一種可調速清管器及其控速轉閥的製作方法

2023-08-07 10:28:01 2

本實用新型屬於油氣管道清管及檢測領域，具體涉及一種可調速清管器及其控速轉閥。

背景技術：

據統計，中國管道裡程已經超過12萬公裡，其中有30%以上的管道運行時間大於10年，存在很大的安全隱患。為保證管道的正常運行，需要定期對管道進行清管和檢測作業。清管的目的是清掃管道內的雜物、積液、積汙，提高管道輸送效率，減少摩阻損失，當清管與檢測同時進行時，還可獲得管道變形，腐蝕，裂紋等數據並對這些管道缺陷進行精確定位，為後期的管道維護提供可靠信息。目前，主流的清管器主要依靠自身對管道內輸送介質的阻滯作用所形成的壓差來驅動前進，但由於管道上下遊的壓力存在波動，特別是近年建成的大口徑、高壓、高流速長輸天然氣管道，介質流速已經超過5m/s，瞬間速度可能達到十幾米每秒，使得作業裝備的運行速度不十分穩定,瞬時運行速度可在0～25m/s之間變化。根據 SY/T 5922-2003《天然氣管道運行規範》8.7.4.1 項規定，「清管器運行速度一般宜控制在3.5m/s～5m/s。」當管道作業裝備運行速度超過5m/s時，容易出現信號採集不理想,甚至出現檢測不到信號的現象,無法完成管道檢測任務，更有甚者,由於內檢測器運行速度過快,容易造成對管道及運行設備的衝擊,造成重大安全事故，損害用戶和企業的利益。因此調節內檢測器運行速度使其運行在合理的速度範圍之內,勢必成為在輸氣管道內檢測過程中提高管道檢測精度和降低安全事故風險時所面臨的問題。

目前國內外主流可調節速度的清管器是通過搭載閉環控制的洩流閥實現實時控速，其原理是調節電機驅動的洩流閥的洩流面積來改變清管器的前後壓差，從而控制清管器的速度。

清管器的洩流閥一般採用轉閥結構，由轉閥動葉片和轉閥靜葉片組成，這種結構存在許多問題：一、當轉閥閥體受到衝擊變形時，葉片間容易發生幹涉，使轉閥卡住，無法調節清管器的運行速度；二、為滿足轉閥操作扭矩的需求，清管器需要配置大功率電機，攜帶大容量電池，這將佔用清管器的內部空間，減小洩流通道面積，影響速度的可調性；三、轉閥一般安裝在清管器的端部，增加了清管器的長度，降低了清管器的彎道通過性；四、轉閥靜葉片後端流體的流動狀態存在突變，使清管器局部繞流損失增大，同時局部繞流還會引發清管器的整體振動，這不僅增大了管道輸運過程中的能量損耗，也影響到設備的正常運行。

技術實現要素：

本實用新型的目的是：針對現有可調速清管器洩的流面積小、體積大、操作力矩大的問題，提出一種可調速清管器及其控速轉閥，轉閥運行時旁通流量比傳統轉閥大，能快速地控制清管器的運行速度、減小轉閥的卡堵，使清管器運行平穩，提高清管效率。

本實用新型所提供的一種可調速清管器及其控速轉閥的技術方案是：一種可調速清管器及其控速轉閥，由骨架、驅動皮碗、支撐皮碗、控速轉閥、裡程輪系統組成，一種可調速清管器及其控速轉閥前端安裝有防撞支架和控速轉閥，尾部安裝有內骨架，內骨架後端周向安裝有三組裡程輪，控速轉閥採用兩組轉動葉片和一組固定葉片的組合方式，利用單個電機進行驅動。

所述一種可調速清管器及其控速轉閥的骨架由外骨架和內骨架組成，外骨架前端和後端焊接有安裝架，用於安裝驅動皮碗、支撐皮碗、控速轉閥和防撞支架等結構，內骨架是一種可調速清管器及其控速轉閥的內結構件，由加強筋支撐固定在清管器內部，形成懸空的支架，為電器密封倉提供支點，內骨架整體處於清管器洩流通道內部，減小了清管器的長度。

所述一種可調速清管器及其控速轉閥的控速轉閥安裝在外骨架前端，由轉閥安裝支架、電機密封倉、電機、轉閥固定葉片、轉閥轉動葉片、傳動齒輪、主軸等組成；轉閥安裝支架用螺栓固定到轉閥固定葉片的基座上，其上安裝有電機安裝板和電機密封倉；電機密封倉前端安裝有密封端蓋，用螺栓連接固定；電機安裝板正面安裝有電機，反面安裝固定架，並為傳動齒輪（Ⅰ）提供軸向定位；電機的前端安裝有傳動齒輪（Ⅱ），傳動齒輪（Ⅱ）與傳動齒輪（Ⅰ）相互嚙合且兩者齒輪參數相同，可以同步轉動；傳動齒輪（Ⅱ）與扇形齒輪（Ⅰ）相互嚙合，扇形齒輪（Ⅰ）與主軸固定連接，主軸的另一端通過平鍵連接到轉閥轉動葉片（Ⅰ），由螺栓鎖定，轉閥轉動葉片（Ⅰ）可以在傳動齒輪（Ⅱ）的帶動下轉動；傳動齒輪（Ⅰ）與扇形齒輪（Ⅱ）相互嚙合，扇形齒輪（Ⅱ）與轉閥轉動葉片（Ⅱ）固定連接，轉閥轉動葉片（Ⅱ）可以在傳動齒輪（Ⅰ）的帶動下轉動，轉動方向與轉閥轉動葉片（Ⅱ）相反；主軸是控速轉閥的主要傳動件，主軸前端和後端均安裝有滾動軸承，由軸承端蓋定位，前端滾動軸承的外圈與轉閥轉動葉片（Ⅱ）中心的內孔形成過盈配合，後端滾動軸承的外圈與轉閥固定葉片中心凸臺的內孔形成過盈配合；控速轉閥整體採用兩組轉動葉片和一組固定葉片的組合方式，兩組轉動葉片可以在電機的帶動下合攏或打開，從而調節清管器洩流通道的洩流面積，實現清管器控速的目的。

使用本實用新型的一種可調速清管器及其控速轉閥運行時，清管器的裡程輪系統測定清管器的實時運行速度後將信息傳導給控制系統，控制系統對比清管器實時運行速度與預定速度後發出控制指令；當清管器運行速度低於預定速度下限時，控制系統控制轉閥轉動葉片關閉，具體操作流程是：控制系統發出指令使電機做順時針旋轉，帶動轉閥轉動葉片（Ⅰ）和轉閥轉動葉片（Ⅱ）合攏，減小洩流通道內的洩流量，使清管器加速；當清管器運行速度超過預定速度上限時，控制系統控制轉閥轉動葉片打開，具體操作流程是：控制系統發出指令使電機做逆時針旋轉，帶動轉閥轉動葉片（Ⅰ）和轉閥轉動葉片（Ⅱ）打開，增大洩流通道內的洩流量，使清管器減速；當清管器運行速度介於預定速度範圍內時，轉閥開度不變，此時控制系統不發出信號，清管器保持現有速度。

本實用新型提供的一種可調速清管器及其控速轉閥在傳統清管器的基礎上增加了控速轉閥，並且採用兩組轉動葉片和一組固定葉片的組合方式，使轉閥控制機構的體積大大減小，增加了清管器控速轉閥的洩流面積，使清管器在大口徑、高壓長輸天然氣管道中的速度可控性大大提高；全開狀態下，轉閥葉片後端流體通道的直線性更好，使清管器局部繞流損失減小，抑制了清管器的整體振動，使清管器的清管過程更加高效、安全。

附圖說明

圖 1 為本實用新型一種可調速清管器及其控速轉閥正視圖。

圖 2 為本實用新型控速轉閥三維爆炸視圖。

圖 3 為本實用新型控速轉閥傳動部分三維爆炸視圖。

圖 4 為本實用新型一種可調速清管器及其控速轉閥三維視圖。

圖 5 為本實用新型控速轉閥洩流通道完全關閉狀態視圖。

圖 6 為本實用新型控速轉閥洩流通道部分打開狀態視圖。

圖 7 為本實用新型控速轉閥洩流通道完全打開狀態視圖。

其中 1- 防撞支架； 2- 轉閥安裝支架；3- 螺栓；4- 轉閥固定葉片；5- 前支撐皮碗 ；6- 前隔板；7- 前驅動皮碗 ； 8- 外骨架；9- 螺栓；10- 後支撐皮碗；11- 後隔板 ；12- 後驅動皮碗；13-內骨架 ；14- 裡程輪系統；15- 密封端蓋；16-電機；17-電機密封倉；18- 滾動軸承；19-主軸；20- 轉閥轉動葉片（Ⅰ）；21- 螺母；22- 螺栓；23- 螺栓；24- 螺栓；25-轉閥轉動葉片（Ⅱ）；26- 軸承端蓋（Ⅰ）；27-軸承端蓋（Ⅱ）；28-螺栓；29- 傳動齒輪（Ⅰ）；30- 電機安裝板；31- 螺栓 ；32-傳動齒輪（Ⅱ）；33- 螺栓；34- 螺釘；35-扇形齒輪（Ⅰ）；36- 螺栓；37-軸承端蓋（Ⅲ）；38-滾動軸承；39- 螺栓；40-扇形齒輪（Ⅱ）；41- 螺栓 ；42- 固定架。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型做進一步說明，但本實用新型並不局限於此實施例。

實施例：以本例來說明本實用新型的具體實施方式並對本實用新型作進一步的說明。本例是φ813mm一種可調速清管器及其控速轉閥及其控速轉閥，其構成如圖1和圖4所示。清管器主要部件有外骨架8、內骨架13、驅動皮碗、支撐皮碗、控速轉閥、裡程輪系統14。外骨架8外周前端從前到後依次安裝有轉閥固定葉片4、前支撐皮碗5、前隔板6、前驅動皮碗7，由圓周布置的12顆M20×200mm的螺栓3與螺母連接固定到外骨架8前端的法蘭上；外骨架8外周后端從前到後依次安裝有後支撐皮碗10、後隔板11、後驅動皮碗12、內骨架13，由圓周布置的12顆M20×200mm的螺栓9與螺母連接固定到外骨架8後端的法蘭上；在內骨架13後端周向安裝有三組裡程輪，共同構成了裡程輪系統14。

如圖1外骨架8：總長1000mm，內徑430mm，外徑470mm；前後焊接有安裝架，安裝架直徑600mm，寬20mm，安裝架圓周方向上打有12個φ22mm通孔。

如圖1-圖4控速轉閥：控速轉閥由轉閥安裝支架2、轉閥固定葉片4、轉閥轉動葉片（Ⅰ）20、轉閥轉動葉片（Ⅱ）25、電機密封倉17、電機16、傳動齒輪29、主軸19等組成；轉閥安裝支架2：長85mm，內徑430mm，兩端焊接有法蘭，中間由4根加強筋連接到內部安裝筒；轉閥安裝支架2的前端法蘭周向開有12個M12螺紋孔，用於安裝防撞支架1；轉閥安裝支架2的後端法蘭周向開有12個φ14mm通孔，用於安裝M12螺栓24，使轉閥安裝支架2與轉閥固定葉片4連接固定；轉閥安裝支架2的內部安裝筒周向開有12個M5螺紋孔，用於安裝電機密封倉17和電機安裝板30。

如圖1-圖3轉閥固定葉片4：外徑650mm，厚36mm，周向開有12個φ22mm通孔和12個M12螺紋孔，同時周向還均勻開有4個夾角為60度的扇形孔，扇形孔是轉閥的主要洩流通道；轉閥固定葉片4的中心部位加工有對稱凸臺，凸臺中心加工有直徑為52mm的通孔，用於安裝滾動軸承18，凸臺兩端分別安裝軸承端蓋（Ⅰ）26和軸承端蓋（Ⅱ）27。

如圖1-圖3轉閥轉動葉片（Ⅰ）20和轉閥轉動葉片（Ⅱ）25：兩組轉閥轉動葉片周向均安裝有4張葉片，每張葉片的左端面用螺釘固定有磁性密封條，當轉閥處於完全關閉狀態時（圖5）磁性密封條相互貼合，可以保證密封效果；轉閥轉動葉片（Ⅰ）20中心連接到主軸19上，端面由螺母21與主軸19鎖緊；轉閥轉動葉片（Ⅱ）25中心安裝有滾動軸承38，端面固定有扇形齒輪（Ⅱ）40，由螺栓33固定，扇形齒輪（Ⅱ）40與傳動齒輪（Ⅰ）29相互嚙合；主軸19分別與滾動軸承18和滾動軸承38形成過盈配合，主軸19前端面連接扇形齒輪（Ⅰ）35，由螺釘34鎖定，扇形齒輪（Ⅰ）35與傳動齒輪（Ⅱ）32相互嚙合；傳動齒輪（Ⅰ）29由固定架42固定到電機安裝板30上，電機安裝板30的另一端安裝電機16，電機16的前端安裝傳動齒輪（Ⅱ）32，傳動齒輪（Ⅱ）32與傳動齒輪（Ⅰ）29相互嚙合。

當清管器需要調節運行速度時，控制系統發出指令使電機16運轉，傳動齒輪（Ⅱ）32帶動傳動齒輪（Ⅰ）29和扇形齒輪（Ⅰ）35轉動，最終使轉閥轉動葉片（Ⅰ）20和轉閥轉動葉片（Ⅱ）25合攏或打開，從而調節轉閥的洩流量，達到清管器控速的目的。

上述實施例證明，一種可調速清管器及其控速轉閥提供的控速轉閥能減小轉閥控制機構的體積，增加清管器的洩流面積，使清管器在大口徑、高壓長輸天然氣管道中的速度可控性大大提高；全開狀態下，轉閥葉片後端流體通道的直線性更好，清管器局部繞流損失減小，抑制了清管器的整體振動，使清管器的運行過程更加平穩。