一種自動調速的管道作業裝備的製作方法

2023-10-30 19:20:42

專利名稱：一種自動調速的管道作業裝備的製作方法
技術領域：
本發明屬於管道作業技術領域，特別涉及一種可以自動調速的管道作業裝備。
背景技術：
為了有效對管道進行維修、維護、清汙等工作，一般都是在管道內使用管道作業裝 備來實現各種複雜的管道作業。比如通過清管器用來清理管道；通過管道內檢測器檢測管 道的變形、腐蝕等缺陷，提前發現並處理，以防止這些潛在危險日後引發重大事故；通過管 道機器人進行更複雜的維修、維護、清汙等工作。然而當前越來越多的管道輸送趨向於流量大、壓力高、流速快的特點，導致管道作 業裝備的行進速度過快，這樣不僅使得管道作業效果不理想，而且會對管道本身及作業裝 備造成傷害，存在事故的隱患。現有技術中雖然有一些控制管道作業裝備行進速度的方案， 但這些方案結構較複雜，阻力流體阻力係數理論求解難，機構運動耗電量較大等不足，很難 推廣應用。

發明內容
本發明的目的在於提供一種自動調速的管道作業裝備，該管道作業裝備通過對採 集的瞬時速度進行判斷，從而控制阻流板旋轉對應瞬時速度的角度來調節通過管道作業裝 備旁通孔內的流體流量，阻流板相對於骨架上旁通孔橫截面的角度越大，其受力面就越小， 且管道作業裝備前後壓差減小，行進速度就較低；反之阻流板相對於骨架上旁通孔橫截面 的角度越小，其受力面就越大且管道作業裝備前後壓差增加，行進速度就較高。為了實現上述發明目的，本發明實施例提供一種自動調速的管道作業裝備，包括 兩端開口使流體進出的筒形骨架和將所述筒形骨架支撐在管道內並使所述裝備在管道內 行進的數個皮碗或支撐輪，所述裝備還包括設置在所述骨架筒內的阻流板，所述阻流板形狀、尺寸均與垂直所述筒形骨架軸 向的截面相適配；速度傳感器，用於採集所述裝備行進的瞬時速度；以及控制裝置，用於判斷所述速度傳感器採集到的瞬時速度值是否與當前阻流板自轉 到的角度相對應，若所述速度傳感器採集到的瞬時速度值不與當前阻流板自轉到的角度相 對應，則根據預先配置的瞬時速度值與所旋轉角度的對應關係，控制所述阻流板自轉到所 述瞬時速度值所對應的角度。為了便於安裝阻流板在所述骨架中，所述阻流板包括垂直於所述骨架軸向的旋轉 軸以及通過螺栓或銷釘等方式安裝在所述旋轉軸兩側的蝶板，所述旋轉軸兩端通過軸承與 所述骨架相連。為了有效控制阻流板轉動，所述控制裝置包括控制單元以及與所述控制單元相連 的電動執行機構，所述電動執行機構與所述阻流板相連。其中控制單元用於判斷所述速度 傳感器採集到的瞬時速度值是否在預先設定的裝備行進速度範圍內，若所述速度傳感器採
3集到的瞬時速度值不在預先設定的裝備行進速度範圍內，則根據預先配置的瞬時速度值與 所旋轉角度的對應關係，控制電動執行機構運行。當該電動執行機構主要由電動推桿和曲柄滑塊機構組成時，所述電動執行機構與 所述阻流板相連具體為所述曲柄滑塊機構通過傳動杆與所述旋轉軸一側的蝶板相連，這 樣電動執行機構運行工作時就可以通過傳動杆將蝶板拉開相應角度。當該電動執行機構主要由氣動組件和連接所述氣動組件上氣缸或活塞杆的曲柄 滑塊機構組成時，該電動執行機構與所述阻流板相連具體為所述曲柄滑塊機構通過傳動 杆與所述旋轉軸上所固定蝶板的一側相連。這樣電動執行機構運行工作時就可以通過傳動 杆將蝶板拉開相應角度。當所述電動執行機構主要由電機和齒輪機構組成時，所述電動執行機構與所述阻 流板相連具體為所述齒輪機構與所述旋轉軸一端的齒輪嚙合。這樣電動執行機構運行工 作時就可以驅動旋轉軸轉動相應角度。為了精確採集裝備行進的瞬時速度，所述速度傳感器根據公式v = (n 3i D) /m採集所述裝備行進的瞬時速度，其中n表示每秒記錄的脈衝總數，m表示速度傳感 器中計數齒輪的齒數，D表示速度傳感器中裡程輪的直徑。本實施例中的管道作業裝備可以為清管器或內檢測器或管道機器人。本發明實施例的優點在於，本實施例提供的自動調速的管道作業裝備結構簡單， 可根據管道內流體的流量大小、壓力高低等環境狀況自行控制自身在管道內的行進速度， 大大提高了管道作業的安全性。


為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本 領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他 的附圖。圖1是本發明實施例提供的管道作業裝備的功能結構示意框圖。圖2是本發明實施例提供的一種管道作業裝備的剖面結構示意框圖。圖3為圖2中阻流板結構示意圖。圖4是本發明實施例提供的另一種管道作業裝備的剖面結構示意框圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。本發明的 示意性實施例及其說明用於解釋本發明，但並不作為對本發明的限定，基於本發明中的實 施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬 於本發明保護的範圍。本發明實施例提供一種自動調速的管道作業裝備，如圖1所示，圖1為本發明實施 例提供的管道作業裝備的功能結構示意框圖，從圖1中可以看出，該管道作業裝備主要包括裝備主體1、阻流板2、速度傳感器3和控制裝置4，由於管道作業裝備的工作環境是在管 道內，所以裝備主體1主要是由筒形骨架和數個皮碗(也可以是數個支撐輪，本實施例用皮 碗進行說明)組成結構，筒形骨架前後兩端均開口形成旁通孔，這樣便於流體從骨架內的 旁通孔進出，而皮碗是可以將筒形骨架支撐在管道內，這樣整個裝備就可以置於管道內並 在管道內受力行進，由於裝備主體1的結構主要為現有技術，所以本發明在此不做過多贅 述。阻流板2的形狀、尺寸均與垂直筒形骨架軸向的截面(即旁通孔縱截面)相適配，並且 該阻流板2設置在骨架的旁通孔內，受力驅動時可以自轉一定角度。由於管道作業裝備在 管道內工作時會受到流體的衝擊，通過控制阻流板2轉動一定角度就可以調整通過管道作 業裝備流體的流量，也即調整作業裝備受到流體衝擊的大小，若阻流板旋轉角度越大(即 阻流板與骨架軸向角度越小)，其前後壓差和驅動力越小，其受衝擊的面積就越小，作業裝 備行進速度就較低；反之阻流板旋轉角度越小(即阻流板與骨架軸向角度越接近90° )，其 前後壓差和驅動力越大，其受衝擊的面積就越大，作業裝備行進速度就較高。為了有效控制阻流板2的旋轉，本實施例所述的管道作業裝備通過速度傳感器3 和控制裝置4來實現，速度傳感器3用於採集管道作業裝備行進的瞬時速度，並將採集到 的瞬時速度值傳遞給控制裝置4，控制裝置4判斷速度傳感器2採集到的瞬時速度值是否 與當前阻流板自轉到的角度相對應，比如根據緩存中所記錄的前次控制的信息即可知曉前 次控制阻流板旋轉的角度是多少，如果緩存中沒有關於前次控制信息的記錄，說明當前阻 流板旋轉的角度仍為默認的開度。若判斷出速度傳感器2採集到的瞬時速度值與當前阻流 板自轉到的角度相對應，則不控制阻流板2，繼續等待下次判斷，若判斷出速度傳感器2採 集到的瞬時速度值不與當前阻流板自轉到的角度相對應，則根據預先配置的瞬時速度值與 所旋轉角度的對應關係，控制阻流板2自轉到所述瞬時速度值所對應的角度。其中預先配 置的瞬時速度值與所旋轉角度的對應關係可以是預先配置好的瞬時速度值與旋轉角度的 對應關係表，該表中每個範圍的速度都會對應不同的角度，瞬時速度值越大，阻流板2受力 越大，為了降低速度保證裝備作業安全，阻流板2相對於骨架徑向(即相對於旁通孔橫截 面)的角度應較大，反之瞬時速度值越小，阻流板2受力越小，為了提高速度保證裝備作業 安全，阻流板2相對於骨架徑向(即相對於旁通孔橫截面)的角度應較小。所以控制裝置 4可以根據速度傳感器3採集到的瞬時速度值控制阻流板2相對於骨架徑向或軸向的角度 來達到控制整個管道作業裝置行進速度的目的。為了詳細說明本發明實施例所述的自動調速的管道作業裝備，下面通過列舉實例 來進一步說明，如圖2所示，圖2為本發明實施例提供的一種管道作業裝備的剖面結構示意 框圖。圖2中的管道作業裝備置於一管道中，該管道作業裝備主體部分包括前後兩端開口 可使管道內流體進出的圓柱形旁通孔(當然也可以是其他形狀，如長方體型等)筒形骨架 12和環向設置在該筒形骨架12外壁並將筒形骨架12支撐在管道內的數個皮碗11 (也可以 是數個支撐輪，本實施例用皮碗進行說明)，比如蝶形皮碗、直板式聚氨酯皮碗、普通聚氨酯 清管器等，圖2中的皮碗11主要分布在筒形骨架12的前後側，這樣當作業裝備受到流體衝 擊時整個裝備就可依靠皮碗11在管道內行進的。在骨架12筒內設置有阻流板13，該阻流 板形狀、尺寸均與垂直所述筒形骨架軸向的圓截面(也即該圓柱形旁通孔橫截面)相適配 (若骨架軸向是方形截面，則阻流板也是方形，且尺寸與截面相適配)，這樣當阻流板13與 旁通孔橫截面平行時，基本阻隔了流體從骨架的流出，使得阻流板13受力越大，即使骨架12和皮碗11支撐的管道作業裝備的前後壓差和驅動力增加，整個裝備的行進速度最快，反 之當阻流板13與旁通孔橫截面垂直時，基本不會阻隔了流體從骨架的流出，使得阻流板13 受力越小，也即使骨架12和皮碗11支撐的管道作業裝備的前後壓差和驅動力也減小，整個 裝備的行進速度最低。而本實施例為了便於在旁通孔內安裝該阻流板13，該阻流板13主 要由旋轉軸131和蝶板132組成，如圖3所示，圖3為圖2中阻流板結構示意圖，該旋轉軸 131垂直於旁通孔的軸向，兩端通過軸承(圖3中未示出)與骨架12相連，軸承外通過支座 121支撐，以降低摩擦，提高清管或檢測裝備的速度控制的快速性和可靠性。蝶板132通過 螺栓或銷釘等方式安裝在旋轉軸131兩側，這樣當旋轉軸131旋轉時蝶板132也隨之旋轉。為了控制阻流板13通過旋轉軸131旋轉，本實施例是通過速度傳感器14和控制 裝置來實現的，如圖2所示，本實施例中的骨架12上安裝有數個(一般2-8個)速度傳感 器14，這些速度傳感器14均固定在骨架12的尾部(也可以是骨架12的其他位置，在此並 不限制)，而速度傳感器14的採集端則與管道接觸來採集裝備行進的瞬時速度，為了更精 確的採集瞬時速度，本實施例中的每個速度傳感器根據公式v = (n. 31 D) /m採集所述裝備行進的瞬時速度v，其中n表示速度傳感器14每秒記錄的脈衝總數， m表示速度傳感器中計數齒輪的齒數，D表示速度傳感器中裡程輪的直徑。本實施例中的控制裝置可以包括控制單元151以及與所述控制單元151相連的電 動執行機構152，該電動執行機構152主要由電動推桿1521和曲柄滑塊機構1522組成，電 動推桿1521和曲柄滑塊機構1522相連，用以驅動曲柄滑塊機構1522滑動，該曲柄滑塊機 構1522通過傳動杆153與旋轉軸一側的蝶板132相連。控制單元151判斷速度傳感器14 採集到的瞬時速度值是否與當前阻流板自轉到的角度相對應，比如在接收到多個速度傳感 器14採集到的瞬時速度值後，控制單元151選擇其中數值最大的瞬時速度值作為判斷基 礎，這樣若判斷出速度傳感器14採集到的瞬時速度值(如數值最大的瞬時速度值)與當前 阻流板自轉到的角度相對應，則不啟動電動推桿1521，繼續等待下次判斷，若判斷出速度傳 感器14採集到的瞬時速度值(如數值最大的瞬時速度值)不與當前阻流板13自轉到的角 度相對應，則根據預先配置的瞬時速度值與所旋轉角度的對應關係，啟動電動推桿1521，以 使電動推桿1521驅動曲柄滑塊機構1522滑動，從而通過傳動杆153拉動或推動蝶板132 轉到該瞬時速度值所對應的角度(需要說明的是滑塊的位移與蝶板132轉動角度的關係是 可通過現有技術計算出的，在此本實施例就不再贅述了)。在上述判斷過程中控制單元151可根據緩存中所記錄的前次控制的信息即可知 曉前次控制阻流板旋轉的角度是多少，如果緩存中沒有關於前次控制信息的記錄，說明當 前阻流板旋轉的角度仍為默認的開度。本實施例中的根據預先配置的瞬時速度值與所旋轉角度的對應關係如表1所示
瞬時速度阻流板與骨架徑向的角度大於5m/s90°
權利要求
一種自動調速的管道作業裝備，包括兩端開口使流體進出的筒形骨架和將所述筒形骨架支撐在管道內並使所述裝備在管道內行進的數個皮碗或支撐輪，其特徵在於，所述裝備還包括設置在所述骨架筒內的阻流板，所述阻流板形狀、尺寸均與垂直所述筒形骨架軸向的截面相適配；速度傳感器，用於採集所述裝備行進的瞬時速度；以及控制裝置，用於判斷所述速度傳感器採集到的瞬時速度值是否與當前阻流板自轉到的角度相對應，若所述速度傳感器採集到的瞬時速度值不與當前阻流板自轉到的角度相對應，則根據預先配置的瞬時速度值與所旋轉角度的對應關係，控制所述阻流板自轉到所述瞬時速度值所對應的角度。
2.根據權利要求1所述的裝備，其特徵在於，所述阻流板包括垂直於所述骨架軸向的 旋轉軸以及安裝在所述旋轉軸兩側的蝶板，所述旋轉軸兩端通過軸承與所述骨架相連。
3.根據權利要求2所述的裝備，其特徵在於，所述控制裝置包括控制單元以及與所述 控制單元相連的電動執行機構，所述電動執行機構與所述阻流板相連。
4.根據權利要求3所述的裝備，其特徵在於，當所述電動執行機構主要由電動推桿和 曲柄滑塊機構組成時，所述電動執行機構與所述阻流板相連具體為所述曲柄滑塊機構通 過傳動杆與所述旋轉軸一側的蝶板相連。
5.根據權利要求3所述的裝備，其特徵在於，當所述電動執行機構主要由氣動組件和 連接所述氣動組件上活塞杆或氣缸的曲柄滑塊機構組成時，所述電動執行機構與所述阻流 板相連具體為所述曲柄滑塊機構通過傳動杆與所述旋轉軸上所固定蝶板的一側相連。
6.根據權利要求3所述的裝備，其特徵在於，當所述電動執行機構主要由電機和齒輪 機構組成時，所述電動執行機構與所述阻流板相連具體為所述齒輪機構與所述旋轉軸一 端的齒輪嚙合。
7.根據權利要求1所述的裝備，其特徵在於，所述速度傳感器根據公式ν = (η · π D) /m採集所述裝備行進的瞬時速度，其中η表示每秒記錄的脈衝總數，m表示速度傳感器中 計數齒輪的齒數，D表示速度傳感器中裡程輪的直徑。
8.根據權利要求1所述的裝備，其特徵在於，所述管道作業裝備為清管器或內檢測器 或管道機器人。
全文摘要
本發明實施例提供一種自動調速的管道作業裝備，屬於管道作業技術領域，該管道作業裝備包括兩端開口使流體進出的筒形骨架和將筒形骨架支撐在管道內並使裝備在管道內行進的數個皮碗或支撐輪，還包括設置在骨架筒內的阻流板，阻流板形狀、尺寸均與垂直筒形骨架軸向的截面相適配，速度傳感器，用於採集裝備行進的瞬時速度，以及控制裝置，用於判斷速度傳感器採集到的瞬時速度值是否與當前阻流板自轉到的角度相對應，若速度傳感器採集到的瞬時速度值不與當前阻流板自轉到的角度相對應，則根據預先配置的瞬時速度值與所旋轉角度的對應關係，控制阻流板自轉到瞬時速度值所對應的角度。該管道作業裝備結構簡單，可根據管道內狀況自行調節行進速度。
文檔編號F16L101/30GK101936441SQ20101028134
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月14日 優先權日2010年9月14日
發明者張仕民, 朱霄霄, 譚桂斌 申請人:中國石油大學(北京)