Поршень очистной (варианты)

Изобретение относится к устройствам для очистки внутренних поверхностей трубопроводов, в частности магистральных трубопроводов, и обеспечивает повышение эффективности очистки за счет двунаправленного движения чистящих элементов: вдоль и поперек продольной оси трубопровода. Поршень содержит трубчатый корпус, оснащенный по концам блоками дисков, стянутых каждый из них в пакет между фланцем, закрепленным на корпусе, и прижимным кольцом, состоящий из дисков направляющего, уплотняющего и промежуточных распорных элементов. Поршень оснащен как минимум одним чистящим элементам, выполненным в виде диска с обоймой, в направляющих которой установлены клыки под углом 60° к продольной оси поршня, выполненные Г-образными. В другом варианте выполнения поршень содержит трубчатый корпус, оснащенный как минимум одним блоком уплотняющих и чистящих элементов, разделенных распорным элементом, стянутым в пакет между фланцем, закрепленным на корпусе, и прижимным кольцом, при этом чистящий элемент выполнен так же, как и в первом варианте, а второй такой же чистящий элемент установлен на обойме, которая соединена с корпусом с возможностью взаимного поворота вокруг продольной оси. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для чистки внутренних поверхностей трубопроводов, в частности магистральных трубопроводов, и может быть использовано для:

- очистки полости трубопроводов от строительного мусора, мягких (в т.ч. нефтяных) отложений и частично твердых, удаление конденсата;

- проведения работ по продувке, промывке, испытанию или консервации строящихся и эксплуатируемых магистральных, промысловых трубопроводов, в т.ч. трубопроводов с запорной арматурой, имеющих равнопроходное внутреннее сечение.

Известен поршень очистной двунаправленный [1], содержащий трубчатый заглушенный с обоих концов корпус, оснащенный блоками дисков, стянутых в пакет между фланцами, закрепленными на корпусе, и прижимным кольцом, состоящий из гибких дисков эластомерных, направляющих и уплотнительных, причем направляющие диски в пакетах расположены ближе других к концам корпуса и имеют диаметр, равный или меньший диаметра внутренней поверхности трубопровода.

Этому устройству присуща энергетическая неэффективность процесса очистки стенок трубопровода от твердых отложений на них, поскольку очистка производится методом сдвига, а не срезания потому, что мягкие уплотнительные кольца не имеют четко выраженной режущей кромки, прижатой к стенке трубы, а жесткие уплотнительные кольца, кромка которых вначале пробега прижата к стенке, в процессе работы изнашиваются и далее при очистке сдвигают отложения.

Данное устройство наиболее целесообразно к применению для разделения разносортных сред и вытеснения воздуха или воды при гидроиспытаниях трубопровода.

Известно устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода [2], выполненное в виде двух секций - головной и хвостовой, шарнирно соединенных между собой. В каждой из секций имеется полый корпус с соплами в его головной части и соосно установленные на нем блоки из очистных и центрирующих дисков. Между блоками головной секции расположен очистной узел. Корпус в хвостовой части каждой секции снабжен глухой торцевой стенкой, ближайший к ней диск хвостового блока имеет диаметр, меньший внутреннего диаметра трубопровода, и образует совместно со стенкой трубопровода кольцевой канал. При этом остальные диски хвостового блока по их периферии снабжены сквозными отверстиями. В корпусе имеется канал, сообщающий через отверстия в дисках и кольцевой канал участки полости трубопровода, расположенные перед и позади секции. Блоки очистных и центрирующих дисков, установленные в головной части каждой секции, представляют собой пакет из очистных дисков, диаметр которых соответствует наружному диаметру трубопровода, центрирующих дисков, диаметр которых соответствует внутреннему диаметру трубопровода, и прокладочных дисков. Все диски выполнены из полиуретана.

Недостатком известного изобретения является то, что очистка стенок трубопровода (в данном случае от парафинсодержащих отложений), также осуществляется сдвигом ("сгребанием") отложений.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому по совокупности существенных признаков является поршень очистной дисковый двунаправленный [3], принятый за прототип, содержащий трубчатый заглушенный с обоих концов корпус, оснащенный по концам блоками дисков, стянутых каждый из них в пакет шпильками между фланцем, закрепленным на корпусе, и прижимным кольцом, состоящий из полиуретановых или из какого-либо другого прочного гибкого эластомера дисков: одного направляющего, диаметр которого равен или меньше на некоторую величину внутреннего диаметра трубопровода, одного или более уплотняющих, диаметр которых на некоторую величину - «натяг» - больше внутреннего диаметра трубопровода, и промежуточных, возможно изготовленных из полиэтилена, разделяющих дистанционно между собой направляющие и уплотняющие диски, причем направляющие диски в пакетах расположены ближе других к концам корпуса, кромки направляющих и уплотняющих дисков, примыкающие к стенке трубопровода с обоих сторон дисков, имеют угол заострения не менее 90°, что обеспечивается наличием на периферии дисков с обеих сторон кольцевых выемок, имеющих в поперечном сечении форму неравнобедренного треугольника, при этом у уплотнительных дисков величина угла заострения кромок обратно пропорциональна «натягу».

Кроме того, направляющие и уплотняющие диски армированы вдоль их плоскостей стеклосеткой или какой-либо другой гибкой высокопрочной сеткой в несколько слоев: посередине и у поверхности дисков.

К недостаткам данного изобретения необходимо отнести недостаточно высокую степень очистки внутренней поверхности трубопроводов от твердых отложений ввиду однонаправленного процесса очитки, а именно - вдоль трубы.

Технической задачей, решаемой данным изобретением, является повышение эффективности очистки внутренних поверхностей трубопроводов при обеспечении очистки от твердых отложений за счет двунаправленного движения очистных элементов: вдоль движения и поперек оси трубопровода.

Поставленная задача решается поршнем очистным, содержащим трубчатый корпус, оснащенный как минимум одним блоком уплотняющих, чистящих и разделительных элементов, стянутых в пакет.

Новым согласно изобретению является выполнение чистящего элемента в виде диска с обоймой, в направляющих которой установлены клыки, клыки выполнены Г-образными, могут быть установлены под углом 60° к продольной оси поршня, на кромке клыка выполнен зуб из износостойкого материала, например дюралюминия.

Корпус поршня может быть выполнен составным, части корпуса соединены с возможностью взаимного поворота вокруг общей оси, как минимум на одной из частей корпуса, установленных с возможностью взаимного поворота вокруг продольной оси, закреплены чистящие элементы.

Уплотняющие элементы могут быть выполнены в виде дисков или манжет. Диски выполнены из износостойкого прочного и упругого материала, например полиуретана, манжеты могут быть выполнены из резины или иного прочного и гибкого материала.

Для поршней малых диаметров применяют направляющие и уплотняющие диски, а для поршней больших диаметров применяются манжеты, которые выполняют функции, как направляющих, так и уплотняющих элементов.

Уплотняющие, разделительные элементы и клыки выполнены также из какого-либо прочного гибкого эластомера, например полиуретана.

Клыки могут быть установлены в направляющих под углом от 15 до 60° к продольной оси поршня, что обеспечивает гарантированный значительный поворот корпуса обоймы вокруг продольной оси под действием сил трения при движении поршня по трубопроводу.

При установке клыков под другим углом поворот корпуса обоймы вокруг продольной оси под действием сил трения при движении поршня будет затруднен, но будет, тем не менее, происходить. Тормозящее воздействие на отдельный клык (или группу клыков) попадающих на траектории перемещения клыка отложений будет создавать поворачивающий момент в отношении других частей поршня, свободных от отложений.

Блоки дисков стянуты в пакет посредством, например, шпилек между фланцем, закрепленным на корпусе и прижимным кольцом.

Эффект очистки заключается в том, что при прохождении поршня по трубопроводу очистка осуществляется чистящим элементом с Г-образными клыками, установленными в обойму, за счет чего происходит срезание отложений от стенок трубопровода.

При движении поршня вдоль трубопровода происходит поворот поршня с обоймой вокруг продольной оси, при этом очистка осуществляется не только вдоль трубопровода, но и в поперечном направлении.

Клыки имеют на чистящей кромке так называемый зуб из дюралюминия или иного износостойкого материала, что дополнительно обеспечивает повышение качества очистки трубопровода от отложений, в том числе твердых парафинсодержащих отложений.

На фиг.1 представлен конкретный пример выполнения заявляемого поршня очистного с направляющими и уплотняющими элементами в виде дисков, с цельным корпусом (вариант 1), на фиг.2 представлен заявляемый поршень очистной (вариант 2) с манжетами в качестве направляющих и уплотняющих элементов, также с цельным корпусом, на фиг.3 представлен заявляемый поршень с направляющими и уплотняющими элементами в виде дисков, с составным корпусом (вариант 3), обеспечивающим возможность более эффективного поворота вокруг общей оси части поршня, что обеспечивает более эффективную очистку, на фиг.4 представлен вариант поршня с манжетами в качестве направляющих и уплотняющих элементов и составным корпусом.

Поршень очистной дисковый по первому варианту, (см. фиг.1), предназначенный для очистки труб малого диаметра, состоящий из трубчатого корпуса 1, заглушенного с обоих концов, оснащенного по концам блоками дисков 2, 3 и 4, стянутых каждый из них в пакет, например, между фланцем 5, закрепленным на корпусе 1 и прижимным кольцом 6, крепежным элементом 7, через распорный элемент - Н образную проставку 8, каждый блок состоит из полиуретановых или из какого-либо другого прочного гибкого эластомера дисков: одного направляющего диска 2, диаметр которого равен или меньше на некоторую величину внутреннего диаметра трубопровода, одного или более уплотняющих дисков 3, диаметр которых на некоторую величину - «натяг» - больше внутреннего диаметра трубопровода, распорных элементов, в данном случае выполненных в виде дисков 4 меньшего диаметра, возможно изготовленных из полиуретана, разделяющих дистанционно между собой направляющие 2 и уплотняющие диски 3, причем направляющие диски 2 в пакетах расположены ближе других к концам корпуса 1, чистящий элемент выполнен в виде обоймы 9 с установленными в ней Г-образными клыками 10, на кромке клыка выполнен зуб 11 из износостойкого материала (дюралюминия), причем клыки установлены в направляющих, выполненных на обойме.

На фиг.1 «а» представлен клык с зубом, установленным на его кромке.

На фиг.1 «б» представлена обойма 9 с клыками 10, установленными в направляющих по окружности обоймы.

Дюралюминиевый зуб устанавливается в полиуретановом клыке в процессе его отливки.

На фиг.2 представлен поршень очистной манжетный по второму варианту, предназначенный для очистки труб большого диаметра, состоящий из трубчатого корпуса 1, заглушенного с обоих концов, оснащенного по концам блоками, состоящими из направляющего и уплотняющего элемента 2, выполненного в виде манжеты, чистящего элемента, выполненного в виде обоймы 9, манжета 2 и обойма 9 разделены распорным элементом 4, выполненным в виде диска, обойма 9 оснащена направляющими с установленными в ней Г-образными клыками 10, на кромке клыка 10 выполнен зуб 11 из износостойкого материал, например дюралюминия, пакеты, состоящие из манжеты 2 и обоймы 9, стянуты, например, шпильками 7 между фланцем 5, жестко закрепленным на корпусе 1 и прижимным кольцом 6.

На фиг.2 «а» представлен клык полиуретановый с дюралюминиевым зубом, на фиг.2 «б» представлена обойма 9 с клыками 10, установленными в направляющих по окружности обоймы.

На фиг.3 представлен поршень очистной дисковый по третьему варианту, предназначенный для очистки труб малого диаметра с составным корпусом, состоящий из трубчатого корпуса 1, оснащенного по концам блоками дисков: направляющего 2 и уплотняющего 3, стянутых каждый из них в пакет, например, между фланцем 5, закрепленным на корпусе 1 и прижимным кольцом 6, крепежным элементом 7, чистящий элемент выполнен в виде обоймы 9, с установленными в ней Г-образными клыками 10, на кромке клыка 10 выполнен зуб 11 из износостойкого материала (дюралюминия), причем клыки установлены в направляющих, выполненных на обойме, под углом от 15 до 60° к продольной оси (см. фиг.3 «в»), второй пакет расположен на разных частях корпуса: уплотняющий 2 и направляющий 3 элементы - на основном корпусе 1, а чистящий элемент - на обойме 10, установленной на корпусе обоймы 12, соединенном с основным корпусом 1 через посредство подшипника качения 13 (см. фиг.3 «а»), обеспечивающего возможность поворота корпуса обоймы вокруг продольной оси поршня, Г-образные клыки 5 в направляющих обоймы 10 установлены под углом 30° к перпендикуляру продольной оси поршня (см. фиг.4 «а»).

На фиг.3 «а» представлен вид «В» на соединение корпуса 1 с корпусом-обоймой очистного элемента 12 посредством подшипника качения 13.

На фиг.3 «б» представлена обойма 9 с клыками 10, установленными в направляющих по окружности обоймы.

На фиг.3 «в» представлен клык 10, установленный в направляющих обоймы 9 под углом 30° к вертикали продольной оси трубопровода (или 60° к самой продольной оси).

На фиг.4 представлен поршень очистной по четвертому варианту, манжетный, для очистки труб большого диаметра с составным корпусом, состоящий из трубчатого корпуса 1, оснащенного блоками, состоящими из направляющего элемента 2, выполненного в данном частном случае в виде манжеты, чистящего элемента, выполненного в виде обоймы 9, манжета 2 и обойма 9 разделены распорным элементом 4, выполненным в виде диска, обойма 9 оснащена направляющими с установленными в ней Г-образными клыками 10, на кромке клыка 10 выполнен зуб 11 из износостойкого материала, например дюралюминия, пакет, состоящий из манжеты 2, обоймы 9 и распорного элемента 4, стянут, например, шпильками 7 между фланцем 5, жестко закрепленным на корпусе 1, и прижимным фланцем 6, второй пакет расположен на разных частях корпуса: манжета 2 - на основном корпусе 1, а чистящий элемент - на обойме 9, установленной на корпусе 12, соединенном с основным корпусом 1 через посредство подшипника качения 13 (см. фиг.4 «а»), обеспечивающего поворот корпуса обоймы 12 вокруг продольной оси поршня, Г-образные клыки 5 в направляющих обоймы 9 установлены под углом 30 к перпендикуляру продольной оси поршня (см. фиг.4 «а»).

На фиг.4 «а» представлен фрагмент соединения основного корпуса 1 и корпуса 12 обоймы 9, обеспечивающего вращение обоймы 9 вокруг продольной оси трубопровода.

На фиг.4 «б» представлена обойма 9 с клыками 10, установленными в направляющих по окружности обоймы.

На фиг.4 «в» представлен клык 10, установленный в направляющих обоймы под углом 30° к вертикали продольной оси трубопровода (или 60° к самой продольной оси).

Направляющие, в которых установлены клыки, могут быть выполнены параллельно продольной оси (вариант 1 и 2), в этом случае поворот корпуса обоймы с клыками вокруг продольной оси будет затруднен.

Количество клыков в обойме определяется диаметром трубы.

Очистка осуществляется следующим образом.

Движение поршня осуществляется за счет перепада давлений рабочей среды перед уплотняющим элементом и за ним.

При запасовке поршня в трубопровод уплотнительные диски 3, диаметр которых больше внутреннего диаметра трубопровода на "натяг", деформируются, причем края дисков 3 изгибаются в сторону, обратную направлению движения.

Диски 3 являются не только уплотнительными, но также выполняют функцию чистящих элементов. Диски направляющие 2, диаметр которых равен или на некоторую величину меньше внутреннего диаметра трубопровода, при запасовке не деформируются и служат для направления и центрации поршня в целом в трубопроводе и поэтому расположены в самых крайних по отношению к дискам 3 положениях по концам корпуса 1.

Диски 2, кроме того, служат для первичной очистки стенок трубопровода от отложений, поэтому для восприятия без значительной деформации усилий чистки толщина их значительно больше толщины дисков 3, которые усилия чистки воспринимают за счет сил упругости сдеформированного диска 3 и сил давления рабочей среды в трубопроводе за поршнем.

Отложения, которые смогли пройти через зазоры между стенкой трубопровода и диском 2, образовавшиеся за счет разницы внутреннего диаметра трубопровода и диска 2 или же за счет износа последнего, дочищаются дисками 3. При этом происходит очистка прямая, по линиям, образующим цилиндр трубопровода.

При движении поршня отдельные клыки, зацепляясь за отложения на внутренней поверхности трубопровода (отложения будут располагаться не по всей окружности, а фрагментами), срезая эти отложения, создают вращательный момент, за счет которого поршень получает вращательное движение вокруг продольной оси, и клыки производят очистку поверхности трубопровода не только вдоль, но и под углом к продольной оси трубопровода, что повышает эффективность очистки.

При движении поршня клыки (по варианту 3 и 4), установленные под углом 15-60° к продольной оси трубопровода, также создают вращательный момент, величина которого будет значительно превосходить вращательный момент по варианту 1 и 2, за счет которого поршень получает вращательный момент большей величины, и клыки производят очистку поверхности трубопровода не только вдоль, но и под углом к продольной оси трубопровода, что повышает эффективность очистки.

Наличие в конструкции обоймы с клыками, расположенными по окружности и имеющими Г-образную заостренную форму и зуб на кромке клыка из дюралюминия, обеспечивает более эффективную очистку трубопроводе за счет срезания твердых закоксовавшихся нефтяных отложений как вдоль, так и поперек трубопровода.

Заявляемый поршень обеспечивает более эффективную очистку поверхностей труб за счет срезания отложений на внутренней поверхности трубы заостренными Г-образными клыками с дюралюминиевым зубом на кромке.

За счет наличия перпендикулярной составляющей в прикладываемых к очистным элементам усилиях очистка производится на качественно новом уровне - не только вдоль движения поршня, но и в перпендикулярном направлении. Причем для поршня, клыки которого установлены под углом 60° к продольной оси, эта составляющая будет максимальной, т.е. поршень будет поворачиваться вокруг продольной оси на максимальный угол и степень очистки будет максимальной.

Заявляемый поршень имеет повышенную износостойкость чистящих элементов за счет их конструктивного выполнения в виде буквы Г с заострением, на кромке которого выполнен зуб из износостойкого материала.

Заявляемый поршень прост в реализации, может с успехом применяться для очистки внутренних поверхностей трубопроводов.

Источники информации

1. Патент GB N 1298241, МПК В08В 9/04, 1972.

2. Патент РФ N 2129924, МПК (7) В08В 9/04, 1999.05.10.

3. Патент РФ №2177378, МПК (7) В08В 9/055, 2001.12.27.

1. Поршень очистной, содержащий трубчатый корпус, оснащенный по концам блоками дисков, стянутых каждый из них в пакет между фланцем, закрепленным на корпусе, и прижимным кольцом, состоящий из дисков направляющего, уплотняющего и промежуточных распорных элементов, отличающийся тем, что поршень оснащен как минимум одним чистящим элементам, выполненным в виде диска с обоймой, в направляющих которой установлены клыки под углом 60° к продольной оси поршня, выполненные Г-образными.

2. Поршень по п.1, отличающийся тем, что на кромке клыка выполнен зуб из износостойкого материала.

3. Поршень по п.1, отличающийся тем, что клыки выполнены из полиуретана или из какого-либо другого прочного гибкого эластомера.

4. Поршень очистной, содержащий трубчатый корпус, оснащенный как минимум одним блоком уплотняющих и чистящих элементов, разделенных распорным элементом, стянутым в пакет между фланцем, закрепленным на корпусе, и прижимным кольцом, отличающийся тем, что чистящий элемент выполнен в виде диска с обоймой, в направляющих которой установлены клыки под углом 60° к продольной оси поршня, выполненные Г-образными, второй такой же чистящий элемент установлен на обойме, которая соединена с корпусом с возможностью взаимного поворота вокруг продольной оси.

5. Поршень по п.4, отличающийся тем, что на кромке клыка выполнен зуб из износостойкого материала.

6. Поршень очистной по п.4, отличающийся тем, что клыки выполнены из полиуретана или из какого-либо другого прочного гибкого эластомера.