CN101936441A - 一种自动调速的管道作业装备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种自动调速的管道作业装备，属于管道作业技术领域，该管道作业装备包括两端开口使流体进出的筒形骨架和将筒形骨架支撑在管道内并使装备在管道内行进的数个皮碗或支撑轮，还包括：设置在骨架筒内的阻流板，阻流板形状、尺寸均与垂直筒形骨架轴向的截面相适配，速度传感器，用于采集装备行进的瞬时速度，以及控制装置，用于判断速度传感器采集到的瞬时速度值是否与当前阻流板自转到的角度相对应，若速度传感器采集到的瞬时速度值不与当前阻流板自转到的角度相对应，则根据预先配置的瞬时速度值与所旋转角度的对应关系，控制阻流板自转到瞬时速度值所对应的角度。该管道作业装备结构简单，可根据管道内状况自行调节行进速度。

Description

一种自动调速的管道作业装备

技术领域

本发明属于管道作业技术领域，特别涉及一种可以自动调速的管道作业装备。

背景技术

为了有效对管道进行维修、维护、清污等工作，一般都是在管道内使用管道作业装备来实现各种复杂的管道作业。比如通过清管器用来清理管道；通过管道内检测器检测管道的变形、腐蚀等缺陷，提前发现并处理，以防止这些潜在危险日后引发重大事故；通过管道机器人进行更复杂的维修、维护、清污等工作。

然而当前越来越多的管道输送趋向于流量大、压力高、流速快的特点，导致管道作业装备的行进速度过快，这样不仅使得管道作业效果不理想，而且会对管道本身及作业装备造成伤害，存在事故的隐患。现有技术中虽然有一些控制管道作业装备行进速度的方案，但这些方案结构较复杂，阻力流体阻力系数理论求解难，机构运动耗电量较大等不足，很难推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动调速的管道作业装备，该管道作业装备通过对采集的瞬时速度进行判断，从而控制阻流板旋转对应瞬时速度的角度来调节通过管道作业装备旁通孔内的流体流量，阻流板相对于骨架上旁通孔横截面的角度越大，其受力面就越小，且管道作业装备前后压差减小，行进速度就较低；反之阻流板相对于骨架上旁通孔横截面的角度越小，其受力面就越大且管道作业装备前后压差增加，行进速度就较高。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供一种自动调速的管道作业装备，包括两端开口使流体进出的筒形骨架和将所述筒形骨架支撑在管道内并使所述装备在管道内行进的数个皮碗或支撑轮，所述装备还包括：

设置在所述骨架筒内的阻流板，所述阻流板形状、尺寸均与垂直所述筒形骨架轴向的截面相适配；

速度传感器，用于采集所述装备行进的瞬时速度；以及

控制装置，用于判断所述速度传感器采集到的瞬时速度值是否与当前阻流板自转到的角度相对应，若所述速度传感器采集到的瞬时速度值不与当前阻流板自转到的角度相对应，则根据预先配置的瞬时速度值与所旋转角度的对应关系，控制所述阻流板自转到所述瞬时速度值所对应的角度。

为了便于安装阻流板在所述骨架中，所述阻流板包括垂直于所述骨架轴向的旋转轴以及通过螺栓或销钉等方式安装在所述旋转轴两侧的蝶板，所述旋转轴两端通过轴承与所述骨架相连。

为了有效控制阻流板转动，所述控制装置包括控制单元以及与所述控制单元相连的电动执行机构，所述电动执行机构与所述阻流板相连。其中控制单元用于判断所述速度传感器采集到的瞬时速度值是否在预先设定的装备行进速度范围内，若所述速度传感器采集到的瞬时速度值不在预先设定的装备行进速度范围内，则根据预先配置的瞬时速度值与所旋转角度的对应关系，控制电动执行机构运行。

当该电动执行机构主要由电动推杆和曲柄滑块机构组成时，所述电动执行机构与所述阻流板相连具体为：所述曲柄滑块机构通过传动杆与所述旋转轴一侧的蝶板相连，这样电动执行机构运行工作时就可以通过传动杆将蝶板拉开相应角度。

当该电动执行机构主要由气动组件和连接所述气动组件上气缸或活塞杆的曲柄滑块机构组成时，该电动执行机构与所述阻流板相连具体为：所述曲柄滑块机构通过传动杆与所述旋转轴上所固定蝶板的一侧相连。这样电动执行机构运行工作时就可以通过传动杆将蝶板拉开相应角度。

当所述电动执行机构主要由电机和齿轮机构组成时，所述电动执行机构与所述阻流板相连具体为：所述齿轮机构与所述旋转轴一端的齿轮啮合。这样电动执行机构运行工作时就可以驱动旋转轴转动相应角度。

为了精确采集装备行进的瞬时速度，所述速度传感器根据公式：

v＝(n·πD)/m

采集所述装备行进的瞬时速度，其中n表示每秒记录的脉冲总数，m表示速度传感器中计数齿轮的齿数，D表示速度传感器中里程轮的直径。

本实施例中的管道作业装备可以为清管器或内检测器或管道机器人。

本发明实施例的优点在于，本实施例提供的自动调速的管道作业装备结构简单，可根据管道内流体的流量大小、压力高低等环境状况自行控制自身在管道内的行进速度，大大提高了管道作业的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的管道作业装备的功能结构示意框图。

图2是本发明实施例提供的一种管道作业装备的剖面结构示意框图。

图3为图2中阻流板结构示意图。

图4是本发明实施例提供的另一种管道作业装备的剖面结构示意框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种自动调速的管道作业装备，如图1所示，图1为本发明实施例提供的管道作业装备的功能结构示意框图，从图1中可以看出，该管道作业装备主要包括装备主体1、阻流板2、速度传感器3和控制装置4，由于管道作业装备的工作环境是在管道内，所以装备主体1主要是由筒形骨架和数个皮碗(也可以是数个支撑轮，本实施例用皮碗进行说明)组成结构，筒形骨架前后两端均开口形成旁通孔，这样便于流体从骨架内的旁通孔进出，而皮碗是可以将筒形骨架支撑在管道内，这样整个装备就可以置于管道内并在管道内受力行进，由于装备主体1的结构主要为现有技术，所以本发明在此不做过多赘述。阻流板2的形状、尺寸均与垂直筒形骨架轴向的截面(即旁通孔纵截面)相适配，并且该阻流板2设置在骨架的旁通孔内，受力驱动时可以自转一定角度。由于管道作业装备在管道内工作时会受到流体的冲击，通过控制阻流板2转动一定角度就可以调整通过管道作业装备流体的流量，也即调整作业装备受到流体冲击的大小，若阻流板旋转角度越大(即阻流板与骨架轴向角度越小)，其前后压差和驱动力越小，其受冲击的面积就越小，作业装备行进速度就较低；反之阻流板旋转角度越小(即阻流板与骨架轴向角度越接近90°)，其前后压差和驱动力越大，其受冲击的面积就越大，作业装备行进速度就较高。

为了有效控制阻流板2的旋转，本实施例所述的管道作业装备通过速度传感器3和控制装置4来实现，速度传感器3用于采集管道作业装备行进的瞬时速度，并将采集到的瞬时速度值传递给控制装置4，控制装置4判断速度传感器2采集到的瞬时速度值是否与当前阻流板自转到的角度相对应，比如根据缓存中所记录的前次控制的信息即可知晓前次控制阻流板旋转的角度是多少，如果缓存中没有关于前次控制信息的记录，说明当前阻流板旋转的角度仍为默认的开度。若判断出速度传感器2采集到的瞬时速度值与当前阻流板自转到的角度相对应，则不控制阻流板2，继续等待下次判断，若判断出速度传感器2采集到的瞬时速度值不与当前阻流板自转到的角度相对应，则根据预先配置的瞬时速度值与所旋转角度的对应关系，控制阻流板2自转到所述瞬时速度值所对应的角度。其中预先配置的瞬时速度值与所旋转角度的对应关系可以是预先配置好的瞬时速度值与旋转角度的对应关系表，该表中每个范围的速度都会对应不同的角度，瞬时速度值越大，阻流板2受力越大，为了降低速度保证装备作业安全，阻流板2相对于骨架径向(即相对于旁通孔横截面)的角度应较大，反之瞬时速度值越小，阻流板2受力越小，为了提高速度保证装备作业安全，阻流板2相对于骨架径向(即相对于旁通孔横截面)的角度应较小。所以控制装置4可以根据速度传感器3采集到的瞬时速度值控制阻流板2相对于骨架径向或轴向的角度来达到控制整个管道作业装置行进速度的目的。

为了详细说明本发明实施例所述的自动调速的管道作业装备，下面通过列举实例来进一步说明，如图2所示，图2为本发明实施例提供的一种管道作业装备的剖面结构示意框图。图2中的管道作业装备置于一管道中，该管道作业装备主体部分包括前后两端开口可使管道内流体进出的圆柱形旁通孔(当然也可以是其他形状，如长方体型等)筒形骨架12和环向设置在该筒形骨架12外壁并将筒形骨架12支撑在管道内的数个皮碗11(也可以是数个支撑轮，本实施例用皮碗进行说明)，比如蝶形皮碗、直板式聚氨酯皮碗、普通聚氨酯清管器等，图2中的皮碗11主要分布在筒形骨架12的前后侧，这样当作业装备受到流体冲击时整个装备就可依靠皮碗11在管道内行进的。在骨架12筒内设置有阻流板13，该阻流板形状、尺寸均与垂直所述筒形骨架轴向的圆截面(也即该圆柱形旁通孔横截面)相适配(若骨架轴向是方形截面，则阻流板也是方形，且尺寸与截面相适配)，这样当阻流板13与旁通孔横截面平行时，基本阻隔了流体从骨架的流出，使得阻流板13受力越大，即使骨架12和皮碗11支撑的管道作业装备的前后压差和驱动力增加，整个装备的行进速度最快，反之当阻流板13与旁通孔横截面垂直时，基本不会阻隔了流体从骨架的流出，使得阻流板13受力越小，也即使骨架12和皮碗11支撑的管道作业装备的前后压差和驱动力也减小，整个装备的行进速度最低。而本实施例为了便于在旁通孔内安装该阻流板13，该阻流板13主要由旋转轴131和蝶板132组成，如图3所示，图3为图2中阻流板结构示意图，该旋转轴131垂直于旁通孔的轴向，两端通过轴承(图3中未示出)与骨架12相连，轴承外通过支座121支撑，以降低摩擦，提高清管或检测装备的速度控制的快速性和可靠性。蝶板132通过螺栓或销钉等方式安装在旋转轴131两侧，这样当旋转轴131旋转时蝶板132也随之旋转。

为了控制阻流板13通过旋转轴131旋转，本实施例是通过速度传感器14和控制装置来实现的，如图2所示，本实施例中的骨架12上安装有数个(一般2-8个)速度传感器14，这些速度传感器14均固定在骨架12的尾部(也可以是骨架12的其他位置，在此并不限制)，而速度传感器14的采集端则与管道接触来采集装备行进的瞬时速度，为了更精确的采集瞬时速度，本实施例中的每个速度传感器根据公式：

v＝(n.πD)/m

采集所述装备行进的瞬时速度v，其中n表示速度传感器14每秒记录的脉冲总数，m表示速度传感器中计数齿轮的齿数，D表示速度传感器中里程轮的直径。

本实施例中的控制装置可以包括控制单元151以及与所述控制单元151相连的电动执行机构152，该电动执行机构152主要由电动推杆1521和曲柄滑块机构1522组成，电动推杆1521和曲柄滑块机构1522相连，用以驱动曲柄滑块机构1522滑动，该曲柄滑块机构1522通过传动杆153与旋转轴一侧的蝶板132相连。控制单元151判断速度传感器14采集到的瞬时速度值是否与当前阻流板自转到的角度相对应，比如在接收到多个速度传感器14采集到的瞬时速度值后，控制单元151选择其中数值最大的瞬时速度值作为判断基础，这样若判断出速度传感器14采集到的瞬时速度值(如数值最大的瞬时速度值)与当前阻流板自转到的角度相对应，则不启动电动推杆1521，继续等待下次判断，若判断出速度传感器14采集到的瞬时速度值(如数值最大的瞬时速度值)不与当前阻流板13自转到的角度相对应，则根据预先配置的瞬时速度值与所旋转角度的对应关系，启动电动推杆1521，以使电动推杆1521驱动曲柄滑块机构1522滑动，从而通过传动杆153拉动或推动蝶板132转到该瞬时速度值所对应的角度(需要说明的是滑块的位移与蝶板132转动角度的关系是可通过现有技术计算出的，在此本实施例就不再赘述了)。

在上述判断过程中控制单元151可根据缓存中所记录的前次控制的信息即可知晓前次控制阻流板旋转的角度是多少，如果缓存中没有关于前次控制信息的记录，说明当前阻流板旋转的角度仍为默认的开度。

本实施例中的根据预先配置的瞬时速度值与所旋转角度的对应关系如表1所示：

瞬时速度	阻流板与骨架径向的角度
		大于5m/s	90°

3m/s～5m/s	60°
		小于3m/s	30°
持续0m/s一段预定时间	0°

表1

根据表1可知，控制单元151即可判断速度传感器14采集到的瞬时速度值是否与当前阻流板自转到的角度相对应，若采集到的瞬时速度值中最大值小于3m/s，则控制单元151既可根据表1中的关系启动电动推杆1521，以使电动推杆1521驱动曲柄滑块机构1522滑动，从而通过传动杆153拉动或推动蝶板132将阻流板转到与骨架径向的30°的位置(前提是本次控制前)阻流板与骨架径向不为30°。

假设阻流板与骨架径向的角度默认在60°，管道作业装备在管道内工作时，管道内的流体的流动方向如图2中箭头所示，这样该作业装备的正常速度应在3m/s～5m/s，当管道内流体的流量增大、流速加快时，作业装备的行进速度增加，此时速度传感器采集到的瞬时速度最大值大于5m/s，控制单元151判断出当前的瞬时速度最大值大于5m/s，根据表1中的关系启动电动推杆1521，以使电动推杆1521驱动曲柄滑块机构中滑块1522滑动，从而通过传动杆153拉动或推动蝶板132将阻流板转到与骨架径向的90°的位置(也即平行轴向的位置)，进一步降低阻流板的受力面，从而起到降低速度的效果。

图2中的电动执行机构虽主要是由电动推杆1521和曲柄滑块机构1522组成，但基于相同的运动原理，该电动执行机构还可以主要由气动组件以及连接该气动组件上气缸或活塞杆的曲柄滑块机构组成，该气动组件包括气罐、电磁换向阀、气缸等气动元件，通过气缸或活塞杆的移动来驱动曲柄滑块机构运动。曲柄滑块机构与蝶板的连接方式仍然不变，这样阻流板仍可像上述实施例中描述的那样旋转。

如图4所示，图4为本发明实施例提供的另一种管道作业装备的剖面结构示意框图。该管道作业装备的主要结构与上述的管道作业装备相同，故不再赘述。其区别仅在于图4中管道作业装备的电动执行机构主要电机41和齿轮机构42组成，电机41和齿轮机构42相连，用以驱动齿轮机构42旋转，而该齿轮机构42与阻流板13旋转轴一端的齿轮啮合。当控制单元启动电机41后，电机驱动齿轮机构42上齿轮转动从而驱动旋转轴转动，这样阻流板就可以转动到瞬时速度值所对应的角度，需要说明的是齿轮转动的角度与旋转轴转动角度的关系是可通过现有技术计算出的，在此本实施例就不再赘述了。

通过本实施例提供的管道作业装备可知，只要在现有管道装备筒形骨架的旁通孔内安装阻流板以及在骨架上设置相应的检测、控制装置即可实现自动调速，结构简单，成本较低，有利于推广应用，比如清管器或内检测器或管道机器人等。

当然，以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的逻辑和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自动调速的管道作业装备，包括两端开口使流体进出的筒形骨架和将所述筒形骨架支撑在管道内并使所述装备在管道内行进的数个皮碗或支撑轮，其特征在于，所述装备还包括：

设置在所述骨架筒内的阻流板，所述阻流板形状、尺寸均与垂直所述筒形骨架轴向的截面相适配；

速度传感器，用于采集所述装备行进的瞬时速度；以及

控制装置，用于判断所述速度传感器采集到的瞬时速度值是否与当前阻流板自转到的角度相对应，若所述速度传感器采集到的瞬时速度值不与当前阻流板自转到的角度相对应，则根据预先配置的瞬时速度值与所旋转角度的对应关系，控制所述阻流板自转到所述瞬时速度值所对应的角度。

2.根据权利要求1所述的装备，其特征在于，所述阻流板包括垂直于所述骨架轴向的旋转轴以及安装在所述旋转轴两侧的蝶板，所述旋转轴两端通过轴承与所述骨架相连。

3.根据权利要求2所述的装备，其特征在于，所述控制装置包括控制单元以及与所述控制单元相连的电动执行机构，所述电动执行机构与所述阻流板相连。

4.根据权利要求3所述的装备，其特征在于，当所述电动执行机构主要由电动推杆和曲柄滑块机构组成时，所述电动执行机构与所述阻流板相连具体为：所述曲柄滑块机构通过传动杆与所述旋转轴一侧的蝶板相连。

5.根据权利要求3所述的装备，其特征在于，当所述电动执行机构主要由气动组件和连接所述气动组件上活塞杆或气缸的曲柄滑块机构组成时，所述电动执行机构与所述阻流板相连具体为：所述曲柄滑块机构通过传动杆与所述旋转轴上所固定蝶板的一侧相连。

6.根据权利要求3所述的装备，其特征在于，当所述电动执行机构主要由电机和齿轮机构组成时，所述电动执行机构与所述阻流板相连具体为：所述齿轮机构与所述旋转轴一端的齿轮啮合。

7.根据权利要求1所述的装备，其特征在于，所述速度传感器根据公式：

v＝(n·πD)/m

采集所述装备行进的瞬时速度，其中n表示每秒记录的脉冲总数，m表示速度传感器中计数齿轮的齿数，D表示速度传感器中里程轮的直径。

8.根据权利要求1所述的装备，其特征在于，所述管道作业装备为清管器或内检测器或管道机器人。

Images