Устройство для перемещения длинномерного объекта на воздушной подушке
DEVICE FOR THE LONG LENGTH OBJECT AT THE AIR CUSHION MOVING

Изобретение относится к транспортированию длинномерных объектов, в частности труб при строительстве и ремонте трубопроводов.
Известна заявка "Транспортирование объекта по поверхности", №2011123123, дата публикации заявки: 20.12.2012, МПК A63F 3/02, где система транспортировки объекта на воздушной подушке включает в себя: множество сопел (отверстий), распределенных в горизонтальной плоскости, управляемых независимо друг от друга и обеспечивающих подачу сжатого воздуха для образования воздушной подушки между объектом и горизонтальной несущей поверхностью; устройство позиционирования объекта на горизонтальной несущей поверхности; и орган управления соплами в зависимости от распознанного местоположения объекта.
Недостатками данной системы является то, что возможно перемещение только объектов с относительно плоской нижней поверхностью, габаритами, меньшими, чем поверхность, на которой расположены сопла/нагнетательные отверстия.
Преимуществом предлагаемой системы является то, что возможно перемещение длинномерных объектов различных форм, относительно постоянного по длине сечения, причем размеры объекта могут значительно превышать размеры воздушной подушки.
Данный технический результат достигается тем, что в устройстве для перемещения длинномерного объекта на воздушной подушке, включающем в себя, по меньшей мере, одно нагнетательное отверстие в несущей поверхности, обеспечивающее подачу сжатого воздуха для образования воздушной подушки, между объектом и несущей поверхностью, при этом несущая поверхность имеет площадь меньше, чем площадь перемещаемого объекта и закреплена, как минимум, на одной опоре, особенностью является то, что несущая поверхность является частью или одной из поверхностей несущего элемента, который выполнен из мягкого и/или гибкого материала, принимающего форму опирающейся на нее части объекта, например, несущая поверхность может быть выполнена в виде части цилиндра для перемещения труб, в том числе сваренных в плеть.
Устройство имеет несколько несущих поверхностей, разнесенных относительно друг друга в пространстве на длину не более половины длины перемещаемого объекта. Несущая поверхность является частью или одной из поверхностей несущего элемента, который выполнен из мягкого и/или гибкого материала, принимающего форму опирающейся на нее части объекта, а вокруг нагнетательного отверстия на несущей поверхности расположен уплотнительный элемент, например, в виде замкнутого выступа из упругого материала, мягкого и/или гибкого, причем устройство может иметь несколько несущих поверхностей на одном или нескольких несущих элементах и несущая поверхность и/или уплотнительный элемент выполнены из материала с антифрикционными свойствами. Устройство имеет клапан, регулирующий количество подаваемого воздуха в нагнетательные отверстия, и имеет систему автоматического управления подачей воздуха с помощью клапана, а на несущей поверхности установлен, по меньшей мере, один датчик или система датчиков положения объекта относительно несущей поверхности и/или перемещения объекта в вертикальном и горизонтальном направлениях и/или скорости перемещения объекта и/или величины давления воздуха, подключенных к системе автоматического управления подачи воздуха, при этом несущая поверхность несущего элемента или ее часть выполнена перфорированной для подвода воздуха, а под перфорацией расположена герметичная полость для распределения воздуха, а нагнетательные отверстия расположены по периметру несущей поверхности, при этом нагнетательные отверстия на несущей поверхности распределены неравномерно, для компенсации неравномерных нагрузок и нагнетательные отверстия имеют разную форму и/или размер и наклон к несущей поверхности в сторону перемещения объекта, а также часть нагнетательных отверстий имеют наклон к несущей поверхности вовнутрь полости воздушной подушки для улучшения удержания воздуха в воздушной подушке.
Устройство имеет устройство импульсной подачи воздуха. Несущая поверхность, по меньшей мере, одного несущего элемента имеет наклон в сторону перемещения перемещаемого объекта или несущий элемент имеет механизм наклона несущей поверхности для изменения направления и/или скорости перемещения объекта, причем имеется устройство, для открытия части уплотнительного элемента для выхода воздуха и вызываемого этим движения объекта. Между несущей поверхностью и опорой установлен механизм регулирования положения несущей поверхности, например, по высоте, а также, между опорой и несущим элементом или несущей поверхностью установлен, по меньшей мере, один шарнир, с возможностью самоустановки по объекту.
Несущий элемент или часть его выполнены в виде гибкой ленты, причем несущий элемент выполнен из упругого материала и несущая поверхность и/или уплотнительный элемент, может содержать надуваемую полость, например, для уменьшения утечек воздуха, а при использовании нескольких несущих поверхностей или нескольких устройств имеет систему автоматического или ручного выравнивания, например, по лазерному лучу для уменьшения деформации перемещаемого объекта.
На рисунках изображено:
Фиг. 1 - Устройство с гибкой несущей поверхностью.
Фиг. 2 - Устройство с гибкой несущей поверхностью и перемещаемой трубой.
Фиг. 3 - Устройство с несущими элементами.
Фиг. 4 - Устройство с несущими элементами и перемещаемой трубой.
Устройство состоит из: несущей поверхности 1, опор 2, нагнетательного отверстия 3, уплотнительного элемента 4, клапана воздушного 5 воздухоподводящего шланга 6, датчика положения трубы 7 относительно несущей поверхности 1, механизмов подъема несущей поверхности 8, несущих элементов 9 и шарниров для самоустановки 10.
Установка для перемещения объекта на воздушной подушке работает следующим образом.
Для облегчения перемещения объекта в заданном направлении существует много способов, в том числе и на воздушной подушке. Во всех известных технических решениях объект, перемещаемый на воздушной подушке, меньше размеров несущей поверхности, например катер над поверхностью воды. Подъем в них объекта над несущей поверхностью основан на создании воздушной подушки, как правило, между относительно большой и плоской несущей поверхностью (земля, вода, снег и пр.) и небольшим перемещаемым или перемещающимся объектом. При необходимости перемещать неплоский снизу объект, например цилиндрическую трубу или корабль с криволинейной поверхностью по известным технологиям, приходится вводить дополнительный промежуточный элемент. У таких элементов одна сторона повторяет поверхность перемещаемого объекта (без воздушной подушки в этом месте) и закреплена к нему, а с другой стороны у дополнительного промежуточного элемента имеется плоская поверхность для образования воздушной подушки между ним и несущей, как правило, плоской поверхностью. Введение промежуточных элементов существенно усложняет конструкцию и процесс подготовки к перемещению, снижает надежность перемещения и повышает стоимость перемещения (транспортировки).
Для перемещения объектов сложной формы в предлагаемой системе несущая поверхность 1 выполнена криволинейной и повторяет форму перемещаемого объекта в зоне формирования воздушной подушки, например, для перемещения длинных круглых труб несущая поверхность 1 должна быть в виде части цилиндра. При изготовлении несущей поверхности 1 в виде гибких полос фиг. 1 и фиг. 2, например резинотканевых, с длинной, достаточной для охвата нижней части трубы, гибкая полоса под нагрузкой сама примет форму нижней части перемещаемого объекта. Ширина полосы определяется величиной требуемой подъемной силы, высотой подъема объекта над несущей поверхностью и давлением в воздушной подушке. Эти полосы могут быть подвешены на опорах 2 непосредственно или через механизмы подъема и перемещения.
Второй вариант конструкции - когда несущая поверхность 1 расположена на жестком несущем элементе 9, который изначально изготовлен по форме или по части формы перемещаемых объектов - фиг. 3 и фиг. 4. Такая конструкция более точно задает положение перемещаемого объекта в радиальном направлении.
Для перемещения объекта, расположенного на несущей поверхности 1, открывается клапан 5 и в нагнетательное отверстие 3 подается сжатый воздух для образования воздушной подушки в полости между перемещаемым объектом и несущей поверхностью 1. При этом произойдет формирование воздушной подушки, на которой объект поднимется. Образовавшаяся воздушная подушка позволит перемещать объект, например, трубу вдоль ее оси с гораздо меньшими усилиями. Если при этом задействованы нагнетательные отверстия, направленные в одну сторону, то объект после «всплытия» будет перемещаться в этом направлении. Если нагнетательные отверстия симметричные, то для перемещения в осевом направлении потребуется сила, приложенная к объекту в этом направлении, например, лебедкой.
Расположенные на несущей поверхности 1 нагнетательные отверстия 3 обеспечивают подачу необходимого количества сжатого воздуха между несущей поверхностью 1 и перемещаемым объектом.
Для обеспечения выполняемой задачи несущая поверхность 1 имеет форму, которая соответствует контактирующей с ней частью криволинейной поверхности перемещаемого объекта и может представлять разную форму, в зависимости от формы перемещаемого объекта. Данная конструкция позволяет перемещать объекты практически любой формы, например, цилиндров, в том числе и некруглых, а также объекты V-, U-образной формы в сечении или практически любой, относительно постоянной формы в сечении.
Несущий элемент 9 может изначально повторять форму объекта или принимать ее в процессе перемещения, для чего он должен быть выполнен из мягкого и/или гибкого материала, принимающего форму объекта.
Как правило, вокруг нагнетательного отверстия 3 на несущей поверхности 1 несущего элемента 9 имеется уплотнительный элемент 4, например, в виде замкнутого выступа из упругого материала, мягкого и/или гибкого, чтобы уменьшить расход воздуха. Уплотнительный элемент 4 может быть выполнен надувным и/или иметь поднимаемую кромку потоком воздуха. Чтобы объект еще лучше скользил с меньшим расходом воздуха, несущая поверхность 1 и/или уплотнительный элемент 4 могут быть выполнены из материала с антифрикционными свойствами или иметь соответствующее покрытие и/или смазку.
В отличие от большинства существующих решений, несущая поверхность 1 несущего элемента 9 имеет площадь меньше, чем площадь перемещаемого объекта, что позволяет снизить себестоимость устройства, уменьшить расход воздуха, что особенно эффективно, например, для перемещения длинной трубы.
Устройство может иметь одну или несколько несущих поверхностей 1 на одном или нескольких несущих элементах 9, что позволяет распределить силу подъема, например, при перемещении трубопровода длиной в сотни метров на десятки устройств.
Для прекращения расхода воздуха и регулировки расхода через отверстия 3, над которыми в данный момент нет перемещаемого объекта, нагнетательные отверстия 3 имеют клапана автоматического отключения, что позволяет снизить расход воздуха. Эти клапана могут быть с механическим управлением или представлять собой систему из электроуправляемого клапана, датчика наличия объекта и систему включения клапана по сигналу датчика. Возможен вариант, когда клапан закрывается при очень большом (в разы большего, чем рабочие условия) расходе воздуха. В этом случае ни отдельный датчик, ни система управления не требуется - клапан срабатывает по расходу воздуха и откроется, когда расход станет номинальным.
Когда используется несколько устройств одновременно или используется несколько несущих элементов 9, положение несущих элементов 9, например, по высоте регулируется централизованно, в частности, для уменьшения деформаций перемещаемого объекта и более равномерного распределения нагрузки по несущим элементам 9. Для эффективности работы на несущей поверхности 1 или несущих элементах 9 установлены датчики положения объекта 7 относительно несущей поверхности 1. Датчики 7 могут быть различными по принципу действия: механические (щуп с механической связью с клапаном), оптические (фотодатчики), магнитоэлектрические (эффект Холла), пьезоэлектрические, тензодатчики, емкостные, потенциометрические, индуктивные, индукционные. Несмотря на разные принципы действия все эти датчики в предлагаемой системе решают одну и ту же задачу - измерение/информирование системы управления о расстоянии между объектом и несущей поверхностью. Если это расстояние больше заданного система снижает подачу воздуха вплоть до полного перекрытия подачи в отдельные напорные отверстия 3.
Информация с датчиков 7 поступает в систему автоматического регулирования давления (на рисунках не показана) в каждой несущей поверхности 1 или их частей, что позволяет экономно расходовать сжатый воздух и, соответственно, энергию на его сжатие.
Чтобы эффективней перемещать объекты, несущая поверхность 1 несущего элемента 9 или ее часть может быть выполнена перфорированной для подвода воздуха (с дополнительной полостью под несущей поверхностью). Нагнетательные отверстия 3 могут быть расположены по периметру несущей поверхности 1 или распределены неравномерно, в зависимости от нагрузок, для их компенсации. Нагнетательных отверстий 3 может быть больше в тех частях несущей поверхности, где больше нагрузка.
Чтобы еще больше снизить потери воздуха, нагнетательные отверстия 3 могут иметь разную форму и/или размер, например, в зависимости расстояния от отверстия 3 до границы несущего элемента 9. Устройство может иметь устройство импульсной подачи (расхода) воздуха, что также дает уменьшение общего расхода воздуха.
Нагнетательные отверстия 3 могут иметь наклон к несущей поверхности 1 в сторону перемещения объекта, что позволяет двигать объект в заданном направлении. Для изменения скорости и даже направления перемещения объекта устройство имеет механизм изменения направления потока воздуха, например, за счет наклона нагнетательных отверстий 3 или наклоняется вся несущая поверхность, что создает управляемый вперед поток воздуха.
Устройство может иметь механизм, для открытия части уплотнительного элемента для выхода воздуха и вызываемого этим движения объекта.
Устройство имеет также датчики движения объекта, а клапан расхода воздуха имеет автоматическую регулировку расхода, в зависимости от направления и скорости движения объекта. Для смещения объекта или выравнивания несущих поверхностей, когда используется несколько устройств, имеется механизм регулирования положения 8, несущей поверхности 1, например, по высоте. Несущая поверхность 1, как правило, выполнена с функцией самоустановки по объекту, например, несущий элемент 9 установлен шарнирно на опорах 2 или несущая поверхность подвешена, по меньшей мере, на одном шарнире 10 с возможностью качания для самоустановки по объекту.
Устройство может иметь полость для распределения воздуха в воздушную подушку, например, если несущая поверхность перфорирована или имеет несколько отверстий разного размера. Устройство содержит надуваемую полость, например, для уменьшения утечек воздуха. Этой же цели служит разделение несущей поверхности на несколько частей, или выполнение отсеков на несущих элементах, или установка нескольких несущих элементов на одном устройстве.
Для более точного задания положения перемещаемого объекта в радиальном направлении могут использоваться жесткие несущие элементы, которые устанавливаются между несущей поверхностью и опорой, или несущая поверхность выполнена как одна из поверхностей негибкого несущего элемента.
Для уменьшения расхода воздуха часть нагнетательных отверстий, особенно расположенные ближе к краю несущей поверхности, имеют наклон вовнутрь полости воздушной подушки для улучшения удержания воздуха в воздушной подушке.
При использовании нескольких несущих поверхностей или нескольких устройств применяется система автоматического или ручного выравнивания, например, по лазерному лучу для уменьшения деформации перемещаемого объекта.
Анализ технического уровня по современным системам перемещения объектов на воздушной подушке позволяет сделать вывод, что применяемые в устройстве технические решения реализуются и подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».
Данное устройство перемещения длинномерного объекта позволяет упростить, ускорить и автоматизировать процесс перемещения объектов, сделать его более надежным за счет упрощения не только самого процесса перемещения, но и применяемых для этого технических средств.