ВНУТРИТРУБНЫЙ ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ СНАРЯД С РЕГУЛИРУЕМОЙ СКОРОСТЬЮ ДВИЖЕНИЯ ДЛЯ ОБСЛЕДОВАНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК G01N27/82 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к приборам и аппаратам для внутритрубной диагностики трубопроводов, преимущественно газопроводов низкого давления, предназначенных для перекачки попутного нефтяного газа, а именно к снарядам с регулируемой скоростью движения.

Известен внутритрубный диагностический снаряд с регулируемой скоростью движения для обследования трубопроводов (патент РФ 2779721, МПК G01N 27/83, опубл. 12.09.2022, бюл. №26), содержащий корпус-основание с опорными, центрирующими элементами, измерительные приборы, систему управления скоростью движения в виде расположенного в корпусе-основании центрального байпасного канала в форме сопла Лаваля, соединенного с дополнительными периферийными каналами для уменьшения области отрывного течения в расширяющейся зоне сопла, включающую в себя систему экстренного торможения, и поворотную, регулирующую степень открытия канала, заслонку, установленной в узком месте центрального байпасного канала. Заслонка механически связана с валом электропривода, причем зона примыкания периферийных каналов к центральному каналу выполнена в виде камеры-улитки. Эта конструкция принята в качестве прототипа.

Недостатком описанного технического решения является сложность реализации – наличие байпасных каналов и устройства поворота заслонки, размещаемых в ограниченном пространстве между центральным каналом и внешней стенкой корпуса-основания, и, кроме того, неравномерность потока за заслонкой, приводящая к необходимости нелинейного управления скоростью снаряда и возможной потере диагностической информации.

Общими признаками, присущими прототипу и заявляемому техническому решению, являются: выполнение снаряда в виде шарнирно соединенных между собой трех отдельных секций - аккумуляторной, секции измерительных приборов и секции управления скоростью движения, корпус-основание с опорными центрирующими элементами, система управления скоростью движения в виде расположенного в корпусе-основании центрального канала, включающая в себя систему экстренного торможения и центральный канал в форме сопла Лаваля с заслонкой, полностью перекрывающей канал в самом узком его сечении, с возможностью регулировки степени перекрытия канала.

Основным недостатком устройства по прототипу является сложность реализации – совмещение байпасов и механизма управления поворотной заслонкой в ограниченном объеме, при том, что закрытие заслонки с преодолением силы сопротивления потока требует электромотора с высоким моментом сил, а значит массивного.

Кроме того, при открытии поворотной заслонки сила со стороны потока в зависимости от угла открытия меняется нелинейно, поэтому и система управления такой заслонкой должна быть нелинейной. Существующие алгоритмы управления на основе ПИД регулирования линейны, а поэтому неприменимы в данном устройстве.

Задачей настоящего изобретения является разработка простого в реализации инспекционного снаряда с устройством линейного регулирования скорости, обеспечивающего сбор диагностической информации равномерно по длине газопровода низкого (до 10 атм) давления.

Поставленная задача решена за счет того, что в известном внутритрубном диагностическом снаряде с регулируемой скоростью движения для обследования трубопроводов, выполненном в виде шарнирно соединенных между собой трех отдельных секций - аккумуляторной, секции измерительных приборов и секции управления скоростью движения, содержащей корпус-основание с опорными центрирующими элементами и систему управления скоростью движения в виде расположенного в корпусе-основании центрального канала в форме сопла Лаваля с клапаном, и включающую в себя систему экстренного торможения, согласно изобретению, клапан выполнен в форме обтекаемого каплевидного тела с возможностью регулирования степени открытия канала путем его смещения по оси центрального канала.

Признаками заявляемого технического решения, отличными от прототипа, являются: клапан выполнен в форме обтекаемого каплевидного тела, регулирование степени открытия канала достигается перемещением клапана вдоль оси канала.

Сущность изобретения поясняется чертежами, представленными на фиг 1-3.

На фиг. 1 изображен общий вид инспекционного снаряда, на фиг. 2 – продольное поперечное сечение секции управления движением снаряда и вид на снаряд со стороны входа потока, на фиг. 3 – общий вид клапана.

Инспекционный снаряд (фиг. 1) выполнен в виде трех отдельных секций – аккумуляторной 1, измерительных приборов 2 и управления скоростью движения 3, соединенных между собой шарнирами 4. Такой вид соединения позволяет секциям 1 - 3 поворачиваться друг относительно друга. Аккумуляторная секция 1 и секция измерительных приборов 2 центрируются в трубе, например, пассивными колесами 5. Секция управления 3 центрируется и уплотняется, например, манжетами 6.

Секция управления скоростью движения 3 (фиг. 2) состоит из корпуса-основания 7 с центральным байпасным каналом 8 и системой экстренного торможения (на фиг. не показана). В продольном сечении центральный канал 8 имеет форму сопла Лаваля, которая позволяет минимизировать силу сопротивления движению снаряда в потоке газа. В узкой части центрального канала 8 установлен клапан 9 для регулирования открытой площади сечения центрального канала 8, имеющий обтекаемую каплеобразную форму (фиг. 3) и полностью перекрывающий канал 8. В корпусе-основании 7 последовательно расположены катушки 10, предназначенные для возврата клапана 9 в горловину канала 8, т.е. для закрытия канала 8 клапаном 9.

Инспекционный снаряд с устройством регулирования скорости работает следующим образом.

При прокачке газа на снаряде создается перепад давления. Силы давления перемещают снаряд вдоль трубы. На прямолинейных участках трубопровода, при отсутствии неровностей или стопоров на его внутренних стенках, сила трения постоянна и уравновешивается силами давления. Снаряд движется с постоянной скоростью. При появлении неровностей сила трения становится переменной, нарушается баланс между силой трения и силой давления. Уравновешивание сил осуществляют управлением силой давления путем смещения клапана 9 вдоль оси канала 8 в его расширяющуюся часть.

При повышении скорости снаряда происходит смещение клапана 9 вдоль оси центрального канала 8 в его расширяющуюся часть, при этом открывается кольцевой зазор между поверхностью клапана 9 и стенками канала 8. Газ поступает на вход центрального канала 8, сжимается и проходит через зазор между клапаном 9 и зауженной частью центрального канала 8 в расширяющуюся часть канала, при этом понижается давление газа вдоль стенок расширяющейся части центрального канала 8. Таким образом, сила, действующая со стороны газа на стенки снаряда, уменьшается и снаряд замедляется.

Если снаряд натыкается на препятствие и останавливается, а прокачка газа продолжается, то растет перепад давления на снаряде. Когда стопор под действием сил давления разрушается, снаряд начинает ускоренное движение, что может привести к потере диагностической информации. В этот момент наряду с полным открытием клапана 9 центрального канала 8, срабатывает система экстренного торможения. Металлический шарик инерционного датчика ускорения при резком ускорении системы за счет своей инерции смещается в седло электрического контакта, замыкая тем самым электрическую цепь, открывающую вентиль баллона с газом. Газ заполняет эластичный мешок, который, в свою очередь, прижимает тормозную колодку к внутренней стенке газопровода, и снаряд тормозится.

Возврат клапана 9 в исходное состояние с полным перекрытием центрального канала 8 происходит, например, по принципу линейного двигателя, когда клапан 9 с ферромагнитным сердечником втягивается в магнитное поле, последовательно индуцируемое в нескольких катушках 10, охватывающих центральный канал 8, и фиксируется в каждом из промежуточных положений с помощью защелки.

Таким образом, предложенный инспекционный снаряд легко реализовать за счет исключения из конструкции байпасных каналов в дополнение к центральному каналу, а также выполнения клапана каплевидной формы и замены вращательного механизма открытия плоской заслонки на поступательный механизм открытия каплевидного клапана. Кроме того, регулировка степени открытия центрального канала осевым перемещением клапана приводит к линейной зависимости силы со стороны потока на клапан, таким образом, управление скоростью снаряда через положение клапана может быть реализовано посредством известных и хорошо разработанных линейных алгоритмов пид-регулирования.

Использование: для обследования трубопроводов низкого давления. Сущность изобретения заключается в том, что внутритрубный диагностический снаряд с регулируемой скоростью движения для обследования трубопроводов низкого давления выполнен в виде шарнирно соединенных между собой трех отдельных секций - аккумуляторной, секции измерительных приборов и секции управления скоростью движения, содержащей корпус-основание с опорными центрирующими элементами и систему управления скоростью движения в виде расположенного в корпусе-основании центрального канала в форме сопла Лаваля с клапаном, и включающую в себя систему экстренного торможения, при этом клапан выполнен в форме обтекаемого каплевидного тела с возможностью регулирования степени открытия канала путем его смещения по оси центрального канала. Технический результат: обеспечение возможности разработки простого в реализации инспекционного снаряда с устройством линейного регулирования скорости, обеспечивающего сбор диагностической информации равномерно по длине газопровода низкого (до 10 атм) давления. 3 ил.

Внутритрубный диагностический снаряд с регулируемой скоростью движения для обследования трубопроводов низкого давления, выполненный в виде шарнирно соединенных между собой трех отдельных секций - аккумуляторной, секции измерительных приборов и секции управления скоростью движения, содержащей корпус-основание с опорными центрирующими элементами и систему управления скоростью движения в виде расположенного в корпусе-основании центрального канала в форме сопла Лаваля с клапаном, и включающую в себя систему экстренного торможения, отличающийся тем, что клапан выполнен в форме обтекаемого каплевидного тела с возможностью регулирования степени открытия канала путем его смещения по оси центрального канала.