Устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода (варианты)
APPARATUS FOR CLEANING THE INNER SURFACE OF A PIPELINE (VARIANTS)

Изобретение относится к эксплуатации трубопроводных систем, в частности к очистке внутренней поверхности трубопроводов, и может быть использовано для очистки внутренней полости трубопровода от асфальтосмолистых, парафиновых и иных отложений и окалины.
Известен поршень пенополиуретановый (поролоновый) литой конструкции, с оголовком в виде усеченного конуса. Корпус поршня усилен по окружности полосами из поролона высокой плотности [Мустафин Ф.М., Гумеров, А.Г., Квятковский О.П. и др. Очистка полости и испытание трубопроводов. М., Недра, 2001 г., с. 86].
Недостатком известного поршня является то, что полосы, которыми усилен по окружности поршень, имеют высокую плотность, эти полосы препятствуют прикосновению (контактированию) всей поверхности поршня с внутренней поверхностью трубопровода, что снижает надежность и качество очистки поверхности трубопровода от асфальтосмолистых, парафиновых отложений и от окалины. Возможно также нарушение целостности поршня вследствие неравномерного его износа.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является очистной скребок для использования в трубопроводе (патент US №4720884, опубл. 26.01.1988 г.), содержащий цилиндрический корпус скребка, выполненный из полужесткого материала, такого как пенополиуретан, с внешним диаметром, немного большим, чем внутренний диаметр трубопровода, для которого рассчитан скребок, причем корпус скребка имеет передний конец и задний конец; множество разнесенных друг от друга каналов с небольшой глубиной, сформированных на указанной цилиндрической поверхности корпуса скребка, причем каждый канал имеет спиральную структуру, причем каждый канал проходит от соседнего указанного переднего конца указанного корпуса скребка до смежного указанного заднего конца; и удлиненный узкий щеточный элемент, расположенный в каждом из упомянутых каналов, причем каждый щеточный элемент имеет щетинки, которые проходят, как правило, радиально наружу от упомянутого корпуса скребка и имеют диаметр, превышающий упомянутую цилиндрическую поверхность корпуса скребка, при этом ширина упомянутых щеточных элементов меньше ширины указанных каналов. Корпус скребка сужен к участку с уменьшенным диаметром на указанном переднем конце, и при этом указанные каналы и указанные щеточные элементы проходят в сужающийся участок. Элементы щетки образованы из полос гибкой основы, имеющей выступающие вверх проволочные щетинки, причем гибкая основа имеет ширину меньше ширины упомянутых каналов. Каждый канал покрывает сегмент внешней цилиндрической поверхности корпуса скребка по дуге более 360°/Н, в результате чего при перемещении скребка по трубопроводу вся внутренняя цилиндрическая поверхность контактирует с указанными щетинками указанных щеточных элементов.
Недостатком указанного технического решения является недостаточная степень очистки (качество очистки) внутренней поверхности трубопровода из-за малой общей площади соприкосновения щеточных элементов с поверхностью трубопровода, недостаточный технический ресурс работы щеточных элементов и устройства в целом, и сложность изготовления литьевых или пресс форм устройств при их производстве.
Задачей изобретения является создание нового устройства для очистки внутренней поверхности трубопровода с достижением следующего технического результата - более качественная очистка внутренней поверхности трубопровода, повышение технического ресурса устройства, то есть повышение времени работы устройства от начала его эксплуатации до достижения им предельного состояния и упрощение в изготовлении литьевых или пресс форм, необходимых для производства очистных устройств (при литье цилиндрического корпуса устройств).
Указанная задача решается тем, что в устройстве для очистки внутренней поверхности трубопровода, содержащем цилиндрический корпус, имеющий передний и задний конец, с внешним диаметром, немного большим, чем внутренний диаметр трубопровода, для которого рассчитан скребок, с сформированным на указанной цилиндрической поверхности корпуса множеством разнесенных друг от друга каналов с небольшой глубиной, причем каждый канал имеет спиральную структуру, с расположенным в каждом из упомянутых каналов удлиненным щеточным элементом, согласно изобретению каналы могут быть направлены либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки, либо одновременно по часовой стрелке и против часовой стрелки, взаимно пересекаясь (крест-накрест), при этом в каждом канале расположен, по крайней мере, один удлиненный щеточный элемент.
При этом в каждом канале могут быть расположены по два или более удлиненных щеточных элемента, расположенных параллельно и на определенном расстоянии друг от друга. Передний конец цилиндрического корпуса устройства имеет форму усеченного конуса, задний торец устройства выполнен плоским. Указанные каналы и указанные щеточные элементы проходят в сужающийся конусообразный участок корпуса.
Щеточные элементы могут быть выполнены из проволочной щетины или представлять собой ребристые полиуретановые удлиненные элементы, при этом упомянутые ребристые полиуретановые удлиненные элементы и щеточные элементы имеют размеры по высоте, превышающие внешний диаметр цилиндрического корпуса устройства.
Щеточные элементы прикреплены к корпусу скребка внутри указанных каналов адгезивным соединением.
Корпус устройства изготовлен из эластичного материала, например, маслобензостойкой резины, полиуретана, омнитана, пенополиуретана или из другого эластичного синтетического материала. Кроме того, корпус устройства, изготовленного из омнитана или пенополиуретана, может быть облит по торцам или по торцам и по цилиндрической поверхности полиуретаном, кроме каналов, имеющих спиральную структуру.
Повышение качества очистки внутренней поверхности трубопровода достигается тем, что, размещая в каждом из каналов на внешней поверхности цилиндрической части устройства щеточные элементы из ребристых полиуретановых элементов, обеспечиваем  износостойкость и более качественную и эффективную очистку внутренней поверхности трубопровода от твердых отложений и окалины.
Повышение технического ресурса устройства достигается тем, что внешняя поверхность цилиндрической части и торцы устройства облиты полиуретаном, и при соприкосновении устройства во время его движения с внутренней поверхностью трубопровода полиуретановый слой обеспечивает большую износостойкость устройства при его трении с поверхностью трубопровода, что повышает продолжительность (длительность) работы устройства при очистке трубопровода  протяженности или позволяет применять устройство для очистки повторно.
Повышение технического ресурса устройства достигается еще и тем, что, размещая в каждом из каналов на внешней поверхности цилиндрической части устройства щеточные элементы из ребристых полиуретановых элементов, обеспечиваем большую износостойкость устройства при его трении с поверхностью трубопровода, и это повышает длительность работы устройства при очистке трубопровода  протяженности или позволяет применять устройство для очистки повторно.
Упрощение в изготовлении литьевых или пресс форм предлагаемого очистного устройства при его изготовлении (при литье цилиндрического корпуса устройства) достигается вследствие изложенного ниже по следующим причинам.
Для изготовления прототипа из эластичного материала, например, резины, омнитана, пенополиуретана или из другого эластичного синтетического материала необходимо изготовить сложную литьевую или пресс-форму, которая будет в задней части представлять собой выпуклый элемент (выпуклую часть), необходимый для изготовления заднего вогнутого конца корпуса устройства, а передняя часть формы будет представлять собой вогнутый элемент (вогнутую часть), необходимый для изготовления переднего выпуклого или закругленного, или заостренного конца корпуса устройства. Для изготовления же предлагаемого устройства необходимо изготовить более простую литьевую или пресс-форму, которая для изготовления заднего конца корпуса устройства будет плоским, а передняя часть формы для изготовления переднего конца корпуса устройства будет представлять собой усеченный конус.
На фиг. 1-10 представлены варианты устройства для очистки внутренней поверхности трубопровода.
На фиг. 1-3 представлен вариант выполнения устройства для очистки внутренней поверхности трубопровода с расположением каналов против часовой стрелки: фиг. 1 - вид сбоку, фиг. 2 - вид сверху, фиг. 3 - вид снизу.
На фиг. 4, 5 представлен вариант выполнения устройства для очистки внутренней поверхности трубопровода с расположением каналов по часовой стрелке: фиг. 4 - вид сбоку, фиг. 5 - вид сверху.
На фиг. 6, 7 представлен вариант выполнения устройства для очистки внутренней поверхности трубопровода с расположением каналов крест-накрест: фиг.  6 - вид сбоку, фиг. 7 - вид сверху.
На фиг. 8-10 представлен вариант выполнения устройства для очистки внутренней поверхности трубопровода с расположением в каналах более одного щеточного элемента: фиг. 8 - вид сбоку, фиг. 9 - вид сверху, фиг 10 - вид снизу.
Очистное устройство содержит корпус 1, представляющий собой цилиндр из эластичного материала, например, пенополиуретана, маслобензостойкой резины, омнитана или из другого эластичного синтетического материала с оголовком в виде усеченного конуса 2, а также сформированные на цилиндрической поверхности корпуса каналы 3 с небольшой глубиной. Каждый канал имеет спиральную структуру, и эти каналы направлены либо по часовой стрелке (фиг. 4-5), либо против часовой стрелки (фиг. 1-3), либо эти каналы направлены одновременно и по часовой стрелке и против часовой стрелки (фиг. 6-7), взаимно пересекаясь. Очистное устройство также имеет щеточные элементы 4 и плоский задний торец 5.
Очистное устройство (фиг. 8-10) в сформированных на цилиндрической поверхности корпуса каналах 3 содержит один, или два, или более удлиненных щеточных элемента 4, выполненных из металлической проволочной щетины или представляющих собой ребристые полиуретановые элементы, расположенных параллельно и на определенном расстоянии друг от друга. Удлиненные щеточные элементы 4 из металлической проволочной щетины или ребристые полиуретановые элементы (фиг. 3, 10) имеют размеры по высоте, превышающие внешний диаметр основного цилиндра корпуса 1 устройства.
Устройство (скребок) работает следующим образом. При подаче перекачиваемой среды в трубопровод в результате перепада давления в трубопроводе, создаваемого до и после очистного устройства, последний совершает поступательное и/или одновременно вращательное движение и очищает внутреннюю поверхность трубопровода. Качественной очистке поверхности трубопровода способствуют также выступающие на цилиндрической поверхности устройства щеточные элементы 4, выполненные из металлической проволочной щетины или представляющие собой ребристые полиуретановые элементы.
При прохождении устройства через криволинейные и крутоизогнутые участки трубопровода, выступающие на цилиндрической поверхности щеточные элементы 4, выполненные из проволочной щетины или представляющие собой ребристые полиуретановые элементы, не препятствуют прохождению устройства и обеспечивают прилегание его к стенке трубопровода, т.е. обеспечивают качественную очистку всей рабочей поверхности трубопровода. При проходе очистного устройства через местные сужения оно сжимается, уменьшая внешний диаметр корпуса устройства, а выступающие на поверхности устройства концы проволочной щетины или ребристых полиуретановых элементов соскребают и очищают поверхность трубопровода, в том числе и от твердых отложений и окалины. В дополнение к изложенному в этом абзаце, при очистке трубопроводов устройством с удлиненными щеточными элементами, расположенными в каналах с разными направлениями (либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки), устройство может вращаться по ходу движения в разные стороны, что позволит более качественно очищать внутреннюю поверхность, примыкающую к выступающему вовнутрь трубы на 3…5 мм сварному шву спиралешовных труб трубопроводов. При этом очистку трубопроводов, сооруженных из труб со спиральными сварными швами, необходимо производить устройствами с удлиненными щеточными элементами, расположенными в каналах, направления которых противоположны направлению спирального сварного шва труб трубопровода, то есть устройство при очистке должно вращаться в сторону, противоположную направлению сварного шва. При таком применении устройств с разными направлениями каналов в спиралешовных трубопроводах будет более качественная и эффективная очистка поверхностей, примыкающих к сварному шву.
Более качественная очистка трубопроводов, сооруженных из бесшовных труб, будет устройством с удлиненными щеточными элементами, расположенными в каналах, направленных одновременно по часовой стрелке и против часовой стрелки.
Применение двух или более удлиненных узких щеточных элементов из проволочной щетины или ребристого полиуретана в каждом из множеств разнесенных друг от друга каналов на внешней поверхности цилиндрической части устройства обеспечивает  площадь соприкосновения с внутренней поверхностью трубопровода при движении и при этом более качественно и эффективно очищает трубопровод от твердых отложений и окалины.
Основным критерием выбора материала для изготовления цилиндрического корпуса предлагаемого устройства является эластичность готового изделия, который при выполнении работ по очистке трубопровода может изменять свою форму при прохождении через криволинейные и крутоизогнутые участки трубопровода, а также при проходе устройства через местные сужения. Цилиндрический корпус устройства с оголовком может быть изготовлен из любого эластичного материала, который может отливаться в открытой форме путем литья или же прессоваться в закрытой форме (в пресс-форме) по разработанным для этого технологиям. В качестве примера можно использовать маслобензостойкую резину, полиуретан (очень мягкий), омнитан, пенополиуретан или другой эластичный синтетический материал.
Применение устройства с облитым по торцам или по торцам и по цилиндрической поверхности полиуретаном (кроме каналов, имеющих спиральную структуру) позволяет повышать продолжительность (длительность) работы устройства при очистке трубопровода  протяженности или позволяет применять устройство для очистки повторно.
Устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода может быть изготовлено в промышленных условиях и реализовано в трубопроводных системах при их эксплуатации.