CN103042017B - 一种管道清管检测设备用速度控制系统执行机构 - Google Patents

Abstract

本发明是一种管道清管检测设备用速度控制系统执行机构。涉及非电变量系统的控制、影响气体流动的装置、流量的测量、线速度的测量和管道系统技术领域。在以气流进入的方向为前的泄流圆筒(1)后部固连的后支架(2)中心的密封仓体(6)内，从后向前依次安装有电池组(3)、控制模块(4)、电机(5)，电机(5)的轴穿过密封仓体(6)的孔与联轴器(7)连接，联轴器(7)经减速箱(8)与传动轴(10)连接，传动轴(10)伸出泄流圆筒(1)前端的固定扇叶(9)后与活动扇叶(11)连接，传动轴(10)头再连接压盖(12)。本发明在正常输送的前提下，通过调节流经清管检测设备的介质流量，达到调节清管检测设备在管道内运行速。

Description

一种管道清管检测设备用速度控制系统执行机构

技术领域

本发明是一种管道清管检测设备用速度控制系统执行机构。涉及非电变量系统的控制、影响气体流动的装置、流量的测量、线速度的测量和管道系统技术领域。

背景技术

随着我国城市化进程加快、各地将加大清洁能源消费比例，使天然气总需求量增长迅猛。根据2007年能源蓝皮书《2007年中国能源发展报告》，蓝皮书预计未来15年中国天然气需求将呈爆炸式增长，平均增速将达11％-13％，蓝皮书指出，从国家天然气发展总体规划看，在现有的60多个已通天然气城市的基础上，2010年将发展到270个城市，21世纪中期，全国65％的城市都将通上天然气。预计到2010年天然气需求量将达到1000亿立方米，到2020年天然气需求量将超过2000亿立方米左右。综上所述，在可预见的十年里，国内主要天然气管道都将面临着以较大排量甚至满负荷进行输送的情况。

总所周知，管道在运营一段时间后，就需要进行清管检测作业。清管的目的是清扫长输天然气管道内杂物、积液、积污，提高管道输送效率，减少摩阻损失，减少管道内壁腐蚀，延长管道使用寿命。然而，根据SY/T 5922-2003《天然气管道运行规范》8.7.4.1项规定，“清管器运行速度一般宜控制在3.5m/s～5m/s。”而国内主要的天然气管道输送介质流速已经超过5m/s，瞬间速度可能达到十几米每秒。清管检测设备运行速度较大将给管道运营商带来很大的作业风险。

为了减小作业风险，就需要降低清管检测设备的运行速度，但前提是不能影响管道业主的正常天然气输量，一种速度控制系统就应运而生。

《油气储运》2010年第29卷第9期的“天然气管道速度可控清管器的设计”公开了一种天然气管道速度可控清管器的设计。它是根据速度控制的要求，通过泄流改变清管器的前后压差，由压差变化带来清管器速度进行变化，从而控制清管器的速度。但它涉及的对像是清管器，且其公开的结构也与本申请不同。

发明内容

本发明的目的是发明一种在不影响正常输送的前提下，通过调节流经清管检测设备的介质流量从而达到调节清管检测设备在管道内运行速度的管道清管检测设备用速度控制系统执行机构。

本发明的速度控制系统执行机构可以提前预设想要控制的设备速度区间范围，如3m/s--5m/s之间，如果设备速度大于设定区间的上限值5m/s，泄流阀门就打开一级，如果设备速度小于设定区间的下限值3m/s，泄流阀门就关闭一级，直到设备速度回到设定的区间范围内。速度控制系统的泄流阀属于多级控制，活动扇叶可以有5种不同的位置状态，根据不同的速度调节到合适的一种状态。

本速度控制系统执行机构的结构有两种，结构一如图1所示。其主要部件有泄流圆筒1、后支架2、电池组3、控制模块4、电机5、密封仓体6、联轴器7、减速箱8、固定扇叶9、传动轴10、活动扇叶11、压盖12。在泄流圆筒1后部(以气流进入的方向为前)固连的后支架2中心的密封仓体6内，从后向前依次安装有电池组3、控制模块4、电机5，电机5的轴穿过密封仓体6的孔与联轴器7连接，联轴器7经减速箱8与传动轴10连接，传动轴10伸出泄流圆筒1前端的固定扇叶9后与活动扇叶11连接，传动轴10头再连接压盖12。

所述后支架2在密封仓体6与泄流圆筒1之间有多个气流孔；为了保证不会截流气体，在圆周上开了许多的孔，其孔的总等效面积要大于前端需要的泄流总面积；

固定扇叶9的主视图如图5，活动扇叶11的扇叶瓣的个数和固定扇叶9的空隙瓣个数相一致，且形状面积也一致，保证重回时正好完全覆盖；扇叶瓣的个数为3-6个，根据需要的泄流面积进行选择、调整；

活动扇叶11的主视图如图4，活动扇叶11的扇叶瓣的个数和固定扇叶9的空隙瓣个数相一致，且形状面积也一致，保证重回时正好完全覆盖；扇叶瓣的个数为3-6个，根据需要的泄流面积进行选择、调整；顺气流方向看，每一个扇叶的上表面都做成类似鱼脊背的形状，这是便于减小气流的阻力。

本速度控制系统执行机构的结构二如图2所示。其主要部件有泄流圆筒1、后支架2、电池组3、控制模块4、电机5、密封仓体6、联轴器7、减速箱8、固定扇叶9、传动轴10、活动扇叶11、压盖12、固定罩13、旋转罩14、转轴15、前支架16。在泄流圆筒1前部(以气流进入的方向为前)固连的后支架2中心的密封仓体6内，从前向后依次安装有电池组3、控制模块4、电机5，电机5的轴穿过密封仓体6的孔与联轴器7连接，联轴器7经减速箱8与传动轴10连接，传动轴10伸出泄流圆筒1后端的前支架16与转轴15连接，转轴15与旋转罩14连接，旋转罩14外套有与泄流圆筒1固连的固定罩13。

所述后支架2在密封仓体6与泄流圆筒1之间有多个气流孔；同样，前支架16为了保证不会截流气体，在圆周上开了足够多的圆孔，其圆孔的等效面积要大于前端需要的泄流总面积；

所述固定罩13和旋转罩14为锅形，为了获得较大的泄流面积，在形状上做成前凸的斜面形状，固定罩13上有6个扇叶瓣，6个空隙瓣，旋转罩也相应有6个扇叶瓣，旋转罩14的6个扇叶瓣形状要能正好完全覆盖住固定罩的6个空隙瓣，这样才能保证泄流通道在需要时完全关闭。

两种结构中的电池组3中装载的电池是高能锂电池，一般一段检测管段在200公里左右，电池容量要保证能持续供电足够时间以完成整个检测，下一段检测再更换新电池。

本发明的实现方式是这样的：电池组3给控制模块4和电机5供电，由控制模块4发送动作指令，当发出开启或关闭泄流阀门的动作指令后，电机5首先执行指令正向或反向旋转，带动联轴器7、减速箱8和传动轴10也随之旋转；结构图1中与传动轴10固定的活动扇叶11也旋转相应角度，活动扇叶11旋转后与固定扇叶9产生相对位置变化，改变了气体泄流量。如图3a是活动扇叶11与固定扇叶9互补位置，泄流通道处于完全关闭状态、图3b是活动扇叶11与固定扇叶9重叠一部分，泄流通道处于部分打开状态、图3c是活动扇叶11与固定扇叶9完全重叠位置，泄流通道处于完全打开状态。不同的位置变化改变了流经清管检测设备的气体流量从而达到了调节设备运行速度的目的。

结构图2中传动轴10旋转后带动旋转罩14转动，旋转罩14的转动就会与固定罩13产生相对位置变化，从而泄流量发生变化，不同的变化改变了流经清管检测设备的气体流量从而达到了调节设备运行速度的目的。

由于速度控制系统的工作环境是在在线输送天然气的高压管道内，所以电池组3、控制模块4和电机5需要固定在密封仓体6内。泄流圆筒1是清管检测设备的一个主要部件，它与清管检测设备有固定，后支架2和前固定扇叶9是固定在泄流圆筒1上的，密封仓体6固定在后支架2上。固定罩13固定在前固定架9上。

结构图1的特点是前端泄流面积主要来自于活动扇叶11和固定扇叶9之间未重叠部分，由于活动扇叶11和固定扇叶9都是沿泄流筒截面设计，所以在泄流筒直径一定的情况下，结构图1的可泄流面积相对较小，能够调节的清管检测设备的速度范围也比较小，但该结构前端设计较紧凑，重量轻。另外，结构图1在清管检测设备上的安装方向上要按结构图1中所标示的气流方向安装，活动扇叶11是安装在气流的前端。

而结构图2的前端泄流面积来自于固定罩13和旋转罩14，由于固定罩13和旋转罩14都是斜面式设计，所以在泄流筒直径一定的情况下，结构图2能够获得更大的泄流面积，可以调节的清管检测设备的速度范围也比较大，适用管道输送排量变化大。但该结构前端尺寸突出，重量较重。结构图2在清管检测设备上的安装方向上要按结构图2中所标示的气流方向安装，固定罩13和旋转罩14是安装在气流的末端方向。

本发明在不影响管道正常输送的前提下，将它搭载在清管检测设备上，通过调节流经清管检测设备的介质流量从而达到调节清管检测设备在管道内的运行速度的目的。

附图说明

图1速度控制系统主要结构图(截面泄流方式)

图2速度控制系统主要结构图(斜面泄流方式)

图3a泄流通道处于完全关闭状态

图3b泄流通道处于部分打开状态

图3c泄流通道处于完全打开状态

图4活动扇叶主视图

图5固定扇叶主视图

其中1-泄流圆筒              2-后支架

3-电池组                    4-控制模块

5-电机                      6-密封仓体

7-联轴器                    8-减速箱

9-固定扇叶                  10-传动轴

11-活动扇叶                 12-压盖

13-固定罩                   14-旋转罩

15-转轴                     16-前支架。

具体实施方式

实施例1.本例的结构如图1所示。其主要部件有泄流圆筒1、后支架2、电池组3、控制模块4、电机5、密封仓体6、联轴器7、减速箱8、固定扇叶9、传动轴10、活动扇叶11、压盖12。在泄流圆筒1后部(以气流进入的方向为前)固连的后支架2中心的密封仓体6内，从后向前依次安装有电池组3、控制模块4、电机5，电机5的轴穿过密封仓体6的孔与联轴器7连接，联轴器7经减速箱8与传动轴10连接，传动轴10伸出泄流圆筒1前端的固定扇叶9后与活动扇叶11连接，传动轴10头再连接压盖12。

所述后支架2在密封仓体6与泄流圆筒1之间有多个气流孔；为了保证不会截流气体，在圆周上开了足够多的圆孔，其圆孔的等效面积要大于前端需要的泄流总面积；

固定扇叶9的主视图如图5，圆周上有3个空隙瓣，活动扇叶的3个扇叶瓣面积要能正好完全覆盖住固定扇叶的3个空隙瓣；所以在设计上活动扇叶11的扇叶瓣的个数要和固定扇叶9的空隙瓣个数相一致，且形状面积也要一致，保证重回时正好完全覆盖；当然，扇叶瓣的个数可根据需要的泄流面积进行调整，也可以是4个5个，但一般不超过6个；

活动扇叶11的主视图如图4，圆周上有3个扇叶瓣，其余部分为空隙；顺气流方向看，每一个扇叶的上表面都做成类似鱼脊背的形状，这是便于减小气流的阻力。

其中：

泄流圆筒1长750mm，直径260mm；固定扇叶9为3块，活动扇叶11也为3块；电机部分密封仓直径为160mm，等效泄流孔直径150mm。

实施例2.本例的结构如图2所示。其主要部件有泄流圆筒1、后支架2、电池组3、控制模块4、电机5、密封仓体6、联轴器7、减速箱8、固定扇叶9、传动轴10、活动扇叶11、压盖12、固定罩13、旋转罩14、转轴15、前支架16。在泄流圆筒1前部(以气流进入的方向为前)固连的后支架2中心的密封仓体6内，从前向后依次安装有电池组3、控制模块4、电机5，电机5的轴穿过密封仓体6的孔与联轴器7连接，联轴器7经减速箱8与传动轴10连接，传动轴10伸出泄流圆筒1后端的前支架16与转轴15连接，转轴15与旋转罩14连接，旋转罩14外套有与泄流圆筒1固连的固定罩13。

所述后支架2在密封仓体6与泄流圆筒1之间有多个气流孔；同样，前支架16为了保证不会截流气体，在圆周上开了足够多的圆孔，其圆孔的等效面积要大于前端需要的泄流总面积；

所述固定罩13和旋转罩14为锅形，为了获得较大的泄流面积，在形状上做成前凸的斜面形状，固定罩13上有6个扇叶瓣，6个空隙瓣，旋转罩也相应有6个扇叶瓣，旋转罩14的6个扇叶瓣形状要能正好完全覆盖住固定罩的6个空隙瓣，这样才能保证泄流通道在需要时完全关闭。

两种结构中的电池组3中装载的电池是高能锂电池，一般一段检测管段在200公里左右，电池容量要保证能持续供电足够时间以完成整个检测，下一段检测再更换新电池。

其中：

泄流圆筒1长1424mm，直径700mm；固定扇叶13为6块，活动扇叶14也为6块；电机部分密封仓直径为282mm，等效泄流孔直径550mm。

上述两例证明，在不影响管道正常输送的前提下，将它搭载在清管检测设备上，通过调节流经清管检测设备的介质流量从而达到调节清管检测设备在管道内的运行速度的目的。

Claims (2)

1.一种管道清管检测设备用速度控制系统执行机构，其特征是由泄流圆筒(1)、后支架(2)、电池组(3)、控制模块(4)、电机(5)、密封仓体(6)、联轴器(7)、减速箱(8)、固定扇叶(9)、传动轴(10)、活动扇叶(11)、压盖(12)组成；在以气流进入的方向为前的泄流圆筒(1)后部固连的后支架(2)中心的密封仓体(6)内，从后向前依次安装有电池组(3)、控制模块(4)、电机(5)，电机(5)的轴穿过密封仓体(6)的孔与联轴器(7)连接，联轴器(7)经减速箱(8)与传动轴(10)连接，传动轴(10)伸出泄流圆筒(1)前端的固定扇叶(9)后与活动扇叶(11)连接，传动轴(10)头再连接压盖(12)。

2.根据权利要求1所述的一种管道清管检测设备用速度控制系统执行机构，其特征是活动扇叶(11)的扇叶瓣的个数和固定扇叶(9)的空隙瓣个数相一致，且形状面积也一致；扇叶瓣的个数为3-6个，根据需要的泄流面积进行选择、调整；顺气流方向看，每一个活动扇叶(11)的上表面都做成类似鱼脊背的形状。