АВТОНОМНЫЙ АДАПТИВНО ШАГАЮЩИЙ РОБОТ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ГАЗОПРОВОДОВ Российский патент 2015 года по МПК F17D5/02 

Решение относится к области обслуживания магистральных трубопроводов и может быть использовано для диагностики состояния трубопроводов в процессе их эксплуатации.

Известно устройство по патенту РФ № 2111453 [1], которое представляет собой цепочку функциональных модулей с головным транспортирующим средством, содержащим шасси, имеющее корпус с каретками? с пружинными блоками и колесами, удерживающими шасси по оси трубопровода, и уплотняющие элементы - манжеты - на внешней поверхности корпуса. Снаряд движется в трубопроводе под воздействием перекачиваемого продукта.

Недостатком этого известного устройства снаряда-дефектоскопа является то, что для проведения качественного анализа состояния стенок трубопровода необходимо резкое снижение скорости перекачки транспортируемого по трубопроводу продукта на все время проведения диагностики, что приводит к задержке поставляемого продукта.

Известен способ и дефектоскоп-снаряд по патенту РФ № 2109206 [2], содержащий два последовательно соединенных модуля, каждый из которых имеет расположенный по оси трубопровода корпус с оборудованием, узлы подвески опорных колес, удерживающие корпус по оси трубопровода, и систему регулирования скорости перемещения транспортирующего средства внутри трубопровода. Указанная система включает размещенный между модулями гидропривод осевого возвратно-поступательного перемещения модулей относительно друг друга, а каждый модуль оснащен опорными узлами для фиксации его корпуса в трубопроводе.

Недостатком известного устройства дефектоскопа-снаряда является то, что чувствительные элементы дефектоскопа расположены в зазоре между корпусом модуля и стенкой трубопровода и подвергаются воздействию потока транспортируемого продукта, что приводит к дополнительным силовым нагрузкам на них и влияет на качество диагностики.

Наиболее близким из известных технических решений (прототипом) является внутритрубное транспортирующее средство по патенту РФ № 2069288 [3], содержащее шасси, расположенное внутри трубы газопровода и имеющее кольцевой корпус с открытыми торцами, узлы подвески, удерживающие шасси по оси и уплотняющие элементы на внешней поверхности кольцевого корпуса, формирующие негерметичный кольцевой отсек для оборудования, блок энергообеспечения, закрепленный на основании и взаимодействующий со стенками трубопровода, блок диагностики? снабженный патрубком для пропуска транспортируемого по трубопроводу продукта, который может перекрываться по сигналу из блока управления в зависимости от ситуации в трубопроводе, блок управления, к входу которого подключен датчик скорости перемещения.

При проведении диагностики магистрального трубопровода транспортируемый продукт пропускают через проточную часть кольцевого корпуса.

Недостатком внутритрубного транспортирующего средства является то, что в устройстве используются уплотняющие элементы на внешней поверхности кольцевого корпуса и негерметичный кольцевой отсек для оборудования, которые подвергаются воздействию потока транспортируемого продукта, что приводит к дополнительным силовым нагрузкам на них, влияет на состояние оборудования, приводит к ухудшению качества и достоверности результатов диагностики.

Задачей, на которую направлено заявляемое решение, является создание герметичного, внутритрубного транспортирующего средства с регулируемой скоростью перемещения для диагностики состояния магистральных, например, деформированных трубопроводов в процессе их эксплуатации без снижения производительности трубопровода.

Техническим результатом является повышение достоверности результатов диагностики и надежной работы автономного адаптивного шагающего робота.

Технический результат достигается тем, что устройство, расположенное внутри трубы газопровода, состоит из блока перемещения, блока энергообеспечения, блока диагностики, блока управления и блока связи, и тем, что устройство выполнено в виде аэродинамического тела с пропеллером на одном конце, а на теле размещен узел перемещения, состоящий из трех шайб, на каждой из которых закреплены не менее трех узлов подвески опорных блоков, развернутых на 120 градусов относительно друг друга, каждый из узлов подвески снабжен подвижными опорными блоками, установленными с возможностью упора в стенки трубы газопровода, первая и третья шайбы жестко закреплены на концах аэродинамического тела, а вторая установлена с возможностью перемещения по нему, на второй шайбе закреплены постоянные магниты, которые взаимодействуют с магнитным полем соленоида, размещенного внутри аэродинамического тела, на первой и третьей шайбах установлены видеокамеры с осветителями или ультразвуковые диагностические приборы, внутри аэродинамического тела расположены блок энергообеспечения, блок диагностики, блок управления и блок связи, первый выход которого соединен со вторым входом блока управления, второй выход которого соединен с первым входом блока перемещения, второй вход которого соединен со вторым выходом блока энергообеспечения, второй вход которого соединен с третьим выходом блока управления, третий вход которого соединен со вторым выходом блока диагностики, второй вход которого соединен со вторым выходом блока связи, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, четвертый вход которого соединен со вторым выходом блока перемещения, причем блок энергообеспечения соединен с пропеллером, а блок связи выполнен беспроводным.

Технический результат достигается за счет того, что блок перемещения выполнен таким образом, что появляется возможность адаптации к деформациям диагностирумой трубы газопровода, используя опорные блоки в качестве магнитной пружины, и пошагово перемещаться в потоке транспортируемого продукта. Автономность робота достигается за счет выработки энергии из потока газа.

Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностью тождественных признаков заявляемого решения, отсутствуют. Следовательно, устройство соответствует критерию «новизна».

Сущность заявляемого решения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 представлена конструкция предлагаемого устройства, на фиг.2 - опорный блок, на фиг.3 - функциональная схема соединения блоков внутри аэродинамического тела, и введены следующие обозначения:

1. Аэродинамическое тело

2. Труба газопровода

3. Пропеллер

4. Узел перемещения

5. Шайбы

6. 1-я шайба

7. 3-я шайба

8. Видеокамеры

9. Узел подвески

10. Опорный блок

11. 2-я шайба

12. Соленоид аэродинамического тела

12а. Соленоид узла подвески

13. Постоянные магниты

14. Блок перемещения

15. Блок энергообеспечения

16. Блок управления

17. Блок диагностики

18. Блок связи

Автономный адаптивный шагающий робот 1 расположен внутри трубы газопровода 2. На одном конце робота 1 установлен пропеллер 3, а на поверхности робота расположен узел перемещения 4, выполненный в виде не менее 3-х шайб 5, на первой 6 и третьей шайбе 7 установлены видеокамеры 8, на каждой шайбе закреплено не менее 3-х узлов подвески 9. Каждый узел подвески 9 состоит из подвижных опорных блоков 10, установленных с возможностью упора в стенки трубы газопровода 2 и развернутых на 120° относительно друг друга. Первая 6 и третья 7 шайбы жестко закреплены на концах робота 1, а вторая подвижная шайба 11 установлена с возможностью перемещения по нему. Внутри робота 1 размещен соленоид 12, который через магнитное поле взаимодействует с подвижной шайбой 11, в которой размещены постоянные магниты. Следует отметить, что в роботе имеется несколько соленоидов, один соленоид 12 расположен внутри робота (фиг. 1, 2), другие соленоиды расположены в узлах подвески опорных блоков (фиг. 4) под номером 12а, они используются для втягивания опорных блоков по команде блока управления. Внутри робота 1 (фиг. 5) размещены последовательно соединенные блок перемещения 14, блок энергообеспечения 15, блок управления 16, блок диагностики 17, блок связи 18, первый выход которого соединен со вторым входом блока управления 16, второй выход которого соединен с первым входом блока перемещения 14, второй вход которого соединен со вторым выходом блока энергообеспечения 15, второй вход которого соединен с третьим выходом блока управления 16, третий вход которого соединен со вторым выходом блока диагностики 17, второй вход которого соединен со вторым выходом блока связи 18, третий вход и третий выход соединены с центром управления (на чертеже не показано), второй вход блока связи 18 соединен с четвертым выходом блока управления 16, четвертый вход которого соединен со вторым выходом блока перемещения 18. Блок энергообеспечения соединен с пропеллером 3.

Конструкция блоков, используемых в предлагаемом автономном адаптивно шагающем роботе для диагностики газопровода, стандартная.

Блок энергообеспечения 15 состоит из стандартных блоков, например, из ветротурбины фирмы Сименс, электрогенератора, трансформатора, выпрямителя и стабилизатора.

Блок управления 16 выполнен в виде стандартного конечного автомата.

Блок диагностики 17 выполнен на стандартных веб-камерах с полупроводниковыми диодами для освещения, а изображения с видеокамер обрабатываются в стандартном блоке анализа изображений.

Блок связи 18 выполнен из стандартных блоков вай-фай фирмы Моторола и обеспечивает связь с оператором (4).

Устройство работает следующим образом.

Из центра управления от оператора поступает сигнал через блок связи 18 в блок управления 16 на перемещение робота. Блок управления 16 посылает сигнал в блок энергообеспечения 15 и блок перемещения 14, с которого идут команды на действия:

1 - вращается пропеллер 3 и вырабатывает электричество, которое поступает на соленоид 12. Втягивается узел подвески 9 с опорными блоками 10, первая 6 и третья шайба 7;

2 - протягивается аэродинамическое тело 1 через вторую шайбу 11, постоянные магниты взаимодействуют с соленоидом 12. Это движение прекращается, как только третья шайба 7 соприкоснется со второй подвижной шайбой 11. При этом сигнал подается в блок перемещения 14.

3 - подготовка ко 2-му шагу. При подаче сигнала с блока перемещения 14 узел подвески 9 первой 6 и третьей шайбы 7 упирается в стенки трубы газопровода опорными блоками 10, а узел подвески 9 опорных блоков 10 второй шайбы 11 втягивается за счет сигнала из блока перемещения 14 и взаимодействия с постоянными магнитами 13. После этого подается сигнал на перемещение второй шайбы 11 из блока перемещения 14 вперед вплоть до соприкосновения с первой шайбой 6, после чего узел подвески 9 опорных блоков 10 второй шайбы 11 упирается в стенки трубы газопровода 2.

4 - узел подвески 9 опорных блоков 10 первой 6 и третьей шайбы 7 втягивается по сигналу блока перемещения 14, затем робот 1 протягивается через вторую шайбу 11 до тех пор, пока третья шайба 7 не соприкоснется со второй шайбой 11. После соприкосновения узлы подвески 9 опорных блоков 10 первой 6 и третьей шайб 7 упираются в стенки трубы газопровода 2.

И цикл повторяется.

На фиг. 1 показано первоначальное положение робота в трубе, опорные блоки, укрепленные на шайбах 6 и 7, упираются в стенки трубы, опорные блоки средней шайбы 2 втянуты, по команде блока управления шайба 2 перемещается справа налево до упора, выдвигает опорные блоки 11 до упора в стенки трубы, а опорные блоки шайб 6 и 7 втягиваются, робот принимает позицию, обозначенную на фиг. 2. Далее тело робота 1 протягивается через шайбу 2 до упора, опорные блоки шайб 1 и 3 выдвигаются и упираются в стенки трубы, а опорные блоки шайбы 2 втягиваются, и робот принимает позицию, изображенную на фиг. 1. Шаг сделан, далее цикл перемещения повторяется.

Видеокамеры 8 снимают диагностируемую поверхность трубы газопровода 2 и передают информацию в блок диагностики 17, где информация обрабатывается на предмет выявления

повреждений газопровода. При обнаружении повреждений информация об этом поступает в блок управления 16. Робот останавливается, и информация о повреждении из блока диагностики 17 передается на блок связи 18 и поступает оператору, который принимает решение о дальнейшем движении автономного адаптивно шагающего робота или о детальном обследовании повреждения.

При использовании предлагаемого робота достижение технического результата обеспечивается за счет «шагания» робота, т.к. он приспосабливается к неровностям внутренней поверхности трубы газопровода, ее поворотам и деформациям, что повышает вероятность выявления дефектов газопровода и уменьшает вероятность аварий и экономических потерь.

Таким образом, приведенные сведения доказывают, что при осуществлении заявленного изобретения выполняются следующие условия:

- предлагаемый робот предназначен для использования в энергетике для диагностики газопроводов;

- для предлагаемого робота в том виде, в котором он охарактеризован в независимом пункте формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных до даты подачи заявки средств;

- робот, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, способен обеспечить получение указанного технического результата.

Следовательно, заявляемое устройство соответствует критерию «промышленная применимость», тем более что испытан макет заявляемого устройства.

Источники информации

1. Универсальный диагностический снаряд-дефектоскоп для контроля за состоянием трубопровода, патент РФ №2111453, МПК G01B 17/00, F17D 5/00, F16L 57/00, опубл. 20.05.1998.

2. Способ внутритрубной дефектоскопии и дефектоскоп-снаряд для его осуществления, патент РФ №2109206, МПК F17D 5/00, В08В 9/04, опубл. 20.04.1998.

3. Внутритрубное транспортирующее средство, патент РФ №2069288, F17D 5/02, опубл. 20.11.1996.

4. Алгоритмы управления роботами-манипуляторами/ М.Б.Игнатьев, Ф.М. Кулаков, А.М. Покровский. СПб.: Машиностроение, 1977, 248 с.

Изобретение относится к области обслуживания магистральных трубопроводов и может быть использовано для диагностики состояния трубопроводов в процессе их эксплуатации. Робот выполнен в виде аэродинамического тела с пропеллером, выполненного с возможностью расположения внутри трубы газопровода, на поверхности которого расположен узел перемещения, выполненный в виде не менее трех шайб. На каждой шайбе закреплено не менее трех узлов подвески, каждый узел подвески развернут на 120° относительно друг друга, установлен с возможностью упора в стенки трубы газопровода. Первая и третья шайбы жестко закреплены на концах аэродинамического тела, а вторая установлена с возможностью перемещения. На второй шайбе закреплены постоянные магниты, а на первой и третьей установлены видеокамеры. При этом внутри аэродинамического тела расположены соединенные блок перемещения, блок энергообеспечения, блок управления, блок диагностики и блок связи. Техническим результатом является повышение достоверности результатов диагностики и надежной работы робота. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Автономный адаптивный шагающий робот для диагностики газопроводов, содержащий узел перемещения, блок управления, блок перемещения, блок энергообеспечения, блок связи и блок диагностики, отличающийся тем, что он выполнен в виде аэродинамического тела с пропеллером, выполненного с возможностью расположения внутри трубы диагностируемого газопровода, на поверхности которого расположен узел перемещения, выполненный в виде не менее трех шайб, на каждой шайбе закреплено не менее трех узлов подвески, каждый узел подвески развернут на 120° относительно друг друга, установлен с возможностью упора в стенки трубы газопровода, первая и третья шайбы жестко закреплены на концах аэродинамического тела, а вторая установлена с возможностью перемещения, на второй шайбе закреплены постоянные магниты, а на первой и третьей установлены видеокамеры, при этом внутри аэродинамического тела расположены соединенные блок перемещения, блок энергообеспечения, блок управления, блок диагностики и блок связи, первый выход которого соединен со вторым входом блока управления, второй выход которого соединен с первым входом блока перемещения, второй вход которого соединен со вторым выходом блока энергообеспечения, второй вход которого соединен с третьим выходом блока управления, третий вход которого соединен со вторым выходом блока диагностики, второй вход которого соединен со вторым выходом блока связи, второй вход блока связи соединен с четвертым выходом блока управления, четвертый вход которого соединен со вторым выходом блока перемещения, причем блок энергообеспечения соединен с пропеллером.

2. Автономный адаптивно шагающий робот для диагностики газопроводов по п. 1, отличающийся тем, что блок связи выполнен беспроводным.