АППАРАТ ДЛЯ ВНУТРИТРУБНОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ

Предложение относится к обслуживанию трубопроводов и может найти применение в аппаратах, предназначенных для внутритрубного обследования трубопроводов и перемещаемых внутри трубопроводов потоком текучей по ним среды.
Известен дефектоскоп-снаряд для внутритрубного обследования трубопроводов по патенту РФ №2069282 С1 от 09.12.93 г., МПК F 17 D 5/02, состоящий из транспортирующего, энергетического, дефектоскопического, регистрационного блоков, устройств определения координат дефектов. Дополнительно он снабжен байпасным патрубком для пропуска транспортируемого продукта и системой автоматического регулирования скорости перемещения, включающей датчик скорости, блок управления с задатчиком скорости перемещения и регулирующий орган в виде установленной в байпасном патрубке поворотной заслонки, кинематически связанной с реверсивным электродвигателем.
В этом устройстве кольцевой отсек между стенкой трубопровода и корпусом укомплектован вышеупомянутыми блоками и механизмами. Однако проблема с размещением диагностического оборудования остается. К тому же на поворотной заслонке возникает боковое усилие, которое вызывает смещение корпуса относительно оси трубопровода, ведущее к снижению качества дефектоскопии.
Известен регулятор скорости движения снаряда-дефектоскопа в трубопроводе по патенту США №6370721 В1 от 16.04.2001 г., МПК В 08 В 9/055. Устройство содержит корпус с уплотняющими манжетами, опорными колесами и запорно-регулирующие органы, воздействующие на поток текучей среды. По оси корпуса на пилонах закреплен полый цилиндр, в котором размещены элементы управления запорно-регулирующими органами. Предложены варианты исполнения запорно-регулирующих органов: в виде установленных по периметру кольцевого проточного канала в корпусе конических обечаек с перекрываемыми окнами, в виде пирамидных клиньев с поворотными звездочками, в виде полых аэродинамически обтекаемой формы клиньев с разжимающими их изнутри поворотными рычажками (фиг.9) и т.д.
Известен аппарат для внутритрубного обследования и взаимодействующего с трубопроводом тормозного устройства по патенту РФ №2270955 С2 от 01.2006, МПК F 17 D 5/00, размещаемый в трубопроводе и перемещаемый потоком транспортируемого по нему продукта, содержащий опирающееся на внутреннюю поверхность трубопровода опорными узлами основание, содержащий один или несколько байпасных каналов для пропуска транспортируемого по трубопроводу продукта и систему автоматически регулирования движения аппарата, состоящую из запорно-регулирующего устройства и закрепленного на основании и взаимодействующего с трубопроводом тормозного устройства, при этом запорно-регулирующее устройство выполнено в виде по меньшей мере одной крышки, которая установлена на корпусе основания в средней его части с возможностью открывания при превышении давления определенной величины в основном канале для протекания текучей среды, а именно в кольцевом зазоре между корпусом и внутренней поверхностью трубопровода при наличии внутреннего байпасного канала и в концентричном с аппаратом внутреннем канале при наличии внешнего байпасного канала, причем при открывании запорно-регулирующего устройства текучая среда, проходя по байпасному каналу, вращает турбину, связанную электрически, механически или гидравлически с тормозным устройством, и увеличивает торможение аппарата.
Однако посредством предложенных автором крышек в запорно-регулирующем устройстве, открывающих либо закрывающих байпасный канал, не обеспечивается достаточное перекрытие проточного канала через аппарат (из-за остающихся проходов по сторонам крышек). По этой причине, при внезапно возникающей преграде на пути движения: изгиба трубопровода, деформации и т.д., невозможно в достаточной степени увеличить усилие проталкивания, т.е. резко поднять давление транспортируемого продукта на аппарат и увеличить скорость его перемещения для преодоления торможения и застревания. Наличие же в байпасном канале турбины, связанной с тормозным устройством, существенно увеличивает длительность переходных процессов при смене режимов ускорения и торможения аппарата.
Наиболее близким к заявляемому решению по количеству общих признаков является внутритрубное транспортирующее средство по патенту РФ №2199695 С2 от 07.05.2001 г., МПК F 17 D 5/00, F 16 L
55/26, содержащее шасси, имеющее кольцевой проточный корпус с открытыми торцами, опорные колеса, уплотняющие элементы, формирующие кольцевой отсек для оборудования, привод возвратно-поступательного перемещения и установленное в проточной части корпуса устройство регулирования ее проходного сечения в виде двух конических диафрагм, шарнирно сочлененных большими основаниями между собой, а малыми - с силовыми кольцами, одно из которых неподвижно, а другое - подвижно и соединено с приводом возвратно-поступательного перемещения.
К недостаткам такого средства следует отнести увеличенную длину проточного корпуса, определяемую суммарной длиной сложенных конических диафрагм, нерациональную компоновку элементов привода, размещаемых перед проточной частью снаружи на цилиндрическом корпусе, а также потребность в сравнительно энергоемких источнике электропитания и приводе возвратно-поступательного перемещения в потоке достаточно массивных конических диафрагм. Невысокое быстродействие процессов регулирования скорости перемещения средства по трубопроводу. Использование для регулирования скорости энергии потока транспортируемого продукта не предусмотрено.
Целью изобретения является устранение указанных недостатков.
Это достигается тем, что в аппарате для внутритрубного обследования трубопроводов, перемещаемом потоком транспортируемого продукта, содержащим кольцевой проточный корпус с открытыми торцами, уплотняющие элементы на внешней поверхности кольцевого корпуса, формирующие кольцевой отсек для диагностического оборудования, закрепленные на указанном корпусе опорные колеса с одометрами, задатчик пределов оптимальной скорости перемещения аппарата, цилиндрический патрубок, установленный на пилонах внутри кольцевого корпуса по его оси, раздвижные диафрагмы и привод возвратно-поступательного перемещения, в полости патрубка образовано центрально расположенное клапанное седло и установлен с возможностью продольного перемещения конусообразный запорный орган со штоком, который связан через клапанное седло с приводом возвратно-поступательного перемещения, установленным перед патрубком по его оси, а раздвижные диафрагмы выполнены в виде гибких перегородок, закрепленных на пилонах с возможностью складывания на патрубке, и поджатых в сложенном положении
посредством тарированной пружины и рычагов к наружной поверхности патрубка, в котором под перегородками выполнены сквозные окна, причем поперечное сечение f канала патрубка выбрано из условия f=(0,03-0,50) F,
2
где F - площадь сечения кольцевого проточного канала аппарата, мм.
Гибкие перегородки изготовлены из полиуретана.
Привод возвратно-поступательного перемещения установлен на пилонах перед заборным патрубком вдоль его оси и включает источник электропитания, схему сравнения сигналов одометров о скорости перемещения аппарата с сигналом задатчика пределов оптимальной скорости, усилитель-преобразователь сигналов рассогласования и реверсивный электродвигатель, который сцеплен со штоком запорного органа посредством резьбовой муфты.
Сущность предложения представлена на чертежах, где:
на фиг.1 представлена схема общей компоновки аппарата в трубопроводе при среднем положении запорного органа и частично сложенных диафрагмах; на фиг.2 - та же схема при перекрытии канала патрубка и максимально раздвинутых диафрагмах; фиг.3 - вид на аппарат со стороны заднего торца; на фиг.4 - продольное сечение по патрубку; на фиг.5 - схема привода возвратно-поступательного перемещения.
Аппарат, перемещаемый в трубопроводе 1 с потоком транспортируемого продукта, содержит кольцевой проточный корпус 2, на концах которого закреплены уплотнительные манжеты 3, а между ними в образованной кольцевой полости между корпусом и трубопроводом размещено диагностическое оборудование 4. У заднего торца корпуса закреплены опорные колеса 5 с одометрами 6, выполненными в виде тахогенераторов. В полости корпуса 2 у его заднего торца образован отсек 7, а со стороны переднего торца вдоль оси корпуса 2 установлен привод 8 возвратно-поступательного перемещения. В отсеке 7 аксиально с корпусом 2 закреплен цилиндрический патрубок 9 и установлены раздвижные диафрагмы 10, закрепленные на пилонах 11. Диафрагмы изготовлены из полиуретана и образуют между пилонами гибкие перегородки, способные складываться на внешней поверхности патрубка 9 (максимально открывая при этом проточный кольцевой канал в корпусе 2) и раздвигаться вплоть до полного перекрытия проточного кольцевого канала. В сложенном
положении диафрагмы поджаты к патрубку с помощью рычагов 12 и тарированной пружины 13. Патрубок 9 имеет заборную часть 14. В полости патрубка образовано клапанное седло 14а и установлен с возможностью продольного перемещения конусообразный запорный орган 15 со штоком 15а. В заборной части патрубка под диафрагмами выполнены сквозные окна 14б.
2
Площадь поперечного сечения f канала патрубка в его заборной части выбрана из условия f=(0,03-0,50)F мм, где F - проходное сечение кольцевого канала корпуса 2.
В соответствии с проведенными расчетами и опытными проверками, при поперечном сечении канала патрубка меньше 0,03 проходного сечения кольцевого канала корпуса 2, с перекрытием клапанного седла 14а, перепад давления в окнах 14б по отношению к основному потоку в кольцевом канале корпуса 2 недостаточен для раскрытия диафрагм и преодоления сжимающего усилия пружины 13. Обеспечение же раскрытия диафрагм путем уменьшения сжимающего усилия пружины и/или за счет уменьшения толщины полиуретановых перегородок диафрагм менее 0,03 F ограничено, так как минимально допустимая толщина перегородок определяется, исходя из воздействующих на перегородки перепадов давлений и исключения их нерасчетных деформаций (быстрых хлопков) под действием потока транспортирующего продукта, что вело бы к хаотичности и нарушению процессов регулирования. При площади f канала патрубка больше 0,50 кольцевого канала корпуса увеличивается перепад давления, воздействующий на перегородки, из-за чего необходимо увеличивать их толщину, которая ограничена возможностью требуемой деформации, и использовать более мощный привод для перемещения запорного органа, требуется пружина с более мощным усилием сжатия. При этом снижается быстродействие процессов изменения скорости перемещения аппарата.
Шток 15а пропущен через клапанное седло 14а и концевой резьбовой частью посредством резьбовой муфты 16 сцеплен с валом реверсивного электродвигателя 17 привода 8 возвратно-поступательного перемещения. С помощью перфорированной вставки 18 шток зафиксирован от осевого поворота (например, с помощью штифта или за счет выполнения на части его длины фигурного профиля).
Привод возвратно-поступательного перемещения 8 содержит источник электропитания 19, одометрические датчики 20 скорости перемещения аппарата, преобразующие частотно модулированные импульсные сигналы одометров 6 в сигнал постоянного напряжения, задатчик 21 пределов оптимальной скорости аппарата (выполненный, например, в виде делителя напряжения источника электропитания), схему сравнения 22 сигналов одометрических датчиков с сигналом задатчика, усилитель-формирователь 23 сигналов рассогласования, подключенный к реверсивному электродвигателю 17 через последовательно соединенные нормально замкнутые контакты концевых микровыключателей 24 и 25. Шток 15а запорного органа при его крайних положениях поочередно взаимодействует с микровыключателями для отключения электродвигателя и остановки штока в крайних его положениях, соответствующих полностью открытому или полностью закрытому клапанному седлу, см. фиг.5.
В процессе движения аппарата в трубопроводе напряжение одометрических датчиков 20 сравнивается с постоянным напряжением задатчика 21 скорости в схеме сравнения 22, с выхода которой на вход усилителя-формирователя 23 поступает разностное напряжение (сигнал рассогласования). Этот сигнал усиливается до уровня мощности, достаточной для работы реверсивного электродвигателя 17. При фактической скорости аппарата меньшей заданной выходной вал электродвигателя вращается в сторону перекрытия запорным органом 15 клапанного седла 14а. В момент полного закрытия клапанного седла запорный орган 15 своим радиальным выступом воздействует на подпружиненный контакт микровыключателя 24 (левый по схеме на фиг.5), разрывая цепь питания электродвигателя 17 и останавливая дальнейшее продвижение штока, тем самым предотвращая поломку привода. Под упругим воздействием подпружиненного контакта микровыключателя 24 и из-за наличия люфта в механизме привода цепь питания электродвигателя может затем
восстанавливаться. Однако наличие сигнала от усилителя-формирователя 23 на закрытие клапанного седла каждый раз будет продолжать оказывать давление запорным органом на контакт микровыключателя 24 и разрывать цепь питания электродвигателя до момента обнуления или реверсирования знака указанного сигнала, после чего цепь питания электродвигателя восстановится. При закрытии клапанного седла, т.е. в положении "закрыто", повышается давление в полости патрубка 9 и в окнах 14б. Это давление, воздействуя на диафрагмы 10, раскрывает их, преодолевая при этом прижимающее их усилие подпружиненных рычагов 12. Раскрывающиеся диафрагмы уменьшают проходное сечение кольцевого канала в корпусе 2, в результате чего увеличивается площадь передаваемого давления от потока транспортируемого продукта на аппарат и увеличивается скорость его перемещения. При увеличении фактической скорости и превышении ее в сравнении с заданной происходит обратный процесс: формируется сигнал рассогласования противоположного знака, запорный орган открывает канал (положение "открыто") в полости патрубка 9, давление в нем и в окнах 14б падает и под действием подпружиненных рычагов 12 диафрагмы складываются, открывая проходное сечение кольцевого канала в корпусе 2. Скорость перемещения аппарата уменьшается.
В настоящее время заканчивается изготовление нескольких образцов аппарата для испытаний и передачи их в эксплуатацию.
Таким образом, по сравнению с известными решениями предложение позволяет регулировать скорость перемещения аппарата по трубопроводу с минимальными энергозатратами и высоким быстродействием процессов регулирования.