【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机械切割领域，涉及水下切割技术，具体涉及利用空化水射流的剪切作用对水下管道进行水下切割的专用切割装置。
技术介绍
1、为了开发海洋资源，海洋工程中经常需要进行水下切割作业，例如修复水下管道、拆解海洋结构、进行海底维修等。传统切割方法在水下应用存在限制，如传统的热切割产生热影响、机械切割适用性差等，因此对更先进、高效的水下切割技术的需求逐渐增加。
2、水射流空化技术是一种利用高速水流产生空化效应，通过气泡坍缩引起的冲击波来实现切割、清理和表面处理等工作的先进技术，是一种非热性切割方法，与高温切割方法相比减少了对材料的热影响，适用于对热敏感材料的处理。相对于机械切割方法，水射流空化技术产生的噪音相对较低，降低了对工作环境和操作人员的影响。利用高压水泵产生的高速水流，通过特殊的喷嘴形成高速射流，为切割和清理提供足够的动能。由于切割过程主要依赖于水流和气泡坍缩产生的冲击波，水射流空化技术适用于多种材料，包括金属、混凝土等。当高速水流喷射到目标表面时，水流中的一部分水被迅速拉低压形成微小气泡，这个过程称为空化效应，形成的气泡在水流移动过程中会经历压力变化，当水流迅速停止或改变方向时，气泡会坍缩，气泡坍缩时产生的冲击波能够在极短的时间内产生极高的压力，这种高压力冲击波被用来切割、清理或进行表面处理。
3、高压磨料射流水下切割技术是在水射流切割的基础上引入磨料颗粒，通过高速水流携带磨料实现切割，其本质是微小动能在时间维度的累积，将水流的动能增加实现对物体的切割，在操作中较少产生热量，能减小热影响区，从而减
4、中国专利公开号为cn1730241a，名称为“水力自旋式可控磨料射流切割装置及其操作方法”的文献中公开的水下切割装置，包括外筒、中心轴、速度控制机构、高压防砂机构、切割头以及磨料浆体，速度控制机构通过外筒内腔以及中心轴之间充填的特殊增粘剂增加阻力来实现旋转速度的控制，但该装置存在的问题是：1、磨料经高压水中喷出会造成高压喷嘴磨损，2、切割范围有限，无法多角度进行切割，3、磨料损耗较大。中国专利公开号为cn117817567a，名称为“一种井下移动式水射流切割机”的文献中公开的水下切割机，包括切割机本体、固定环筒、水射流喷射机构、角度调节机构、驱动机构和底板，在底部拐角端装有移动轮，方便向两端做小范围调节切割，但是该装置存在的问题是：1、在水射流切割时无法判断是否切割完毕，2、难以多角度调节切割范围，范围较为局限，3、切割效率低。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对上述现有技术中存在的水下切割效率低、高压喷嘴易磨损、磨料损耗大、切割范围局限以及难以多角度调节等问题，提供一种水下切割效率高、切割范围大以及能多角度调节的水下管道专用切割装置及其切割方法，
2、为实现上述目的，本专利技术一种水下管道专用切割装置采用的技术方案是：包括九条水管路和一个水下切割机，水下切割机工作时伸入在被切割管道中，九条水管路位于被切割管道外部且通过水管与水下切割机连接；所述的水下切割机包括一个电机、切割头和三个喷嘴，电机在切割头的上方带动切割头旋转，切割头上设有结构完全相同且沿圆周方向均匀布置的三个喷嘴；电机固定在支架的正上方，支架的下方固定连接能沿被切割管道的直径方向自由伸缩且不随电机转动的伸缩支架；所述的九条水管路是由一条高压高速水管路、一条低压低速水管路和一条外围保护水管路形成一组的三组水管路组成，一组水管路连接一个喷嘴；每个喷嘴均具有由内而外的用两个环形挡板隔成的环形的高压高速水喷嘴通道、低压低速水喷嘴通道和外围保护水喷嘴通道；每组水管路中的高压高速水管路的出口连接对应一个喷嘴中的高压高速水喷嘴通道的入口，每组水管路中的低压低速水管路的出口连接对应一个喷嘴中的低压低速水喷嘴通道的入口，每组水管路中的外围保护水管路的出口连接对应一个喷嘴中的外围保护水喷嘴通道的入口；所述的外围保护水管道中的水压处于高压高速水管路中的水压和低压低速水管路中的水压之间；在所述的低压低速水管路上设有磨料混合室，磨料混合室内部装有磨料。
3、进一步地，靠近每个喷嘴的出口处上方各设置一个回流检测装置，三个回流检测装置上端均固定连接在切割头的周向边缘处且随切割头旋转，每个回流检测装置的结构均是弧形或l形的上下贯通的管道，内部各设有一个能检测溅射水压的回流检测压力表。
4、本专利技术一种水下管道专用切割装置的切割采用的技术方案是具有以下步骤：
5、a：控制进入高压高速水管路与低压低速水管路中流体的入射压力，高压高速水和低压低速磨料水在喷嘴的出口前方相遇产生空化现象；同时低压低速磨料水和从外围保护水喷嘴通道喷出的两股水流在喷嘴出口前方相遇进一步产生空化效应；磨料与两侧空化所产生的气泡群和水共同作用于被切割管道的表面，外围保护水将磨料集中向切割区域挤压增强切割；
6、b：当其中一个喷嘴未切割完毕时，完成切割的喷嘴停止工作，未完成切割的喷嘴则继续步骤a直至切割完毕，之后电机正转或反转1°或2°，再重复步骤a-b直至三个喷嘴切割完毕。
7、本专利技术和现有技术相比具有以下突出的有益效果：
8、(1)本专利技术由于低压低速水中进行混合磨粒，所以能减少磨粒的消耗，减少高压高速水喷嘴磨料混合造成的高压喷嘴磨损。
9、(2)本专利技术通过利用喷嘴中的高压高速水、低压低速水以及水压位于高压高速水和低压低速水之间的外围保护水之间相互作用发生双向剪切产生空化效应进行水下切割，在不同压力作用下，外围保护水压力作用使得磨料挤压往中心走，在空化效果空泡溃灭产生的气泡群和磨料不停的撞击并在水的共同作用下实现对物体表面进行切割，增强切割效果。
10、(3)本专利技术设置独立工作的三个喷嘴，三个喷嘴总工作范围构成一个环形，每个喷嘴在电机旋转控制下工作范围分别在120°以内，能多角度调节切割范围，三个喷嘴同时切割工作从而可实现高速高效环形切割。
11、(4)本专利技术设置在目标材料的切割区域配置了回流检测装置，切割操作前，三个喷嘴分别喷射高压高速水、低压低速水及外围保护水，此时，低压低速水管暂时不混入磨料，通过检测水射流的喷射切割溅射压力大小，确定回流检测装置下端出口的中垂线与喷嘴轴线之间的最优夹角，从而实现水射流切割溅射压力的最佳检测。当切割未能穿透目标材料时，溅射产生的水流会进入回流检测装置，并通过水流压力进行实时监测，由此判断是否切割完毕。回流检测装置下端出口的中垂线与喷嘴轴线之间夹角可根据不同材料和结构的切割需求及高压水压力进行调整，以提高回流监测的精度。
12、(5)本专利技术设置通过调节高低压管路中的变频器，可以控制高压管路与低压管路中水泵的转速，进而控制进入高压管路与低压管路中流体的压力，实现高效切割的目的。通过高压高速水流和低压低速磨料水流的巧妙组合，利用剪切作用和空化效应，不仅提高了切割速度和效率，还大大提升了切割精度。
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1.一种水下管道专用切割装置，其特征是：包括九条水管路和一个水下切割机(11)，水下切割机(11)工作时伸入在被切割管道中，九条水管路位于被切割管道外部且通过水管与水下切割机(11)连接；
2.根据权利要求1所述的一种水下管道专用切割装置，其特征是：靠近每个喷嘴(18)的出口处上方各设置一个回流检测装置，三个回流检测装置上端均固定连接在切割头(17)的周向边缘处且随切割头(17)旋转，每个回流检测装置的结构均是弧形或L形的上下贯通的管道，内部各设有一个能检测溅射水压的回流检测压力表。
3.根据权利要求2所述的一种水下管道专用切割装置，其特征是：回流检测装置的中段设有带动其下段转动的旋转构件(16-4)，调节回流检测装置下段与喷嘴(18)中心轴线间的夹角。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种水下管道专用切割装置，其特征是：低压低速水喷嘴通道(21-2)内径大于高压高速水喷嘴通道(21-1)内径，外围保护喷嘴水通道(21-3)的内径大于低压低速水喷嘴通道(21-2)的内径，外围保护水喷嘴通道(21-3)的外壁是喷嘴(18)的外壁。
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6.根据权利要求1-3任一所述的一种水下管道专用切割装置，其特征是：每条低压低速水管路(D)均包括依次连接的一个低压泵(4)、对应的一个压力表(8)和对应的磨料混合室(9)，每条高压高速水管路(G)和外围保护水管路(W)均包括依次连接的一个高压泵(5)和对应的一个压力表，每个低压泵(4)和高压泵(5)各通过一个变频器(6)调节转速。
7.一种基于权利要求1-3任一所述的水下管道专用切割装置的切割方法，其特征是具有以下步骤：
8.根据权利要求7所述的切割方法，其特征是：每个喷嘴(18)通过电机(12)控制旋转的角度在120°内。
9.根据权利要求7所述的切割方法，其特征是：将水下切割机(11)连接装夹机构，装夹机构包括与被切割管道相平行的伸缩杆(103)，还包括两个夹臂和两个夹具，两个夹臂平行布置，一端分别固定连接在伸缩杆(103)的不同两段伸缩臂上，另一端均能夹持或松开被切割管道；伸缩杆(103)的上端通过所述的两个夹具夹住伸缩支架(15)的非伸缩部位；切割完毕时，第一夹臂固定不动，第二夹臂松开，通过伸缩杆(103)的伸缩将水下切割机(11)移动到新位置，再松开第一夹臂，通过伸缩杆(103)的伸缩将第一夹臂调整到新位置后重新固定好第一夹臂。
10.根据权利要求7所述的切割方法，其特征是：通过回流检测压力表实时监测喷嘴(18)出口的溅射压力，当回流检测压力表检测到溅射压力消失时，表示切割已经完成；当检测到有溅射压力时，表示切割尚未完成。
...【技术特征摘要】
1.一种水下管道专用切割装置，其特征是：包括九条水管路和一个水下切割机(11)，水下切割机(11)工作时伸入在被切割管道中，九条水管路位于被切割管道外部且通过水管与水下切割机(11)连接；
2.根据权利要求1所述的一种水下管道专用切割装置，其特征是：靠近每个喷嘴(18)的出口处上方各设置一个回流检测装置，三个回流检测装置上端均固定连接在切割头(17)的周向边缘处且随切割头(17)旋转，每个回流检测装置的结构均是弧形或l形的上下贯通的管道，内部各设有一个能检测溅射水压的回流检测压力表。
3.根据权利要求2所述的一种水下管道专用切割装置，其特征是：回流检测装置的中段设有带动其下段转动的旋转构件(16-4)，调节回流检测装置下段与喷嘴(18)中心轴线间的夹角。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种水下管道专用切割装置，其特征是：低压低速水喷嘴通道(21-2)内径大于高压高速水喷嘴通道(21-1)内径，外围保护喷嘴水通道(21-3)的内径大于低压低速水喷嘴通道(21-2)的内径，外围保护水喷嘴通道(21-3)的外壁是喷嘴(18)的外壁。
5.根据权利要求1-3任一所述的一种水下管道专用切割装置，其特征是：每个喷嘴(18)的高压高速水喷嘴通道(21-1)的上段内径大于其下段内径，出口处呈从上至下逐渐变大的锥形，低压低速水喷嘴通道(21-2)的出口处是直通道，外围保护水喷嘴通道(21-3)的出口处是从上至下逐渐变小的锥形。
6.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙青松，胡鑫瑶，汤卫星，李健，
申请(专利权)人：应急管理部上海消防研究所，
类型：发明
国别省市：
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