Способ регулирования движения аппарата для внутритрубного обследования и аппарат для его осуществления

Изобретение относится к внутритрубному обследованию трубопроводов. Способ заключается в том, что задают пределы оптимальной скорости перемещения аппарата в потоке транспортируемого продукта и стабилизируют скорость перемещения в заданных пределах изменением проходного сечения аппарата, при этом часть потока направляют в отдельный канал малого сечения f, выбранного из условия f=(0,03-0,50)F, создают перепад между давлениями в канале малого сечения и в проходном сечении аппарата и изменяют проходное сечение аппарата путем использования этого перепада давления. В аппарате для реализации способа в полости патрубка, т.е. в канале малого сечения, образовано центрально расположенное клапанное седло и установлен с возможностью продольного перемещения конусообразный запорный орган со штоком, связанным через клапанное седло с приводом возвратно-поступательного перемещения, который установлен перед патрубком по его оси, а раздвижные диафрагмы выполнены в виде гибких перегородок, закрепленных на пилонах с возможностью складывания на патрубке, и поджаты к его внешней поверхности при помощи тарированной пружины и рычагов, причем под перегородками в патрубке выполнены сквозные окна, а поперечное сечение f канала патрубка выбрано из условия f=(0,03-0,50)F, где F - проходное сечение аппарата, мм². Техническим результатом изобретения является расширение диапазона воздействующих усилий на аппарат в пределах регулируемой скорости его перемещения при минимальных затратах энергии за счет использования давления транспортируемого продукта и сокращение переходных процессов при смене режимов ускорения и торможения аппарата. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к обслуживанию трубопроводов и может найти применение в аппаратах, предназначенных для внутритрубного обследования трубопроводов и перемещаемых внутри трубопроводов потоком текучей по ним среды.

В известных способах внутритрубной дефектоскопии аппарат перемещается по трубе со скоростью, определяемой скоростью движения потока транспортируемого продукта, что не позволяет снизить скорость перемещения аппарата. Основной проблемой при проведении дефектоскопии является согласование скорости аппарата, режима работы диагностической аппаратуры и режима эксплуатации трубопровода.

Известен «Способ внутритрубной дефектоскопии и дефектоскоп-снаряд для его осуществления» по патенту РФ №2109206 С1 от 11.04.96 г., МПК 7 F17D 5/00, заключающийся в измерении параметров материала стенок трубы и величины тока, распределенного в стенках трубы, при перемещении аппарата по трубопроводу в потоке транспортируемого продукта. Определяют отклонение измеренных параметров от их заданных значений, регистрируют их, по команде из системы управления останавливают аппарат, возвращают его к месту выявленного отклонения и с заданной скоростью проводят повторную дефектоскопию. Устройство содержит двухмодульный механизм, снабженный блоками источников излучения. Каждый модуль имеет опорные органы. Один из модулей оснащен аэродинамическим винтом, вал которого соединен с валом гидронасоса, от которого через электрогидроклапаны запитывается гидросистема, обеспечивающая осевое возвратно-поступательное перемещение одного модуля относительно другого.

Использование этого способа регулирования скорости движения аппарата с шаговым перемещением корпусов приводит к существенному удлинению времени инспекции трубопровода.

Наиболее близким к предлагаемому решению является «Способ регулирования движения аппарата для внутритрубного обследования трубопроводов и аппарат для его осуществления» по патенту РФ №2270955 С2 от 01.2006, МПК F17D 5/00, заключающийся в использовании для регулирования движения аппарата энергии транспортируемого продукт посредством установки на аппарате автоматически управляемых систем перепускания потока - открытия или закрытия с помощью подпружиненных крышек в зависимости от давления внутренних или внешних байпасных каналов для перетекания текучей среды и выработки при этом энергии для торможения аппарата.

Однако посредством предложенных автором крышек в запорно-регулирующем устройстве, открывающих либо закрывающих байпасный канал, не обеспечивается достаточное перекрытие проточного канала через аппарат (из-за остающихся проходов по сторонам крышек). По этой причине, при внезапно возникающей преграде на пути движения: изгиб трубопровода, деформации и т.д., невозможно в достаточной степени увеличить усилие проталкивания, т.е. резко поднять давление транспортируемого продукта на аппарат и увеличить скорость его перемещения для преодоления торможения и застревания. Наличие же в байпасном канале турбины, связанной с тормозным устройством, существенно увеличивает длительность переходных процессов при смене режимов ускорения и торможения аппарата, уменьшает быстродействие запорно-регулирующего устройства.

Техническим результатом предлагаемого решения является расширение диапазона воздействующих усилий на аппарат в пределах регулируемой скорости его перемещения при минимальных затратах энергии за счет использования давления транспортируемого продукта, сокращение переходных процессов при смене режимов ускорения и торможения аппарата и повышение быстродействия.

Поставленные технические задачи решаются тем, что задают пределы оптимальной скорости перемещения аппарата в потоке транспортируемого продукта и стабилизируют скорость перемещения в заданных пределах изменением проходного сечения аппарата, a согласно изобретению часть потока направляют в канал патрубка малого сечения f, выбранного из условия

f=(0,03-0,50)F,

где F - проходное сечение аппарата, создают перепад между давлениями в канале патрубка и в проходном сечении аппарата, которое изменяют путем использования упомянутого перепада давления.

Известен дефектоскоп-снаряд для внутритрубного обследования трубопроводов по патенту РФ №2069282 С1 от 09.12.93 г., МПК F17D 5/02, состоящий из транспортирующего, энергетического, дефектоскопического, регистрационного блоков, устройств определения координат дефектов. Дополнительно он снабжен байпасным патрубком для пропуска транспортируемого продукта и системой автоматического регулирования скорости перемещения, включающей датчик скорости, блок управления с задатчиком скорости перемещения и регулирующий орган в виде установленной в байпасном патрубке поворотной заслонки, кинематически связанной с реверсивным электродвигателем.

В этом устройстве кольцевой отсек между стенкой трубопровода и корпусом укомплектован вышеупомянутыми блоками и механизмами. Однако проблема с размещением диагностического оборудования остается. К тому же на поворотной заслонке возникает боковое усилие, которое вызывает смещение корпуса относительно оси трубопровода, ведущее к снижению качества дефектоскопии.

Известен регулятор скорости движения снаряда-дефектоскопа в трубопроводе по патенту США №6370721 В1 от 16.04.2001 г., МПК В08В 9/055. Устройство содержит корпус с уплотняющими манжетами, опорными колесами и запорно-регулирующие органы, воздействующие на поток текучей среды. По оси корпуса на пилонах закреплен полый цилиндр, в котором размещены элементы управления запорно-регулирующими органами. Предложены варианты исполнения запорно-регулирующих органов: в виде установленных по периметру кольцевого проточного канала в корпусе конических обечаек с перекрываемыми окнами, в виде пирамидных клиньев с поворотными звездочками, в виде полых аэродинамически обтекаемой формы деформируемых клиньев с разжимающими их изнутри поворотными рычажками (фиг.9) и т.д.

Устройство отличается сложной кинематикой управления запорно-регулирующими органами.

Наиболее близким к заявляемому решению по количеству общих признаков является внутритрубное транспортирующее средство по патенту РФ №2199695 С2 от 07.05.2001 г., МПК F17D 5/00, F16L 55/26, содержащее шасси, имеющее кольцевой проточный корпус с открытыми торцами, опорные колеса, уплотняющие элементы, формирующие кольцевой отсек для оборудования, привод возвратно-поступательного перемещения и установленное в проточной части корпуса устройство регулирования ее проходного сечения в виде двух конических диафрагм, шарнирно сочлененных большими основаниями между собой, а малыми - с силовыми кольцами, одно из которых неподвижно, а другое подвижно и соединено с приводом возвратно-поступательного перемещения. Внутри корпуса по его оси установлен полый цилиндр с герметичным отсеком для оборудования.

К недостаткам таких средств следует отнести увеличенную длину проточного корпуса, определяемую суммарной длиной сложенных конических диафрагм, а также потребность в сравнительно энергоемких источнике электропитания и приводе возвратно-поступательного перемещения в потоке достаточно массивных конических диафрагм, недостаточное быстродействие. Использование для регулирования скорости перемещения аппарата энергии потока транспортируемого продукта не предусмотрено.

Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков.

Это достигается тем, что в аппарате для внутритрубного обследования трубопроводов, перемещаемом потоком транспортируемого продукта, содержащем кольцевой проточный корпус с открытыми торцами, образующий проходное сечение аппарата, уплотняющие элементы на внешней поверхности кольцевого корпуса, формирующие кольцевой отсек для диагностического оборудования, закрепленные на указанном корпусе опорные колеса с одометрами, задатчик пределов оптимальной скорости перемещения аппарата, цилиндрический патрубок малого сечения, установленный на пилонах внутри кольцевого корпуса по его оси, раздвижные диафрагмы и привод возвратно-поступательного перемещения, в полости патрубка образовано центрально расположенное клапанное седло и установлен с возможностью продольного перемещения конусообразный запорный орган со штоком, связанным через клапанное седло с приводом возвратно-поступательного перемещения, который установлен перед патрубком по его оси, а раздвижные диафрагмы выполнены в виде гибких перегородок, закрепленных на пилонах с возможностью складывания на патрубке, и поджаты к его внешней поверхности при помощи тарированной пружины и рычагов, причем под перегородками в патрубке выполнены сквозные окна, а поперечное сечение f канала патрубка выбрано из условия

f=(0,03-0,50)F,

где F - проходное сечение аппарата, мм².

Гибкие перегородки изготовлены из полиуретана.

Привод возвратно-поступательного перемещения установлен на пилонах перед патрубком вдоль его оси и включает источник электропитания, схему сравнения сигналов одометров о скорости перемещения аппарата с сигналом задатчика пределов оптимальной скорости, усилитель-формирователь сигналов рассогласования и реверсивный электродвигатель, который сцеплен со штоком, зафиксированным от осевого поворота посредством резьбовой муфты.

Сущность предложения представлена на чертежах, где: на фиг.1 представлена схема общей компоновки аппарата в трубопроводе при среднем положении запорного органа и частично сложенных диафрагмах; на фиг.2 - та же схема при перекрытии канала патрубка и максимально раздвинутых диафрагмах; фиг.3 - вид на аппарат со стороны заднего торца; на фиг.4 - продольное сечение по патрубку; на фиг.5 - схема привода возвратно-поступательного перемещения.

Аппарат, перемещаемый в трубопроводе 1 с потоком транспортируемого продукта, содержит кольцевой проточный корпус 2, на концах которого закреплены уплотнительные манжеты 3, а между ними в образованной кольцевой полости между корпусом и трубопроводом размещено диагностическое оборудование 4. У заднего торца корпуса закреплены опорные колеса 5 с одометрами 6. В полости корпуса 2 у его заднего торца образован отсек 7, а со стороны переднего торца вдоль оси корпуса 2 установлен привод 8 возвратно-поступательного перемещения. В отсеке 7 аксиально с корпусом 2 закреплен цилиндрический патрубок 9 и установлены раздвижные диафрагмы 10, закрепленные на пилонах 11. Диафрагмы изготовлены из полиуретана и образуют между пилонами гибкие перегородки, способные складываться на внешней поверхности патрубка 9 (максимально открывая при этом проточный кольцевой канал в корпусе 2) и раздвигаться вплоть до полного перекрытия проточного кольцевого канала. В сложенном положении диафрагмы поджаты к патрубку с помощью рычагов 12 и тарированной пружины 13. Патрубок 9 имеет заборную часть 14. В полости патрубка образовано клапанное седло 14а и установлен с возможностью продольного перемещения конусообразный запорный орган 15 со штоком 15а. В заборной части патрубка под диафрагмами выполнены сквозные окна 14б.

Площадь поперечного сечения f канала патрубка в его заборной части выбрана из условия

f=(0,03-0,50)F,

где F - проходное сечение аппарата мм².

В соответствии с проведенными расчетами и опытными проверками, при поперечном сечении канала патрубка меньше 0,03 проходного сечения кольцевого канала корпуса 2 (проходного сечения аппарата), с перекрытием клапанного седла 14а, перепад давления в окнах 14б по отношению к основному потоку в кольцевом канале корпуса 2 (проходном сечении аппарата) недостаточен для раскрытия диафрагм и преодоления сжимающего усилия пружины 13. Обеспечение же раскрытия диафрагм путем уменьшения сжимающего усилия пружины и/или за счет уменьшения толщины полиуретановых перегородок диафрагм менее 0,03 F ограничено, так как минимально допустимая толщина перегородок определяется, исходя из воздействующих на перегородки перепадов давлений и исключения их нерасчетных деформаций (быстрых хлопков) под действием потока транспортирующего продукта, что вело бы к хаотичности и нарушению процессов регулирования. При площади f канала патрубка больше 0,50 кольцевого канала корпуса (проходного сечения аппарата) увеличивается перепад давления, воздействующий на перегородки, из-за чего необходимо увеличивать их толщину, которая ограничена возможностью требуемой деформации, и использовать более мощный привод для перемещения запорного органа, требуется пружина с более мощным усилием сжатия. При этом снижается быстродействие процессов изменения скорости перемещения аппарата.

Шток 15а пропущен через клапанное седло 14а и концевой резьбовой частью посредством резьбовой муфты 16 сцеплен с валом реверсивного электродвигателя 17 привода 8 возвратно-поступательного перемещения. С помощью перфорированной вставки 18 шток зафиксирован от осевого поворота (например, с помощью штифта или за счет выполнения на части его длины фигурного профиля).

Привод возвратно-поступательного перемещения 8 содержит источник электропитания 19, одометрические датчики 20 скорости перемещения аппарата, преобразующие частотно-модулированные импульсные сигналы одометров 6 в сигнал постоянного напряжения, задатчик 21 пределов оптимальной скорости аппарата (выполненный, например, в виде делителя напряжения источника электропитания), схему сравнения 22 сигналов одометрических датчиков с сигналом задатчика, усилитель-формирователь 23 сигналов рассогласования, подключенный к реверсивному электродвигателю 17.

Для ограничения хода запорного органа 15 введены концевые микровыключатели 24 и 25, взаимодействующие со штоком 15а, в крайних положениях ("открыто", "закрыто").

В процессе движения аппарата в трубопроводе напряжение одометрических датчиков 20 сравнивается с постоянным напряжением задатчика 21 скорости в схеме сравнения 22, с выхода которой на вход усилителя-формирователя 23 поступает разностное напряжение (сигнал рассогласования). Этот сигнал усиливается до уровня мощности, достаточной для работы реверсивного электродвигателя 17. При фактической скорости аппарата, меньшей заданной, выходной вал электродвигателя вращается в сторону перекрытия запорным органом 15 клапанного седла 14а. При этом повышается давление в полости патрубка 9 и в окнах 14б. Это давление, воздействуя на диафрагмы 10, раскрывает их, преодолевая при этом прижимающее их усилие подпружиненных рычагов 12. Раскрывающиеся диафрагмы уменьшают проходное сечение кольцевого канала в корпусе 2, в результате чего увеличивается площадь передаваемого давления от потока транспортируемого продукта на аппарат и увеличивается скорость его перемещения.

При увеличении фактической скорости и превышении ее в сравнении с заданной происходит обратный процесс: формируется сигнал рассогласования противоположного знака, запорный орган открывает канал в полости патрубка 9, давление в нем и в окнах 14б падает и под действием подпружиненных рычагов 12 диафрагмы складываются, открывая проходное сечение кольцевого канала в корпусе 2. Скорость перемещения аппарата уменьшается.

1. Способ регулирования движения аппарата для внутритрубного обследования трубопроводов, заключающийся в том, что задают пределы оптимальной скорости перемещения аппарата в потоке транспортируемого продукта и стабилизируют скорость перемещения в заданных пределах изменением проходного сечения аппарата, отличающийся тем, что часть потока направляют в канал патрубка малого сечения f, выбранного из условия

f=(0,03-0,50)F,

где F - проходное сечение аппарата, мм²,

создают перепад между давлениями в канале патрубка и в проходном сечении аппарата, которое изменяют путем использования упомянутого перепада давления.

2. Аппарат для внутритрубного обследования трубопроводов, перемещаемый потоком транспортируемого продукта, содержащий кольцевой проточный корпус с открытыми торцами, образующий проходное сечение аппарата, уплотняющие элементы на внешней поверхности кольцевого корпуса, формирующие кольцевой отсек для диагностического оборудования, закрепленные на указанном корпусе опорные колеса с одометрами, задатчик пределов оптимальной скорости перемещения аппарата, патрубок, установленный на пилонах внутри кольцевого корпуса по его оси, раздвижные диафрагмы и привод возвратно-поступательного перемещения, отличающийся тем, что, привод возвратно-поступательного перемещения установлен перед патрубком по его оси, в полости патрубка образовано центрально расположенное клапанное седло и установлен с возможностью продольного перемещения конусообразный запорный орган со штоком, связанным через клапанное седло с приводом возвратно-поступательного перемещения, при этом раздвижные диафрагмы выполнены в виде гибких перегородок, закрепленных на пилонах с возможностью складывания на патрубке и поджатых к его наружной поверхности, а под перегородками образованы окна, сообщенные с каналом патрубка, причем площадь поперечного сечения канала патрубка выбрана из условия f=(0,03-0,50) F, где F - проходное сечение аппарат, мм².