CN105782633B - 基于螺旋驱动爬行的管道泄漏自适应串联封堵修复装置 - Google Patents

Abstract

本发明基于螺旋驱动爬行的管道泄漏自适应串联封堵修复装置，属于管道工程领域；所要解决的技术问题是提供了基于螺旋驱动爬行的管道泄漏自适应串联封堵修复装置，采用螺旋驱动机构实现封堵装置管道内的自适应驱动，可顺利通过弯头或变径管道部位，利用气囊作为封堵单元，对特殊变径管道实施自适应封堵修复；解决该技术问题采用的技术方案为：基于螺旋驱动爬行的管道泄漏自适应串联封堵修复装置，包括螺旋驱动机构和封堵单元，螺旋驱动机构包括旋转机构和导向机构，旋转机构通过电机实现旋转，驱动轮与管道轴向呈角度设置使旋转机构径向移动，导向机构通过旋转机构的径向移动而移动，封堵单元通过螺旋驱动机构的移动而在管道内移动。

Description

基于螺旋驱动爬行的管道泄漏自适应串联封堵修复装置

技术领域

本发明基于螺旋驱动爬行的管道泄漏自适应串联封堵修复装置，属于管道工程技术领域。

背景技术

城市建设中对于油气等资源传输基本都是使用管道传输，然而，管道在使用的过程中，必然会出现泄漏等问题，而危险源的泄漏不仅会使资源流失，而且还会造成环境污染，同时引发火灾、爆炸和人身伤亡等次生事故。

国外对管道泄漏进行封堵抢修的技术研究较早，封堵抢修业务已经从陆地发展到海洋，可为油气管道进行封堵抢修，并进行阀门的更换和维修、立管的更换或维修、管道修理和连接新管、干式连接新立管或管道等作业。

国内管道封堵抢修技术研究起步较晚，工程抢修需要依赖国外的技术服务，近年来，我国带压粘接封堵技术日益成熟，主要由磁力压固粘接法、顶压粘接法等方法实现封堵修复。

现有技术中，大多封堵抢修作业过程缓慢且封堵部位集中在管壁外侧，对于管道内部的复杂环境适应能力差，智能化水平较低，现有的一些管内封堵技术大多是针对特定的几项功能作用而设计的，在弯管自适应封堵修复、大型管道泄漏的处理处置方面的效果不佳。

发明内容

本发明克服了现有技术存在的不足，提供了基于螺旋驱动爬行的管道泄漏自适应串联封堵修复装置，采用螺旋驱动机构实现封堵装置管道内部的自适应驱动，并可顺利通过弯头或变径管道部位，利用气囊作为封堵单元，可以对特殊变径管道实施自适应封堵修复。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：基于螺旋驱动爬行的管道泄漏自适应串联封堵修复装置，包括螺旋驱动机构和封堵单元，所述螺旋驱动机构与封堵单元之间通过万向联轴节连接，所述螺旋驱动机构包括旋转机构和导向机构，所述旋转机构和导向机构之间通过电机和减速器连接，所述旋转机构通过电机实现旋转，所述旋转机构包括驱动轮调节架和驱动轮，所述驱动轮设置于驱动轮调节架的外端，所述驱动轮与待封堵管道内壁接触，并通过驱动轮调节架实现对管道内壁的自适应，所述驱动轮与管道轴向呈角度设置从而使旋转机构实现径向移动，所述导向机构通过旋转机构的径向移动而在管道内移动，所述封堵单元通过螺旋驱动机构的移动而在管道内移动。

所述导向机构包括导轮调节架和导轮，所述导轮调节架包括前连接环、后连接环和主连杆，所述前连接环和后连接环的中空处通过主轴贯穿，所述前连接环与主轴固定连接，所述后连接环与主轴活动连接，所述前连接环的外圆设置有主连杆，所述主连杆为T型结构，设置有三个连接端，所述主连杆的水平杆的一端与前连接环连接，另一端与后连接环之间通过短连杆连接，所述主连杆的竖直杆的外端与导轮通过前调节杆连接，所述前连接环和后连接环之间设置有弹簧。

所述封堵单元包括气囊、轮毂和封堵器滚轮，所述轮毂为环状结构，所述轮毂的侧壁上设置有泄漏检测探头，所述气囊位于轮毂的外表面，所述气囊的外表面设置有用于封堵泄漏点的粘结修复层，所述轮毂的内表面设置有用于将气囊充放气的气体发生器，所述气体发生器穿过轮毂与气囊相通，所述轮毂的两端的中空处分别设置有固定架，其中一个所述固定架上设置有封堵器滚轮，所述封堵器滚轮与固定架之间通过滚轮支架连接，另一个所述固定架与螺旋驱动机构通过万向联轴节连接，所述固定架包括中心轴座和连接架，所述连接架的一端固定于中心轴座的外表面，所述连接架的另一端固定于轮毂的内壁上。

所述连接架的数量为3个或多个，均匀的设置于中心轴座的外表面，所述封堵器滚轮的数量与连接架的数量相同。

所述气体发生器包括筒体和反应开关，所述筒体为中空壳体结构，其内部设置有用于为气囊充气的化学反应物，所述筒体的上方和下方均设置有用于将筒体进行密封的盖板，所述筒体上方的盖板上设置有触发化学反应物反应的反应开关，所述筒体下方的盖板的中心处设置有用于传输反应气体的输气管，所述输气管的一端深入筒体内部，所述输气管的另一端深入气囊内，所述输气管上设置有用于放气的电磁阀，所述筒体下方的盖板的下方还设置有用于支撑整个气体发生器的支架，所述支架的底部固定于轮毂的内壁上。

所述封堵单元的数量为多个，多个所述封堵单元之间通过万向联轴节连接。

所述驱动轮调节架的结构与导轮调节架的结构相同，所述驱动轮调节架与导轮调节架对称设置，所述驱动调节架与驱动轮通过后调节杆连接。

所述驱动轮与管道轴向方向成75度夹角，所述导轮的外圆切线方向与管道的轴向方向相同。

所述主连杆的数量为3个或多个，均匀的分布于前连接环的外圆，所述短连杆与主连杆的数量相同，所述导轮与主连杆的数量相同。

所述前调节杆和后调节杆的长度均为可调式。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本装置采用螺旋驱动机构来带动整个装置移动，利用与管道轴向方向成夹角的驱动轮来实现旋转机构在旋转的同时进行轴向移动。

2、本装置采用连杆框架的设计理念，旋转机构和导向机构全部利用杆状结构连接，解决了电机驱动力不足、弯管通过性柔性不足等问题，通过驱动轮调节架与导轮调节架对驱动轮和导轮进行调节，利用弹簧使得驱动轮和导轮对管道进行自适应，从而顺利通过弯头或变径管道部位。

3、本装置采用封堵单元对泄漏处进行封堵，采用内封堵导流气囊外包覆高粘接层的新结构，对特殊变径管道实施自适应封堵修复。

4、本装置采用多个封堵单元串联的方式，通过万向联轴节与驱动部分串联连接形成柔性约束，可在弯管及变径管道等复杂环境下实施封堵作业，此外，多个封堵单元串联可一次对多个泄漏位置进行封堵，可对长度较大的纵向裂缝进行分步操作实施封堵。

5、本装置截面积小，可在充满介质的管道中实施封堵作业。

6、本装置中的前调节杆和后调节杆的长度均为可调节式的，可根据不同粗细的管道进行初始的调节，从而使装置适应不同直径大小的管道。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

图1为本发明实施例二的整体组合状态示意图。

图2为本发明实施例一的整体组合状态示意图。

图3为本发明的螺旋驱动机构的结构示意图。

图4为本发明的螺旋驱动机构的正视图。

图5为本发明的导向机构的结构示意图。

图6为本发明的旋转机构的结构示意图。

图7为本发明的主连杆与导轮的组合状态示意图。

图8为本发明封堵单元的机构示意图。

图9为本发明封堵单元的内部结构示意图。

图10为本发明气体发生器的结构示意图。

图中1为螺旋驱动机构、2为封堵单元、3为万向联轴节、4为电机、5为减速器、11为旋转机构、12为导向机构、13为驱动轮调节架、14为驱动轮、15为导轮调节架、16为导轮、17为后调节杆、20为泄漏检测探头、21为气囊、22为轮毂、23为封堵器滚轮、24为固定架、25为中心轴座、26为连接架、27为气体发生器、28为粘结修复层、29为滚轮支架、151为前连接环、152为后连接环、153为主轴、154为主连杆、155为短连杆、156为前调节杆、157为弹簧、271为筒体、272为反应开关、273为盖板、274为输气管、275为电磁阀、276为支架。

具体实施方式

实施例一：

如图2~图10所示，本发明基于螺旋驱动爬行的管道泄漏自适应串联封堵修复装置，包括螺旋驱动机构1和封堵单元2，驱动部分采用了静摩擦与滚动摩擦相结合形成摩擦螺旋副的驱动原理，所述螺旋驱动机构1与封堵单元2之间通过万向联轴节3连接，所述螺旋驱动机构1包括旋转机构11和导向机构12，所述旋转机构11和导向机构12之间通过电机4和减速器5连接，所述旋转机构11通过电机4实现旋转，所述旋转机构11包括驱动轮调节架13和驱动轮14，所述驱动轮14设置于驱动轮调节架13的外端，所述驱动轮14与待封堵管道内壁接触，并通过驱动轮调节架13实现对管道内壁的自适应，所述驱动轮14与管道轴向呈角度设置从而使旋转机构11实现径向移动，所述导向机构12通过旋转机构11的径向移动而在管道内移动，所述封堵单元2通过螺旋驱动机构1的移动而在管道内移动，其中电机4和减速器5可随旋转机构11同步转动，增大了运动部件的质量和惯性有助于螺旋驱动机构1整体的运动平稳性。

所述导向机构12包括导轮调节架15和导轮16，所述导轮调节架15包括前连接环151、后连接环152和主连杆154，所述前连接环151和后连接环152的中空处通过主轴153贯穿，所述前连接环151与主轴153固定连接，所述后连接环152与主轴153活动连接，所述前连接环151的外圆设置有主连杆154，所述主连杆154为T型结构，设置有三个连接端，所述主连杆154的水平杆的一端与前连接环151连接，另一端与后连接环152之间通过短连杆155连接，所述主连杆154的竖直杆的外端与导轮16通过前调节杆156连接，所述前连接环151和后连接环152之间设置有弹簧157。

主连杆154的T型三叉连杆机构使得前连接环151和后连接环152连接起来，而前连接环151和后连接环152之间的弹簧157使得端部的导轮16具有预紧力，通过弹簧157压在管道内壁上，利用静摩擦力使导向机构12在周向固定，预紧功能使得装置可根据简便的管道截面的变化被动调整自身工作姿态。

所述封堵单元2包括气囊21、轮毂22和封堵器滚轮23，所述轮毂22为环状结构，所述轮毂22的侧壁上设置有泄漏检测探头20，所述气囊21位于轮毂22的外表面，所述气囊21的外表面设置有用于封堵泄漏点的粘结修复层28，所述轮毂的内表面设置有用于将气囊21充放气的气体发生器27，所述气体发生器27穿过轮毂22与气囊21相通，所述轮毂22的两端的中空处分别设置有固定架24，其中一个所述固定架24上设置有封堵器滚轮23，所述封堵器滚轮23与固定架24之间通过滚轮支架29连接，另一个所述固定架与螺旋驱动机构1通过万向联轴节3连接，所述固定架24包括中心轴座25和连接架26，所述连接架26的一端固定于中心轴座25的外表面，所述连接架26的另一端固定于轮毂22的内壁上，封堵单元2通过螺旋驱动机构1的推动而在管道内移动。

所述气体发生器27包括筒体271和反应开关272，所述筒体271为中空壳体结构，其内部设置有用于为气囊21充气的化学反应物，所述筒体271的上方和下方均设置有用于将筒体271进行密封的盖板273，所述筒体271上方的盖板273上设置有触发化学反应物反应的反应开关272，所述筒体271下方的盖板273的中心处设置有用于传输反应气体的输气管274，所述输气管274的一端深入筒体271内部，所述输气管274的另一端深入气囊21内，所述输气管274上设置有用于放气的电磁阀275，所述筒体271下方的盖板273的下方还设置有用于支撑整个气体发生器27的支架276，所述支架276的底部固定于轮毂22的内壁上。

所述连接架26的数量为3个或多个，均匀的设置于中心轴座25的外表面，所述封堵器滚轮23的数量与连接架26的数量相同，所述主连杆154的数量为3个或多个，均匀的分布于前连接环151的外圆，所述短连杆155与主连杆154的数量相同，所述导轮16与主连杆154的数量相同，本装置采用3根以上的主连杆154和连接架26结构，保证中心机构的重心稳定保持在管道中心线上，使装置平稳行进。

所述驱动轮调节架13的结构与导轮调节架15的结构相同，所述驱动轮调节架13与导轮调节架15对称设置，所述驱动轮调节架13与驱动轮14通过后调节杆17连接，电机4通过减速器5驱动旋转机构11周向转动，在旋转机构11端部导轮16的作用下产生轴向驱动力使整体在管道内运动。

所述驱动轮14与管道轴向方向成75度夹角，所述导轮16的外圆切线方向与管道的轴向方向相同。

所述前调节杆156和后调节杆17的长度均为可调式，可根据管道的粗细在使用前进行调整。

具体工作方式：

当埋地管道出现小孔泄漏时，首先，分别调节前调节杆156和后调节杆17的长度以适应泄漏管道的直径范围，然后用外力将导轮16和驱动轮14向中心轴挤压，使整体直径减小，从而将装置推进管道内部，由于导轮16和驱动轮14对主连杆154的作用，从而带动后连接环152向前连接环151移动，移动的同时压缩弹簧157，此时弹簧157蓄能，装置放入管道后，由于弹簧157对前连接环151和后连接环152的作用，后连接环152被动向外侧推动，此时弹簧157为螺旋驱动机构1提供了预紧力，使导轮2和驱动轮11压在内管壁上从而将装置的径向固定，然后启动电机4带动旋转机构11旋转，由于驱动轮14与管道轴向方向成角度设定，因此螺旋驱动机构1在旋转机构11的推动下在管道内径向移动，在通过弯管或变径管道时该装置的弹簧157的预紧能力可适应管道不同形状改变自身的状态使设备顺利通过。

在泄漏检测探头20检测到泄漏位置后，螺旋驱动机构1停止运转，此时封堵单元2停留在泄漏位置，然后触发反应开关273对气体发生器27内部的化学药剂进行触发，其内部化学反应方程式为2NaN3=2Na+3N2↑，反应产生的气体为气囊21充氮气，膨胀的气囊21将附着在其表面的粘结修复层28压在管道内壁实施完成封堵，此时泄漏检测探头20可引导地面工作人员到达泄漏部位实施修复，待修复完毕后，触发电磁阀275对气囊21进行放气，封堵单元与管壁脱离后启动电机4，螺旋驱动机构1安全退出管道。

实施例二：

如图1、图3~图10所示，所述封堵单元2的数量为多个，多个所述封堵单元2之间通过万向联轴节3连接。

本实施例的其他结构、部件功能和工作方式均与实施例一相同。

当埋地管道出现多处小孔泄漏且无法从外部修复或者埋地管道出现轴向长度较大的裂缝泄漏且无法从外部修复时，该装置采用多个封堵单元2与螺旋驱动机构1通过万向联轴节3连接并形成柔性连接，组成串联的封堵装配体实施封堵作业，该系统的串联结构可一次对多个泄漏位置进行封堵，也可对长度较大的纵向裂缝进行分步操作实施封堵。

当由于封堵单元2数量较多而驱动力不足时，可串联多个螺旋驱动机构1来达到驱动要求。

具体工作过程：

首先，选取合适数量的封堵单元2和螺旋驱动机构1，分别调节前调节杆156和后调节杆17的长度以适应泄漏管道的直径范围，用万向联轴节3串联后形成封堵装置；然后用外力将导轮16和驱动轮14向中心轴挤压，使整体直径减小，从而将装置推进管道内部，由于导轮16和驱动轮14对主连杆154的作用，从而带动后连接环152向前连接环151移动，移动的同时压缩弹簧157，此时弹簧157蓄能，装置放入管道后，由于弹簧157对前连接环151和后连接环152的作用，后连接环152被动向外侧推动，此时弹簧157为螺旋驱动机构1提供了预紧力，使导轮2和驱动轮11压在内管壁上从而将装置的径向固定，然后启动电机4带动旋转机构11旋转，此处应注意，串联的相邻两个旋转机构11的电机4转动方向必须一致，由于驱动轮14与管道轴向方向成角度设定，因此螺旋驱动机构1在旋转机构11的推动下在管道内径向移动，在通过弯管或变径管道时该装置的弹簧157的预紧能力可适应管道不同形状改变自身的状态使设备顺利通过。

当管道为多小孔泄漏时，在检测系统分引导下装置到达封最远封堵位置，控制气体发生器27为气囊21充气实施封堵修复，此时，由于有多个封堵单元2，因此可以同时修复多个泄漏点，当修复完毕后，气囊15排放气体收缩脱离管壁，如果仍有泄漏点没有进行封堵，启动电机4使设备到达下一封堵位置对其实施封堵修复，依次对剩余漏点进行修复作业；最后，完成所有封堵修复工作后退出管道完成操作。

当管道为轴向长度较大的裂缝泄漏时，在检测系统分引导下到达封堵裂缝最远端位置 ，控制气体发生器27为气囊21充气实施封堵修复；带修复完毕后，由于封堵单元2之间通过万向联轴节3连接，因此封堵单元2之间留有间隙，气囊15在对裂缝进行封堵后，必然会形成封堵间隙，此时，要对裂缝进行完全封堵就需要移动设置至原封堵单元2的间隔处，对没有封堵到的位置进行封堵，此次修复粘结材料与上次有部分重叠保证分布修复的完整性，最后完成所有封堵修复工作后退出管道完成操作。

上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.基于螺旋驱动爬行的管道泄漏自适应串联封堵修复装置，其特征在于：包括螺旋驱动机构（1）和封堵单元（2），所述螺旋驱动机构（1）与封堵单元（2）之间通过万向联轴节（3）连接，所述螺旋驱动机构（1）包括旋转机构（11）和导向机构（12），所述旋转机构（11）和导向机构（12）之间通过电机（4）和减速器（5）连接，所述旋转机构（11）通过电机（4）实现旋转，所述旋转机构（11）包括驱动轮调节架（13）和驱动轮（14），所述驱动轮（14）设置于驱动轮调节架（13）的外端，所述驱动轮（14）与待封堵管道内壁接触，并通过驱动轮调节架（13）实现对管道内壁的自适应，所述驱动轮（14）与管道轴向呈角度设置从而使旋转机构（11）实现径向移动，所述导向机构（12）通过旋转机构（11）的径向移动而在管道内移动，所述封堵单元（2）通过螺旋驱动机构（1）的移动而在管道内移动；

所述导向机构（12）包括导轮调节架（15）和导轮（16），所述导轮调节架（15）包括前连接环（151）、后连接环（152）和主连杆（154），所述前连接环（151）和后连接环（152）的中空处通过主轴（153）贯穿，所述前连接环（151）与主轴（153）固定连接，所述后连接环（152）与主轴（153）活动连接，所述前连接环（151）的外圆设置有主连杆（154），所述主连杆（154）为T型结构，设置有三个连接端，所述主连杆（154）的水平杆的一端与前连接环（151）连接，另一端与后连接环（152）之间通过短连杆（155）连接，所述主连杆（154）的竖直杆的外端与导轮（16）通过前调节杆（156）连接，所述前连接环（151）和后连接环（152）之间设置有弹簧（157）；

所述封堵单元（2）包括气囊（21）、轮毂（22）和封堵器滚轮（23），所述轮毂（22）为环状结构，所述轮毂（22）的侧壁上设置有泄漏检测探头（20），所述气囊（21）位于轮毂（22）的外表面，所述气囊（21）的外表面设置有用于封堵泄漏点的粘结修复层（28），所述轮毂的内表面设置有用于将气囊（21）充放气的气体发生器（27），所述气体发生器（27）穿过轮毂（22）与气囊（21）相通，所述轮毂（22）的两端的中空处分别设置有固定架（24），其中一个所述固定架（24）上设置有封堵器滚轮（23），所述封堵器滚轮（23）与固定架（24）之间通过滚轮支架（29）连接，另一个所述固定架与螺旋驱动机构（1）通过万向联轴节（3）连接，所述固定架（24）包括中心轴座（25）和连接架（26），所述连接架（26）的一端固定于中心轴座（25）的外表面，所述连接架（26）的另一端固定于轮毂（22）的内壁上。

2.根据权利要求1所述的基于螺旋驱动爬行的管道泄漏自适应串联封堵修复装置，其特征在于：所述连接架（26）的数量为多个，均匀的设置于中心轴座（25）的外表面，所述封堵器滚轮（23）的数量与连接架（26）的数量相同。

3.根据权利要求1所述的基于螺旋驱动爬行的管道泄漏自适应串联封堵修复装置，其特征在于：所述气体发生器（27）包括筒体（271）和反应开关（272），所述筒体（271）为中空壳体结构，其内部设置有用于为气囊（21）充气的化学反应物，所述筒体（271）的上方和下方均设置有用于将筒体（271）进行密封的盖板（273），所述筒体（271）上方的盖板（273）上设置有触发化学反应物反应的反应开关（272），所述筒体（271）下方的盖板（273）的中心处设置有用于传输反应气体的输气管（274），所述输气管（274）的一端深入筒体（271）内部，所述输气管（274）的另一端深入气囊（21）内，所述输气管（274）上设置有用于放气的电磁阀（275），所述筒体（271）下方的盖板（273）的下方还设置有用于支撑整个气体发生器（27）的支架（276），所述支架（276）的底部固定于轮毂（22）的内壁上。

4.根据权利要求1所述的基于螺旋驱动爬行的管道泄漏自适应串联封堵修复装置，其特征在于：所述封堵单元（2）的数量为多个，多个所述封堵单元（2）之间通过万向联轴节（3）连接。

5.根据权利要求1所述的基于螺旋驱动爬行的管道泄漏自适应串联封堵修复装置，其特征在于：所述驱动轮调节架（13）的结构与导轮调节架（15）的结构相同，所述驱动轮调节架（13）与导轮调节架（15）对称设置，所述驱动轮调节架（13）与驱动轮（14）通过后调节杆（17）连接。

6.根据权利要求1所述的基于螺旋驱动爬行的管道泄漏自适应串联封堵修复装置，其特征在于：所述驱动轮（14）与管道轴向方向成75度夹角，所述导轮（16）的外圆切线方向与管道的轴向方向相同。

7.根据权利要求1所述的基于螺旋驱动爬行的管道泄漏自适应串联封堵修复装置，其特征在于：所述主连杆（154）的数量为多个，均匀的分布于前连接环（151）的外圆，所述短连杆（155）与主连杆（154）的数量相同，所述导轮（16）与主连杆（154）的数量相同。

8.根据权利要求5所述的基于螺旋驱动爬行的管道泄漏自适应串联封堵修复装置，其特征在于：所述前调节杆（156）和后调节杆（17）的长度均为可调式。