устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода с крутоизогнутыми поворотами

Формула изобретения

Устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода с крутоизогнутыми поворотами, включающее стяжной элемент с укрепленными на нем очистными элементами и уплотнительной манжетой, отличающееся тем, что стяжной элемент представляет собой трубу, заглушенную на дальнем по направлению движения устройства конце и перфорированную посредине, на концах которой на расстоянии 1,5 Д_тр - диаметра трубопровода друг от друга установлены две сферы, первая по направлению движения из них не ограничена, а вторая ограничена двумя перпендикулярными оси стяжного элемента плоскостями, отстоящими друг от друга на расстоянии 2 tg 15^oR_сф - радиус сферы и симметрично центра сферы, на первой из которых посажен, с пропущенным изнутри стяжным элементом, с возможностью передачи тяги и углового перемещения, цилиндр с коническим дном, на конце которого укреплена уплотняющая манжета, вынос которой от центра сферы равен 0,5 Д_тр и направлен по направлению движения, а на второй - посажен, с пропущенным изнутри стяжным элементом, с возможностью восприятия тяги и углового перемещения, цилиндр с плоским дном, на конце которого установлен основной очистной элемент, вынос которого от центра сферы равен 0,5 Д_тр и направлен против направления движения, при этом на краю цилиндра вплотную к очистному элементу, со стороны манжета, установлен дефлектор в виде диска с диаметром, меньшим внутреннего диаметра Д_тр и образующим со стенками трубопровода щелевое сопло, и кроме этого, по концам стяжного элемента концентрично сферам на таком же расстоянии друг от друга как между сферами установлены и закреплены полые опорные очистные элементы, диаметр которых равен 0,9 Д_тр.

Описание изобретения к патенту

Предложение относится к устройствам по очистке магистральных и промысловых трубопроводов в строительстве и эксплуатации нефтедобывающей и газовой промышленности.

Известно устройство (СССР, а/с N1041177 A B 08 В 9/04), служащее для очистки внутренней поверхности трубопроводов, содержащее манжетную часть, секционный рабочий орган и узел соединения секций, содержащий шарнир и пружину растяжения.

Недостатком этого устройства является то обстоятельство, что при прохождении крутоизогнутых поворотов велика опасность "складывания" манжеты под воздействием боковой нагрузки, которая может достичь величины до 0,5 от тяговой нагрузки, и произойдет застревание устройства в крутоизогнутом отводе.

Известно устройство (СССР, а.с. N 422479 B 08 В 9/04, 1974), служащее для очистки внутренней поверхности трубопровода, включающее стяжной элемент с укрепленными на нем очистными элементами и уплотняющими манжетами. Стяжной элемент выполнен в виде гибкого троса с установленными на нем с зазором подвижными звеньями.

Особенностью этого устройства является расположение очистных элементов между передней и задней манжетами.

Недостатками этого устройства являются два обстоятельства:

1. Гибкий трос можно рассматривать как очень тугую пружину, а неподвижные звенья представляют собой в сочетании с соседними шарниры. При прохождении крутоизогнутых поворотов также возникает опасность "складывания" манжет передней и задней под воздействием боковой нагрузки, что несомненно приведет к застреванию устройства в повороте.

2. Все продукты очистки собираются между манжетами, удаление их не предусмотрено, это может привести к накоплению продуктов, деградации очистного устройства и превращению его в обычный поршень-разделитель.

Данное устройство принято за ближайший аналог.

В изобретении обеспечивается технический результат - повышение надежности работы устройства для очистки внутренней поверхности трубопровода с крутоизогнутыми поворотами.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для очистки внутренней поверхности трубопровода с крутоизогнутыми поворотами, включающем стяжной элемент с укрепленными на нем очистными элементами и уплотнительной манжетой, согласно изобретению стяжной элемент представляет собой трубу, заглушенную на дальнем по направлению движения устройства конце и перфорированную посредине, на концах которой на расстоянии 1,5 Д_тр - диаметра трубопровода друг от друга установлены две сферы: первая - по направлению движения из них не ограничена, а вторая ограничена двумя перпендикулярными оси стяжного элемента плоскостями, отстоящими друг от друга на расстоянии 2tg15^o.

R_сф - радиус сферы и симметрично центра сферы, на первой из которых посажен с пропущенным изнутри стяжным элементом, с возможностью передачи тяги и углового перемещения цилиндр с коническим дном, на конце которого укреплена уплотняющая манжета, вынос которой от центра сферы равен 0,5 Д_тр и направлен по направлению движения, а на второй посажен с пропущенным изнутри стяжным элементом, с возможностью восприятия тяги и углового перемещения цилиндр с плоским дном, на конце которого установлен основной очистной элемент, вынос которого от центра сферы равен 0,5 Д_тр и направлен против направления движению, при этом на краю цилиндра вплотную к очистному элементу со стороны манжеты установлен дефлектор в виде диска с диаметром, меньшим внутреннего диаметра Д_тр и образующим со стенками трубопровода щелевое сопло и, кроме того, по концам стяжного элемента концентрично сферам на таком же расстоянии друг от друга как между сферами установлены и закреплены полые опорные очистные элементы, диаметр которых равен 0,9Д_тр.

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображено устройство в момент прохождения крутоизогнутого поворота, разрез; на фиг. 2 изображено устройство на прямом участке трубопровода в момент восстановления равновесия, нарушенного каким-либо препятствием, разрез; на фиг. 3 изображено устройство в равновесном состоянии при движении по прямому участку трубопровода, вид.

Устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода с крутоизогнутыми поворотами, в дальнейшем "устройство", состоит из стяжного элемента 1, представляющего собой трубу с заглушкой 2 на крайнем по направлению движения устройства конце и перфорацией 3 посредине, двух сфер, закрепленных на стяжном элементе 1, неограниченной 4 и ограниченной 5 двумя перпендикулярными оси стяжного элемента 1 плоскостями, симметричными относительно центра сферы и отстоящими друг от друга на расстояние 2tg 15^oR радиуса сферы. При выбранных для устройства оптимальных конструктивных соразмерностях это расстояние вполне соответствует максимальному углу поворота сопрягаемой со сферой детали, с тем, чтобы контакт происходил всегда по сферической поверхности. На неограниченной сфере 4 с возможностью углового перемещения посажена уплотняющая манжета 6, представляющая собой цилиндрический корпус 7 с коническим дном и собственной манжетой из эластичного материала. На ограниченной сфере 5 посажен основной очистной элемент 8, представляющий собой цилиндрический корпус 9 с плоским дном, оснащенный устройством для очистки поверхности трубопровода 10. На очистном элементе 8 установлен дефлектор 11, образующий с трубопроводом 10 щелевое сопло 12. Концентрично сферам 4, 5 посажены полые опорные очистные элементы 13, закрепленные на концах стяжного элемента 1 с помощью шкворней 14.

Они же служат и для предотвращения утери основного очистного элемента 8 и уплотняющей манжеты 6 при транспортировке.

Крутоизогнутым поворотом трубопровода 10 следует считать поворот, радиус которого R_п осевой линии трубопровода 10 не менее 1,5 Д_тр диаметра трубопровода 10.

Конструктивные соразмерности устройства, как то: L 1,5 Д_тр - расстояние между центрами сфер 4; 5; Д_о э 0,9 Д_тр диаметр опорного очистного устройства 13; K 0,5 Д_тр - вынос манжеты 6 от центра сферы 4; l 0,5 Д_тр - вынос основного очистного устройства 8 от центра сферы 5 - выбраны оптимальными с тем, чтобы и манжета 6, и очистное устройство 8 при движении в крутоизогнутом повороте всегда оставались перпендикулярными оси трубопровода 10 в точке, где они находятся; а при движении по прямому участку трубопровода 10 при нарушении равновесия манжета 6 даже, если она будет не перпендикулярна оси трубопровода 10, могла за счет деформации своей юбки нормально функционировать. Корпус 7 уплотняющей манжеты 6 и корпус 9 основного очистного устройства 8 посажены на свои сферы 4 и 5, соответственно, достаточно плотно, чтобы обеспечить необходимую герметичность.

Устройство работает следующим образом.

При движении по крутоизогнутому повороту уплотняющая манжета 6 благодаря тому, что она посажена на сферу 4 и имеет возможность углового смещения, устанавливается строго перпендикулярно оси трубопровода 10 и свободна от каких-либо боковых нагрузок. Сила тяги G, возникающая на ней за счет разности давлений до и после нее: до - давление рабочего агента, с помощью которого осуществляется очистка трубопровода 10 и передвижение устройства, и после - давление среды в полости трубопровода 10 перед устройством, обычно равно атмосферному, - передается коническим дном корпуса 7 на сферу 4 и далее через стяжной элемент 1 на сферу 5, плоское дно корпуса 9, на основной очистной элемент 8. Осевая составляющая силы тяги G уравновешивается осевой составляющей силы сопротивления очистного элемента 8-Т. Силы G и Т не совпадают с осью стяжного элемента 1 и боковые составляющие этих сил нагружают опорные очистные элементы 13, уравновешиваясь реакцией стенки трубопровода 10 на элементы 13. Возникающие силы трения о стенку трубопровода 10 очистных элементов 13 в рассмотрение не принимаются в силу их незначительности. Таким образом устройство за счет силы тяги G передвигается по крутоизогнутому повороту, а боковые нагрузки воспринимаются опорными очистными элементами 13, уплотняющая манжета 6 от боковых нагрузок свободна. Передача силы тяги G на основной очистной элемент 8 осуществляется через сферу 5 на плоское дно корпуса 9. За счет того, что сфера 5 ограничена, реакция сферы 5 на дно корпуса 9N не совпадает с осью корпуса 9. Образуется момент пары сил N и Т с плечом Z. Этот момент прижимает основной очистной элемент 8 к внутренней стенке поворота, где обычно при перекачке рабочего агента происходят завихрения и затенения потока, и, как следствие, откладывается большое количество загрязнений. Таким образом прижатие основного очистного элемента 8 к внутренней стенке способствует интенсивной и более тщательной ее очистке. Наружная стенка интенсивно очищается за счет прижима опорных очистных элементов 13. Боковые стенки очищаются за счет натяга основного очистного элемента 8. Часть рабочего агента через внутреннюю полость стяжного элемента 1 и перфорацию 3 попадает в пространство между основным очистным элементом 8 и уплотняющей манжетой 6 и оттуда в щелевое сопло 12, где разгоняется, подхватывает и уносит вперед по ходу движения продукты очистки очистными элементами 8 и 13 внутренней поверхности трубопровода 10.

Таким же образом происходит очистка участков трубопровода 10, где R_n - радиус поворота намного больше, чем 1,5 Д_тр. При движении устройства по прямому участку трубопровода 10 могут возникнуть такие ситуации, когда из-за сильных односторонних загрязнений, например, донные отложения, устройство потеряет равновесие и сделает "клевок". В этом случае реакция N ограниченной сферы 5 на дно корпуса 9 переместится от центра, где она при равновесии всегда действует, на плечо Z и возникает момент пары сил N; Т плечо, восстанавливающий равновесие. При "клевке" передний опорный очистной элемент 13 производит предварительное разрыхление загрязнений, на которых "споткнулось" устройство, что способствует более эффективной очистке поверхности основным очистным элементом 8. И так будет при каждом "клевке". При малейшем отклонении от равновесия сразу же возникнет этот момент пары сил, восстанавливающий равновесие.