устройство очистное самоуплотняющееся

Формула изобретения

Устройство очистное самоуплотняющееся для очистки внутренней поверхности трубопровода, содержащее установленные на определенном расстоянии друг от друга два полых эластичных корпуса с очистными элементами, укрепленными на свободных концах эластичных корпусов, а на определенном расстоянии позади каждого эластичного корпуса по эластичной манжете, а в полости эластичных корпусов - опорные элементы, и систему подачи рабочей среды, отличающееся тем, что эластичные корпуса выполнены цилиндрическими, укреплены на втулке, заглушенной спереди, а очистные элементы установлены с помощью накладок изнутри корпуса, представляют собой кольцевые сектора из антифрикционной пластмассы, собранные друг с другом с возможностью взаимного перемещения посредством соединения шип-паз в единые плоские герметичные кольца, а опорные элементы выполнены в виде стержней, наклоненных назад под острым углом к оси кольца с помощью сферических шарниров с возможностью перемещения, соединяют накладки со втулкой, на переднем конце которой установлена система подачи рабочей среды в трубопровод, имеющая два ряда сопел, один из которых имеет сопла, направленные под острым углом к плоскости кольца переднего эластичного корпуса в место сопряжения кольца с поверхностью трубы, а сопла другого ряда направлены в ту же сторону под тем же углом, но от плоскости кольца.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к очистке внутренней поверхности трубопроводов от загрязнений и остатков воды в виде пленки на стенках трубы и может использоваться при эксплуатации и строительстве магистральных газопроводов.

В практике строительства и эксплуатации магистральных газопроводов широко применяются поршни типа ОП и поршни-разделители типа ПР (см. Е.М.Климовский, Д. В. Колотилов. Очистка и испытание магистральных трубопроводов. Москва, Недра, 1987 г., с. 30-62).

Поршень очистной типа ОП состоит из металлического корпуса, на котором во фланцах закреплены плоские резиновые манжеты и металлические щетки. Поршень достаточно эффективно очищает внутреннюю поверхность трубопровода от загрязнений, но не обладает возможностью собрать и удалить пленку воды со стенок трубы. К тому же из-за наличия металлических щеток пропуск поршней типа ОП в эксплуатации запрещен из опасения повредить линейную арматуру.

Поршень разделитель типа ПР состоит из металлического корпуса, на котором во фланцах закреплены резиновые манжеты с юбками. Поршень используется для вытеснения воды из трубопровода после гидроиспытаний. Он достаточно эффективно удаляет воду из полости трубы, но воду в виде пленки на стенках трубопровода он удалить полностью не способен, поскольку пленка воды, попадая между стенкой и юбкой манжеты, накапливается там и образует гидроклин, который отжимает юбку от стенки. Таким образом происходит прорыв пленки воды за манжеты. При этом надо заметить, что подобным же образом могут прорываться за манжеты жидкие и твердые загрязнения на стенках трубы.

Известно устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода (а. с. СССР N 902879), содержащее возбудитель кавитации с сопловой головкой, эластичный корпус с кольцевой камерой и систему подачи жидкости. Корпус снабжен режущими кромками. Возбудитель кавитации выполнен в виде трубы Вентури. Эластичный корпус под действием давления рабочей среды (вода при промывке строящегося трубопровода) плотно прижимается к стенке трубы режущими кромками, находящимися спереди корпуса и также плотно прижатыми к стенке, "притирается" к ней и при движении эффективно снимает, "соскребает" загрязнения, которые уносятся рабочей средой из сопловой головки вперед. При этом в струе рабочей среды, истекающей из сопловой головки возбуждается кавитация, которая способствует отслоению загрязнений со стенки трубы. В нашем случае, для удаления воды в виде пленки на стенках трубы возможно применение только газообразной рабочей среды, один из признаков изобретения - кавитация, перестает работать и, кроме того, для того, чтобы эффективно унести вперед по ходу устройства воду, собранную со стенок трубы кромками устройства, необходима достаточно мощная струя рабочей среды (воздух или газ) из сопловой головки, что приведет к неоправданно большим энергетическим затратам процесса очистки. Эластичный корпус и кромки прижимаются к стенке трубы только давлением рабочей среды, этого давления может оказаться недостаточно, чтобы снять приставшие к стенке трубы загрязнения, тем более, что отсутствует кавитация, корпус и кромки сдеформируются и пропустят загрязнение между собой и стенкой труб, очистка окажется неэффективной. Это является еще одним недостатком устройства.

Известно также устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода (а.с. СССР N 925442), содержащее полый эластичный цилиндрический корпус с очистными элементами на его поверхности и смонтированными в его полости опорными элементами, систему подачи рабочего агента в трубопровод. Очистные элементы выполнены в виде кардных лент, которыми оклеен снаружи корпус. Между лентами имеются каналы, через которые рабочий агент продувается и при этом очищает очистные элементы, уносит загрязнения и сдувает пленку воды со стенок трубы вперед. Однако данное устройство имеет ряд недостатков, которые не позволяют ему эффективно снимать загрязнения и собирать ("соскребать") воду со стенок трубы:

- нет четко обозначенных рабочих кромок очистных элементов, которые наиболее эффективно собирают ("соскребают") воду в пленках на стенках трубы и снимают загрязнения;

- прижим корпуса и очистных элементов к стенке трубы определяется только давлением рабочего агента, а поэтому возможен, как показано выше, пропуск прочно приставших к стенке трубы загрязнений.

Ближайшим аналогом изобретения является устройство по а. с. СССР N 1279688.

Известное устройство очистное самоуплотняющееся для очистки поверхности трубопровода содержит установленные на определенном расстоянии друг от друга два полых эластичных корпуса с очистными элементами, укрепленными на свободных концах эластичных корпусов, и на определенном расстоянии позади каждого эластичного корпуса по эластичной манжете, а в полости эластичных корпусов - опорные элементы, и систему подачи рабочей среды.

Этому устройству присущи те же недостатки, что и вышеуказанному.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и качества очистки внутренней поверхности трубопровода от загрязнений и остатков воды в виде пленки на стенках трубы за счет применения очистных элементов с четко обозначенной рабочей кромкой, которая срезает загрязнения и собирает ("соскребает") воду в пленке со стенок трубы, также за счет того, что прижим очистных элементов к поверхности трубы осуществляется не только давлением рабочей среды, но и использованием силы тяги тяговых элементов, что позволяет постоянно компенсировать износ очистных элементов, и созданием эффективной системы эвакуации продуктов очистки поверхности трубы, используя рабочую среду.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве очистном самоуплотняющемся для очистки внутренней поверхности трубопровода, содержащем укрепленные на определенном расстоянии друг от друга два полых эластичных цилиндрических корпуса с очистными элементами, укрепленными на свободных концах эластичных корпусов, и на определенном расстоянии позади каждого эластичного корпуса по эластичной плоской манжете, а в полости эластичных корпусов - опорных элементов, и систему подачи рабочей среды в трубопровод, эластичные корпуса установлены на втулке, заглушенной спереди, а очистные элементы установлены с помощью накладок изнутри корпуса и представляют собой кольцевые секторы из антифрикционной пластмассы, собранные друг с другом с возможностью взаимного перемещения посредством соединения шип-паз в единые плоские герметичные кольца, а опорные элементы выполнены в виде стержней, наклоненных назад под острым углом к оси кольца, с помощью сферических шарниров с возможностью перемещения соединяют накладки со втулкой, на переднем конце которой установлена система подачи рабочей среды в трубопровод, имеющая два ряда сопел, один из которых имеет сопла, направленные под острым углом к плоскости кольца переднего эластичного корпуса в место сопряжения кольца с поверхностью трубы, а сопла другого ряда направлены в ту же сторону под тем же углом, но от плоскости кольца.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, где на фиг. 1 схематично изображен общий вид устройства согласно изобретению; на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1; на фиг. 3 - вид по стрелке Б.

Устройство содержит два полых цилиндрических эластичных корпуса 1, закрепленных с помощью колец 2 и фланцев 3 на полой, заглушенной спереди цилиндрической втулке 4, оснащенной двумя плоскими эластичными манжетами 5, закрепленными к втулке 4 с помощью колец 6 и фланцев 7. На эластичных корпусах 1 на свободном конце закреплены с помощью накладок 8 кольцевые секторы 9 из антифрикционной пластмассы и соединяющиеся между собой соединением шип-паз 10 в единые герметичные плоские кольца 11 вокруг эластичных корпусов 1. Кольцевые секторы 9 выполняют роль очистных элементов, при этом их передняя кромка 12, соприкасающаяся с поверхностью трубы 13, является рабочей и срезает загрязнения и собирает ("соскребает") с поверхности пленку воды. Секторы 9 имеют возможность перемещаться относительно друг друга в направлении, определяемом соединением шип-паз 10. В глухих сферических гнездах 14 накладок 8 и 15 фланцев 3 в полости корпуса 1 с возможностью качания посажены опорные элементы 16, представляющие собой стержень с двумя сферами по концам, передающие силу тяги корпуса 1 и кольца 11 от давления рабочей среды втулке 4, а также и усилия в обратном направлении. Между корпусом 1 и накладкой 8 с одного конца и между фланцем 7 и манжетой 5 с другого конца закреплены ограничители 17, по одному на сектор 9, представляющие собой гибкую прочную ленту, которые ограничивают угловой поворот опорных элементов 16. Во фланцах 3 и 7 имеются перепускные отверстия 18, равномерно распределяющие перепад давления рабочей среды между корпусами 1, кольцами 11 и манжетами 5. На переднем конце втулки 4 установлены два ряда 19 и 20 сопел. Сопла ряда 19 направлены под острым углом к передней рабочей кромке 12 секторов 9, сопла ряда 20 направлены в ту же сторону, но с наклоном под острым углом от кромки 12.

Устройство работает следующим образом.

При движении устройства по трубе под действием перепада давления рабочей среды кромка 12 кольца 11, состоящего из секторов 9, срезает загрязнения со стенки трубы 13 и собирает ("соскребает") пленку воды со стенок. По полости втулки 4 к соплам 19 и 20 подается рабочая среда из-за устройства. Струи рабочей среды из сопел 19 удаляют в кромку 12 переднего кольца 11, разбивают и подхватывают продукты очистки, отражаются от кольца 11 и уходят вперед по стенке трубы 13 по винтовой линии. Струи от сопел 20, поскольку они направлены под углом от кромки 12, подхватывают продукты очистки и по той же винтовой линии гонят дальше вперед по стенке трубы 13. Загрязнения и остатки воды, не очищенные со стенок трубы 13 передним кольцом 11, подчищаются задним кольцом 11. Полости между корпусами 1 с кольцами 11 и манжетами 5 служат для сбора загрязнений, счищенных со стенок трубы 13, но проникших между кольцами 11 и стенками трубы 13. Манжеты 5 являются опорами устройства для того, чтобы не нагружать кольца 11 весом устройства и износ секторов 9 по окружности колец 11 был равномерным. Давление рабочей среды создает силу тяги на корпусе 1 и на кольце 11, которая передается через опорные элементы 16 втулке 4, и, поскольку опорные элементы 16 наклонены под острым углом к плоскости колец 11, радиальная составляющая реакции силы тяги, передаваемой опорными элементами 16, прижимает секторы 9 к стенке трубы 13, кроме того давление среды в полости корпуса 1 также прижимает секторы 9 к стенке трубы 13. Секторы 9 в пределах кольца 11 имеют возможность перемещаться в радиальном направлении и поворачиваться в плоскости кольца 11 в пределах эластичности корпуса 1 (т.е. "плавать"), но лишены возможности поворачиваться в плоскости, проходящей через ось кольца 11, данные возможности и ограничение определяются способом соединения секторов 9 между собой - шип-паз 10. Поэтому прижим секторов 9 к стенке трубы 13, учитывая возможность секторов 9 "плавать" и наложенное ограничение на поворот секторов 9 в осевой плоскости, под совместным воздействием давления рабочей среды в полости корпуса 1 и радиальной составляющей реакции силы тяги, передаваемой опорными элементами 16, будет равномерным по всей наружной поверхности секторов 9 и достаточным, чтобы срезать кромкой 12 загрязнения со стенок трубы 13, даже если они прочно скреплены со стенкой. В случае неопределимого препятствия (выступ кромки трубы над корнем сварного шва в межтрубном сварном соединении) переднее кольцо 11 останавливается на препятствии, а устройство продолжает двигаться далее под силой тяги другого корпуса 1 и кольца 11 и манжет 5. При этом усилия, передаваемые опорными элементами 16 в полости переднего корпуса 1, меняют знак на обратный и радиальная составляющая усилия уже не прижимает, а осаживает к центру секторы 9, диаметр кольца 11 уменьшается, и оно свободно обходит препятствие. Затем под воздействием упругости эластичного корпуса 1, давления рабочей среды и возобновившейся силы тяги корпуса 1 и кольца 11 секторы 9 вновь прижимаются к стенке трубы 13. Эластичные манжеты 5 препятствия обходят, подвергаясь упругой деформации и вновь восстанавливаясь после нее. Заднее кольцо 11 проходит препятствие также, как и переднее.

Износ секторов 9 автоматически компенсируется теми же воздействиями и также равномерно, что и прижим к стенке трубы 13. По мере увеличения износа секторов опорные элементы 16 поворачиваются вперед, и чтобы избежать положения, когда опорные элементы 16 будут наклонены к плоскости кольца 11 под очень маленьким углом, т.е. воздействие от силы тяги корпуса 1 и кольца 11 на прижим секторов 9 к стенке трубы 13 будет исключительно большим, предусмотрены ограничители 17, исключающие дальнейший поворот опорных элементов 16.

Применение данного изобретения позволит повысить качество и эффективность очистки внутренней поверхности магистрального газопровода от загрязнений и остатков воды в виде пленки на стенках трубопровода при строительстве и эксплуатации.