элемент 33 распылительных сопел. Опорный участок 33а смонтирован на каждом конце соответствующего опорного кронштейна 93, 95. Опорный участок 33b смонтирован на одном конце опорного кронштейна 93 с помощью шарнира 97, так чтобы опорный участок 33b мог поворачиваться относительно опорного кронштейна 93 и опорного участка 33а вокруг оси 99 вращения, которая продолжается параллельно продольной оси 9 рамы 3. Опорный участок 33c смонтирован на одном конце опорного кронштейна 95 с помощью шарнира 101, так чтобы опорный участок 33c мог поворачиваться относительно опорного кронштейна 95 и опорного участка 33а вокруг оси 103 вращения, которая продолжается параллельно продольной оси 9 рамы 3. Опорный участок 33b вращается вокруг оси 99 вращения с помощью линейного исполнительного механизма 105 поршневого типа, который с помощью одного функционального конца крепится к опорном у кронштейну 93 и с помощью другого функционального конца крепится к опорному участку 33b. Опорный участок 33c вращается вокруг оси 103 вращения с помощью линейного исполнительного механизма 107 поршневого типа, который с помощью одного функционального конца крепится к опорном у кронштейну 95 и с помощью другого функционального конца крепится к опорному участку 33c.

На фиг. 3 схематично показано, что опорные участки 33b и 33c вращаются вокруг соответствующей оси 99, 103 вращения между закрытым положением и закрытым положением. В закрытом положении, показанном на фиг. 3 с помощью сплошных линий, соответствующие свободные концы опорных участков 33b и 33c находятся в контакте, и опорные участки 33а, 33b и 33c образуют замкнутую окружность вокруг продольной оси 9 рамы 3. Начиная с закрытого положения, опорные участки 33b и 33c вращаются вокруг соответствующей оси 99, 103 вращения с помощью линейных исполнительных механизмов 105, 107 в направлении стрелок R, и соответствующие концы опорных участков 33b и 332c в стороне от концов, которые смонтированы на опорных кронштейнах 93, 95, перемещаются друг от друга. Опорные участки 33b и 33c приводятся в открытое положение, показанное на фиг. 3 пунктирными линиями, и в этом положении в предыдущей замкнутой окружности образуется проем. Когда опорные участки 33b и 33c находятся в открытом положении, опорные участки 33а, 33b и 33c могут быть установлены поверх трубопровода, подлежащего нанесению покрытия, после чего опорные участки 33b и 33c переводятся в закрытое положение, и периферийная стенка трубопровода, подлежащего покрытию, окружается опорным элементом 33 распылительных сопел.

Как показано на фиг. 3. двенадцать распылительных сопел 35а-351 равномерно, т.е. с равными промежутками распределены по окружности, вдоль которой продолжается опорный элемент 33 распылительных сопел. На фиг. 4 показан вид в перспективе опорного участка 33b опорного элемента 33 распылительных сопел. Как показано на фиг. 4, опорный участок 33c содержит распылительную камеру, которая образована стенками 113, 115, 117, 119 и 121. В верхней стенке 117 установлены распылительные сопла 35g-36j. Боковые стенки 113 и 121 продолжаются от верхних стенок 115 и 119 к продольной оси 9 рамы 3, когда опорный участок 33с находится в закрытом положении. Боковые стенки 113 и 121 имеют свободный конец 113а и 121а, так чтобы распылительная камера 111 была открыта к продольной оси 9 рамы 3, когда опорный участок 33с находится в закрытом положении.

Как показано на фиг. 4, на соответствующих свободных концах 113а, 121а боковых стенок 113, 121 расположен уплотнительный элемент 123, 125 щеточного типа. Во время эксплуатации, когда трубопровод, подлежащий покрытию, расположен внутри замкнутой окружности опорного элемента 33 распылительных сопел, боковые стенки 113, 121 продолжаются к наружной поверхности стенки трубопровода, подлежащего покрытию, и эта наружная поверхность схематично показана на фиг. 4 с помощью участка S поверхности, обозначенного пунктирными линиями. Как показано на фиг. 4, уплотнительные элементы 123 и 125 щеточного типа закрывают зазор G между свободными концами 113а и 121а боковых стенок 113 и 121 и участком S поверхности, подлежащем покрытию. В результате распылительная камера 111 совместно с участком S поверхности, подлежащим покрытию, образует пространство для распыления.

Распылительные сопла 35g-35j расположены таким образом, что при закрытом положении опорного участка 33с его выпускное отверстие направлено к продольной оси 9 рамы 3, и когда опорные участки 33а, 33b и 33c расположены вокруг периферийной стенки трубопровода, выпускные отверстия распылительных сопел 35g-35j направлены к участку S поверхности, подлежащему покрытию.

Как показано на фиг. 4, всасывающие элементы в виде всасывающих отверстий 127, которые соединены с всасывающим устройством (не показано), расположены в верхних стенках 115, 119. Всасывающие отверстия 127 частично отделены от распылительных сопел 35g-35j с помощью перегородок 129 и 131, которые расположены в распылительной камере 111 между распылительными соплами и всасывающими отверстиями. Всасывающие отверстия 127 расположены на противоположных сторонах распылительных сопел 35g и 35j. Когда материал 133 покрытия подается через выпускные отверстия распылительных сопел, образуется распылительный конус 135 материала покрытия, и материал 133 покрытия наносится на участок Р распыления на участке S поверхности, подлежащем покрытию. Материал покрытия, который не прилипает к участку S поверхности, подлежащему покрытию, всасывается через всасывающие отверстия 127 с помощью соединенного с ними всасывающего устройства (не показано), как показано стрелками D. Перегородки 129 и 131 предотвращают всасывание материала 133 покрытия через всасывающие отверстия 127 перед его контактом с участком S поверхности, подлежащим покрытию.

Опорные участки 33a и 33c скомпонованы таким же образом, как и опорный участок 3b, который показан на фиг. 4. В закрытом положении опорных участков 33а, 33b и 33c концы 135 и 137 приходят в контакт с соответствующим соседним опорным участком, так чтобы распылительные камеры 111 соответствующих опорных участков образовывали распылительную камеру опорного элемента 33 распылительных сопел. Распылительная камера опорного элемента 33 распылительных сопел совместно с участком S поверхности, подлежащим покрытию, образует замкнутое пространство для распыления.

На фиг. 5-7 схематично показан способ по изобретению.

На фиг. 5-7 показана часть трубопровода 13, показанного на фиг. 1. Трубопровод 13 имеет стенку 23, например, выполненную из стали. Трубопровод 13 образован стыковой сваркой конца 137а первой длины трубы 137 с концом 139а второй длины трубы 139 с помощью кольцевого шва 141. Каждая длина трубы 137, 139 имеет изолирующую рубашку 21 с наружной поверхностью В, которая окружает стенку 23 соответствующей длины трубы. Изолирующая рубашка 21, например, образована из теплоизолирующего покрытия, выполненного из полипропилена. Между изолирующей рубашкой 21 и наружной поверхностью 23а стенки 23 каждой длины трубы 137, 139 расположено антикоррозионное покрытие.

Для обеспечения возможности стыковой сварки концов длин трубы с помощью кольцевого шва 141 каждая длина трубы 137, 139 на соответствующем конце 137а, 139а не имеет покрытия на соответствующей части L137, L139 длины трубы 137, 139, т.е. в указанном месте образован так называемый «катбэк». После стыковой сварки концов длин трубы 137, 139 непокрытые концы 137а, 139а образуют зазор 145 в изолирующей рубашке 21 и антикоррозионном покрытии 143 готового трубопровода 13.

Для того чтобы закрыть зазор 145 непокрытый участок S поверхности наружной поверхности 23а стенки 23 нагревается, например, в случае стальной стенки, посредством нагрева стенки 23 с помощью индукционного нагрева. После нагрева непокрытого участка S наружной поверхности 23а стенки 23 материал покрытия в виде порошка наносится на нагретый участок S поверхности, подлежащий покрытию, с помощью устройства 1 по изобретению, показанного на фиг. 1-4. С этой целью рама 3 устройства 1 по изобретению устанавливается неподвижно относительно трубопровода 13, и опорный элемент 33 распылительных сопел размещается вокруг периферийной стенки 23 трубопровода 13. Результат выполнения этого этапа показан на фиг. 1. Далее материал 133, образующий покрытие, в виде порошка подается через распылительное сопло 35, установленное на опорном элементе 33 распылительных сопел. Как показано на фиг. 4 и фиг. 5, это ведет к нанесению материала 133, образующего покрытие, на участок S поверхности, подлежащий покрытию на участке Р распыления для каждого распылительного сопла 35. Для упрощения на фиг. 6 и 7 показан только один участок Р распыления одного из распылительных сопел во время перемещения опорного элемента 33 распылительных сопел и установленных на нем распылительных сопел. Во время принудительной подачи материала 133, образующего покрытие, через распылительные сопла, опорный элемент распылительных сопел перемещается относительно рамы 3 таким образом, что распылительные сопла перемещаются в первом направлении Е параллельно продольной оси 25 трубопровода 13 за счет перемещения вышеуказанного опорного элемента 33 распылительных сопел по направляющим штангам 43, 45 параллельно продольной оси 9 рамы 3, которая совпадает с продольной осью 25 трубопровода, показанного на фиг. 6. По достижении конца участка S поверхности, подлежащего покрытию, опорный элемент 33 распылительных сопел перемещается относительно рамы 3 таким образом, что распылительные сопла вращаются вокруг вышеуказанной центральной продольной оси 25 вышеуказанного трубопровода 13 в направлении F, опорный элемент 33 распылительных сопел перемещается в направлении Н в противоположную сторону от первого направления Е вдоль длины L вышеуказанного участка S поверхности, подлежащего покрытию, и материал покрытия, который наносится на участок S поверхности во время перемещения опорного элемента распылительных сопел в направлении стрелки Н, частично перекрывает материал покрытия, который был нанесен во время перемещения опорного элемента 33 распылительных сопел в направлении стрелки Е на предыдущем этапе. На фиг. 7 распылительные сопла вращаются вокруг вышеуказанной центральной продольной оси трубопровода 13 в направлении F на половину расстояния между соседними распылительными соплами по окружности вокруг вышеуказанной оси трубопровода, вдоль которой продолжается окружность опорного элемента распылительных сопел.

Материал покрытия в виде порошка, наносимого на нагреваемый участок S поверхности, подлежащий покрытию, нагревается за счет тепла, передаваемого от стенки 23 к вышеуказанному материалу покрытия, для получения антикоррозионного покрытия, нанесенного на участок S поверхности. Это процесс нанесения и нагрева порошка в качестве материала покрытия для образования покрытия именуется как так называемый процесс нанесения порошкового покрытия.

Как показано на фиг. 5-7, перемещение опорного элемента 33 распылительных сопел начинается в исходном положении и заканчивается в конечном положении, так чтобы материал покрытия, наносимый на участок S поверхности, подлежащий покрытию, частично перекрывал антикоррозионное покрытие 143, которое уже было нанесено на стенку 23 длин трубы 137, 139, для получения непрерывного антикоррозионного покрытия. Это может быть легко достигнуто с помощью однорядной компоновки распылительных сопел.

Как показано на фиг. 4 и 5, участки Р распыления соседних распылительных сопел 35 перекрываются. На фиг. 8а показан результат нанесения материала покрытия на участок S поверхности после этапа перемещения опорного элемента распылительных сопел в направлении стрелки Е и перед этапом перемещения опорного элемента распылительных сопел в направлении стрелки Н. Как показано на фиг. 8а, толщина нанесенного слоя материала 145 покрытия варьируется по периферии стенки 23.

На фиг. 8b показан результат нанесения материала покрытия на участок S поверхности после этапа перемещения опорного элемента 33 распылительных сопел в направлении стрелки Н. Как показано на фиг. 8b, изменение толщины нанесенного слоя материала 145 покрытия по периферии стенки 23 меньше по сравнению с результатом после этапа перемещения опорного элемента 33 распылительных сопел в направлении стрелки Н, как показано на фиг. 8а.

В результате распределения распылительных сопел по всей окружности, как показано на фиг. 1-3, весь участок S поверхности, подлежащий покрытию, может быть равномерно покрыт с помощью опорного элемента распылительных сопел за один проход в направлении стрелки Е и за один проход в направлении стрелки Н.

Как вариант, вместо первого перемещения опорного элемента 33 распылительных сопел в первом направлении Е по длине L вышеуказанного участка S поверхности, подлежащему покрытию, вращения опорного элемента 33 распылительных сопел и последующего перемещения опорного элемента 33 распылительных сопел в направлении Н, которое является противоположным относительно первого направления Е по длине L вышеуказанного участка S поверхности, подлежащего покрытию, как описано со ссылкой на фиг. 5-7, опорный элемент 33 распылительных сопел вращается назад и вперед относительно продольной оси 25 трубопровода 13, совершая качательное движение, при этом опорный элемент 33 распылительных сопел перемещается в первом направлении Е по длине L вышеуказанного участка S поверхности, подлежащего покрытию. В этом случае такой же результат с обеспечением более равномерно покрытого участка S поверхности может быть получен во время перемещения опорного элемента 33 распылительных сопел только в одном направлении, т.е. в первом направлении Е.

Описание и чертежи предназначены только для объяснения идей изобретения. Понятно, что специалисты в этой области могут предложить различные компоновки, которые, несмотря на то, что они не описаны и не показаны здесь в прямой форме, содержат идеи изобретения и соответствуют его сущности и объему.

Кроме того, все приведенные здесь примеры в прямой форме предназначены только для пояснения идей и концепций изобретения, представленных автором (авторами) изобретения применительно к существующему уровню техники, и должны интерпретироваться без ограничений в отношении представленных примеров и условий. Кроме того, все формулировки приведенных здесь идей, аспектов и вариантов выполнения, а также конкретных примеров должны рассматриваться как относящиеся к эквивалентам.

Реферат

Изобретение относится к нанесению покрытия на участок поверхности зазора в покрытии трубопровода и может быть использовано в нефтегазовой отрасли применительно к укладке стальных трубопроводов вдали от берега на морское дно. Устройство для нанесения покрытия на участок поверхности зазора в покрытии трубопровода, имеющего длину в направлении центральной продольной оси трубопровода и ширину по меньшей мере на части окружности трубопровода, содержит раму, опорный элемент распылительных сопел, поддерживающий ряд распылительных сопел, механизм прямолинейного перемещения и опорные элементы. Опорный элемент распылительных сопел поддерживает ряд распылительных сопел. Механизм прямолинейного перемещения предназначен для перемещения опорного элемента распылительных сопел относительно рамы и параллельно продольной оси рамы. Опорные элементы предназначены для неподвижной установки рамы относительно трубопровода с продольной осью рамы, совпадающей с центральной продольной осью трубопровода. При перемещении опорного элемента распылительных сопел относительно рамы с помощью механизма прямолинейного перемещения распылительные сопла перемещаются по длине участка поверхности с распылительными соплами, направленными на участок поверхности. Устройство также содержит механизм вращательного движения, предназначенный для вращения опорного элемента распылительных сопел относительно рамы вокруг продольной оси рамы. Механизм вращательного движения обеспечивает при вращении опорного элемента распылительных сопел относительно рамы вокруг продольной оси рамы перемещение распылительных сопел вдоль ширины участка поверхности. Опорный элемент распылительных сопел продолжается вдоль всей окружности вокруг продольной оси рамы. Множество распылительных сопел распределено вдоль всей окружности. Распылительные сопла выполнены конусными и расположены так, что во время использования соседние распылительные конусы частично перекрываются. Способ нанесения покрытия на участок поверхности покрытого трубопровода содержит этап размещения рамы неподвижно относительно трубопровода. Рама имеет прикрепленный к ней с возможностью перемещения опорный элемент распылительных сопел, на котором расположен ряд распылительных сопел. Опорный элемент распылительных сопел продолжается вдоль всей окружности вокруг вышеуказанной продольной оси рамы. Множество распылительных сопел распределено вдоль всей вышеуказанной окружности. Распылительные сопла выполнены конусными и расположены так, что во время использования соседние распылительные конусы частично перекрываются. Способ также содержит этап принудительной подачи материала, образующего покрытие, через распылительные сопла. Опорный элемент распылительных сопел перемещают относительно рамы. Распылительные сопла перемещают в первом направлении параллельно продольной оси трубопровода по длине участка поверхности. Материал, образующий покрытие, наносят на участок поверхности. Затем осуществляют перемещение опорного элемента распылительных сопел относительно рамы, так чтобы распылительные элементы вращались вокруг продольной оси трубопровода. После этого производят принудительную подачу материала, образующего покрытие, через распылительные сопла. Опорный элемент распылительных сопел перемещается относительно рамы. Распылительные сопла перемещают в направлении, противоположном первому направлению, по длине участка поверхности. Материал, образующий покрытие, наносят на участок поверхности. В способе нанесения покрытия на участок поверхности покрытого трубопровода перемещение опорного элемента распылительных сопел относительно рамы осуществляется таким образом, что распылительные сопла вращаются назад и вперед вокруг продольной оси трубопровода, совершая качательное движение. Распылительные сопла перемещают в направлении, параллельном продольной оси трубопровода. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности нанесения материала покрытия контролируемым и точным образом, увеличение части участка поверхности, подлежащего покрытию, и улучшение защиты от попадания материала покрытия в окружающую среду устройства. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 ил.

Формула