УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВНУТРИТРУБНОЙ ОЧИСТКИ ГАЗО- И НЕФТЕПРОВОДОВ

Полезная модель относится к одной из составляющих комплекса оборудования для внутритрубной дефектоскопии газо - и нефтепроводов, а именно к очистным поршням для удаления ферромагнитного мусора (огарков сварочных электродов, инструментов и др.). Очистные поршни используются при подготовке трасс к дефектоскопии для полной очистки от мусора путем многократной прогонки, поскольку сигналы от мусора накладываются на сигналы от дефектов трубопровода и идентификация последних становится невозможной.
Известны устройства [1, 2] для очистки цилиндрических трубопроводов, содержащие корпус из магнитной стали. По концам корпуса закреплены уплотнительные манжеты, центрирующие и обеспечивающие движение поршня под давлением перекачиваемой среды. На корпусе между уплотнительными манжетами расположены симметрично два кольцевых пояса с составленными из постоянных магнитов магнитными блоками, на поверхности которых расположены металлические щетки, соприкасающиеся с трубопроводом. Основное различие между названными устройствами состоит в том, что в одном случае одноименные полюса всех магнитных блоков в обоих кольцевых поясах направлены одинаково, а в другом случае полюса в кольцевых поясах противоположны (в одном случае северный полюс направлен к щеткам, в другом - к корпусу держателя).
Общим недостатком устройств является низкая эффективность сбора мусора: магнитный поток, создаваемый щетками, замыкается в обоих случаях через трубопровод, что приводит к сильной намагниченности, налипанию и удержанию мусора трубопроводом при прохождении очистных поршней.
Наиболее близким к полезной модели является устройство [3], которое содержит множество магнитных блоков большой площади из магнитожесткого материала (феррита или самарий-кобальта), установленных на полках из магнитомягкого материала. Каждый магнитный блок содержит магнитную пластину для механической защиты. Устройство содержит щетки, скребки и может вращаться
при движении. Магнитные блоки устанавливаются на корпус из магнитной стали симметрично по оси устройства. По концам корпуса закреплены уплотнительные манжеты, центрирующие и обеспечивающие движение устройства под давлением перекачиваемой среды. Одноименные полюса магнитных блоков в кольцевых поясах направлены одинаково по отношению к трубопроводу, но в каждом из кольцевых поясов - противоположно друг другу. Магнитные блоки не содержат щеток.
Недостатком описанного устройства является: зависимость силовых характеристик магнитного поля от направления; при углах, соответствующих середине промежутков между магнитными блоками, втягивающее усилие значительно меньше по сравнению с направлением, соответствующим середине магнитных блоков; одинаковое направление намагниченности всех магнитных блоков в кольцевом поясе снижает силовые характеристики магнитного поля; симметричное расположение кольцевых поясов и одинаковое направление намагниченности всех магнитных блоков в кольцевых поясах не являются оптимальными и снижают эффективность устройства.
Целью полезной модели является повышение эффективности очистки, т.е. увеличение втягивающих и удерживающих усилий магнитного поля, увеличение объема собираемого и удерживаемого мусора.
Сущность полезной модели заключается в том, что она содержит корпус из магнитной стали с закрепленными на его концах уплотнительными манжетами из эластичного материала (полиуретана); между уплотнительными манжетами расположены симметрично на некотором расстоянии друг от друга два кольцевых пояса, которые снабжены множеством полок из магнитомягкого материала (низкоуглеродистая сталь), на каждой из которых установлен магнитный блок из магнитожесткого материала. Направление намагниченности магнитных блоков в каждом из кольцевых поясов чередуется: если число магнитных блоков в кольцевом поясе n, то n/2 блоков одним полюсом направлены к трубопроводу, противоположным - к корпусу очистного поршня. Оптимальное число блоков в кольцевом поясе выбирается в зависимости от соотношения между радиусом трубопровода и
расстоянием от центра магнитных блоков до внутренней поверхности трубопровода. Кольца устанавливаются развернутыми по отношению друг к другу на угол, равный 360°/2n, и на расстоянии между плоскостями кольцевых поясов, примерно равным максимальному расстоянию между близлежащими магнитными блоками с противоположной полярностью в кольцевом поясе, что обеспечивает возрастание силовых характеристик поля и увеличивает объем собираемого мусора.
На фиг.1 представлена принципиальная схема полезной модели: 1 - корпус; 2 - уплотнительные манжеты; 3 - трубопровод; 4 - кольцевой пояс; 5 - магнитные блоки; 6 - полка.
На фиг.2 показана угловая зависимость произведения величины магнитного поля на градиент (условные единицы) при одинаковой и чередующейся полярности по отношению к трубопроводу.
Полезная модель (фиг.1) содержит корпус 1 из магнитной стали, по концам которого закреплены уплотнительные манжеты 2 из эластичного материала, центрирующие и обеспечивающие движение устройства в трубопроводе 3 под давлением перекачиваемой среды. На корпусе 1 между уплотнительными манжетами 2 расположены два кольцевых пояса 4 с магнитными блоками 5, составленными из постоянных магнитов и закрепленными на полках 6.
Покажем работу и преимущества предлагаемой полезной модели по сравнению с известными устройствами применительно к газопроводу диаметром 1200 мм. С учетом требования, что размеры устройства не должны влиять на прохождение им изгибов трубопровода, минимальное расстояние между верхней плоскостью магнитных блоков и внутренней поверхностью трубопровода будет составлять около 170 мм. Расчетами и экспериментальными исследованиями было установлено, что при шести магнитных блоках в каждом из кольцевых поясов обеспечивается максимальное втягивающее усилие магнитного поля (высота, ширина и длина магнитных блоков выбираются с учетом свойств материалов). При том же количестве магнитожесткого материала, распределенного равномерно по четырем или восьми магнитным блокам в каждом кольцевом поясе, характеристики поля ухудшаются примерно на 8 и 16 процентов соответственно. Если для приведенного
конструкторского исполнения устройства для трубопровода диаметром 1200 мм сохранить оптимальное число магнитных блоков (по шесть магнитных блоков в каждом из кольцевых поясов), а диаметр трубопровода увеличить на 200 мм, то силовые характеристики поля снизятся на 12 процентов. Оптимальное число магнитных блоков для трубопровода диаметром 1400 мм при расстоянии между верхней плоскостью магнитных блоков и внутренней поверхностью трубопровода примерно 170 мм оказывается равным восьми. Приведенные данные показывают, что для заданного радиуса трубопровода и расстояния от его внутренней поверхности до верхней плоскости магнитных блоков существует оптимальное число этих блоков, при котором силовые характеристики магнитного поля максимальны.
На фиг.2 приведены экспериментальные данные по исследованию углового распределения силовых характеристик магнитного поля (произведение величины на его градиент) оптимизированной по числу магнитных блоков в кольцевом поясе полезной модели для двух случаев направления намагниченности. Верхняя кривая соответствует чередующемуся направлению намагниченности магнитных блоков N-S-N-S-N-S, а нижняя кривая соответствует прототипу, когда направление намагниченности по отношению к трубопроводу одинаково. Преимущества чередующейся по направлению намагниченности магнитных блоков в кольцевых поясах очевидны: усредненные силовые характеристики магнитного поля, создаваемого полезной моделью, на 25 процентов выше по сравнению с направлением намагниченности, предлагаемой в прототипе.
В силу симметрии полезной модели, как следует из фиг.1, максимальные значения втягивающих усилий будут при углах 0°, 60°, 120°, 180°, 240°, 300°, а минимальные - при углах 30°, 90°, 150°, 210°, 270°, 330°, причем различаются они примерно в три раза. Это существенный недостаток устройств как с одним кольцевым поясом, так и с двумя кольцевыми поясами при симметричном по отношению друг к другу (как в прототипе) расположении магнитных блоков в кольцевых поясах. Распределение мусора в трубопроводе произвольно. При ориентации собираемых предметов по отношению к магнитным блокам вблизи 30°, 90°, 150°,
210°, 270°, 330° втягивающие усилия минимальны, и количество собранного мусора резко снижается. Этот недостаток не устраняется добавлением второго кольцевого пояса в случае симметричного расположения кольцевых поясов. Для устранения влияния угловой зависимости втягивающих усилий и повышения эффективности полезной модели по сравнению с прототипом предложено кольцевые пояса устанавливать развернутыми на 30° по отношению друг к другу. Расстояние а (фиг.1) между кольцевыми поясами также является дополнительным параметром оптимизации полезной модели; оно выбирается примерно равным максимальному расстоянию b (фиг.1) между магнитными блоками в кольцевом поясе, что обеспечивает равные втягивающие и удерживающие усилия в пространстве над кольцевыми поясами и между ними, во много раз увеличивая объем собранного мусора.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Авторское свидетельство СССР №1632527, МКИ В 08 В 9/04. Магнитный поршень для очистки внутренней поверхности трубопровода / Ю.Ф.Силков, С.В.Пономарев и др. Заявлено 27.03.89. Опубл. 07.03.91. Бюлл. №9. - 24 с.
2. Авторское свидетельство СССР №1771834, МКИ В 08 В 9/04. Устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода / Ю.А.Бирюкович, Ю.Ф.Силков. Заявлено 29.10.90. Опубл. 30.10.92. Бюлл. №40. - 41 с.
3. Патент Великобритании №2091838, МКИ В 08 В 9/04. A pig for removal of ferromagnetic debris from the internal surface of a pipeline / John Ferris Burd. Заявлено 26.01.81. Опубл. 04.08.82.