深水管道复合聚氨酯弹性体保温层浇注成型装置

摘要

本发明公开了一种深水管道复合聚氨酯弹性体保温层浇注成型装置，模具采用分段加工、整体装配的方式，并对应分段组件分段设置加热控温装置，加热油路对向布置；模具分型面设置定位结构和密封结构；模具安装由液压系统控制的开模装置、合模装置和倾斜装置。本发明实现了产品浇注成型的机械化操作，结构实用，可操作性强；模具分段加工，减少加工难度和成本，提高加工精度和质量，同时对应三段组件使用三套加热装置，减少了加热温度差，提高了浇注产品的质量，还能够实现浇注模具温度的自动控制，缩短了聚氨酯保温层在模具内的保温时间，提高浇注模具的使用效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种浇注成型模具，具体的说，是涉及一种用于深水海底油(气)输送管 线的聚氨酯弹性体保温层浇注成型装置。

背景技术

海上油气田开采出的油气除少数在海上直接装船外运外，多数是通过管道转输至陆上 加工并分别输送到用户。随着海洋石油天然气开发的不断深入，海洋管道的作用显得越来 越重要。

深水海底油(气)输送管线敷设于海洋冷水环境中，需能承受一定水深的海水静压力。 一些较高稠度的原油(如含蜡、含胶质等高凝点原油)在管输过程中，如不采取特殊措施， 当油温降低到一定值时会陆续析出高分子量及低分子量的蜡组分，使原油粘度增大流动性 变差，或在高压长距离输送天然气条件下使天然气水合物以似松散冰的固态形状析出，严 重时导致管道堵塞，发生停产事故。因此，需对深水海底管线进行有效的保温处理，以保 证管线的正常运行。

浅水海底保温管保温层结构一般为单层保温管结构和双层保温管结构两种。单层保温 管的结构由内而外依次为输油钢管、FBE防腐涂层、聚氨酯保温层、聚乙烯外防护层，双 层保温管的结构由内而外依次为输油钢管、聚氨酯保温层、三层PE外套钢管，其中聚氨 酯保温层的密度为40-80kg/m³。由于聚氨酯保温层强度低，因此单层保温管只适用于海水 压力较低的浅海。双层保温管虽然保温效果好，但单位长度双层保温管重量较重，随着铺 管深度的增加，铺管时钢管所受到的拉力逐渐越大，铺管船涨紧器很难提供必要的夹持力， 因此双层保温管也难以在深水区应用。

深水保温主要采用GSPU保温管和多层聚丙烯保温管。GSPU保温管的结构由内而外依 次为输油钢管、FBE外防腐层、GSPU保温层，GSPU保温管外层没有单层保温管一样的外防 水层。GSPU材料是一种不发泡的聚氨酯弹性体，主要起保温作用的是高强度中空玻璃微珠， 高强度聚氨酯弹性体是GSPU的基体，并提供GSPU低密度、高强度、高剪切强度、低吸水 率等基本性能。GSPU保温管由两种材料混合浇注而成，一种是聚醚多元醇和中空玻璃微珠 的混合物，另一种是异氰酸酯，两种原料从混合枪头注入成型装置型腔后在温度60-90℃ 的条件下开始反应，在模具内需保温固化成型40-60分钟。

现有的聚氨酯保温层浇注成型模具为人工合模，劳动强度大；模具采用火焰加热，存 在加热温度不均匀的问题，导致浇注后的保温层质量不均匀；由于模具用板材焊接而成， 所以模具密封不严，有漏料现象，极易在合模表面上产生缺陷，造成修复工作量较大；模 具内排气不通畅时容易在管端浇注面上产生气孔。其浇注成型操作步骤如下：人工打开模 具上模，在上、下模内表面涂敷脱模剂；加热钢管，钢管两端安装封堵头；吊装钢管入模 具，人工合模，模具一端注料口注料，一端排气口排气；熟化保温料一段时间，人工开模， 吊装保温后的钢管；清理模具内部。

发明内容

本发明要解决的是现有聚氨酯保温层浇注成型操作不够合理，浇注产品质量不高的技 术问题，克服诸多技术障碍，提供一种深水管道复合聚氨酯弹性体保温层浇注成型装置。

为了解决上述技术问题，本发明的装置通过以下的技术方案予以实现：

一种深水管道复合聚氨酯弹性体保温层浇注成型装置，它包括：

(a)模具，该模具是由上模和下模组成的对开式半圆模具，所述上模和所述下模由 内而外依次由模具钢、聚氨酯保温层和不锈钢钢板构成；

所述上模最高端安装有与模具型腔相通的排气管，所述下模中部的最低端安装有与模 具型腔相通的浇注管；

所述上模的合模面在轴向上设置有多个锥形定位销孔，所述下模的合模面上对应于所 述锥形定位销孔设置有多个锥形定位销轴，所述下模的合模面上设置有安装密封胶条的密 封槽；

所述上模在轴向上连接有多个固定在旋转倾斜支架上的开模装置，所述下模通过支撑 板安装于所述旋转倾斜支架上，并在轴向上连接有多个固定在所述旋转倾斜支架上的合模 装置；

所述模具的模具钢与聚氨酯保温层之间径向均布有多条导槽，所述导槽内设置有循环 的导热油加热管，所述导热油加热管的出口和进口分别连接于加热控温装置，所述导热油 加热管在所述上模和所述下模外部以其循环油流方向呈相对地成组布置；

(b)开模装置，该开模装置包括底端固定在所述旋转倾斜支架上的开模支架，所述 开模支架顶端铰接于开模旋转吊臂的中部，所述开模旋转吊臂一端固接于所述上模的顶 端，另一端通过铰接于开模液压缸端部，所述开模液压缸底部铰接于安装在所述旋转倾斜 支架上的开模液压缸支座；

(c)合模装置，该合模装置包括底端固定在所述旋转倾斜支架上的合模支架，所述 合模支架顶端铰接于合模旋转压臂的中部，所述合模旋转压臂的一端设有压紧平面，另一 端铰接于合模液压缸端部，所述合模液压缸底部铰接于安装在所述旋转倾斜支架上的合模 液压缸支座；

(d)旋转倾斜支架，该旋转倾斜支架的一端底部通过倾斜旋转副连接于底座；

(e)底座，该底座放置于地面；

(f)倾斜控制装置，该倾斜控制装置包括底部铰接于所述底座中部的倾斜液压缸， 所述倾斜液压缸端部铰接于所述旋转倾斜支架中部；

(g)液压站，该液压站为所述开模液压缸、所述合模液压缸和所述倾斜液压缸提供 动力。

所述上模和所述下模在轴向上均匀地由三段组件组成，每两段上模组件之间通过法兰 连接，每两段下模组件之间通过法兰连接，每段上模组件和每段下模组件外部分别安装有 一组连接于所述加热控温装置的所述导热油加热管。

所述模具内腔喷涂有聚四氟乙烯涂层。

所述下模轴向中间点以及距离中间点各2米的位置上，在下模内腔的最低端分别设置 有一个活动的保温层支撑定心垫块，所述保温层支撑定心垫块的高度与浇注的保温层厚度 相等。

所述排气管下部为锥形体。

所述旋转倾斜支架另一端的顶部设置有吊耳，所述吊耳用于连接电动葫芦的吊钩，所 述电动葫芦通过吊环安装于电动葫芦支撑架的顶部。

至少四个所述开模装置上安装有由能够伸缩的螺旋直线副构成的合模调节装置，所述 合模调节装置的一端连接于所述开模装置的开模旋转吊臂，另一端连接于所述上模顶部。

所述倾斜控制装置所控制所述旋转倾斜支架与所述底座之间的夹角为5～30°。

所述模具总长度为12.5米。

本发明的有益效果是：

(一)本发明的开模、合模和模具倾斜采用液压系统操作，在实际应用中实现了深水 管道复合聚氨酯弹性体保温层的浇注成型的机械化控制，结构实用，可操作性强。

(二)本发明可以根据深水输油管道的管径大小仅更换模具部分进行改造，而浇注成 型装置的其他设备不变，在很大程度上节约了生产成本。

(三)本发明的模具内表面涂敷有聚四氟乙烯涂层，由于聚四氟乙烯涂层与聚氨酯材 料之间具有排斥性，因此用该浇注成型模具生产的深水管道聚氨酯弹性体保温层产品，无 需在模具内腔使用脱模剂，提高了产品的表面质量，降低了产品生产的时间和成本。

(四)本发明的模具采用分段加工、整体装配的方法，将模具由三段组件采用定位 法兰轴向定位连接，下模也分别加工成型密封槽，模具分段加工能够减少加工难度，节约 加工成本，提高加工精度，更好的保证模具内表面的加工质量；同时，对应三段组件每段 分别使用一套加热控温装置进行加热，共使用三套加热装置，减少了长度12米钢管保温 层模具两端加热温度差，提高了浇注产品的质量。

(五)本发明在上下模分段加热的基础上又将加热管路对向布置，减小了进出模具导 热油加热管两端的温度差，使模具的整体温度趋于一致，同时浇注模具内的聚氨酯弹性体 保温材料固化质量趋于一致。

(六)本发明使用了加热/冷却装置和自动控温装置，可以根据聚氨酯浇注工艺要求 的温度实现浇注模具温度的自动控制，缩短了聚氨酯保温层在模具内的保温时间，提高浇 注模具的使用效率，提高了保温层质量。

附图说明

图1是深水管道复合聚氨酯弹性体保温层浇注成型装置的主视图；

图2是深水管道复合聚氨酯弹性体保温层浇注成型装置的俯视图；

图3是模具合模工作位置示意图；

图4是模具开模工作位置示意图；

图5是深水管道复合聚氨酯弹性体保温层浇注成型装置的浇注工作位置示意图；

图6是模具管端封堵装置示意图。

图中：1：上模，2：下模，3：开模装置，301：开模旋转吊臂，302：开模支架， 303：开模液压缸，304：开模液压缸支座，4：合模装置，401：合模旋转压臂， 402：合模支架，403：合模液压缸，404：合模液压缸支座，5：倾斜控制装置， 6：旋转倾斜支架，7：底座，8：倾斜旋转副，9：液压站，10：加热控温装置， 11：导热油加热管，12：电动葫芦支撑架，13：电动葫芦，14：吊耳，15：浇注管， 16：排气管，17：法兰，18：合模调节装置，19：支撑板，20：密封胶条， 21：锥形定位销孔，22：锥形定位销轴，23：保温层支撑定心垫块，24：钢管， 25：外防腐钢管，26：模具型腔，27：管端封堵块。

具体实施方式

本实施例披露了一种深水管道复合聚氨酯弹性体保温层浇注成型装置，由模具、开模 装置3、合模装置4、旋转倾斜支架6、底座7、倾斜控制装置5、液压站9、加热控温装 置10等组成。

如图1所示，本实施例中的模具总长度为12.5米，是由上模1和下模2组成的对开 式半圆模具。模具由模具钢制造，模具钢外部涂覆聚氨酯保温材料，聚氨酯保温层外部包 覆不锈钢钢板。

如图2所示，模具在轴向上均匀地由三段组件组成，每两段上模1组件之间通过法兰 17连接，每两段下模2组件之间通过法兰17连接。上模1和下模2外部分别安装有三套 导热油加热管11，即每一段上模1组件和每一段下模2组件分别对应的安装有一套导热油 加热管11。每一套导热油加热管11的热油进口和热油出口均连接于加热控温装置10。导 热油加热管11按照管内的循环油流方向成组地在上模1外部布置，每一组的两条导热油 加热管11的循环油流方向相对，同样地，导热油加热管11在下模2外部也以其循环油流 方向呈相对地成组布置。

上模1和下模2的表面加工与导热油加热管11直径相等的导槽，导槽沿模具轴向沿 圆周平行布置，本实施例中导槽为14条，上模1、下模2各7条。

加热控温装置10采用控制导热油循环装置进出口导热油温的方法来控制加热功率的 大小，从而实现模具内温度的控制，其控温精度应为±2℃。加热控温装置10能够在浇注 之前对模具进行加热，且在浇注完成之后聚醚多元醇与异氰酸酯反应放热期间对模具进行 冷却，在聚醚多元醇与异氰酸酯反应放热完成后进行加热，以控制浇注的聚氨酯保温层的 固化温度维持在复合聚氨酯弹性体保温层工艺要求的水平。

导热油加热管11对向布置，减小了进出模具导热油加热管11两端的温度差，使模具 的整体温度趋于一致，同时浇注模具内的聚氨酯弹性体保温材料固化质量趋于一致。

结合图3和图4所示，下模2通过轴向上设置的若干块支撑板19用螺栓固定在旋转 倾斜支架6上。旋转倾斜支架6两侧安装有若干个开模装置3和若干个合模装置4，开模 装置3在模具同侧布置并与上模2顶部固定连接，而合模装置4在模具两侧均有布置并能 够在上模1和下模2的合模处施加压紧作用力。

具体地，如图4所示，开模装置3主要由开模旋转吊臂301、开模支架302、开模液 压缸303、开模液压缸支座304构成。开模支架302的底端固定在旋转倾斜支架6上，开 模支架302的顶端与开模旋转吊臂301的中部通过旋转轴相互连接。开模旋转吊臂301的 上端与焊接在上模1顶部的耳板固定连接，下端与开模液压缸303端部通过旋转轴相互连 接。开模液压缸303的底部与开模液压缸支座304通过旋转轴相互连接，开模液压缸支座 304固定焊接在旋转倾斜支架6上。开模液压缸303由液压站9提供动力，调节开模液压 缸303的活塞杆伸出量，可以驱动开模旋转吊臂301连带上模1运动，从而实现模具的开 合。

部分开模装置3上还安装有合模调节装置18，合模调节装置18是由丝杠和设置有内 螺纹的套管构成的螺旋直线副，能够通过旋拧伸缩。合模调节装置18的一端连接于开模 装置3的开模旋转吊臂301，另一端连接于上模1顶部。在整个模具上，合模调节装置18 至少设置有四个，用于实现上模1和下模2在合模时的微调。

如图3所示，合模装置4主要由合模旋转压臂401、合模支架402、合模液压缸403、 合模液压缸支座404构成。合模支架402的底端固定在旋转倾斜支架6上，合模支架402 的顶端与合模旋转压臂401的中部通过旋转轴相互连接。合模旋转压臂401的一端设置有 压紧平面，压紧平面能够在模具合模后压在上模1和下模2的连接处；合模旋转压臂401 的另一端与合模液压缸403端部通过旋转轴相互连接。合模液压缸403的底部与合模液压 缸支座404通过旋转轴相互连接，合模液压缸支座404固定焊接在旋转倾斜支架6上。合 模液压缸403由液压站9提供动力，调节合模液压缸403的活塞杆伸出量，可以驱动合模 旋转压臂401运动，合模时，合模旋转压臂401的压紧平面压紧上模实现对模具的锁合； 开模时，合模旋转压臂401张开为开模装置3吊起上模1提供必要条件。

在图3和图4上还可以看到，上模1的合模面设置有锥形定位销孔21，锥形定位销孔 21沿上模1的轴向方向设置有多个，下模2的合模面上对应于锥形定位销孔21的位置和 尺寸安装有相配套的锥形定位销轴22。通过锥形定位销轴22与锥形定位销孔21配合插接， 保证上模1和下模2在合模时的精确定位。

下模2的合模面上还加工有密封槽，密封槽通常为燕尾槽，密封槽内安装有圆柱形的 密封胶条20。密封胶条20的作用是保证上模1和下模2在合模时的密封性，防止浇注时 产生漏料现象，从而防止造成复合聚氨酯弹性体保温层的表面出现缺陷。

如图6所示，在上模1的最高端安装有一个排气管16，排气管16与模具型腔16相通， 排气管16的底部最好为锥形体，这是为了浇注成型完成后排气口的顺利脱模。在下模2 中部的最低端安装有浇注管15，浇注管15与模具型腔16相通，并用于连接浇注软管。

模具内腔喷涂聚四氟乙烯涂层为佳，由于聚四氟乙烯涂层与聚氨酯材料之间具有排斥 性，生产的深水管道聚氨酯弹性体保温层产品，无需在模具内腔使用脱模剂，产品的表面 质量也显著提高。

如图5所示，上述的旋转倾斜支架6由型钢焊接而成，旋转倾斜支架6一端底部通过 倾斜旋转副8连接于放置于地面上的底座7，底座7由方钢管焊接组成。倾斜旋转副8由 设置于旋转倾斜支架6端部的耳板、设置于底座7端部的耳板和旋转轴组成。旋转倾斜支 架6相对于底座7的倾斜由倾斜控制装置5进行控制，该倾斜控制装置5包括底部铰接于 底座7中部的倾斜液压缸，倾斜液压缸端部铰接于旋转倾斜支架6的中部，倾斜液压缸由 液压站9提供动力。旋转倾斜支架6在倾斜液压缸的作用下环绕倾斜旋转副8旋转，并且 与所述底座之间的夹角为5～30°，因此浇注角度调节范围也为5～30°。

模具倾斜可以使浇注时模具型腔26内的空气顺利从下至上排出。当浇注的聚氨酯弹 性体保温料的粘度较小、流动性较好时，模具浇注的倾斜角度可以取较小值；当浇注的聚 氨酯弹性体保温料的粘度较大时，模具浇注的倾斜角度要取较大值，以保证浇注的聚氨酯 弹性体保温料顺利排气，减少保温层内的空气泡类的浇注缺陷。

旋转倾斜支架6另一端的顶部设置有吊耳14，并在此端部外侧设置有由型钢焊接组成 的电动葫芦支撑架12。电动葫芦支撑架12的上部安装有吊环，吊环连接有电动葫芦13， 电动葫芦13的吊钩吊住旋转倾斜支架6端部的吊耳14，对旋转倾斜支架6起到辅助保护 作用。当旋转倾斜支架6旋转到最大角度30°，电动葫芦13的吊点也升高到最高位置。

如图6所示，浇筑时，将外部包覆有外防腐钢管25的钢管24置于模具内部，在下模 轴向中间点以及距离中间点各2米的位置上，在下模内腔的最低端分别设置有一个活动的 保温层支撑定心垫块23，保温层支撑定心垫块23的高度与浇注的保温层厚度相等。保温 层支撑定心垫块23的作用是防止浇注保温层出现偏心，以保证浇注保温层厚度均匀一致。 模具型腔26两端分别设置有管端封堵块27，管端封堵块27为聚氨酯弹性体材料，起到模 具型腔26两端的封堵作用。

工作时，首先预热模具到标定温度，液压站9处于正常工作状态，连接浇注软管到浇 注管15上。模具处于水平位置，并且在开模位置上；其中，无聚四氟乙烯涂层的模具在 模具的内表面涂敷脱模剂，脱模剂干燥后进行下一步工作。加热钢管24、外防腐钢管25 和管端封堵块27到标定温度，在其两端安装管端封堵块27并固定牢固。将钢管24吊装 到模具内，开模装置3复位，锥形定位销轴22穿过锥形定位销孔21。合模装置4动作， 合模液压缸403压紧模具密封法兰，合模动作完成。旋转倾斜支架6在倾斜控制装置5中 倾斜油缸的驱动下旋转，倾斜到一定角度时停止并保持到浇注固化完成。浇注聚氨酯弹性 体保温材料，浇注原料到达排气管16时停止浇注。调整固化温度，固化完成后旋转倾斜 支架6恢复到水平位置。先沿着浇注冒口端部锯断浇注口胶管，同时沿着浇注冒口端部锯 断浇注冒口胶管，锤击松动浇注冒口和浇注口；然后利用开模装置3开模并固定在开模位 置上，吊装钢管24出模具；最后清理模具。

尽管上面结合附图和优选实施例对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不 局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本 领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情 况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。