устройство для очистки внутренности трубопровода

Формула изобретения

1. Устройство для очистки внутреннего пространства трубопроводов, приспособленное для плотной посадки в трубопроводе с возможностью одновременного вращения и скольжения в нем с использованием эксплуатационных свойств транспортируемой среды, отличающееся тем, что оно содержит несущий корпус, в котором в направлении движения устройства выполнен перепускной канал с выходом в регулятор скорости скользящего движения, установленный на щитке устройства, и смонтированные на наружном периметре несущего корпуса съемные органы, содержащие в своем составе, по крайней мере, два поддерживающих и направляющих органа, по крайней мере, один уплотняющий и обдирочный орган, один щеточный орган, один основной магнит, а также механизм вращения и направления, причем поперечные сечения поддерживающих и направляющих органов, уплотняющего и обдирочного органа и щеточного органа имеют круглую форму, форма наружного периметра основного магнита подобна форме внутреннего периметра трубопровода с образованием промежутка между этими периметрами, уплотняющий и обдирочный орган и поддерживающие и направляющие органы выполнены из гибкого материала, преимущественно из полиуретана, а взаимное расположение поддерживающих и направляющих органов и механизма вращения и направления выбрано из условия стабилизации движения устройства за счет его сбалансированности относительно своего центра тяжести, при этом в направлении от щитка органы установлены в следующем порядке: первый поддерживающий и направляющий орган - по крайней мере, один уплотняющий и обдирочный орган - щеточный орган - основной магнит - механизм вращения и направления - второй поддерживающий и направляющий орган или набор органов, установленных последовательно.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что набор органов содержит поддерживающий и направляющий орган и, по крайней мере, один уплотняющий и обдирочный орган, которые относительно направления движения устройства расположены позади механизма вращения и направления.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что набор органов содержит поддерживающий и направляющий орган и щеточный орган, которые относительно направления движения устройства расположены позади механизма вращения и направления.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что набор органов содержит дополнительный магнит и поддерживающий и направляющий орган, которые относительно направления движения устройства расположены последовательно позади механизма вращения и направления в следующем в направлении движения устройства порядке: дополнительный магнит - поддерживающий и направляющий орган.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что набор органов содержит щеточный орган, поддерживающий и направляющий орган и, по крайней мере, один уплотняющий и обдирочный орган, которые относительно направления движения устройства расположены позади механизма вращения и направления.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что набор органов содержит дополнительный магнит, поддерживающий и направляющий орган и, по крайней мере, один уплотняющий и обдирочный орган, которые относительно направления движения устройства расположены последовательно позади механизма вращения и направления в одном из следующих в направлении движения устройства порядков: дополнительный магнит - по крайней мере, один уплотняющий и обдирочный орган - поддерживающий и направляющий орган или дополнительный магнит - поддерживающий и направляющий орган - по крайней мере, один уплотняющий и обдирочный орган.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что набор органов содержит поддерживающий и направляющий орган, по крайней мере, один уплотняющий и обдирочный орган, щеточный орган и дополнительный магнит, которые относительно направления движения устройства расположены последовательно позади механизма вращения и направления в одном из следующих в направлении движения устройства порядков: дополнительный магнит - щеточный орган - по крайней мере, один уплотняющий и обдирочный орган - поддерживающий и направляющий орган или дополнительный магнит - щеточный орган - поддерживающий и направляющий орган - по крайней мере, один уплотняющий и обдирочный орган.

8. Устройство по одному из пп.1-7, отличающееся тем, расположенный перед основным магнитом щеточный орган установлен в зоне действия вызванных магнитной индукцией притягивающих сил, направленных к основному магниту.

9. Устройство по одному из пп.1, 4, 6 или 7, отличающееся тем, что дополнительный магнит установлен для возбуждения магнитной индукции, вызывающей в пространстве действие притягивающих сил, направленных к этому магниту.

10. Устройство по одному из пп.1-9, отличающееся тем, что щеточный орган выполнен двухсекционным, причем щетина смежной с основным магнитом секции выполнена более гибкой, более тонкой и более густо распределенной, чем щетина другой секции.

11. Устройство по одному из пп.1-10, отличающееся тем, что каждый поддерживающий и направляющий орган и каждый щеточный орган выполнен состоящим из сегментов.

12. Устройство по одному из пп.1-11, отличающееся тем, что каждый поддерживающий и направляющий орган и каждый уплотняющий и обдирочный орган установлен во фланцах, выполненных из пластмассы, преимущественно из композиционного армированного полимера.

13. Устройство по одному из пп.1-12, отличающееся тем, что оно снабжено установленными в защищенной области средством для измерения вращения устройства и сигнальным средством для обнаружения положения устройства.

14. Устройство по одному из пп.1-13, отличающееся тем, что щиток устройства снабжен буфером.

15. Устройство по одному из пп.1-14, отличающееся тем, что оно снабжено приспособлениями для подвешивания устройства при манипуляциях с ним, для его установки в трубопровод и извлечении оттуда, для фиксации положения устройства, например, при транспортировке, а также для вращения устройства при ремонте и обслуживании.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленному устройству для очистки внутренности и внутренней поверхности трубопроводов, использующихся для транспортировки главным образом газообразных сред, и разрешает проблему комплексной очистки, осуществляемой с помощью одного устройства для достижения сокращения требуемого времени и одновременного повышения качества очистки.

В настоящее время существует несколько промышленных методов и устройств, реализующих эти методы, для удаления загрязнений, которые могут быть обнаружены внутри и на внутренней поверхности трубопроводов, используемых для транспортировки газообразных сред. Эти загрязнения могут быть механическими, как, например, остатки от сборки трубопровода - в виде сварочных электродов, различных металлических предметов и т.д.

Кроме того, имеются некоторые включения, являющиеся результатом абразивного процесса трения при контакте транспортируемой среды с поверхностью трубы, а также конденсата и технологические загрязнения от компрессорных станций.

Используемые для очистки трубопроводов устройства в основном выполняют в виде механизмов, движущихся в трубе за счет использования физических свойств транспортируемой среды, воздействующей на соответствующие механизмы. Эти устройства содержат несущий корпус с установленными на нем очищающими элементами. Состав и материал этих элементов соответствует методу очистки.

Среди наиболее часто применяемых очищающих устройств можно указать на устройства манжетного типа, в которых основными очищающими элементами являются манжеты, поверхность окружности которых находится в тесном контакте с внутренней поверхностью трубопровода. Такие устройства пригодны для очистки труб от жидких загрязнений.

Магнитные очищающие устройства наиболее универсальны в случае, если очищающие элементы состоят из двух частей - из манжет, а также магнитных сегментов, поверхность которых находится на расстоянии 100-200 мм от внутренней поверхности трубы. Это частично ограничивает эффективность очистки. Эти устройства дают возможность удалять из трубопровода, помимо жидких загрязнений, также металлические включения. Вследствие того что такое устройство приспособлено для вращения в процессе очистки, но не оснащено органом для разрушения связи загрязнений с поверхностью трубопровода, особенно в случае высокой адгезии загрязнений к внутренней стенке трубы, может иметь место низкая эффективность очистки.

Сравнительно широко распространены очищающие устройства, оборудованные манжетами и щетками с металлической щетиной. С одной стороны, использование щеток в процессе очистки оказывает благоприятное влияние на качество очистки внутренней поверхности трубопровода, ведь такое оборудование способно очищать трубопровод от всех загрязнений, однако вместе с тем увеличивается нагрузка на манжетную часть оборудования, что отрицательно влияет на его износ.

Очищающие устройства, в которых узел очистки образован манжетами, в том числе манжетами, имеющими в зоне контакта со стенкой трубопровода металлические наконечники, используются главным образом при удалении жидких загрязнений таких, например, как парафины в трубопроводах сырой нефти. В данном случае это специальное очищающее устройство требует повышенных затрат на его изготовление. Так же как в предыдущем устройстве, при большом засорении трубопровода манжеты чрезмерно нагружаются и поэтому также изнашиваются.

В последнее время производят очищающие устройства, которые помимо упомянутых очищающих элементов имеют регулятор перемещения, задачей которого является оптимизация скорости перемещения, например, в зависимости от степени загрязнения или от скорости перемещения транспортируемой среды и за счет этого повышение качества очистки.

Очищающие устройства могут состоять из одной секции или из шарнирно сочлененных двух (иногда трех) секций. Двух- и трехсекционные очищающие устройства пригодны, прежде всего, для использования в трубопроводах малого диаметра. Односекционные очищающие устройства применяют для трубопроводов большого диаметра. Общий недостаток всех указанных устройств заключается в том, что в трубопроводе они осуществляют только скользящее передвижение.

Указанные недостатки в значительной мере устранены в предложенном согласно изобретению устройстве для очистки трубопровода. По существу оно спроектировано для плотной посадки внутри трубопровода с возможностью одновременного вращения и скольжения, за счет чего создается винтовое движение устройства в трубопроводе с использованием физических эксплуатационных характеристик транспортируемой среды. Это устройство представляет собой конструкцию, выполненную с несущим корпусом, который имеет перепускной канал, расположенный в направлении движения и выходящий к регулятору скорости скользящего движения устройства. Этот регулятор расположен на щитке устройства. На несущем корпусе, в частности на его внешних периферийных стенках, установлены отдельные съемные органы устройства, по крайней мере, два из которых являются поддерживающими и направляющими органами, по крайней мере, один - уплотняющим и обдирочным органом, один - щеточным органом, один - основным магнитом и один - механизмом вращения и направления устройства. Уплотняющий и обдирочный орган, поддерживающие и направляющие органы, а также щеточный орган имеют круглую форму поперечного сечения. Форма наружного периметра магнита подобна форме внутреннего периметра трубопровода с образованием промежутка между этими периметрами. Уплотняющий и обдирочный орган и поддерживающие и направляющие органы изготовлены из гибкого материала, в качестве которого подходит полиуретан. Расположение поддерживающих и направляющих органов обеспечивает устойчивость движения устройства за счет его сбалансированности относительно своего центра тяжести. Органы устройства расположены последовательно в направлении от щитка устройства в следующем порядке: первый поддерживающий и направляющий орган - по крайней мере, один уплотняющий и обдирочный орган - щеточный орган - основной магнит - механизм вращения и направления - второй поддерживающий и направляющий орган или набор органов.

Предложенное согласно изобретению устройство для очистки обеспечит удаление практически всех видов имеющихся в трубопроводах загрязнений, как металлического происхождения, таких как загрязнения, возникающие при абразивном износе, загрязнения, остающиеся в системах трубопроводов после их сооружения, например сварочные электроды и их остатки, железная окалина, так и других загрязнений, например конденсатов. Конструкция и взаимное расположение отдельных органов устройства обусловлены одновременно функцией движения устройства и его очистительной функцией.

Отдельные приемы очистки, воплощенные в устройстве, логически связаны друг с другом и создают предпосылки того, что уже за один проход предложенного устройства по трубопроводу будет достигнут высокий стандарт очистки, а возможные повторные применения очистки с использованием предложенного устройства носят характер проверочной или окончательной очистки в зависимости от степени загрязненности трубопровода.

Регулирование скорости устройства в сочетании с его вращением вокруг своей продольной оси создает предпосылки для надлежащей очистки внутреннего пространства трубопровода с достижением практически равномерного распределения на устройстве уловленных им ферромагнитных загрязнений.

Из вышеуказанного следует, что путем использования предложенного согласно изобретению устройства возможно достичь качества очистки трубопроводов, по крайней мере, сопоставимого с качеством, получаемым при использовании существующих устройств, с одновременным сокращением времени процесса очистки.

На чертеже представлена схема внешнего вида с частичным сечением примера предложенного согласно изобретению устройства для очистки внутренних стенок.

Конкретное воплощение являющегося предметом изобретения устройства для очистки внутренней стороны трубопровода вытекает из необходимости комплексного удаления из трубопровода, в равной степени по всей его окружности, металлических, жидких и других загрязнений с разрушением их связей с внутренней поверхностью трубопровода.

В своей основе заявленное устройство содержит несущий корпус 1, выполненный из металлического материала. Вокруг его продольной оси расположен перепускной канал 2, подведенный к регулятору 3 движения скольжения. Этот регулятор установлен на щитке 4, прикрепленном к несущему корпусу 1. Основными элементами регулятора 3 движения скольжения являются установленные по ходу потока газа сменные выпускные патрубки 5, диаметр которых выбран в зависимости от давления газа.

Наружная поверхность несущего корпуса 1 может быть различной и определяется конструкцией и назначением закрепленных на ней органов. Отдельные функциональные органы установлены и зафиксированы на наружной окружности несущего корпуса 1 с помощью разборных соединений. Начиная от щитка 4, в направлении противоположном движению устройства последовательно установлены первый поддерживающий и направляющий орган 6, два уплотняющих и обдирочных органа 7, направляющее и фиксирующее кольцо 8, щеточный орган 9, основной магнит 10, механизм 11 вращения и направления, направляющее и фиксирующее кольцо 12, два уплотняющих и обдирочных органа 13, второй поддерживающий и направляющий орган 14 и дополнительный магнит 15.

Уплотняющие и обдирочные органы 7, а также поддерживающий и направляющий орган 6, расположенные сбоку от щитка 4 устройства, вставлены раздельно между фланцами 16 и прикреплены к ним с помощью винтов 17, а зазоры между фланцами определены распорными элементами 18. Фланцы 16 закреплены на несущем корпусе 1. Для облегчения веса устройства уплотняющие и обдирочные органы 7, 13, а также поддерживающие и направляющие органы 6, 14 целесообразно изготовить из композиционного армированного полимера или другого пластикового материала с подобными свойствами. Наружный периметр поддерживающих и направляющих органов 6, 14, а также уплотняющих и обдирочных органов 7, 13 имеет форму круга. Размер наружного диаметра уплотняющих и обдирочных органов 7, 13 дает возможность их посадки в трубопроводе с натягом, за счет чего обеспечивается плотность посадки. Наружный диаметр поддерживающих и направляющих органов 6, 14 обеспечивает возможность их подвижной посадки в трубопроводе. С конструктивной точки зрения достоинством предложенного устройства является соединение поддерживающих и направляющих органов 6, 14 и уплотняющих и обдирочных органов 7, 13 с фланцами 16 с помощью обычных винтов 17.

Щеточный орган 9 установлен на несущем корпусе 1 и имеет держатель с закрепленной по его окружности подходящей гибкой металлической щетиной. Для обеспечения эффективности работы этого органа целесообразно, чтобы его диаметр обеспечивал установку органа в трубопроводе с натягом. Полезно наличие нескольких секций щеток, имеющих щетину с различными свойствами. Для обычных условий эксплуатации достаточно выполнение щеточного органа 9 состоящим из двух секций щеток.

Секция, расположенная ближе к щитку 4 устройства, имеет щетки со щетиной более толстой, более жесткой и менее густой относительно щетины второй секции, которая содержит щетину более тонкую, более гибкую и более густую.

Следующим узлом, установленным на несущем корпусе 1, является основной магнит 10, который расположен с образованием промежутка между наружным периметром основного магнита и внутренним периметром трубопровода, при этом наружный периметр основного магнита имеет форму многоугольника. С точки зрения качества очистки необходимо, чтобы расположение этого магнита, в частности его расстояние от щеточного органа 9, обеспечивало бы захват основными магнитными силами притяжения основного магнита 10 даже самых мелких ферромагнитных загрязнений с внутренней стенки трубопровода.

За основным магнитом 10 на несущем корпусе 1 установлен механизм 11 вращения и направления. Он состоит из подпружиненных и снабженных колесиками рычагов, которые за счет взаимодействия с трубопроводом с точно определенной силой давления обеспечивают вращение устройства. За механизмом 11 вращения и направления смонтированы направляющее и фиксирующее кольцо 12 и второй поддерживающий и направляющий орган 14 или же направляющее и фиксирующее кольцо 12 и набор органов, который может состоять из разных сочетаний следующих органов: второго поддерживающего и направляющего органа 14, уплотняющего и обдирочного органа 13, щеточного органа и дополнительного магнита 15. Целесообразно смонтировать один из следующих наборов, содержащих органы, установленные последовательно и размещенные в направлении от щитка 4 позади механизма 11 вращения и направления:

поддерживающий и направляющий орган 14 - два уплотняющих и обдирочных органа 13;

поддерживающий и направляющий орган 14 - щеточный орган;

содержащий последовательность: дополнительный магнит 15 - поддерживающий и направляющий орган 14;

щеточный орган (не показан на чертеже) - поддерживающий и направляющий орган 14 - уплотняющий и обдирочный орган 13;

содержащий последовательности: дополнительный магнит 15 - два уплотняющих и обдирочных органа 13 - поддерживающий и направляющий орган 14; или: дополнительный магнит 15 - поддерживающий и направляющий орган 14 - два уплотняющих и обдирочных органа 13;

содержащий последовательности: дополнительный магнит - щеточный орган (не показан) - по крайней мере, один уплотняющий и обдирочный орган 13 - поддерживающий и направляющий орган 14; или: дополнительный магнит 15 - щеточный орган (не показан) - поддерживающий и направляющий орган 14 - два уплотняющих и обдирочных органа 13.

С конструктивной и функциональной точек зрения целесообразно поддерживающий и направляющий орган 14, а также уплотняющий и обдирочный органы 13 из перечисленных наборов вставить между фланцами 16 с промежутками между собой, определяемыми распорными элементами 18, которые стянуты с помощью обычных винтов 17. Исходя их характера посадки органов в трубопроводах, поддерживающие и направляющие органы 14, уплотняющие и обдирочные органы 13 и щеточные органы (не показаны) имеют круглый периметр, причем поддерживающие и направляющие органы 14 выполнены с возможностью их подвижной посадки в трубопроводе, а уплотняющие и обдирочные органы 13 - с возможностью посадки в трубопроводе с натягом, что обеспечивает плотность их посадки.

Диаметр не показанного на чертеже щеточного органа выбран из условия его посадки в трубопроводе с натягом. Поддерживающий и направляющий орган 14 и уплотняющий и обдирочный органы 13 из указанных наборов целесообразно изготовить из полиуретана или другого материала с подобными свойствами, а не показанный на чертеже щеточный орган может быть сконструирован подобно щеточному органу 9. Принцип функционирования не показанного на чертеже щеточного органа в комбинации с дополнительным магнитом 15 подобен тому, что имеет место при работе основного магнита 10 в сочетании со щеточным органом 9.

Взаимное расположение поддерживающих и направляющих органов и механизма вращения и направления выбрано из условия стабилизации движения устройства за счет его сбалансированности относительно своего центра тяжести.

Поддерживающие и направляющие органы 6, 14, а также щеточные органы, имеют очень выгодную сегментную конструкцию. Устройство имеет также и другие элементы, которые используются при манипуляциях с устройством, его транспортировке, ремонте и обслуживании, при установке устройства в трубопроводе, для предотвращения поломок устройства. Для этого устройство снабжено приспособлениями для подвешивания устройства при манипуляциях с ним в виде подъемных проушин 19, прикрепленных к несущему корпусу 1, и буфером 20, навешенным на щиток 4. Устройство содержит также вспомогательное приспособление 21, которое может использоваться для установки устройства в трубопровод и извлечения оттуда. Кроме того, устройство снабжено сигнальным средством (не показано на чертеже), используемым для обнаружения положения устройства в трубопроводе, а также средством для измерения вращения устройства. Эти средства расположены в защищенной области. Вышеуказанные направляющие и фиксирующие кольца 8, 12 применяются в качестве приспособлений для переворачивания устройства на другую сторону при ремонте и обслуживании, а также в качестве приспособлений для фиксации положения устройства, например при транспортировке. С их помощью, а также с помощью некоторого вспомогательного оборудования, например поддерживающих стоек, можно зафиксировать устройство при его транспортировке, а с применением поддерживающих роликов - поворачивать устройство при обслуживании и ремонте.

Функционирование устройства, являющегося предметом изобретения, заключается в том, что в процессе работы устройство вставлено в транспортирующий трубопровод, а перемещение устройства обеспечивается за счет использования физических свойств транспортируемой среды, например за счет давления газа. Продольный канал 2 несущего корпуса 1 заполняется газовой средой, создающей давление на переднюю в направлении потока часть устройства. В равной степени в направлении потока она давит на выступающие части органов, установленных на несущем корпусе 1, например, уплотняющих и обдирочных органов 13. Подвод среды к выступающим частям уплотняющих и обдирочных органов 7 и поддерживающих и направляющих органов 6, расположенных в зоне щитка 4 устройства, обеспечивается с помощью продольного канала 2 несущего корпуса 1 с использованием осевых отверстий, при этом подведенная таким образом среда действует в направлении движения устройства.

Сообщенность сквозного продольного перепускного канала 2 с регулятором 3 скорости движения дает возможность выбрать скорость перемещения устройства, используя взаимную зависимость размера выходных отверстий патрубков 5 и разницы давления между источниками давления транспортируемой среды, например, в случае газа - между компрессорными станциями. Ориентация и размер выходных отверстий патрубков 5 обеспечивается потоком газа через патрубки 5, который разрушает прилипание загрязнений к стенкам трубопровода, и такие освобожденные загрязнения толкаются впереди устройства использованием функциональных свойств поддерживающего и направляющего органа 6 и уплотняющих и обдирочных органов 7. Эти загрязнения переносятся в технологические участки трубы, откуда металлические загрязнения собираются с помощью щеточного органа 9 и основного магнита 10.

Назначением щеточного органа 9 является механическая очистка внутренней поверхности трубопровода и вместе с тем приведение загрязнений в движение и в определенное положение, что позволило бы с помощью результирующих магнитных сил, действующих в направлении основного магнита 10, эффективно захватить металлические загрязнения и перенести их в место окончательного удаления.

Двухсекционная конструкция щеточного органа 9 значительно способствует эффективности осуществления указанного назначения. Расположенная со стороны щитка 4 устройства секция с более толстой, менее гибкой и эластичной и более редко распределенной щетиной выполняет грубую очистку. Вторая секция содержит более гибкую и более тонкую щетину, распределенную более густо, и обеспечивает окончательную очистку внутренней поверхности трубопровода и одновременно ликвидирует прилипание загрязнений к внутренней поверхности трубопровода, создает условия для эффективного действия сил притяжения основного магнита 10, захватывающего металлические загрязнения и забирающего их на себя. Исходя из этого щеточный орган 9 целесообразно расположить в магнитном поле основного магнита 10.

Назначение основного магнита 10 заключается в том, чтобы притягивать к себе металлические загрязнения и удерживать их в этом положении вплоть до завершения цикла процесса очистки. Исходя из этого конструкция элементов, обеспечивающих магнитную очистку, сохраняет магнитное явление вокруг магнита, как, например, магнитную индукцию, и должным образом устраняет отрицательное влияние этого явления на процесс очистки. Достаточно большой зазор между внешней окружностью основного магнита 10 и внутренней поверхностью трубопровода образует пространство, в котором может быть уловлен большой объем загрязнений. Механизм 11 вращения и направления устройства обеспечивает вращение устройства, в результате чего устройство осуществляет винтовое движение. Преимуществом такого движения является, с одной стороны, обеспечение равномерной очистки поверхности, например, щеточным органом 9, а с другой стороны, обеспечение равномерного истирания рабочих органов. Другим результатом вращения устройства является более равномерное распределение загрязнений, уловленных поверхностью основного магнита 10 или дополнительного магнита 15.

Поддерживающие и направляющие органы 6, 14 предназначены для равномерного распределения на трубопровод нагрузки, вызванной весом устройства, а также для обеспечения плавного направления устройства при его движении в трубопроводе. Механизм 11 вращения и направления, помимо функции вращения устройства, также выполняет в трубопроводе функцию направляющего средства.

Назначением набора органов, расположенных по направлению движения устройства в конечной его части, является дальнейшее повышение степени очистки. Отдельные органы этого набора выполняют практически те же самые функции, что и аналогичные органы, установленные в передней части данного устройства.

Предложенное устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода особенно подходит для очистки газовых трубопроводов большого диаметра. Однако после небольшой отладки это устройство может быть применено в трубопроводах сырой нефти или для очистки трубопроводов, используемых для транспортировки иных видов сред.