Поршень внутритрубный циркуляционный

Область техники
Полезная модель относится к трубопроводному транспорту и предназначена для очистки внутренней поверхности трубопроводов, нефтепроводов, при химической обработке и может быть также использована при очистке трубопроводов другого назначения.
Уровень техники
В процессе химической внутритрубной очистки нефтепроводов растворителем АСПО или другим реагентом при подготовке к переходу на другой нефтепродукт используются поршни типа ПРВ и ППЛ, между которыми создается пробка реагента. Пробка с очищающим реагентом, зажатая между поршнями, передвигается на большие расстоянии (от 500 до 5000 м) за счет перепада давлений, и при необходимости возвращается в обратную сторону для повторного воздействия на отложения.
При практическом выполнении очистки внутренней поверхности магистрального трубопровода во время химической промывки, особенно по методикам типа: «Предложения и рекомендации по технологии очистки от остатков нефти и АСПО с внутренней поверхности МН «Горький-Рязань-2» 0,0-395,0 км», разработанным НИИ Транснефть», возникает необходимость создать условия для максимального насыщения растворителей или повышения качества других химических реакций, а именно повышение температуры реагента, увеличение время контакта с поверхностью, перемешивание и циркуляция реагента, и тем самым улучшить качество очистки. По данным производителей реагента ООО «Нефтепромхим», после лабораторных исследований следует, что при комнатной температуре основная масса АСПО растворяется за 4 часа, полная очистка происходит за 6 часов, а при динамическом режиме при тех же температурах (стакан помещали на платформу шейкера на 20 мин) основная масса АСПО растворяется за 40 мин. Полная очистка происходит за 80 мин.
Таким образом, техническая проблема заключается в разработке внутритрубного циркуляционного поршня, способствующего улучшению условий прохождения химической реакции, равномерному распределению потенциала реагента на очищаемую поверхность, повышению температуры и эффективности механической очистки в процессе передвижения.
Уровень техники
Из уровня техники известно устройство для перемещения внутриутробного транспортного снаряда в магистральном трубопроводе с плавно изменяющейся в заданных пределах скоростью и устройство для его осуществления (RU 2393931, МПК В08В 9/055). Устройство содержит однонаправленный скребок, состоящий из корпуса с герметизирующей манжетой из эластомера, устройство регулирования скорости, оснащенное тормозным средством, пневмоцилиндром, сообщенным трубопроводом с источником сжатого газа, источник рабочей среды или же источник природного газа, внутритрубный транспортный снаряд, содержащий скребок, включающий корпус с адаптированной манжетой и сцепными устройствами, при этом устройство регулирования скорости оснащено в качестве тормозного средства обрезиненными колесами в количестве не менее трех, прижимаемыми к поверхности трубопровода пружинным механизмом и связанными кинематически каждое через плавающую муфту, угловой конический мультипликатор и карданный механизм с многоскоростным мультипликатором, размещенным в корпусе скребка и являющимся приводом двух, коаксиально установленных также в корпусе, полых цилиндрических маховиков разнонаправленного вращения, имеющих равные по величине кинетические моменты, многоскоростной мультипликатор кинематически связан с маховиками фрикционной конической муфтой с магнитным замком, а на входе кинематической цепи многоскоростного мультипликатора с приводом от нее установлен узел торможения с утилизатором тепла, управляемый центробежным регулятором скорости, причем в дополнение к пневмоцилиндру, являющемуся средством включения узла торможения, в устройство регулирования скорости включен второй являющийся средством включения фрикционной конической муфты пневмоцилиндр, привод которого, как и другого, осуществляют давлением рабочей среды.
Известный поршень-разделитель является наиболее близким (прототипом) к заявляемой полезной модели как по технической сущности, так и достигаемым техническим результатам.
Недостатком прототипа являются: однонаправленное действие, применение только механического воздействия на отложения, узел торможения, который с одной стороны регулирует скорость перемещения, с другой стороны увеличивает потребность в давлении рабочей среды, также отсутствует возможность преодоления неровностей и отложений, образующихся на поверхности трубопровода.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности и качества очистки внутренней поверхности трубопровода от загрязнений при химической обработке.
Техническая задача решается за счет того, что циркуляционный поршень представляющий собой корпус с герметизирующей манжетой из эластомера, содержащий устройство регулирования скорости, оснащенное в качестве тормозного средства обрезиненными колесами в количестве не менее трех, прижимаемыми к поверхности трубопровода пружинным механизмом и связанными кинематически каждое через плавающую муфту, решается согласно изобретению тем, что по окружности корпуса установлены не менее трех роликов с накаткой, соединенные посредством конической передачи с основным валом, закрепленным через подшипник во втулке, устройство передачи энергии представляет собой закрытый редуктор, оснащенный плавающим приводом, соединенный с основным валом, на переднем конце которого размещен винт с лопастями, предназначенными для перемешивания реагента, диаметр которых меньше диаметра трубы на значение, позволяющее перемещать циркуляционный поршень по трубопроводу.
Дополнительно для обеспечения плавности смещения роликов (не показано) вдоль продольной оси движения циркуляционный поршень оснащен шарнирно-пружинным механизмом, содержащим шарнирный и пружинный механизмы, предназначенным для крепления роликов к корпусу редуктора.
Также с целью мониторинга процесса очистки и наработки на заднем конце основного вала установлен механический счетчик оборотов, который принудительно считывает количество оборотов вала при его вращении.
Таким образом, основным отличием прототипа от предлагаемого технического решения является разделение на две среды: очищающий реагент и рабочую толкающую среду (газ, вода). Регулирование параметров толкающей среды осуществляется за счет перепада давления между толкающей средой до пробки и противотолкающей средой после пробки.
Краткое описание чертежей
Конструкция поршня поясняется следующими чертежами:
Фиг. 1 - общий вид устройства;
Фиг. 2 - продольный разрез А-А;
Фиг. 3 - сечение В-В;
Фиг. 4 - сечение С-С;
Фиг. 5 - общий вид пробки между поршнями;
Фиг. 6 - эскиз поршня.
Раскрытие сущности полезной модели
Полезная модель представляет собой поршень, который содержит металлический корпус (1), закрытый редуктор (2), основной вал (3), винт (4) с лопастями, выполненными из металлического материала и покрытыми химстойким пластиком, приводные колеса (5), изготовленные из упругого бензостойкого эластичного материала (резина, полиуретан), плавающий привод (6), шарнирный механизм (7), фланцы (8), предохранительную муфту (9), уплотнительные манжеты (10), вспомогательные валы (11), регуляторы натяжения (12), пружинный механизм (13) плавающего колеса, счетчик оборотов (14), торец (15) с крышкой, выходной вал (16).
Циркуляционный поршень состоит из металлического корпуса (1), на котором в заднем фланце и в передней части после винта (4) расположены эластичные уплотнительные манжеты (10) и на котором по окружности установлены не менее трех обрезиненных роликов с накаткой, соединенные посредством конической передачи с основным валом (3), закрепленным через подшипник во втулке устройства передачи энергии, представляющим собой зарытый редуктор (2), оснащенный плавающим приводом (6), включающим обрезиненные или с накаткой вращающиеся приводные колеса (5) в количестве не менее двух, прижимаемые к поверхности трубопровода пружинно-шарнирным механизмом, состоящим из шарнирного (7) и пружинного (13) механизмов, плавающей пары колес, приводы которых связаны с зубчатыми передачами редуктора (2) с пересекающимися осями валов и шестеренок, вращающихся за счет энергии колес с коническими шестеренками (17), установленными на них, которые приводятся в движение посредством вспомогательных валов (11) на вал редуктора (3), который выходным валом вращает винт (4) с лопастями, причем соединение выходного вала (16) осуществляется посредством предохранительной муфты (9), которая при возникновении препятствия перед винтом обеспечивает свободное вращение основного вала (3) без винта, т.е. исключает механическое повреждение оборудования и искрообразование. На переднем конце основного вала (3) размещен винт (4) с лопастями, предназначенными для перемешивания реагента, диаметр которых меньше диаметра трубы на значение, позволяющее перемещать циркуляционный поршень по трубопроводу. Такое исполнение обеспечивает возможность проведения очистки практически любых трасс на разных рельефах. Для мониторинга процесса очистки и наработки на заднем конце основного вала (3) установлен механический счетчик оборотов (14), который принудительно определяет количество оборотов основного вала (3) при его вращении.
Осуществление полезной модели
Поршень работает следующим образом. Под воздействием перепада давлений рабочей среды (вода, воздух, газ) на уплотнительные манжеты (10) поршень начинает двигаться вперед, при этом этот же перепад давлений действует на уплотнительную манжету (10) и торец (15), усилия, возникающие вследствие этого, заставляют вращаться приводные колеса (5) за счет трения о стенки трубопровода и в свою очередь воздействуют на конические прямозубые шестеренки (17), установленные на колесах, и за счет передачи вращают вспомогательные валы (11), которые в свою очередь через поперечную червячную передачу закрытого редуктора (2) воздействуют на основной вал (3), заставляя его вращаться при движении циркуляционного поршня. При промывке циркуляционный поршень толкает среду по направлению движения, создает смешивание среды внутри пробки и очищает механически внутреннюю поверхность трубопроводов за счет ребристой и шероховатой поверхности обрезиненных приводных колес (5). При перемещении циркуляционного поршня в обратную сторону вращение винта (4) с лопастями будет осуществляться в обратную сторону, что также обеспечит перемешивание реагента с немного меньшей динамикой за счет строения профиля лопастей.
Форма и расположение роликов с накаткой (не показано), позволяют циркуляционному поршню интегрироваться с внутренней поверхностью трубопровода таким образом, чтобы иметь максимальную площадь контакта с его внутренней поверхностью. Вращаясь, ролики передают крутящий момент по средствам конической передачи на основной вал (2), который закреплен через подшипник во втулке, движущейся внутри патрона с пружиной, необходимой для плавного смещения ролика вдоль поперечной оси движения поршня, что обеспечивает необходимую проходимость изделия через трубопровод, крутящий момент передается через предохранительную муфту (9) на жестко закрепленный вал, далее через коническую передачу на продольный вал редуктора, где суммируется крутящий момент от всех роликов, редуктор понижает крутящий момент, увеличивая скорость вращения вала на выходе, где установлен винт (4) с лопастями, по средствам предохранительной муфты (9), понижающий редуктор может иметь любую конфигурацию, обеспечивающую заданные расчетные параметры работы и габаритов (диаметр лопастей, скорость вращения). Для обеспечения плавности смещения роликов вдоль продольной оси движения устройство оснащено шарнирно-пружинным механизмом крепления роликов к корпусу редуктора.
Использование в плавающем приводе приводных колес, изготовленных из упругого эластичного материала типа резины и прижимаемых к поверхности трубопровода шарнирно-пружинном механизмом, который позволяет передвигаться поршню и перемешивать реагент в трубопроводах, в которых встречаются неровности, отложения и деформации.
Безопасность процедуры очистки и перемещении циркуляционного поршня при работе с легковоспламеняющимися жидкостями обеспечивают закрытый механизм редуктора (2), металлопластиковые шестеренки и специальные химстойкие уплотнительные манжеты (10). Скорость вращения винта регулируется скоростью перемещения пробки, т.к. при расчетной скорости перемещения не более 1,15 км/ч или 0,31 м/с вращение винта порядка 1,5-2 оборота/секунду, что обеспечивает равномерное перемешивание реагента и создает динамический режим при перемещении.
Таким образом достигается технический результат по улучшению условий прохождения реакции, равномерного распределения потенциала реагента на очищаемую поверхность, повышения температуры и повышения эффективности механической очистки в процессе передвижения.