УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБОПРОВОДА Российский патент 1994 года по МПК B08B9/04 

Изобретение относится к очистке внутренней поверхности трубопровода и может быть использовано в коммунальном хозяйстве, нефтяной, газовой и химической промышленности.

Известно устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода "Аквалет" (авт. св. N 1174103), содержащее полый корпус с узлом для подсоединения к системе подвода рабочего агента, подпружиненный двухпозиционный распределительный орган с гидроприводом и две группы выполненных по окружности сопл, причем первая группа сопл снабжена средством для перекрытия сопл в верхней части устройства, а оси сопл первой группы выполнены аналогично осям сопл второй группы. Распределительный орган представляет собой сегнерово колесо с регулятором величины крутящего момента.

Недостатком рассматриваемой конструкции является невозможность удаления твердых, прочных отложений, так как разрушение и удаление отложений на внутренней поверхности трубы производится струей рабочего агента.

Известно самоходное устройство для очистки внутренней поверхности труб (патент Япония, заявка N 53-11148, заявитель Ясуда Киити, 26.11.75). Рассматриваемое устройство имеет возможность поступательного перемещения внутри трубы, при этом на вращающихся дисках устанавливаются щетки, которые прижимаются к внутренней поверхности трубопровода.

Недостатком рассматриваемой конструкции является необходимость применения специального герметизированного безопорного электродвигателя, обеспечение подвода электропитания к нему. Все это требует пространства для размещения, поэтому рассматриваемое устройство может быть использовано только для труб большого диаметра. Надо отметить, что при установке электродвигателя достаточно большой мощности устройство способно удалять с поверхности трубы довольно мощные отложения. Применение в качестве приспособления для удаления загрязнений с поверхности трубы щеток ограничивает возможности данного устройства, т. к. щетки быстро изнашиваются.

Наиболее близким к предлагаемой конструкции является устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода (авт. св. N 1161199), принятое за прототип.

Это устройство содержит корпус с очистными элементами, на внутренней поверхности которого выполнен паз в виде одного винтового витка, замкнутого по образующей. С этим пазом взаимодействует бегунок с роликом, размещенный по оси корпуса с возможностью поступательного движения и вращения под действием гидропривода. Для поступления жидкости выполнены каналы. Бегунок выполнен в виде золотника, который частично перекрывает каналы для прохода жидкости. При перекрытии потока жидкости возникает гидроудар, сообщающий устройству силовой импульс для перемещения вперед корпуса с очистными элементами. Описанное устройство принято за прототип.

Недостатком рассматриваемой конструкции является только поступательное перемещение очистных элементов. Так как очистные элементы равномерно расположены на наружной поверхности корпуса, не вся внутренняя поверхность трубы может быть очищена, что не обеспечивает высокого качества очистки. Для приведения в действие устройства трубопровод должен быть загерметизирован, и по нему пропускают поток жидкости. Гидроудары, образующиеся при функционировании устройства, оказывают динамическое воздействие на весь трубопровод, создавая значительные импульсные нагрузки на арматуру. Все это ограничивает область применения рассматриваемого устройства.

Целью изобретения является повышение качества очистки за счет сообщения очистным элементам наряду с поступательным движение дополнительного вращательного движения, а также расширение технологических возможностей за счет исключения вибраций трубопровода из-за гидравлического удара.

Это достигается тем, что в корпусе выполнен соосный с ним силовой цилиндр, поршень которого снабжен предпоршневым и запоршневым штоками, при этом в осевом отверстии, выполненном на свободном конце предпоршневого штока, посредством опор качения установлена оправка с очистными элементами. На наружной поверхности оправки, установленной в отверстии на свободном конце предпоршневого штока, выполнен винтовой паз, взаимодействующий с пальцем, который закреплен в корпусе цилиндра и проходит через сквозной продольный паз, выполненный на предпоршневом штоке. На корпусе силового цилиндра и на запоршевом штоке жестко закреплены тормозные патроны. Запоршневая полость силового цилиндра соединена каналами с тормозным патроном, закрепленным на корпусе силового цилиндра, а предпоршневая полость цилиндра соединена с тормозным патроном, установленным на запоршневом штоке. Система подачи рабочей среды содержит распределители для попеременного подключения предпоршневой и запоршневой полостей силового цилиндра к источнику рабочей среды.

Сопоставление заявляемого решения с прототипом, показывает, что заявляемое устройство отличается от известного тем, что очистные элементы имеют периодическое поступательное и вращательное движение с регулируемой частотой, что дает им возможность работать как режущим инструментам высокой износостойкости. Режимы работы могут быть изменены с помощью дистанционной системы распределения рабочей среды. Качество очистки внутренней поверхности трубопровода повышается. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области, т. е. в области очистных устройств трубопроводов, приводимых в движение гидравликой или пневматикой, позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками устройства для очистки внутренних поверхностей трубопровода, и признать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показано устройство для очистки внутренней поверхности трубопроводов; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - принципиальная схема системы подачи рабочей среды.

Устройство для очистки внутренней поверхности трубопроводов имеет цилиндр 1, в отверстии которого монтируется поршень 2 со штоками 3 и 4. В осевом отверстии свободного конца предпоршневого штока 3 с помощью радиального подшипника 5 и опорного подшипника 6 установлена оправка 7. Гайка 8 поджимает радиальный подшипник 5 и опорный подшипник 6 и предохраняет их от попадания загрязнения. На оправке 7 с помощью шпонки 9 монтируется очистной элемент 10, представляющий собой многолезвийный вращающийся инструмент с коническим и цилиндрическим участками наружной поверхности, причем лезвия 11 инструмента оснащены твердосплавными пластинами 12. На оправке 7 за многолезвийным инструментом 10 устанавливается цилиндрическая проволочная щетка 13 (очистной элемент) плотной набивки (иглофреза), которая прижимается к оправке 7 с помощью шайбы 14 и гайки 15. Наружные диаметры очистных элементов 10 равны или несколько меньше диаметра внутренней поверхности трубопровода 16. На участке наружной поверхности оправки 7, которая находится в отверстии предпоршневого штока 3, выполнен винтовой паз 17, который взаимодействует с пальцем 18. Палец 18 закреплен в корпусе цилиндра 1 и проходит через продольный сквозной паз, выполненный в предпоршневом штоке 3.

К корпусу цилиндра 1 жестко прикреплен тормозной патрон 19, а на запоршневом штоке 4 с помощью гаек 20 и 21 закреплен тормозной патрон 22. В тормозном патроне 19 выполнены радиальные отверстия в количестве не менее трех, в которых смонтированы плунжеры 23, взаимодействующие с рычагами 24, несущими участки с насечками, и имеющие возможность поворота вокруг осей 25, выполненных перпендикулярно осям отверстий плунжеров 23. Камеры под плунжерами 23 связаны с запоршневой полостью цилиндра 1. Пружины 26 отжимают плунжеры 23 от рычагов 24.

В тормозном патроне 22 выполнены радиальные отверстия в количестве не менее трех, в которых смонтированы плунжеры 27, взаимодействующие с рычагами 28, несущими участки с насечками, и имеющие возможность поворота вокруг осей 29, установленных перпендикулярно осям отверстий плунжеров 27. Камеры под плунжерами 27 соединены с отверстием 30 (каналом), выполненным в запоршневом и предпоршневом 3 штоках, которое в свою очередь, соединено с предпоршневой полостью цилиндра 1. Пружины 31 отжимают плунжеры 27 от рычагов 28. Для подачи рабочей среды в запоршневом штоке 4 выполнено отверстие 32 (канал), ось которого параллельна оси штока 4. Отверстия 30 и 32 соединены с системой подачи рабочей среды, которая располагается вне зоны очистки.

Система подачи рабочей среды содержит регулятор 33 давления, три распределителя 34 и 35, 36 с двухсторонним управлением рабочей средой и два дросселя 37 и 38. Регулятор 33 давления подключен к источнику питания рабочей средой. Магистрали 39, 40, 41 соединены с входами распределителей 34 и 35, 36. Выходы распределителя 34 соединены магистралями 42 и 43, 44, 45 с управляющими камерами распределителей 35 и 36. Выходы распределителя 35 соединены через дроссели 37 и 38 магистралями 46 и 47 с управляющими камерами распределителя 34. Выходы распределителя 36 соединены магистралями 48 и 49 с отверстиями 30 и 32 в запоршневом штоке 4 цилиндра 1.

Устройство работает следующим образом.

От источника питания рабочая среда через регулятор 33 давления поступает в магистрали 39, 40 и 41. Рабочая среда через распределитель 36 подается по магистрали 48 в отверстие 32 штока 4. Под действием давления рабочей среды распределители 35 и 36 переключаются, и рабочая среда через распределитель 35, дроссель 38 и магистраль 47 поступает в правую полость управления распределителя 34, а через распределитель 36, магистраль 49 подается в отверстие 30 штока 4. Распределитель 34 переключается, и рабочая среда подается по магистрали 43 и 44 к левым полостям управления распределителей 35 и 36. Распределители 35 и 36 переключаются, и рабочая среда по магистрали 46, через дроссель 37 подается к левой полости управления распределителя 34 и переключает его в исходное положение, одновременно по магистрали 40 через распределитель 36 рабочая среда с помощью магистрали 48 подается в отверстие 32 в запоршневом штоке 4. Далее цикл повторяется. Частота переключений регулируется изменением подводимого к распределителям 34 и 35 давления рабочей среды с помощью дросселей 37 и 38. Когда рабочая среда подается в отверстие 32 и попадает в запоршневую полость цилиндра 1, рабочая среда попадает в камеры под плунжером 23, которые, сжимая пружины 26, перемещаются в радиальном направлении и поворачивают рычаги 24 вокруг осей 25. Участки с насечками рычагов 24 прижимаются к внутренней поверхности трубопровода 16, при этом цилиндр 1 заторможен от продольного перемещения вдоль поверхности трубопровода 16. Так как расстояние от участка с насечками на рычаге 24 до оси 25 качания рычага меньше расстояния от оси 25 качания до точки контакта рычага 24 и плунжера 23, сила прижатия участков с насечками больше, чем сила давления плунжеров 23. Поршень 2 под действием давления рабочей среды перемещается относительно цилиндра 1. При взаимодействии пальца 18 с винтовым пазом 17, выполненным на оправке 7, последняя совместно с очистными элементами 10 и 13, перемещаясь поступательно, получает дополнительное вращательное движение, разрушает и счищает отложения на внутренней поверхности трубопровода 16. При подаче рабочей среды в канал 30 рабочая среда поступает в предпоршневую полость цилиндра 1. Одновременно с этим рабочая среда поступает в камеры под плунжерами 27, которые выдвигаются, сжимая пружины 31. Плунжеры 27 поворачивают рычаги 28 вокруг осей 29, которые прижимаются участками с насечками к внутренней поверхности трубопровода 16. При этом тормозной патрон 22, а вместе с ним шток 4 и поршень 2 заторможены от продольного перемещения вдоль поверхности трубопровода 16. Одновременно с подключением канала 30 к источнику рабочей среды канал 32 соединяется со сливом (в случае использования воздуха - с атмосферой). В результате давление рабочей среды в запоршневой полости цилиндра 1 падает, и пружины 26 возвращают плунжеры 23 в исходное положение, освобождая рычаги 24. Вследствие этого цилиндр 1 получает возможность продольного перемещения вдоль трубопровода 16. Под действием давления рабочей среды в предпоршневой полости цилиндра 1 корпус цилиндра 1 перемещается вперед относительно поршня 2. При этом в результате взаимодействия винтового паза 17 на оправке 7 и пальца 18, закрепленного в корпусе цилиндра 1, очистные элементы 10 и 13 разворачиваются в исходную позицию. При переключении подачи рабочей среды снова в отверстие 32 рабочая среда под давлением подается в запоршневую полость цилиндра 1, что приводит к затормаживанию корпуса цилиндра 1 от продольного перемещения в трубопроводе 16, а через канал 30 предпоршневая полость цилиндра соединяется со сливом (с атмосферой), что приводит к падению давления в предпоршневой полости цилиндра 1. Одновременно плунжеры 27 под действием пружин 31 возвращаются в исходное положение, освобождая рычаги 28. Шток 4 получает возможность продольного перемещения относительно трубопровода 16. Под действием давления рабочей среды в запоршневой полости цилиндра 1 поршень 2 вместе со штоками 3 и 4, оправкой 7 с очистными элементами 10 и 13 перемещается вперед, производя очистку следующего участка трубопровода 16. Цикл повторяется. Скорость очистки зависит от частоты переключений подачи рабочей среды в отверстия 30 и 32 и от величины хода поршня 2 в цилиндре 1.

Достоинством предлагаемого устройства является возможность использования в качестве очистных элементов многолезвийного вращающегося инструмента, оснащенного твердосплавными режущими кромками, в комбинации с проволочной щеткой плотной набивки (иглофрезой). Так как в предлагаемом устройстве очистные элементы получают вращательное и поступательное движение одновременно, они работают как режущие инструменты. При этом многолезвийный инструмент разрушает и соскабливает твердые отложения, накипь и т. п. , а иглофреза обеспечивает окончательную очистку внутренней поверхности трубопровода. Причем один и тот же участок поверхности трубопровода обрабатывается дважды - во время рабочего хода, когда инструменты двигаются вперед, и во время холостого хода, когда инструменты разворачиваются в исходное положение без поступательного движения вперед. Все это обусловливает высокое качество очистки. Армирование режущих кромок твердым сплавом обеспечивает из высокую износостойкость, что снижает эксплуатационные расходы. Так как задачей иглофрезы является обеспечение окончательного качества очистки, износостойкоть иглофрез значительно увеличивается.

Система подачи рабочей среды легко реализуется с помощью стандартной распределительной аппаратуры. Если, например, в качестве рабочей среды применить сжатый воздух, то для сборки системы подачи рабочей среды могут быть применены регулятор давления типа В57-13, три пневматических воздухораспределителя типа В63-11 с двусторонним пневматическим управлением и два дросселя типа В77-13. Аналогичную стандартную аппаратуру можно подобрать при использовании в качестве рабочей среды жидкости.

В зависимости от исходного состояния трубопровода скорость очистки может быть легко изменена дистанционным управлением. (56) Авторское свидетельство СССР N 1161199, кл. В 08 В 9/04, 1985.

Использование: очистка внутренней поверхности трубопроводов в коммунальном хозяйстве, нефтяной, газовой и химической промышленности. Сущность изобретения: устройство содержит корпус, очистные элементы, винтовой паз, выполненный на детали, несущей очистные элементы, каналы для прохода рабочей среды и систему подачи рабочей среды. В корпусе выполнен силовой цилиндр, поршень которого снабжен предпоршневым и запоршневым штоками. В осевом отверстии, выполненном на свободном конце предпоршневого штока посредством опор качения, установлена оправка с очистными элементами. На наружной поверхности оправки выполнен винтовой паз, взаимодействующий с пальцем, который закреплен в корпусе цилиндра и проходит через сквозной продольный паз, выполненный на предпоршневом штоке. На корпусе цилиндра закреплен тормозной патрон, на запоршневом штоке также установлен тормозной патрон. Запоршневая полость соединена каналами с тормозным патроном, закрепленным на корпусе цилиндра, а предпоршневая полость цилиндра соединена с тормозным патроном, установленным на запоршневом штоке. Система подачи рабочей среды содержит распределители для попеременного подключения предпоршневой и запоршневой полостей силового цилиндра к основному источнику рабочей среды. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБОПРОВОДА , содеpжащее коpпус, очистные элементы, несущую очистные элементы деталь с винтовым пазом, систему подачи pабочей сpеды и сообщающиеся с ней каналы для пpохода pабочей сpеды, отличающееся тем, что коpпус выполнен в виде силового цилиндpа, поpшень котоpого имеет запоpшневой и подпоpшневой штоки с каналами для сообщения пpедпоpшневой и запоpшневой полостей цилиндpа с системой подачи pабочей сpеды, а со стоpоны свободного конца пpедпоpшневой шток имеет осевое отвеpстие, пpичем очистные элементы связаны с пpедпоpшневым штоком посpедством опpавки с винтовым пазом на ее повеpхности и закpепленного в коpпусе пальца, пpоходящего чеpез выполненный в пpедпоpшневом штоке пpодольный паз и взаимодействующего с винтовым пазом опpавки, пpи этом устpойство снабжено тоpмозными патpонами, один из котоpых закpеплен на коpпусе силового цилиндpа и сообщен посpедством канала с запоpшневой полостью, а дpугой - на запоpшневом штоке и сообщен посpедством канала с пpедпоpшневой полостью, кpоме того, система подачи pабочей сpеды имеет pаспpеделители для попеpеменного подключения пpедпоpшневой и запоpшневой полостей силового цилиндpа к источнику pабочей сpеды системы подачи последней. 2. Устpойство по п. 1, отличающееся тем, что тоpмозные патpоны имеют связанные шаpниpно с коpпусом пpодольные pычаги с pазмещенными на них кулачками с насечками и взаимодействующие с последними плунжеpы, pасположенные pадиально в патpонах в количестве по меньшей меpе тpех, пpичем оси шаpниpов pычагов смонтиpованы пеpпендикуляpно осям плунжеpов, а pасстояние от кулачков с насечками до оси шаpниpа меньше, чем pасстояние от оси шаpниpа до точки взаимодействия pычага с плунжеpом. 3. Устpойство по п. 1, отличающееся тем, что система подачи pабочей сpеды для попеpеменного подключения полостей цилиндpа имеет генеpатоp синусоидальных колебаний в виде тpех pаспpеделителей с упpавляющими камеpами, двух дpосселей и pегулятоpа давления, пpи этом pаспpеделители включены паpаллельно чеpез pегулятоp давления, а упpавляющие камеpы одного из pаспpеделителей объединены с входом дpугого чеpез дpоссель.