一種可調速清管器及其控速機構的製作方法

2023-08-07 09:52:11

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機構。

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、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；二、轉閥一般安裝在清管器內部，或者層圓筒狀安裝在清管器的前端，其洩流面積小，不能快速洩流完成實時控速的目的。

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流閥的洩流面積小、操作力矩大的問題，提出一種使用換向輪機構作為動力源的一種可調速清管器及其控速機構，採用換向輪機構後，控速過程中的電力消耗大大減少，同時控速轉閥的操作力矩增大，使控速過程更加快速；採用端面洩流的控速轉閥增大了旁通流量，使清管器可以在更高流速的天然氣管道內平穩運行，同時可提高清管效率。

本實用新型所提供的一種可調速清管器及其控速機構的技術方案是：一種可調速清管器及其控速機構，由骨架、驅動皮碗、支撐皮碗、控速轉閥、周向控制機構、裡程輪系統組成，一種可調速清管器及其控速機構前端安裝有控速轉閥，尾部安裝有內骨架，內骨架後端周向安裝有三組裡程輪；控速轉閥呈「︹」型結構，由周向控制機構驅動運轉，周向控制機構上安裝有換向輪機構，換向輪機構上的摩擦輪與管道內壁滾動接觸，在電機的驅動下摩擦輪可以換向。

一種可調速清管器及其控速機構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、轉閥安裝支架等結構，前端安裝架的後面沿圓周開有三個方孔，方孔後焊接有導軌，用於安裝周向控制機構；內骨架是一種可調速清管器及其控速機構的內結構件，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。

一種可調速清管器及其控速機構的控速轉閥安裝在外骨架的前端，由轉閥固定葉片、轉閥轉動葉片、轉閥安裝支架、主軸等組成；轉閥安裝支架用螺栓固定到外骨架上，其上安裝有轉閥固定葉片；轉閥固定葉片呈「︹」型結構，葉片圓周方向均勻開有6個30度夾角的孔，轉閥固定葉片前端加工有凸臺，凸臺上開有螺紋孔，用於安裝軸承端蓋（Ⅰ），凸臺內部開有通孔，通孔內安裝滾動軸承，滾動軸承內圈與主軸前端柱面形成過盈配合；轉閥轉動葉片與轉閥固定葉片嵌套安裝，轉閥轉動葉片圓周方向均勻開有6個30度夾角的孔，轉閥轉動葉片中部通過平鍵與主軸連接，其端面通過卡環和主軸上的軸肩進行定位；轉閥安裝支架用螺栓固定到外骨架上，轉閥安裝支架中部由4根加強筋支撐形成圓形安裝環，圓形安裝環的端面安裝軸承端蓋（Ⅱ），圓形安裝環中部安裝滾動軸承，滾動軸承內圈與主軸中部的圓柱形成過盈配合；主軸是轉閥的主要傳動件，主軸前端和中部均安裝有滾動軸承，滾動軸承由軸承端蓋和軸肩進行定位；轉閥轉動葉片可以在轉閥固定葉片的內腔中轉動，轉閥轉動葉片的開孔與轉閥固定葉片的開孔可以相互重疊或錯位，形成可控旁通量的洩流通道。

一種可調速清管器及其控速機構的周向控制機構由操作架、換向輪機構安裝支架、換向輪機構組成；操作架採用分瓣結構，中間由加強筋支撐一個三分之一的圓環，加強筋需要穿過外骨架中間筒壁上的方孔並延伸至外骨架的內部，三分之一圓環的端面上開有螺紋孔，用於安裝端蓋（Ⅰ）和端蓋（Ⅱ），三分之一圓環的中心圓柱面與主軸後端的圓柱面固定裝配；換向輪機構安裝支架採用分瓣結構，每個換向輪機構安裝支架上均開有兩個安裝接口，用於安裝換向輪機構；換向輪機構由電機驅動換向，其上安裝有帶減震彈簧的摩擦輪，摩擦輪與管道內壁之間為滾動接觸；分瓣的操作架和換向輪機構安裝支架可以3個一組合併成圓環結構，採用螺栓鎖定後鑲嵌裝配到外骨架中部的導軌上；當清管器運行時，摩擦輪可以轉動一定角度從而將清管器的一部分動能轉換為圓周方向的力矩帶動操作架和換向輪機構安裝支架沿外骨架中部的導軌運動，從而帶動主軸旋轉，使控速轉閥打開或者關閉。

使用本實用新型的一種可調速清管器及其控速機構在管道中運行時，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換向輪機構上的電機做順時針旋轉，帶動換向輪機構偏轉，當清管器運行時，操作架和換向輪機構安裝支架沿外骨架中部的導軌做順時針旋轉，由主軸帶動轉閥轉動葉片關閉，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換向輪機構上的電機做逆時針旋轉，帶動換向輪機構偏轉，當清管器運行時，操作架和換向輪機構安裝支架沿外骨架中部的導軌做逆時針旋轉，由主軸帶動轉閥轉動葉片打開，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機構在傳統清管器的基礎上增加了周向控制機構和控速轉閥，使控速轉閥的操作力矩大大提升，同時減少了操作過程中的電力損耗，使清管器在大口徑、高壓長輸天然氣管道中的速度控制效率大大提高，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機構正視圖。

圖 2 為本實用新型控速轉閥三維爆炸視圖。

圖 3 為本實用新型周向控制機構三維爆炸視圖。

圖 4 為本實用新型一種可調速清管器及其控速機構三維視圖。

圖 5 為本實用新型換向輪機構三維視圖。

圖 6 為本實用新型控速轉閥洩流通道完全關閉狀態視圖。

圖 7 為本實用新型控速轉閥洩流通道部分打開狀態視圖。

圖 8 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- 轉閥固定葉片；2- 轉閥轉動葉片；3- 螺栓；4- 轉閥安裝支架；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- 軸承端蓋（Ⅰ）；16- 滾動軸承；17- 主軸；18- 滾動軸承；19- 軸承端蓋（Ⅱ）；20- 換向輪機構；21- 螺栓；22- 螺栓；23- 螺栓 ；24- 螺栓；25- 操作架；26- 螺栓；27- 端蓋（Ⅰ）；28- 螺栓；29- 換向輪機構安裝支架； 30- 螺栓；31- 螺母；32- 端蓋（Ⅱ）；33- 摩擦輪；34- 轉動支架；35- 電機；36- 傳動齒輪（Ⅰ）；37- 傳動齒輪（Ⅱ）；38- 電機安裝支架；39- 減震彈簧；40- 摩擦輪安裝支架。

具體實施例

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機構，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、周向控制機構、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安裝支架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和圖4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；內骨架13中部沿圓周方向開有3個方孔，每個方孔寬20mm，圓周方向夾角為60度，方孔後焊接有圓周方向的導軌，導軌寬10mm。

如圖1和圖2控速轉閥：控速轉閥由轉閥固定葉片1、轉閥轉動葉片2、轉閥安裝支架3、主軸17等組成；轉閥固定葉片1：轉閥固定葉片1由鋼板焊接而成，整體呈「︹」型結構,葉片側面有開口，開口間隔30度排列，共6個，轉閥固定葉片1前端加工有凸臺，凸臺端面上加工有螺紋孔，用於安裝軸承端蓋（Ⅰ）15，凸臺內有通孔，用於安裝滾動軸承16，滾動軸承16內圈與主軸17的前端柱面形成過盈配合，轉閥固定葉片1的後端加工有法蘭，法蘭沿圓周加工有12個直徑14mm的通孔，裝配時使用M12×25mm的螺栓穿過轉閥固定葉片1法蘭的通孔與轉閥安裝支架3固定連接。

如圖1和圖2轉閥轉動葉片2：轉閥轉動葉片2結構與轉閥固定葉片1類似，裝配時嵌套安裝於轉閥固定葉片1內腔裡面，轉閥轉動葉片2中心加工有中空的圓柱體，圓柱體前端與主軸17前端的軸肩配合，中部採用平鍵與主軸17連接，採用卡環定位；如圖6-圖8轉閥轉動葉片2可以隨主軸17在轉閥固定葉片1內腔內轉動，其葉片間的開口與轉閥固定葉片1的開口配合形成不同的洩流通道面積，用於調節清管器的洩流流量，從而控制清管器的速度。

如圖1和圖2轉閥安裝支架3：轉閥安裝支架3為圓盤結構，厚度為30mm圓周加工有12個直徑22mm的通孔，轉閥安裝支架3中心加工有圓環結構，由4根加強筋固定，中心圓環結構的端面加工有螺紋孔用於安裝軸承端蓋2，轉閥安裝支架3中心圓環結構的內部裝配有滾動軸承18，滾動軸承18的內圈與主軸中部形成過盈配合由軸肩進行定位。

如圖3周向控制機構：周向控制機構由操作架25、換向輪機構安裝支架29、換向輪機構2組成；操作架25和換向輪機構安裝支架29採用分瓣結構，單個分瓣結構採用120度剖分，當3個分瓣結構合併裝配時即可呈現完整的圓環結構；操作架25中心有分瓣圓環結構，分瓣圓環結構端面加工有螺紋用於安裝端蓋（Ⅰ）27和端蓋（Ⅱ）32，使用螺栓26和螺母31固定，圓環結構中心固定主軸17的後端；換向輪機構安裝支架29上加工有兩個寬度為60mm的安裝接口，用於安裝換向輪機構20。

如圖5換向輪機構20：換向輪機構20由摩擦輪33、摩擦輪安裝支架40、減震彈簧39、轉動支架34、電機安裝支架38、電機35、傳動齒輪等組成；摩擦輪33安裝於摩擦輪安裝支架40上，摩擦輪安裝支架40與轉動支架34通過鉚釘連接，連接部分可以轉動，連接部分後端裝配有減震彈簧39，轉動支架34上端連接傳動齒輪（Ⅱ）37，傳動齒輪（Ⅱ）37的軸穿過電機安裝支架38並可繞其轉動，電機安裝支架38上裝有電機35，電機35前端安裝有傳動齒輪（Ⅰ）36，傳動齒輪（Ⅰ）36與傳動齒輪（Ⅱ）37相互嚙合，帶動摩擦輪33換向。

當清管器需要調節運行速度時，控制系統發出指令使換向輪機構20上的電機35旋轉，帶動換向輪機構20偏轉，當清管器運行時，操作架25和換向輪機構安裝支架40沿外骨架8中部的導軌運動，由主軸17帶動轉閥轉動葉片2打開或關閉，從而調節洩流通道內的洩流量，使清管器運行在合適的速度範圍內。

上述實施例證明，一種可調速清管器及其控速機構提供的周向控制機構和控速轉閥可以實現清管器閥門操作和控速的要求，並且使清管器的運行過程更加平穩，清管效果更好。