Скребок автоматический для очистки внутренней поверхности труб (варианты)
Группа изобретений относится к устройствам для очистки полости труб, преимущественно для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорных труб (НКТ), магистральных нефте-, газо- и продуктопроводов от парафиновых глинисто-песчаных отложений, железосодержащего мусора путем пропуска скребка внутри трубы, перемещаемого потоком транспортируемого по трубе продукта. Скребок с толкателем, размещенным в, по меньшей мере, одной направляющей с возможностью перемещения и поочередного взаимодействия с ограничителями хода скребка в конечных точках очистки и с, по меньшей мере, одним затвором, взаимодействующим с толкателем для закрытия, открытия или частичного перекрытия проходного сечения трубы, снабжен приводимым в действие ходом толкателя механизмом регулирования перекрытия проходного сечения трубы, обеспечивающим принудительное относительное перемещение толкателя и затвора. Другой вариант выполнения скребка отличается от предыдущего тем, что в нем затвор установлен на поворотной оси, а механизм регулирования перекрытия проходного сечения трубы выполнен зубчато-реечным, связывающим соответственно поворотную ось и толкатель. В следующем варианте в отличие от вышеуказанных скребков затвор закреплен на направляющей или толкателе консольно посредством держателя, другой конец которого шарнирно соединен с затвором, а механизм регулирования перекрытия проходного сечения трубы выполнен в виде тяги, шарнирно соединенной с толкателем и затвором или направляющей и затвором. Последний вариант выполнения скребка отличается от предыдущих тем, что, по меньшей мере, один затвор состоит, по меньшей мере, из двух частей, а механизм регулирования перекрытия проходного сечения трубы выполнен в виде тяги, шарнирно соединенной с направляющей и с периферией каждой части, при этом части выполнены с возможностью встречного или одностороннего поворота на одной оси, установленной в толкателе поперек оси трубы в выполненном в направляющей, расположенной по оси скребка, продольном пазу с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Группа изобретений обеспечивает повышение надежности, долговечности и эффективности работы при одновременном ее использовании в трубах как с большими, так и с малыми скоростями движения потока, различной вязкости, а также является простой в изготовлении. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 12 ил.
Изобретение относится к устройствам для очистки полости труб, преимущественно для очистки внутренней поверхности насосно-компрессорных труб (НКТ), магистральных нефте-, газо- и продуктопроводов от парафиновых глинисто-песчаных отложений, железосодержащего мусора путем пропуска скребка внутри трубы, перемещаемого потоком транспортируемого по трубе продукта.
Известен скребок автоматический для очистки внутренней поверхности труб, содержащий корпус в виде втулки, установленную в нем на поворотной оси заслонку (затвор) и механизм закрытия, открытия проходного сечения трубы (см. а.с. СССР №244251, 1969 г.). Механизм выполнен в виде храповика, закрепленного на затворе, в который упирается биметаллическая пластина, соединенная с корпусом, при этом биметаллическая пластина настраивается на определенную температуру, при которой она срабатывает и опускает затвор, закрывая тем самым проходное сечение трубы.
Недостатками известного устройства являются нестабильность работы, сложность в изготовлении и ненадежность работы вследствие наличия пружины, храпового механизма и биметаллической пластины, ограниченность использования, т.к. затвор имеет только два положения - открыт, закрыт и невозможность использования механизма в скребках с толкателем без дополнительного усовершенствования.
Ближайшим аналогом изобретения является скребок автоматический для очистки внутренней поверхности труб, работающий в движущемся потоке жидкости в насосно-компрессорных трубах и чистящий их от наслоения парафина (см. патент РФ №2237528, 10.10.2004). Скребок выполнен с толкателем, размещенным в направляющих (корпус в виде втулок) с возможностью перемещения и поочередного взаимодействия с ограничителями хода скребка в конечных точках очистки и с затвором, взаимодействующим с толкателем для открытия, закрытия проходного сечения трубы.
Движение скребка вниз в трубе навстречу потоку жидкости осуществляется под действием силы веса в жидкости самого скребка, и после достижения ограничителя, который устанавливают в конечной точке очистки и о который ударяется скребок, перекрывающий своими механизмами от удара в ограничитель проходное сечение для потока жидкости, и после образования между перекрытыми полостями перепада давления, достаточного для компенсации веса в жидкости самого скребка, начинается перемещение скребка вместе с потоком жидкости. С достижением скребка другого ограничителя от удара в него происходит открытие проходного сечения для прохождения потока жидкости через скребок, ликвидируется перепад давления и скребок начинает движение навстречу потоку.
Известный скребок с механизмом, перекрывающим проходное сечение для жидкости, работающий от удара, имеет ряд существенных недостатков. В ряде случаев сам механизм перекрытия проходного сечения ненадежен в работе из-за недостаточной энергии удара, которая зависит от скорости движения скребка. Скорость движения скребка зависит от скорости потока в трубе, а также от производительности трубы, скорости потока жидкости, у каждой трубы (скважины или электроцентробежного насоса) своя производительность, скорость движения потока, т.е. скребком можно охватить только небольшой диапазон труб по дебиту.
Как правило, вес таких скребков достигает 5-10 кг и в случае первоначальной успешной работы механизма воздействие удара также сказывается на надежности работы механизма управления проходным сечением.
Задача, на которую направлено изобретение, состоит в создании универсального, надежного в работе и простого по конструкции скребка автоматического для очистки внутренней поверхности труб путем пропуска его внутри трубы, перемещаемого потоком транспортируемого по трубе продукта, а также в возможности использования его в различных магистральных и продуктопроводах.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении надежности, долговечности и эффективности работы при одновременном расширении возможности его использования в трубах с различными скоростями движения потока, различной вязкости, производительностями и простоты изготовления.
Указанный результат достигается тем, что скребок автоматический для очистки внутренней поверхности труб с толкателем, размещенным в, по меньшей мере, одной направляющей с возможностью перемещения и поочередного взаимодействия с ограничителями хода скребка в конечных точках очистки и с, по меньшей мере, одним затвором, взаимодействующим с толкателем для закрытия, открытия или частичного перекрытия проходного сечения трубы, снабжен приводимым в действие ходом толкателя механизмом регулирования перекрытия проходного сечения трубы, обеспечивающим принудительное относительное перемещение толкателя и затвора.
Указанный результат достигается и тем, что:
- толкатель или затвор выполнен с возможностью фиксации в требуемых положениях;
- затвор установлен на поворотной оси, толкатель установлен в направляющей, выполненной, например, в виде стойки, а при установке толкателя в направляющих в виде несущих элементов, расположенных по длине скребка, ось размещена в трубчатом элементе или опорах, закрепленных на одном из несущих элементов, а толкатель - снаружи трубчатого элемента или опор, при этом механизм регулирования перекрытия проходного сечения трубы выполнен зубчато-реечным, и расположен соответственно на оси и толкателе;
- механизм регулирования перекрытия проходного сечения трубы выполнен в виде тяги, шарнирно соединенной с толкателем и затвором, а затвор закреплен на направляющей консольно при помощи держателя, другой конец которого шарнирно соединен с затвором;
- по меньшей мере, один затвор состоит, по меньшей мере, из двух частей, а механизм регулирования перекрытия проходного сечения трубы выполнен в виде тяги, шарнирно соединенной с направляющей и с периферией каждой части, при этом части выполнены с возможностью встречного или одностороннего поворота на одной оси, установленной на стороне, противоположной периферии, и поперек оси трубы в выполненном в направляющей продольном пазу с возможностью возвратно-поступательного перемещения;
- затвор состоит из одной части, выполненной с возможностью поворота на оси и установленной в толкателе поперек его телу, а механизм регулирования перекрытия проходного сечения трубы выполнен в виде тяги, шарнирно соединенной с периферией части и с направляющей, в которой выполнен продольный паз для возвратно-поступательного движения оси;
- скребок дополнительно снабжен грузом для регулирования скорости его перемещения, закрепленным в скребке;
- затвор одновременно является чистящим элементом, выполняющим функции ножей, или снабжен ножами;
- скребок снабжен лопастями для обеспечения вращения скребка в полости трубы, при этом лопасти могут быть размещены на затворе или затвор может иметь форму лопастей;
- ось каждого следующего затвора расположена не параллельно оси предыдущего затвора для предотвращения прямых перетоков потока через технологические вырезы в затворах, т.е. для создания лабиринтного движения потока для маловязких продуктов и для малых скоростей потока продукта.
Указанный результат в другом варианте выполнения достигается тем, что в скребке автоматическом для очистки внутренней поверхности труб с толкателем, размещенным в, по меньшей мере, одной направляющей с возможностью перемещения и поочередного взаимодействия с ограничителями хода скребка в конечных точках очистки и с, по меньшей мере, одним затвором, взаимодействующим с толкателем для закрытия, открытия или частичного перекрытия проходного сечения трубы, затвор установлен на поворотной оси, а механизм регулирования перекрытия проходного сечения трубы выполнен зубчато-реечным, связывающим соответственно поворотную ось и толкатель.
Указанный результат достигается и тем, что толкатель или затвор выполнен с возможностью фиксации в требуемых положениях.
В третьем варианте указанный результат достигается тем, что в скребке автоматическом для очистки внутренней поверхности труб с толкателем, размещенным в, по меньшей мере, одной направляющей с возможностью перемещения и поочередного взаимодействия с ограничителями хода скребка в конечных точках очистки и с, по меньшей мере, одним затвором, взаимодействующим с толкателем или с направляющей для закрытия, открытия или частичного перекрытия проходного сечения трубы, затвор закреплен на направляющей или толкателе консольно посредством держателя, другой конец которого шарнирно соединен с затвором, а механизм регулирования перекрытия проходного сечения трубы выполнен в виде тяги, шарнирно соединенной с толкателем и затвором или направляющей и затвором.
В скребке толкатель выполнен с возможностью фиксации в требуемых положениях.
В четвертом варианте выполнения указанный результат достигается тем, что в скребке автоматическом для очистки внутренней поверхности труб с толкателем, размещенным в направляющей с возможностью перемещения и поочередного взаимодействия с ограничителями хода скребка в конечных точках очистки и с, по меньшей мере, одним затвором, взаимодействующим с направляющей для закрытия, открытия или частичного перекрытия проходного сечения трубы, по меньшей мере, один затвор состоит, по меньшей мере, из двух частей, а механизм регулирования перекрытия проходного сечения трубы выполнен в виде тяги, шарнирно соединенной с направляющей и с периферией каждой части, при этом части выполнены с возможностью встречного или одностороннего поворота на одной оси, установленной в толкателе поперек оси трубы в выполненном в направляющей, расположенной по оси скребка, продольном пазу с возможностью возвратно-поступательного перемещения.
Указанный результат достигается и тем, что толкатель выполнен с возможностью фиксации в требуемых положениях.
На фиг.1 схематично изображен скребок автоматический для очистки внутренней поверхности труб, согласно изобретению, с двумя направляющими с расположением затвора и механизма регулирования перекрытия проходного сечения трубы на направляющей в нижней части скребка,
на фиг.2 - то же с грузом, закрепленным на скребке,
на фиг.3 - разрез А-А фиг.1,
на фиг4 - изображен скребок с двумя направляющими с расположением затвора и механизма регулирования перекрытия проходного сечения трубы на направляющей в верхней части скребка,
на фиг.5 - то же с грузом на подвеске для регулирования скорости перемещения скребка,
на фиг.6, 6а - изображен скребок с креплением груза по оси скребка,
на фиг.7 - узел крепления груза к скребку фиг.2, 6,
на фиг.8, 8а - изображен скребок с центральным расположением направляющей с толкателем и механизмом регулирования перекрытия проходного сечения трубы в виде шарнирной тяги и затвором, в положении "закрыто" соответственно с односторонним расположением тяг относительно направляющей и с расположением тяг на противоположных сторонах,
на фиг.9 - то же, вид сверху,
на фиг.10 - скребок с консольным креплением затвора в положении "открыто",
на фиг.11 - то же, вид по стрелке А,
на фиг.12 - то же, вид сверху.
Скребок автоматический для очистки внутренней поверхности труб состоит (фиг.1) из двух направляющих 1, 2, расположенных по длине скребка, например в виде несущих элементов, которые могут иметь различную форму: кольцевую, овальную и т.п., и, по существу, являются корпусом скребка, толкателя 3, установленного в направляющих 1, 2 с возможностью перемещения и поочередного взаимодействия с ограничителями хода скребка (на черт. не показаны) в конечных точках очистки, затвора 4 для закрытия, открытия или частичного перекрытия проходного сечения трубы и механизма регулирования перекрытия проходного сечения трубы, выполненного в виде зубчатой рейки 5, установленной на толкателе 3 и зубчатого колеса 6, смонтированного на поворотной оси 7 затвора 4. Возможна также установка колеса 6 на толкателе, а рейки 5 на поворотной оси 7. Последняя размещена в трубчатом элементе 8 или опорах - стойках (на черт. не показаны), закрепленных на несущем элементе 1 (фиг.1, 2) или 2 (см. фиг.4, 5), при этом толкатель 3 расположен снаружи трубчатого элемента 8 или опор, а зубчатые рейка 5 и колесо 6 расположены соответственно на толкателе 3 или оси 7 или наоборот. Направляющих может быть несколько, так же как и затворов, их располагают по длине скребка, при этом толкатель 3 может быть выполнен или с одной зубчатой рейкой или с несколькими для взаимодействия с зубчатым колесом поворотной оси каждого затвора, смонтированного на направляющих. Скребок снабжен фиксатором 9, выполненным в направляющей 2 или в направляющей 1 при размещении трубчатого элемента 8 в ней и взаимодействующим с выемками 10 толкателя 3, для ограничения перемещений последнего. Фиксатор 9 может быть выполнен и на затворе 4. Направляющие 1, 2 снабжены ножами 11, которые выполнены спиралеобразными для придания вращения скребку при его перемещении по трубе. Скребок также может быть снабжен лопастями (на черт. не показаны) для придания вращения скребку. Скребок (на черт. не показан) может быть выполнен в виде одной направляющей - втулки, по длине которой на поворотной оси установлены затворы, взаимодействующие с толкателем, а механизм регулирования перекрытия проходного сечения выполнен зубчато-реечным, связывающим каждую поворотную ось и толкатель. Для регулирования скорости перемещения скребка он снабжен сменным грузом 12, закрепленным по оси скребка на перекладине 13, смонтированной на трубчатом элементе 8 или опорах-стойках.
В другом варианте скребок выполнен в виде направляющей 14 (см фиг.10), в которой размещен толкатель 3, с возможностью перемещения и поочередного взаимодействия с ограничителями хода скребка в конечных точках очистки и с затворами 4, взаимодействующими с толкателем 3 или с направляющей 14 для закрытия, открытия или частичного перекрытия проходного сечения трубы, каждый затвор 4 закреплен на направляющей 14 или толкателе 3 консольно посредством держателя 15, другой конец которого шарнирно соединен с затвором 4, а механизм регулирования перекрытия проходного сечения трубы выполнен в виде тяги 16, шарнирно соединенной с толкателем 3 и затвором 4 или направляющей 14 и затвором 4. Возможен вариант выполнения скребка с одним затвором, а также вариант выполнения скребка с направляющими, расположенными по длине скребка, и с затвором на каждой из них. Механизм регулирования перекрытия проходного сечения трубы может быть выполнен зубчато-реечным, затворы могут быть разного диаметра, а на направляющей могут быть установлены ножи спиралеобразные с переменным шагом.
На фиг.8 представлен еще один вариант выполнения скребка, в котором толкатель, размещен в направляющей 17 и имеет один затвор 4 или затворы, каждый из которых состоит из двух частей, а механизм регулирования перекрытия проходного сечения трубы выполнен в виде тяги 18, шарнирно соединяющей направляющую 17 с периферией каждой части, при этом части выполнены с возможностью встречного или одностороннего поворота на одной оси 18, установленной в толкателе 3 поперек оси трубы в выполненном в направляющей, расположенной по оси скребка, продольном пазу 19 с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Односторонний поворот может быть осуществлен при соединении частей затвора между собой и поворачивании затвора одной тягой. Толкатель выполнен с возможностью фиксации в требуемых положениях (на черт. не показано). Ось 18 каждого затвора 4 расположена как параллельно, так и не параллельно оси 18 предыдущего затвора 4. В вариантах выполнения скребка затвор 4 может быть снабжен лопастями (на черт. не показано) для придания вращения скребку. Кроме того, затвор 4 одновременно выполняет функцию ножей или снабжен ножам 20 (см. фиг.3).
Работа устройства происходит следующим образом. Во всех вариантах при положении скребка, как показано на фиг.1-9 он представляет собой поршень и продвигается по трубе потоком жидкости или газа или вверх потоком нефти по колонне насосных труб. При этом в результате взаимодействия спиральных ножей 11 или лопастей на затворе 4 с потоком рабочей среды происходит перемещение скребка и его вращательное движение, при этом скребок очищает поверхность трубы от парафиновых и других отложений. Двигаясь по трубе, скребок доходит до ограничителя хода (например, лубрикаторной задвижки, на черт. не показана), при этом толкатель 3 от удара перемещается в направлении навстречу потоку, приводит в движение механизм регулирования перекрытия проходного сечения трубы, выполненный зубчато-реечным, как, например, на фиг.1 или фиг.12 или в виде тяги 16, шарнирно соединенной с толкателем 3 и затвором 4 или направляющей 14, 15 и затвором 4 (см. фиг.8-11), приводя в движение поворотный затвор 4. Затвор 4 открывается, а его положение фиксируется в открытом положении фиксатором 9, при этом проходное сечение трубы открывается, обеспечивая беспрепятственное прохождения потока рабочей среды, что приводит к устранению силы, приводящей в движение скребок в направлении потока. Последний под действием собственного веса или веса скребка и присоединяемого к нему груза 12 перемещается по трубе в обратном направлении, например опускается по НКТ вниз до ограничителя. Толкатель 3 после удара об ограничитель перемещается в обратном направлении, приводя поворотный затвор 4 механизмом регулирования перекрытия проходного сечения трубы в первоначальное закрытое положение. Затвор 4 фиксируется в закрытом положении фиксатором 9. Далее цикл повторяется.
Скребок, согласно группе изобретений, обеспечивает повышение надежности, долговечности и эффективности работы при одновременном его использования в трубах, как с большими, так и с малыми скоростями движения потока, различной вязкости за счет того, что скребок снабжен механизмом регулирования перекрытия проходного сечения трубы, который позволяет открывать проходное сечение в зависимости от физических свойств потока и условий его транспортирования, при этом регулирование перекрытия сечения осуществляется в широких пределах, а сам механизм прост в изготовлении.
1. Скребок автоматический для очистки внутренней поверхности труб с толкателем, размещенным в, по меньшей мере, одной направляющей с возможностью перемещения и поочередного взаимодействия с ограничителями хода скребка в конечных точках очистки и с, по меньшей мере, одним затвором, взаимодействующим с толкателем для закрытия, открытия или частичного перекрытия проходного сечения трубы, который снабжен приводимым в действие ходом толкателя механизмом регулирования перекрытия проходного сечения трубы, обеспечивающим принудительное относительное перемещение толкателя и затвора.
2. Скребок по п.1, в котором толкатель или затвор выполнен с возможностью фиксации в требуемых положениях.
3. Скребок по п.1, в котором затвор установлен на поворотной оси, толкатель установлен в направляющей, выполненной, например, в виде стойки, а при установке толкателя в направляющих в виде несущих элементов, расположенных по длине скребка, ось размещена в трубчатом элементе или опорах, закрепленных на одном из несущих элементов, а толкатель - снаружи трубчатого элемента или опор, при этом механизм регулирования перекрытия проходного сечения трубы выполнен зубчато-реечным и расположен соответственно на оси и толкателе.
4. Скребок по п.1, в котором механизм регулирования перекрытия проходного сечения трубы выполнен в виде тяги, шарнирно соединенной с толкателем и затвором, а затвор закреплен на направляющей консольно при помощи держателя, другой конец которого шарнирно соединен с затвором.
5. Скребок по п.1, в котором, по меньшей мере, один затвор состоит, по меньшей мере, из двух частей, а механизм регулирования перекрытия проходного сечения трубы выполнен в виде тяги, шарнирно соединенной с направляющей и с периферией каждой части, при этом части выполнены с возможностью встречного или одностороннего поворота на одной оси, установленной на стороне, противоположной периферии, и поперек оси трубы в выполненном в направляющей продольном пазу с возможностью возвратно-поступательного перемещения.
6. Скребок по п.1, в котором затвор состоит из одной части, выполненной с возможностью поворота на оси и установленной в толкателе поперек его телу, а механизм регулирования перекрытия проходного сечения трубы выполнен в виде тяги, шарнирно соединенной с периферией части и с направляющей, в которой выполнен продольный паз для возвратно-поступательного движения оси.
7. Скребок по любому из пп.1-6, который дополнительно снабжен грузом для регулирования скорости его перемещения, закрепленным в скребке.
8. Скребок по любому из пп.1-6, в котором затвор одновременно является чистящим элементом, выполняющим функции ножей, или снабжен ножами.
9. Скребок по любому из пп.1-6, в котором он снабжен лопастями для обеспечения вращения скребка в полости трубы, при этом лопасти могут быть размещены на затворе или затвор может иметь форму лопастей.
10. Скребок по любому из пп.1-6, в котором ось каждого следующего затвора расположена не параллельно оси предыдущего затвора.
11. Скребок автоматический для очистки внутренней поверхности труб с толкателем, размещенным в, по меньшей мере, одной направляющей с возможностью перемещения и поочередного взаимодействия с ограничителями хода скребка в конечных точках очистки и с, по меньшей мере, одним затвором, взаимодействующим с толкателем для закрытия, открытия или частичного перекрытия проходного сечения трубы, в котором затвор установлен на поворотной оси, а механизм регулирования перекрытия проходного сечения трубы выполнен зубчато-реечным, связывающим соответственно поворотную ось и толкатель.
12. Скребок по п.11, в котором толкатель или затвор выполнен с возможностью фиксации в требуемых положениях.
13. Скребок автоматический для очистки внутренней поверхности труб с толкателем, размещенным в, по меньшей мере, одной направляющей с возможностью перемещения и поочередного взаимодействия с ограничителями хода скребка в конечных точках очистки и с, по меньшей мере, одним затвором, взаимодействующим с толкателем или с направляющей для закрытия, открытия или частичного перекрытия проходного сечения трубы, в котором затвор закреплен на направляющей или толкателе консольно посредством держателя, другой конец которого шарнирно соединен с затвором, а механизм регулирования перекрытия проходного сечения трубы выполнен в виде тяги, шарнирно соединенной с толкателем и затвором или направляющей и затвором.
14. Скребок по п.13, в котором толкатель выполнен с возможностью фиксации в требуемых положениях.
15. Скребок автоматический для очистки внутренней поверхности труб с толкателем, размещенным в направляющей с возможностью перемещения и поочередного взаимодействия с ограничителями хода скребка в конечных точках очистки и с, по меньшей мере, одним затвором, взаимодействующим с направляющей для закрытия, открытия или частичного перекрытия проходного сечения трубы, в котором, по меньшей мере, один затвор состоит, по меньшей мере, из двух частей, а механизм регулирования перекрытия проходного сечения трубы выполнен в виде тяги, шарнирно соединенной с направляющей и с периферией каждой части, при этом части выполнены с возможностью встречного или одностороннего поворота на одной оси, установленной в толкателе поперек оси трубы в выполненном в направляющей, расположенной по оси скребка, продольном пазу с возможностью возвратно-поступательного перемещения.
16. Скребок по п.15, в котором толкатель выполнен с возможностью фиксации в требуемых положениях.
