УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ТРУБОПРОВОДА

Предполагаемая полезная модель относится к средствам производственного мониторинга технологических и магистральных надземных трубопроводов на предприятиях химической, нефтяной и газовой промышленности и предназначено для контроля текущих и недопустимых перемещений трубопроводов, работающих под повышенным давлением и транспортирующих агрессивные и пожароопасные продукты.
Известно устройство для контроля перемещений технологического трубопровода (патент RU №2153118, МПК F16L 1/028, опубликовано 20.07.2000 г.), включающее установленный на технологическом трубопроводе репер и передаточный элемент, корпус которого установлен непосредственно на технологическом трубопроводе и жестко к нему прикреплен. Передаточный элемент выполнен в виде металлического флажка (лопатки), расположенного с внешней стороны корпуса и жестко укрепленного на проходящей внутрь корпуса оси вращения, на которой установлен подвижный контакт многооборотного потенциометра, расположенного внутри корпуса. Выход многооборотного потенциометра соединен с измерительным блоком. Передаточный элемент служит для восприятия линейных перемещений грунта относительно репера трубопровода, так как известное устройство используется при эксплуатации подземных трубопроводов. Недостатком известного устройства является то, что оно дает сведения только о направлении перемещения окружающего трубопровод грунта, а о перемещениях самого трубопровода позволяет судить лишь косвенно. Поэтому известное устройство не может обеспечить непосредственный и достоверный контроль собственных поперечных и продольных перемещений трубопровода, создающих угрозу его целостности.
Известно устройство для контроля перемещений технологического трубопровода (каталог фирмы DACELL, февраль 2010 г., сайт www.dacell.ru), принятое за прототип и представляющее собой поводковый датчик перемещения. В состав известного устройства входит корпус, в котором на оси вращения установлены передаточное колесо в виде холостого шкива и многооборотный потенциометр. Передаточное колесо имеет по своему ободу кольцевую канавку с клинообразным профилем и снабжено расположенным в плоскости его вращения передаточным элементом, выполненным в виде гибкого поводка, прикрепленного одним концом к передаточному колесу, а другим - к реперу, установленному на технологическом трубопроводе. Многооборотный потенциометр имеет подвижный контакт, ось вращения которого связана с осью вращения шкива. Корпус со шкивом и потенциометром жестко закреплен на неподвижном опорном основании, расположенном отдельно на некотором расстоянии от трубопровода. Шкив имеет возвратную пружину, а гибкий поводок выполнен в виде стального тросика. Многооборотный потенциометр снабжен источником питания и его выход соединен с измерительным блоком. Недостатки известного устройства заключаются в следующем:
- при работе в условиях отрицательных температур может произойти обледенение тросика, что приводит к его заклиниванию и к нарушению работы устройства;
- при обратном ходе шкива под действием возвратной пружины возможна намотка тросика внахлест, что увеличивает эффективный диаметр шкива и снижает точность контроля;
- в случае быстрых знакопеременных перемещений трубопровода, например вызванных его вибрацией, нарушается процесс контроля частоты и размаха виброперемещений трубопровода из-за гибкости передаточного элемента (стального тросика).
Задачей изобретения является повышение надежности работы устройства в условиях отрицательных температур и вибраций, а также повышение точности контроля.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для контроля перемещений технологического трубопровода, включающем репер, корпус, установленный на неподвижном опорном основании, передаточное колесо с кольцевой канавкой, связанное с передаточным элементом и с многооборотным потенциометром, источник питания, измерительный блок, согласно полезной модели, корпус установлен на неподвижном опорном основании с возможностью поворота вокруг взаимно перпендикулярных осей, кольцевая канавка передаточного колеса имеет тороидальный профиль и снабжена винтовой резьбой, расположенной по ее окружности, передаточный элемент выполнен в виде резьбовой шпильки, винтовая резьба которой, входит в зацепление с винтовой резьбой передаточного колеса, при этом резьбовая шпилька имеет возможность осевого перемещения относительно оси вращения передаточного колеса, а противоположный ее конец присоединен к реперу с возможностью поворота вокруг взаимно перпендикулярных осей.
Корпус может быть выполнен в виде обоймы, охватывающей передаточное колесо по его периметру с минимальным кольцевым зазором.
Резьбовая шпилька может быть снабжена регулировочной гайкой для регулировки и фиксации длины резьбовой шпильки при установке начального положения многооборотного потенциометра.
Технический результат полезной модели выражается в неизменности эффективного диаметра передаточного колеса, а также в устранении заклинивания и инерционности передаточного элемента за счет его поперечной и продольной жесткости, что позволяет адекватно контролировать знакопеременные перемещения трубопровода. Благодаря шарнирному креплению корпуса к опорному основанию продольная ось резьбовой шпильки всегда находится в пределах плоскости вращения передаточного колеса при любых направлениях перемещения трубопровода.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично показан общий вид устройства с частичным разрезом; на фиг.2 - вертикальный разрез передаточного колеса и резьбовой шпильки, установленных в корпусе, и расположение многооборотного потенциометра, вид А на фиг.1; на фиг.3 - узел крепления резьбовой шпильки к поворотной втулке репера, разрез по Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - взаимное расположение резьбовой шпильки и передаточного колеса, соединенного с потенциометром, в аксонометрической проекции.
п
с
Устройство включает корпус 1, в круглом посадочном отверстии (на чертежах не обозначено) которого на оси 2 установлено передаточное колесо 3, связанное через ось 2 с подвижным контактом многооборотного потенциометра 4, расположенного соосно с колесом 3 и прикрепленного к корпусу 1. Корпус 1 выполнен в виде обоймы, охватывающей передаточное колесо 3 по его периметру с минимальным кольцевым зазором, который позволяет колесу 3 свободно вращаться на оси 2 в этом посадочном отверстии. По ободу передаточного колеса 3 выполнена кольцевая канавка 5, которая имеет тороидальный профиль и снабжена винтовой резьбой (на чертежах не обозначена, см. фиг.1 и 4), расположенной по окружности колеса 3. В нижней части корпуса 1 под прямым углом к оси 2 передаточного колеса 3 выполнено сквозное отверстие (на чертежах не обозначено), в которое вставлена резьбовая шпилька 6 с винтовой метрической резьбой М, идентичной по шагу с винтовой резьбой, выполненной в кольцевой канавке 5 передаточного колеса 3. Резьбовая шпилька 6 имеет радиус, соответствующий радиусу тороидального профиля кольцевой канавки 5. Оба названых посадочных отверстия пересекаются в нижней части корпуса 1, что позволяет шпильке 6 частью своего поперечного сечения совместиться с тороидальным профилем кольцевой канавки 5 передаточного колеса 3, а винтовой резьбе шпильки 6 войти в зацепление с винтовой резьбой передаточного колеса 3. Шпилька 6 имеет возможность поступательного перемещения в своем посадочном отверстии вдоль своей оси относительно оси вращения передаточного колеса 3. При этом шпилька 6 не имеет возможности вращения вокруг своей продольной оси и заставляет вращаться передаточное колесо 3 вместе с осью 2 за счет взаимного зацепления винтовой резьбы шпильки 6 и колеса 3 по типу зубчатой передачи. Корпус 1 установлен на неподвижном опорном основании 7, которое может быть смонтировано на стене 8 (или на фундаменте 8) промышленного объекта. Корпус 1 имеет возможность поворота вокруг взаимно перпендикулярных (горизонтальной и вертикальной) геометрических осей. Для этого в неподвижном опорном основании 7 выполнено отверстие (на чертежах не обозначено), в которое вставлена осевая втулка 9 с болтом 10, на котором укреплена вилка 11, имеющая возможность поворота в осевой втулке 9 вместе с болтом 10 вокруг вертикальной оси. Болт 10 ввинчен в резьбовое отверстие (на чертежах не обозначено), выполненное в нижней части вилки 11, и закреплен в ней. Корпус 1 установлен в вилке 11 с помощью двух горизонтально расположенных винтов 12, входящих в ее боковые противолежащие отверстия (на чертежах не обозначены). Винты 12 имеют конические окончания, которые входят в конические углубления, выполненные в корпусе 1. Благодаря этому корпус 1 имеет возможность поворота вокруг горизонтальной оси винтов 12. Винты 12 неподвижно зафиксированы в боковых отверстиях вилки 11 с помощью гаек 13. Неподвижное основание 7 расположено на некотором расстоянии от контролируемого трубопровода 14, на котором жестко укреплен репер 15, представляющий собой вертикально расположенный стальной стержень, на верхней части которого, имеющей меньший диаметр, насажена поворотная втулка 16. К поворотной втулке 16 присоединена вилка 17 с помощью двух горизонтально расположенных винтов 18 с коническими окончаниями, входящими в конические углубления, выполненные в поворотной втулке 16. Винты 18 неподвижно зафиксированы в отверстиях (на чертежах не обозначены) вилки 17 с помощью гаек 19. Вилка 17 имеет резьбовое отверстие (на чертежах не показано), в которое ввинчен противоположный конец резьбовой шпильки 6, снабженный шестигранной головкой 20 и регулировочной гайкой 21, которая фиксирует резьбовую шпильку 6 от проворачивания в отверстии вилки 17 в процессе контроля. Шестигранная головка 20 служит для поворота шпильки 6 вокруг своей оси, а регулировочная гайка 21 служит для регулировки (подбора) необходимой длины резьбовой шпильки 6 при установке многооборотного потенциометра 4 в начальное положение. Таким образом, благодаря шарнирному соединению вилки 17 с поворотной втулкой 16 противоположный конец резьбовой шпильки 6 имеет возможность поворота вокруг взаимно перпендикулярных (вертикальной и горизонтальной) осей репера 15 и винтов 18. Для исключения смещения поворотной втулки 16 вдоль вертикальной оси репера 15 на его верхнем конце выполнена кольцевая канавка (на чертежах не обозначена), в которой установлено стопорное пружинное кольцо 22. Устройство снабжено источником питания (на чертежах не показан) с питающим напряжением U, присоединенным к контактам многооборотного потенциометра 4. Для обработки измеряемого сигнала U, поступающего с контактов многооборотного потенциометра 4, предусмотрен измерительный блок (на чертежах не показан).
Предложенное устройство работает следующим образом.
c
c
c
На промышленных предприятиях химической, нефтяной, газовой и энергетической промышленности широко используются технологические и магистральные трубопроводы 14, работающие при высокой температуре и повышенном давлении. Под действием температурных, динамических и вибрационных нагрузок происходят продольные и поперечные перемещения отдельных участков этих трубопроводов 14 в направлениях, показанных осями X, Y и Z (см. фиг.1). Указанные перемещения могут привести к возникновению в металле трубопровода 14 рабочих напряжений, превышающих допустимые. Предлагаемое устройство может быть установлено на каждом направлении перемещения трубопровода 14 или только на одном из них, где ожидаются наиболее опасные перемещения, например в направлении оси Y, как показано на фиг.1. Для настройки начального положения многооборотного потенциометра 4 освобождают от затяжки регулировочную гайку 21, в результате чего резьбовая шпилька 6 получает возможность вращения вокруг своей продольной оси. С помощью шестигранной головки 20 вращают резьбовую шпильку 6 вокруг своей оси. При вращении шпильки 6 ее винтовая резьба взаимодействует с винтовой резьбой передаточного колеса 3 по типу червячной передачи, благодаря чему вращение шпильки 6 передается передаточному колесу 3, и оно поворачивается вокруг своей оси на некоторый угол, передавая свое вращение на ось 2 и, соответственно, подвижному контакту многооборотного потенциометра 4. Одновременно шпилька 6 перемещается поступательно вдоль своей оси, и ее рабочий участок удлиняется или укорачивается относительно вилки 17 в зависимости от направления вращения шпильки 6. После выбора необходимой длины шпильки 6 ее фиксируют от проворачивания путем затяжки регулировочной гайки 20 и прижатия ее к вилке 17. Тем самым устанавливается начальное (требуемое) значение измеряемого сигнала U. Поперечные перемещения трубопровода 14 по оси Y вызывают смещения репера 15 относительно неподвижного опорного основания 7. В случае смещения репера 15 в сторону основания 7 расстояние между ними уменьшается, и резьбовая шпилька 6 под нажимом вилки 17, толкаемой репером 15, смещается поступательно вдоль своей оси в сторону передаточного колеса 3. При этом винтовая резьба шпильки 6, находясь в зацеплении с винтовой резьбой колеса 3, создает вращательный момент, направленный по касательной передаточного колеса 3, заставляя его повернуться в своем посадочном отверстии корпуса 1 вместе с осью 2 на некоторый угол. На оси 2 находится подвижный контакт многооборотного потенциометра 4, который также поворачивается вместе с осью 2 на некоторый угол и вырабатывает выходной сигнал U, пропорциональный по значению величине перемещения трубопровода 14. Полученный выходной сигнал U подается на измерительный блок для оценки уровня опасности перемещения контролируемого трубопровода 14. В случае одновременного перемещения трубопровода 14, например, в направлении осей Х и Y шпилька 6 кроме смещения вдоль оси Y отклонится в горизонтальной плоскости вместе с репером 15 вдоль оси X.
При этом конец шпильки 6, прикрепленный к реперу 15, свободно поворачивается на поворотной втулке 16 вокруг вертикальной оси репера 15, а другой конец шпильки 6 свободно поворачивается вместе с корпусом 1 и болтом 10 в осевой втулке 9 вокруг ее вертикальной оси. В случае одновременного перемещения трубопровода 14 в направлении осей X, Y и Z сохранение положения шпильки 6 в плоскости вращения передаточного колеса 3 происходит за счет поворота ее концов вокруг вертикальных осей репера 15, осевой втулки 9 и горизонтальных осей винтов 12 и 18. Поэтому продольная ось шпильки 6 всегда остается в плоскости вращения передаточного колеса 3 при любых направлениях перемещения трубопровода 14, благодаря чему исключается заклинивание шпильки в ее посадочном отверстии корпуса 1.
Предложенное устройство по сравнению с прототипом обеспечивает более надежный и адекватный контроль перемещений трубопровода 14 в условиях обледенения, а также в случаях его знакопеременных перемещений, имеющих значительный размах.