устройство для осмотра и диагностики внутренней поверхности труб

Формула изобретения

1. Устройство для осмотра и диагностики внутренней поверхности труб, содержащее каретку, перемещаемую внутри трубы, на которой размещено диагностическое и обзорное оборудование, приводной элемент каретки, выполненный в виде шланга высокого давления, одним концом соединенного с кареткой, а другим концом закрепленного на приводном барабане и сообщенного с источником сжатого воздуха высокого давления, причем внутри указанного шланга проложен жесткий гибкий пруток с нанизанными на него шайбами, один конец которого размещен со стороны каретки с возможностью свободного перемещения, а другой конец закреплен на упомянутом барабане, чем обеспечивается наряду с воздействием сжатого воздуха высокого давления жесткость шланга для проталкивания и перемещения каретки внутри трубы, при этом устройство снабжено воздушным редуктором, обеспечивающим снижение давления воздуха из шланга перед подачей его в аппаратуру управления движением каретки.

2. Устройство для осмотра и диагностики внутренней поверхности труб по п.1, в котором каретка имеет основную и головную части, последняя из которых включает в себя рычажно-опорную систему для стабилизации положения каретки в трубе и выполнена с возможностью поворота вокруг продольной оси при перемещении вдоль трубы и отклонения при прохождении криволинейных участков.

3. Устройство для осмотра и диагностики внутренней поверхности труб по п.1, в котором приводной барабан установлен с возможностью подачи шланга по направлению его перемещения в трубе и имеет реверсивный привод и устройство торможения.

4. Устройство для осмотра и диагностики внутренней поверхности труб по п.2, в котором каретка снабжена редуктором поворота головной части со встроенным в него подшипниковым редуктором с большим передаточным отношением.

5. Устройство для осмотра и диагностики внутренней поверхности труб по п.4, в котором каретка снабжена реверсивным пневмоприводом редуктора поворота головной части каретки и пневмораспределителями.

6. Устройство для осмотра и диагностики внутренней поверхности труб по п.1, в котором указанный жесткий пруток выполнен из соединенных между собой посредством связующего однонаправленных стеклонитей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к системам, обеспечивающим наблюдение и диагностику внутренних поверхностей труб, в частности труб большого диаметра и сложной конфигурации, устанавливаемых на газоперекачивающих компрессорных станциях, и может быть использовано при очистке и ремонте труб различного назначения при их эксплуатации.

Известно устройство для использования при очистке труб дорожной сети и мелиоративных систем, содержащее корпус, на котором смонтированы очищающие инструменты, механизмы для обеспечения осевого и вращательного движения, средство для подвода рабочей жидкости, средство для отвода образующейся пульпы. Очищающие инструменты включают в себя многозубчатые лемехи, геликоидальные транспортирующие лопасти и перемешивающие лопатки, размещенные на параллельных валах, установленных на подвижном корпусе. В нижней части подвижного корпуса установлены клиновидные ножи-рыхлители, а над ними размещено средство для отвода образующейся пульпы (см. патент РФ № 2028839).

Известное устройство обладает некоторыми преимуществами, заключающимися в создании достаточного усилия для перемещения устройства вдоль трубопровода и повышении рабочей скорости прочистки за счет применения активной тяги вместо реактивной, которая осуществляется тросами рабочего и холостого хода, наматываемыми на барабаны лебедки.

Однако конструкция устройства в первую очередь предназначена для выполнения ремонтных работ, связанных с очисткой внутренней поверхности, и не предназначена для быстрого и эффективного перемещения при осмотре трубы, имеет сложную структуру и проблемную эксплуатацию.

Известно также гидравлическое промывочное устройство, состоящее из водоподающего шланга, на конце которого закреплен гидравлический насадок, а по длине шланга размещены реактивные насадки, включающие корпус с диффузором, камерой и ступенью. Выходные отверстия камеры постоянно закрыты подвижным кольцом, фиксируемым в крайнем левом или правом положении при помощи подпружиненного фиксатора. Герметизацию реактивных насадок осуществляют посредством прокладки (см. патент РФ № 2081714).

Для продвижения внутри обрабатываемого объекта в данном известном изобретении используются реактивные насадки, получающие тягу по водонапорному шлангу. Однако такое выполнение имеет ограниченное применение из-за малых возможностей прохождения такого насадка при необходимости перемещения с находящимся на нем достаточно тяжелым и громоздким исследовательским оборудованием.

Известны комплексы для обследования трубопроводов, сконструированные на базе колесной самоходной платформы, на которой смонтировано необходимое рабочее оборудование. Приводом для таких комплексов служат электродвигатели, связанные с перемещаемой платформой и соединенные электрическими кабелями с источником электрической мощности (см., например, технические комплексы фирмы «Тарис», или патенты США № 5086842, 5528789).

Такие комплексы обладают достаточной мощностью и проходимостью внутри труб различной конфигурации и габаритов. Однако существенным недостатком этих систем является наличие электрического двигателя, что в условиях применения в трубе для транспортировки газа вызывает большие риски создания взрывоопасных условий, которые могут привести к тяжким последствиям. Для предупреждения таких последствий в подобных системах дополнительно используется оборудование, обеспечивающее создание инертной среды внутри трубы, например, с помощью подачи азота. По мнению авторов, наиболее близким техническим решением являются исследовательские комплексы для обследования и очистки внутренней поверхности труб, состоящие из корпуса, дифференциального поршня, размещенного на штоке со сквозным каналом, соединенным с источником сжатого воздуха. Шток имеет канал и ступень. Поршень и шток образуют управляющую камеру и тормозную камеру. Корпус и поршень образуют гидравлическую камеру с сопловыми отверстиями. К корпусу присоединяется сменная рабочая камера и подведен пневматический рукав. По пневматическому рукаву сжатый воздух поступает в канал штока и далее в управляющую камеру, где воздействует на дно глухого отверстия с меньшей ступенью и перемещает поршень (см., например, патент РФ № 2086314, или заявка РФ № 2006142918).

Недостатком подобных систем является сложность конструктивного выполнения, т.к. в них, с одной стороны, используется аппаратура для обеспечения сжатого воздуха, включая шланг или жесткий канал, а с другой стороны, присутствуют механизмы, обеспечивающие перемещение платформы с рабочим оборудованием вдоль трубы. Задачей настоящего изобретения является создание устройства для осмотра и диагностики внутренней поверхности труб, которое можно эксплуатировать в трубах, транспортирующих газ, без риска образования взрывоопасных условий при работе ее систем, являющегося надежным в эксплуатации.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание высокоэкономичного устройства для осмотра и диагностики внутренней поверхности труб, имеющего простую конструкцию, удобную в эксплуатации и имеющую невысокую стоимость при изготовлении.

Дополнительной задачей настоящего изобретения является создание устройства для осмотра и диагностики внутренней поверхности труб, легкого и простого в управлении, позволяющего эффективно проводить наблюдение и диагностику труб. Для решения указанных и других задач согласно настоящему изобретению предлагается устройство для осмотра и диагностики внутренней поверхности труб, содержащее каретку, перемещаемую внутри трубы, на которой размещено диагностическое и обзорное оборудование, приводной элемент каретки, выполненный в виде шланга высокого давления, одним концом соединенного с кареткой, а другим концом закрепленного на приводном барабане и сообщенного с источником сжатого воздуха высокого давления, причем внутри шланга проложен жесткий гибкий пруток, например стеклопруток, т.е. пруток, выполненный из соединенных посредством связующего однонаправленных стеклонитей, с нанизанными на него шайбами, один конец которого размещен со стороны каретки с возможностью свободного перемещения, а другой конец закреплен на упомянутом барабане, чем обеспечивается наряду с воздействием сжатого воздуха высокого давления жесткость шланга для проталкивания и перемещения каретки внутри трубы, при этом устройство снабжено воздушным редуктором, обеспечивающим снижение давления воздуха перед подачей его в аппаратуру управления движением каретки.

Дополнительно, каретка имеет основную и головную части, последняя из которых включает в себя рычажно-опорную систему для стабилизации положения каретки в трубе и выполнена с возможностью поворота вокруг продольной оси при перемещении вдоль трубы и отклонения при проходе криволинейных участков.

Дополнительно, в устройстве для осмотра и диагностики внутренней поверхности труб приводной барабан установлен с возможностью подачи шланга по направлению его перемещения в трубе и имеет реверсивный привод и устройство торможения. Кроме того, в устройстве для осмотра и диагностики внутренней поверхности труб каретка снабжена редуктором поворота головной части.

Целесообразно, чтобы в устройстве для осмотра и диагностики внутренней поверхности труб каретка была снабжена редуктором поворота головной части со встроенным в него подшипниковым редуктором с большим передаточным отношением, реверсивным пневмоприводом редуктора поворота головной части и пневмораспределителями.

Сущность настоящего изобретения будет более понятна при ознакомлении с последующим описанием предпочтительных вариантов выполнения устройства с учетом сопроводительных чертежей, на которых:

на фиг.1 представлен общий вид заявленного устройства перед введением каретки внутрь трубы.

На фиг.2 представлен вид сбоку на каретку с рычажно-опорной системой и с соединенным с кареткой шлангом.

На фиг.3 представлен вид сверху по фиг.2.

На фиг.4 представлен вид сбоку на барабан с закрепленным на нем шлангом.

На фиг.5 представлен общий вид барабана со шлангом.

На фиг.6 представлено в схематичном виде перемещение каретки со шлангом через криволинейный участок трубы.

На фиг.7 представлен общий вид участка соединения частей каретки с редуктором поворота головной части.

Согласно настоящему изобретению устройство для осмотра и диагностики внутренней поверхности труб содержит каретку 1, включающую в себя основную 2 и головную 3 части. Конструктивно каретка 1 с ее частями 2 и 3 может быть выполнена различными способами. В одном из вариантов осуществления такой конструкции головная часть 3 выполнена двухсекционной. Одна секция 4 связана с основной частью 2 каретки 1 с возможностью поворота вокруг продольной оси на ±180°, а другая, носовая секция 5 соединена с секцией 4 и выполнена отклоняемой относительно нее на 60°. Головная часть 3 снабжена рычажно-опорной системой 6 с двумя пневмодомкратами 7, которая обеспечивает поддержание каретки 1 примерно по центру внутренней части осматриваемой трубы 8. Носовая секция 5 управляется двумя другими пневмодомкратами 9 и обеспечивает направление и возможность прохождения устройством криволинейных участков трубы 8. Носовая секция 5 снабжена платформой 10, на которой установлено различное оборудование 11 для наблюдения и диагностики внутренней поверхности трубы 8, например датчики, видеокамеры и т.п.

Приводным элементом для каретки 1 согласно настоящему изобретению является шланг 12 высокого давления, внутри которого проложен стеклопруток 13 с нанизанными на него шайбами 14. Шланг 12 может быть выполнен из ПВХ и армирован оплеткой из полиэстерной нити. Шланг 12 должен быть устойчив к абразивному износу, к воздействию большого числа химических веществ и допускать использование при низких температурах. Одним концом шланг 12 соединен с основной частью 2 каретки 1, а другим концом 15 закреплен на барабане и сообщен с источником сжатого воздуха высокого давления. Стеклопруток 13 также одним концом заделан на барабане. Другой конец стеклопрутка 13 имеет возможность свободно перемещаться внутри шланга 12. Источник сжатого воздуха подобран таким образом, чтобы давления воздуха в шланге 12 в рабочем режиме поддерживалось в диапазоне 15-20 атм. Такое давление обеспечивает достаточную жесткость шланга 12, чтобы использовать его в качестве приводного элемента, проталкивающего каретку вдоль трубы 8 на значительное расстояние. В то же время такая жесткость шланга 12 с учетом изгибной жесткости стеклопрутка 13 и свойств материалов, из которых выполнен шланг 12, не мешает ему проходить криволинейные участки трубы 8, изгибаясь в пределах упругости.

Основная часть 2 каретки 1 жестко заделана на шланге 12 и является приемником воздушного давления. Внутри основной части 2 каретки размещены редуктор давления воздуха, обеспечивающий снижение воздушного давления перед подачей его в пневмораспределители (не показаны) известного выполнения, реверсивный пневмопривод 18 редуктора 19 поворота головной части каретки, встроенный в редуктор 19 подшипниковый редуктор 20 с большим передаточным отношением (~90), шланги, распределяющие воздух в аппаратуру управления движением каретки 1, электрические разъемы и др. Барабан 21, на котором закреплен один конец шланга 12 и стеклопруток 13, предназначен для компактного размещения шланга 12 и может быть установлен на платформе 22 с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси. Катушка барабана 21 при вращении обеспечивает подачу шланга 12 для продвижения его внутри трубы 8 и имеет реверсивный привод и устройство торможения. В зоне оси вращения катушки барабана 21 организован гермоввод, к которому подводится сжатый воздух от источника и к которому присоединен первый виток шланга 12.

Управление элементами головной части каретки 1 осуществляется посредством малотоковых информационных шин, проложенных внутри шланга 12. Настоящее изобретение разрабатывалось для использования в основном внутри труб, транспортирующих газ, имеющих достаточно большие габариты и сложную конфигурацию, для чего требуется соответствие жестким нормам по взрывобезопасности. Однако разработанная конструкция может быть также применена для диагностики трубопроводов в различных отраслях промышленности.

Для проведения работ по осмотру и диагностике внутренней поверхности исследуемой трубы 8 конец шланга 12 с закрепленной на нем кареткой 1 вставляется внутрь трубы 8 на определенное расстояние, на которое можно свободно переместить каретку 1 с расположенным на ней оборудованием. От источника сжатого воздуха посредством известной из уровня техники запорно-регулировочной аппаратуры в шланг подают сжатый воздух с давлением в диапазоне 15-20 атм. После этого посредством поворота катушки барабана 21 вокруг горизонтальной оси осуществляют подачу шланга 12 вдоль трубы 8. При нахождении в шланге 12 воздух высокого давления растягивает стенки шланга в осевом и радиальном направлениях, чем обеспечивается большая жесткость, в основном в осевом направлении. Таким образом, шланг 12 приобретает свойства жесткого стержня, способного проталкивать каретку с оборудованием вдоль трубы 8 на значительное расстояние. При прохождении поворотных участков дополнительную изгибную жесткость шлангу 12 придает стеклопруток 13 с нанизанными на него шайбами 14. Посредством воздушного редуктора снижается давление воздуха, в данном случае, приблизительно до 6,5 атм, подаваемого на пневмораспределители. Далее, воздух с помощью шлангов распределяется по потребителям аппаратуры управления движением и перемещением каретки 1. В частности, воздух подается в пневмодомкраты 7 и 9 рычажно-опорной системы головной части 3 каретки 1. Пневмодомкраты 7 осуществляют подъем рычагов секции 4 до касания их с внутренней стенкой трубы 8 или опускание их в исходное положение. При осмотре внутренней поверхности трубы 8 требуется изменение ориентации диагностического оборудования, находящегося на платформе носовой секции 5. Это изменение обеспечивается редуктором 19 поворота головной части каретки со встроенным в него подшипниковым редуктором 20 с большим передаточным отношением. При этом обеспечивается поворот каретки 1 вокруг продольной оси на ±180°. Изменение ориентации секции 5 необходимо также при подготовке каретки при входе в поворот. При прохождении криволинейных участков трубы 8 носовая секция 5 с помощью пневмодомкратов 9 поворачивается на необходимый угол, обеспечивая перемещение каретки 1 с толкающим ее шлангом 12 через такой участок и дальнейшее продвижение их по трубе 8. Управление указанными исполнительными механизмами движения каретки 1, а также сбор информации, полученной расположенным на каретке диагностическим оборудованием, осуществляются дистанционно посредством известных из уровня техники систем.

Как указывалось выше, при вращении катушки барабана 21 осуществляется подача и проталкивание шланга 12 вдоль трубы 8, для чего на барабане 21 предусмотрены реверсивный привод и устройство торможения, используемые для прямого и обратного хода, а также торможения шланга 12, соответственно.

Как видно из приведенного описания, устройство для осмотра и диагностики внутренней поверхности труб согласно настоящему изобретению выполнено с учетом пожаро- и взрывобезопасности при соприкосновении элементов устройства с находящимся внутри трубы 8 горючим газом. При этом исключается возможность возникновения опасных реакций составляющих электрического оборудования с газом, которые могли бы привести к разрушительным действиям, и не требуется дополнительное специальное оборудование для предупреждения негативных последствий. В то же время устройство согласно настоящему изобретению имеет простую конструкцию, принципиально отличающуюся от подобных устройств известного уровня техники, удобно в эксплуатации и недорогое в изготовлении.

В данном описании раскрыты предпочтительные варианты выполнения устройства, но следует понимать, что, не отходя от сущности изобретения, можно предложить и другие модификации, которые находятся в рамках заявленного в предложенной формуле изобретения.