ВНУТРИТРУБНЫЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРОФИЛЕМЕР

Полезная модель относится к устройствам для наблюдения и контроля за состоянием магистральных нефте- газо- продуктопроводов путем пропуска внутри обследуемого трубопровода устройства с установленными в корпусе автономным источником питания, средствами измерения, обработки и хранения данных измерений, продвигающегося внутри трубопровода с потоком транспортируемой среды.
Известно устройство аналогичного назначения - внутритрубный снаряд, позволяющее производить обследование трубопроводов, которое содержит корпус, манжеты, по крайней мере, один пояс чувствительных рычагов, установленных на корпусе по периметру в сечении трубопровода, датчики угла поворота чувствительных рычагов, средства измерений, обработки и хранения данных измерений, источник питания, подключенный к средствам измерений, обработки и хранения данных измерений (RU 25218 U1, 20.09.2002).
Недостатком данной известной конструкции является низкая достоверность и качество измерений за счет неравномерного перемещения устройства в трубопроводе.
Техническим результатом предложенной полезной модели является устранение указанных недостатков, повышение качества и достоверности измерений за счет повышения равномерности перемещения устройства в трубопроводе с минимальными возмущениями.
Указанный технический результат достигается за счет того, что внутритрубный многоканальный профилемер содержит корпус с размещенными в нем средствами обработки и хранения данных измерений, одометрическую систему для измерения пройденного расстояния, колесные блоки, опорные диски, манжеты для перемещения профилемера под действием потока перекачиваемого продукта, по меньшей мере, один пояс чувствительных измерительных рычагов, на одном из концов каждого из чувствительных рычагов закреплена полиуретановая накладка, а противоположный их конец выполнен П-образным и установлен на закрепленном фланце корпуса П-образным кронштейне посредством полой оси с возможностью поворота одного относительно другого, таким образом, что одна из стоек П-образного кронштейна соединена с одной из стоек П-образного конца рычага с ее наружной стороны, а другая стойка П-образного кронштейна - с внутренней стороны другой стойки П-образного конца рычага, снаружи на стойке кронштейна установлен датчик углового положения рычага, вращающаяся часть которого соединена посредством карданного соединения, размещенного в полой оси, с мембраной, закрепленной с противоположной стороны на стойке П-образного конца рычага, установленной снаружи.
Устройстов иллюстрируется следующими чертежами.
На фиг. 1 показан внутритрубный многоканальный профилемер, общий вид; на фиг. 2 - конструкция колесного блока подвески; на фиг. 3 - конструкция опорного диска; на фиг.4 - конструкция одометра; на фиг.5, 6 - конструкция чувствительных измерительных рычагов.
Конструктивно профилемер может состоять из одной или нескольких секций.
Внутритрубный многоканальный профилемер содержит корпус 1, внутри которого установлена секция 2 электроники, представляющая собой герметичную оболочку с размещенными внутри нее батарейным блоком, модулем электроники и маркерным бортовым приемопередатчиком (средства обработки и хранения данных измерений).
В передней, средней и задней частях корпуса 1 установлены опорные диски 3 и манжеты 4.
Опорные диски 3 служат для уменьшения величины угловых перемещений, возникающих под воздействием на профилемер поперечных возмущающих сил, например при преодолении им препятствий, вмятин, и расположены в передней и задней частях профилемера.
Манжеты 4 служат для центрирования профилемера по оси трубопровода и приведения его в движение под действием потока перекачиваемого продукта. Профиль данной манжеты, в отличие от профиля манжеты классического тарельчатого типа, выполнен таким образом, чтобы уменьшить ширину поверхности, которой она контактирует со стенкой трубопровода. Под действием перепада давления на манжете эта поверхность манжеты прижимается к стенке трубопровода, что улучшает ее уплотнение, уменьшает перетоки через нее перекачиваемого продукта. Но величина силы трения является нестабильной и постоянно меняющейся величиной, зависящей от целого ряда случайных факторов, действующих при скольжении поверхности манжеты по стенке трубопровода. Уменьшение ее ширины снижает тем самым величину силы трения, возникающей на манжете, и, как следствие, уменьшается величина действующей возмущающей силы при движении на профилемер в трубопроводе, а также уменьшается величина силы сопротивления движению профилемера.
В передней и задней частях корпуса 1 установлены также колесные блоки 5 подвески с целью улучшения центрирования профилемера в трубопроводе, а также для разгрузки манжет от действия на них веса профилемера и, как следствие, для исключения составляющей от этого веса в величине силы трения на манжетах.
В носовой части профилемера установлен бампер 6, предохраняющий колпак антенны 7 маркерного бортового приемопередатчика секции 2 электроники от ударов и повреждений, способствует прохождению профилемером препятствий, отводов, сужений, а также обеспечивающий выполнение технологических операций при обслуживании и эксплуатации профилемера. Бампер 6 представляет собой конусообразную металлическую сварную конструкцию с проушиной, расположенной в передней части бампера 6, и обеспечивает выполнение технологических операций при техническом обслуживании и эксплуатации профилемера (строповка, запасовка, прием).
В задней части корпуса 1 на фланце установлены одометры 8 для измерения расстояния, пройденного профилемером при движении профилемера по трубопроводу.
В средней части корпуса 1 на фланцах установлены два пояса измерительных подпружиненных рычагов 9, предназначенных для измерения внутреннего профиля трубопровода.
Каждый из колесных блоков 5 подвески представляет собой металлическое основание 10, к которому на поперечных осях 11 крепятся подвижные рычаги 12 с расположенным на них колесными опорами 13 на одном конце рычага. Для уменьшения трения колесный блок 5 имеет в своем составе подшипниковый узел 14, а также устройство 15 для подачи в него подшипниковой смазки. На другом конце рычага 12 установлена тяга 16, проходящая через отверстие в основании 10 блока и далее внутри пружины 18 сжатия. Один опорный торец пружины 18 сжатия опирается на основании 10, а другой в регулировочную шайбу 17 с гайкой 19, установленной на другом конце тяги.
Перемещение регулировочной шайбы 17, в данном случае с помощью гайки 19, позволяет создавать предварительное усилие поджатия пружин 18, то есть создать начальную силу сопротивления складыванию рычагов 12. Если рычаги 12 выставить так, чтобы внешний диаметр по колесам был меньше, чем внутренний диаметр трубы, то на рычагах 12 колесных блоков 5 подвески можно создать силы, компенсирующие вес профилемера и разгрузить тем самым манжеты от действия этого веса.
Таким образом, профилемер движется на колесных опорах при минимальной и стабильной силе трения качения на них, а манжеты являются только движущими элементами с минимальной величиной сопротивления от сил трения.
Опорные диски 3 выполнены из эластичного полиуретана. По диаметру они выполнены чуть меньше внутреннего диаметра трубопровода. Они уменьшают и ограничивают угловые колебания профилемера, а также наряду с колесными блоками 5 подвески, центрируют профилемер в трубопроводе. Толщина дисков подобрана таким образом, чтобы обеспечивать их устойчивость при воздействии на них нагрузки, связанной с массой профилемера и величиной поперечных возмущающих сил, возникающих при его движении по трубопроводу.
Каждый из опорных дисков 3 выполнен из эластичного полиуретана с пазами по его краю и установлен на дополнительном пластинчатом диске 20 таким образом, что пластинчатый диск 20 перекрывает пазы опорного диска.
Пазы, выполненные по краю опорного диска 3, позволяют ему деформироваться и проходить сужения трубопровода. Для обеспечения уплотнения и создания дополнительного тягового усилия на опорных дисках они снабжены тонкими полиуретановыми пластинчатыми дисками 20, перекрывающими эти пазы.
Устройство снабжено пружинами 21 для предотвращения накапливания электростатических зарядов на металлическом корпусе 1 профилемера и препятствует возникновению разности потенциалов между прибором и трубопроводом, предотвращая тем самым опасное искрообразование. Пружина 21 представляет собой тонкую токопроводящую металлическую пластину с закрепленной на ней бронзовой накладкой, которая постоянно находится в контакте со стенкой трубопровода.
Одометр 8 состоит из кронштейна 22, с неподвижно закрепленной на нем осью 23. На оси 23 крепится подпружиненный пружиной 25 кручения рычаг 24 с колесным блоком 26. Пружина 25 кручения поджимает рычаг 24 с колесным блоком 26 к стенке трубопровода. Колесо колесного блока 26 свободно вращается на оси, установленной в посадочных отверстиях рычага 24.
При встрече с препятствием в трубопроводе колесо колесного блока 26 отклоняется, огибая препятствие. В колесном блоке 26 имеется индукционный датчик 27, который вырабатывает электрические импульсы при вращении колеса колесного блока 26.
С каждого датчика 27 одометров 8 импульсы передаются по кабелю 28 в контроллер, где производится их подсчет. Число импульсов пропорционально пройденному профилемером пути.
Подпружиненные измерительные рычаги 9 крепятся к фланцам на корпусе 1. На концах измерительных рычагов закреплены полиуретановые накладки 30. Рычаги установлены по окружности корпуса 1 профилемера в два ряда и полностью перекрывают весь периметр внутреннего диаметра трубы. Накладки 30, установленные на рычагах 29, прижимаются пружинами 31 к внутренней стенке трубопровода.
В состав рычагов 9 входят датчики 32 углового положения рычага, обеспечивающие регистрацию угла отклонения рычагов при прохождении ими неровностей профиля трубы. Возможность отклонения каждого рычага автономно позволяет определять не только размер вмятин, но и их угловое положение. Для увеличения износостойкости полиуретановых накладок в них заливаются износостойкие шипы 33.
На одном из концов каждого из рычагов закреплена полиуретановая накладка 30, а противоположный их конец 35 выполнен П-образным и установлен на закрепленном на фланце корпуса П-образным кронштейне 34 с возможностью поворота одного относительно другого. Обе вилки зафиксированы от взаимного осевого смещения с помощью втулки 36, надетой на полую ось 37, при этом одна из стоек П-образного кронштейна 34 соединена с одной из стоек П-образного конца 35 рычага с ее наружной стороны, а другая стойка П-образного кронштейна 34 - с внутренней стороны другой стойки П-образного конца 35 рычага. Снаружи на стойке кронштейна 34 установлен датчик углового положения рычага 32, вращающаяся часть которого соединена посредством карданного соединения 38, размещенного в полой оси 37, и залитого, в данном случае, в полиуретан 39, с мембраной 40, закрепленной с противоположной стороны на стойке П-образного конца 35 рычага, установленной снаружи.
На втулку 36 установлена пружина 31 кручения, один зацеп которой расположен в пазу кронштейна 34, а другой в пазу конца 35 рычага.
Тонкая мембрана 40 имеет фигурные пазы и позволяет компенсировать осевые допуски на изготовление деталей, обеспечивая в тоже время жесткость при передаче угла вращения рычага на вращающуюся часть датчика углового положения.
Данная конструкция узла вращения рычага имеет следующие преимущества:
- Посадочные поверхности, по которым происходит вращение рычага и которые подвергаются большему износу вследствие больших механических нагрузок на рычаг, разделены с посадочной поверхностью вращающейся части датчика углового положения, которая не подвергается внешним механическим нагрузкам, в силу чего сохраняет свою точность в процессе эксплуатации, имеет минимальные люфты, которые мало влияют на точность показания датчика. При такой конструкции люфты, которые появляются в опорах рычага по мере их износа в процессе эксплуатации, не влияют на износ поверхностей вращения частей датчика угла поворота, в силу чего сохраняется точность посадки вращающейся части датчика и точность его показаний соответственно.
- Закрепление механической связи, содержащей карданное соединение, вращающихся частей датчика на мембрану позволяет передавать на датчик, с одной стороны без погрешности углы поворота рычага, а с другой стороны в случае заклинивания вращающейся части датчика, например, при его загрязнении, обеспечить быстрое и удобное восстановление работоспособности измерительного рычага после его чистки и замены мембраны, поскольку она в данном механизме является самым слабым звеном. При заклинивании происходит ее поломка и конструкция позволяет произвести ее быструю замену и восстановление работоспособности рычага после его чистки.
Определение внутреннего профиля трубопровода происходит посредством периодической регистрации, в соответствии с заданным алгоритмом, угла отклонения измерительных рычагов.
Для определения пространственного положения трубопроводов в блоке электроники профилемера реализована бесплатформенная инерциальная навигационная система на основе волоконно-оптических гироскопов и системы микромеханических акселерометров, выполненная в одноосном подвесе.
Определение пространственных координат движущегося профилемера происходит путем решения навигационной задачи при комплексной обработке данных программами бортового программного обеспечения и внешнего программного обеспечения по автономной инерциальной информации (угловые и линейные динамические параметры движения профилемера), получаемой с первичных преобразователей навигационной системы.
Привязанная к дистанции и времени информация, записывается в бортовые накопители информации для последующего считывания после пропуска на внешние носители информации и обработки программами внешнего программного обеспечения.
Привязка к дистанции и времени осуществляется при помощи одометров и маркерного бортового приемопередатчика.
Маркерный бортовой приемопередатчик профилемера принимает электромагнитные колебания, излучаемые наземным маркерным передатчиком, с целью задания маркерных отметок по дистанции. Результатом успешного задания очередной маркерной отметки является факт регистрации профилемером электромагнитных колебаний наземного маркерного передатчика во время прохождения профилемера места его установки.
С момента включения питания профилемер излучает при помощи антенны маркерного бортового приемопередатчика электромагнитные сигналы опознавания, доступные для приема низкочастотным локатором.
Регистрация сигналов опознавания при помощи низкочастотного локатора позволяет определять местонахождение профилемера.
Полезная модель позволит повысить качество и достоверность измерений за счет повышения равномерности перемещения устройства в трубопроводе с минимальными возмущениями (линейными и угловыми).