凸轮式夹紧抢修夹具的研制与运用

李庞

沈阳调度中心，辽宁沈阳110031

凸轮式夹紧抢修夹具的研制与运用

李庞

沈阳调度中心，辽宁沈阳110031

在对焊缝开裂大、变形量大的长输油气管道进行抢修时，在用的对开式维修卡具存在操作、焊接时间长，吊装设备大型化，操作技术要求严等缺点。经过反复试验论证，研制出了结构简单、动作迅速、操作方便的凸轮式夹紧抢修夹具，并在现场抢修和缺陷修补工程中得到了成功的运用。实践表明：新型夹具增加了引流阀，能够在管道漏油的情况下作业，具有适用范围广的特点；新型夹具采用一体化设计，操作便捷，一般在15 min内可完成抢修作业；新型夹具增加了焊接隔热层，在焊接时间比较长的情况下，也能保证其密封性。

管道；开裂；泄漏；抢修夹具；凸轮式夹具

长输油气管道经过多年运行之后，不可避免地会出现老化、腐蚀问题，从而造成管道失效。由于管道内输送的介质是易燃易爆的油品和天然气等，一旦泄漏势必造成环境污染、着火、爆炸等事故，严重危及管道的安全运行，以至给管道沿线居民的生命和财产带来不可估量的损失。

目前用于因管道腐蚀、打孔盗油、焊缝开裂等造成漏油事件的抢修卡具基本可分为：对于压力小的泄漏如点腐蚀、打孔盗油、阀门等，运用封头式扣帽子堵漏；对于压力大的泄漏，则运用带压引流堵漏夹具进行堵漏；对于焊缝开裂尺寸小、变形小且没有油溢出的缺陷，则运用B型套筒进行堵漏；对于焊缝开裂大、变形量大的缺陷，则只能用仅有的一种老式对开式卡具进行堵漏，见图1。

图1 老式对开式卡具示意

多年来的抢修证明，这种卡具存在着操作、焊接时间长，吊装设备大型化，操作技术要求严等缺点。在2012年的中俄管道漠大线2.13抢修中，从开始操作对开卡具到完成焊接共耗时28 h，而且劳动强度非常大，这已经显示出这种卡具极不适合抢修的弊端。为了满足抢修现场实际操作的要求，急需研制出一种具有方便操作、焊接量小等特点的抢修卡具，以便克服过去抢修夹具存在操作人员多、操作复杂、时间长、焊接量大、起不到快速抢修作用的弊端。

1 凸轮式夹紧抢修夹具的研制与实际操作

1.1 凸轮式夹具的研制及试压

（1）凸轮式夹具的研制。反复的试验论证认为，采用偏心凸轮夹紧机构作为抢修卡具可克服老式对开式卡具的缺点[1]。

用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，称为偏心夹紧机构。偏心凸轮夹紧机构由于具有良好的增力和自锁性能，在生产上广泛地用作夹紧或锁紧装置，它具有结构简单、动作迅速、操作方便等优点，见图2。

图2偏心凸轮夹紧机构示意

图2 （a）所示的是直径为D，偏心距为e的偏心轮。偏心轮可以看作一个绕在转轴上的弧形楔（图2中径向影线部分）。如图2（b）所示，将偏心轮上起夹紧作用的轮廓线展开，则可把圆偏心看作为一个曲线斜楔，夹紧的最大行程为2e[2]。曲线上各点的升角不相等，P点的升角最大，但夹紧力最小；而P点附近的升角变化小，但夹紧比较稳定。圆偏心因结构简单，制造容易，夹紧迅速，自锁可靠，因而一般适用于夹紧行程及切削负荷较小且平稳的场合，常用于手动夹紧装置。根据这一原理，我们研制出了凸轮式夹紧抢修夹具，其结构见图3。

图3 研制的凸轮式夹紧抢修夹具

研制的凸轮式夹紧抢修夹具的主要技术参数：

第一，适用介质为油、天然气、水等。

第二，管道压力（焊后压力）≤10 MPa。

第三，工作温度≤120℃。

第四，适用管径为D 159～1 016 mm。

第五，夹体材质为16 Mn。

第六，密封条材质为丁腈橡胶。

第七，焊前（夹紧后）压力为1 MPa。

第八，上下夹体焊接缝间隙为1～3 mm。

第九，管道圆度误差为3 mm（单边误差，凸出部分有焊缝的要磨平）。

第十，管道泄漏凸出处与管道外径之间的高度≤15 mm。

（2）凸轮抢修夹具的试压。在两端封头密闭的管道中间上部人工开一个直径10 mm的圆孔，用研制的凸轮抢修夹具夹紧，以验证凸轮抢修夹具（焊接前）的密封及强度性能是否达到1.0 MPa的设计要求（包括内层胶圈的密封性能）。耐压试验压力值应符合设计要求，且不小于下列公式的计算值[3]。

式中PT——耐压试验压力/MPa；

η——耐压试验压力系数，一般取1.25；

P——压力容器的设计压力/MPa；

[σ]——试验温度下材料的许用应力/MPa；

[σ]t——设计温度下材料的许用应力/MPa。

试压完全按照规程进行，如果未观察到泄漏点，则试压结束。

1.2 凸轮式夹紧抢修夹具的实际操作

（1）夹具安装。吊起夹具置于长输管道泄漏点附近。放下夹具使之环抱长输管道。插入夹紧杆，安装凸轮插入凸轮销。然后将夹具移至漏点处。凸轮与夹紧块通过压紧杆、凸轮、夹紧杆及加力杆夹紧夹具，使夹具紧抱长输管道，有效封堵漏点。见图4。

图4 夹具的安装示意

（2）夹具焊接。将夹具的上下夹体与长输管道焊接为一体。焊接顺序见图5。

蜘蛛精闻声，那只几乎已经触到了墙头的节足，骤然停了下来。它扭头，望向了声音传来的方向，借着月色打量了半晌，然后撤回节足，转过身子，朝向了天葬师的方位。

图5 夹具的焊接顺序示意

（3）收尾工作。焊接结束后，拆下连接管及快速接头，再用手动开孔机安装丝堵，拆下球阀，拧紧短接盖，并与夹具焊接为一体，见图6。

2 凸轮式夹紧抢修夹具的实际运用

（1）漏油管道的现场抢修。2012年11月1日庆铁二线429#+800 m处管道焊缝发生开裂泄漏，开裂处位于环型焊道6～9点钟之间，长度约6 cm，泄漏压力0.16 MPa，采用凸轮式夹紧抢修夹具进行抢修，经过近4 h的安装、焊接、堵孔等作业，顺利地完成了抢修任务。

（2）管道缺陷的现场修复。中俄管道漠大线现场某处发现焊道开裂缺陷，运用凸轮式抢修卡具成功地进行了修复。

图6 抢修结束后的效果

3 结束语

针对原抢修用卡具不适用的问题，研制出了一款凸轮式夹紧抢修夹具。抢修及现场修复应用实际表明，新型抢修夹具具有以下特点：

（1）适用范围广。原对开式卡具只能在管道不漏油的情况下进行卡管作业，新型夹具增加了引流阀，能够在管道漏油的情况下作业。

（2）操作便捷。原卡具操作难度大，操作时间长，一般在2 h左右，而新型夹具采用一体化设计，操作非常便捷，一般在15 min内完成。

（3）焊接时间短，焊接可靠，安全性强。新型夹具增加了焊接隔热层，在焊接时间比较长的情况下，也能保证其密封的安全性。这种夹具已经成功地获得了国家实用新型发明专利，具有广阔的市场运用前景。

[1]TSG R0004-2009，固定式压力容器安全技术规程[S].

[2]GB 150-2011，钢制压力容器[S].

[3]张宪仁.偏心夹紧机构可靠性问题分析[J].机械制造与自动化，2006（1）：23-25.

Development and Application ofNew Cam Clamp for Pipeline Rush Repair and Maintenance

LIPang
Shenyang Dispatching Center，Shenyang 110031，China

In rush repair of long distance pipeline with wide weld fracture and severe deformation，using split-on clamp has disadvantages such as long operating and welding time，requirement of heavy crane and proficient skill. A new type of cam clamp with the characteristics of simple structure，rapid action and easy operation is developed after repeated tests and demonstrations，and applied in on-site rush repair and defect repair successfully.The practice shows that the cam clamp can work in the situation of oil leakage from pipeline by adding a drainage valve and has wide scope of application.The cam clamp adopts integral design leading to easy operation and short operation time，e.g.15 min for usual rush repair.Owing to adding a thermal insulation layer，the cam clamp can work for longer welding time and remain its sealfunction.

pipeline；fracture；leakage；clamp for rush repair；cam clamp

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.06.023

李庞（1968-），男，辽宁沈阳人，高级工程师，1992年毕业于抚顺石油学院机械系，现从事石油管道运输工作。

2015-05-10