CN106903121A - 一种带有旋转头及防止气体节流装置的自解堵清管器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有旋转头及防止气体节流装置的自解堵清管器，集两次旋转头清管、自动解堵及防止气体节流生成水合物冰堵旁通孔多种功能为一体；设计两种旋转头，旋转头可以自动旋转，喷射出高速气体对管道内壁进行全方位冲刷；发明一种防止气体节流的装置，通过涡流效应对流过旁通孔的气体加热，避免气体因发生节流效应冰堵流道；设计一种自动解堵装置，当速度感应球检测到清管器运行速度为0，即发生卡堵，执行机构调节三通球阀，气体集中到解堵流道前端高速喷出，清除前方堵塞物。本发明所述的一种带有旋转头及防止气体节流装置的自解堵清管器，可以较为理想的清管、解堵及避免气体节流生成水合物冰堵旁通孔。

Description

一种带有旋转头及防止气体节流装置的自解堵清管器

技术领域

本发明涉及一种带有旋转头及防止气体节流装置的自解堵清管器，属于管道作业技术领域。

背景技术

我国油气管线集输网所输送的油气中大多含水分和一些腐蚀性很强的介质，使得管网的管壁腐蚀相当严重,有的管道甚至投产不到两年就已出现腐蚀穿孔，其中总腐蚀穿孔量的 90%都来自管线内壁的腐蚀。内防腐措施主要集中在管道内涂层方面，在进行管道内涂层前需要进行清管作业。

在大型管道上一般使用钢骨架直板式清管器，这种清管器对管道内壁的清理大多采用刮擦清洗。刮擦是清管器携带的皮碗或者是钢丝刷对管壁上的附着物进行清理，使附着物脱离管壁，被清管器推出管道。但是使用皮碗或者是钢丝刷无法清理管道内壁裂纹或是凹坑中的附着物，残留的附着物一方面会加快腐蚀速度，另一方面影响管道内涂层质量。

为了解决上述问题，国内外研发了旁通清管器，外形结构与皮碗清管器接近，其中心有一个中央圆筒连接清管器的前端和尾部，包括骨架、密封板、导向板、旁通孔等，清管器前后贯通。工作原理是，管道内的气体，一部分作为清管器向前运行的动力，推动清管器尾部沿管道前行；一部分作为旁通气体，通过中央圆筒由清管器前端的旁通孔喷出，喷出的高速气体作用到管壁上，对管道内壁产生压力冲击，清除管道内壁裂纹或是凹坑中的附着物。但是旁通清管器在工作时，气体通过旁通孔，由于流通面积减少，可能会发生节流效应，产生天然气水合物，堵塞旁通孔，导致清管器失效。

清管器在清管过程中，由于管道内污垢在清管器前面不断堆积，清管器在管道内可能会发生卡堵，受阻的清管器在越来越大的压力下，发生破损变形，现有的清管器发生卡堵时，一般无法自行解堵，一般采用不停输带压开孔封堵技术，在管道堵卡点开孔，取出清管器后再封上，影响输送效率，造成经济损失。国内研发了一种自动解堵的清管器，其原理是：当清管器在清管过程中发生卡堵，清管器上游压力持续增加，当压力达到设定的自动控制阀开启压力时，自动控制阀便自动开启，高压射流从清管器前面的喷嘴喷出，冲击堆积在清管器前面的污垢，使污垢被气流冲散，打通清管器前进的通道，实现自动解堵。存在的问题是自动控制阀的开启和关闭依靠弹簧，但是弹簧的强度无法控制，强度过大或者是过小都不能有效的解决卡堵问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有旋转头及防止气体节流装置的自解堵清管器，以便更好的进行清管作业，为管道内涂层作业提供良好的作业环境，提高管道内涂层质量，延长管道使用寿命，提高管道输送效率以及节省钢材和施工费用。

本发明主要解决了以下几个问题：

1、设计旁通气体清管方式，通过旁通气体对管道的压力冲击，清除管道内壁裂纹或是凹坑中的附着物；

2、设计一种防止气体节流装置，通过加热通过旁通流道的气体，防止气体因节流效应生成的天然气水合物冰堵流道导致旁通阀失效；

3、设计自解堵装置，分析清管器在管道中是否发生了卡堵，通过执行机构控制三通球阀的开闭，清除清管器前面的堆积物，实现自动解堵。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种带有旋转头及防止气体节流装置的自解堵清管器，包括管道1、皮碗2、筒形骨架3、气囊4、气囊腔5、弹簧固定柱9和弹簧10，所述清管器在管道1内，皮碗2环绕在筒形骨架35外侧，所述气囊4在气囊腔5内与弹簧10相连，弹簧10固定在弹簧固定柱9上，所述清管器还包括清管模块、自解堵模块和防止气体节流模块；

清管模块包括旋转头7和清管流道63，所述旋转头7共有2类；

所述第1类旋转头7，包括固定塞711、旋转体712、固定柱713、肋板714、调速柱715、偏心喷嘴716、喷嘴流道717和未偏心喷嘴718，所述固定塞711安装在喷嘴流道717外表面被肋板714固定，限制旋转体712径向运动，允许其做周向运动，所述旋转体712环绕设置在喷嘴流道717上，偏心喷嘴716和未偏心喷嘴718通过固定柱713固定在旋转体712内部，所述调速柱715被限制在固定塞711和旋转体712之间；

所述第2类旋转头7，包括废气出口721、第一通气口722、第二通气口723、活塞724、水平传动杆725、主流道726、锥形齿轮组 727、喷嘴728、铅直传动杆729、曲柄连杆机构730、滑块731、分气块732和旁支流道733，所述第一通气口722和第二通气口723在旁支流道733两侧开通，所述滑块731通过水平传动杆725与铅直传动杆729相连，曲柄连杆机构730连接铅直传动杆729、锥形齿轮组727和活塞724，所述喷嘴728连接主流道726，所述分气块732位于喷嘴流道717上，与旁支流道733和主流道726相连，可将气体分成2部分输出；

所述自解堵模块，包括第二电池组61、三通球阀62、Y型支路63、解堵喷头64、解堵流道65、执行机构66、速度感应器67，所述第二电池组61和执行机构66安装在清管器轴线上，增加清管器稳定性，所述速度感应器67位于筒形骨架35外侧与管道1接触，用于检测清管器速度，所述三通球阀62的三个接口分别和分支流道8、解堵流道65以及清管流道63相连，解堵喷头64安装在解堵流道65头部；

所述防止气体节流模块，包括中心流道111、逆变器112、第一电池组113、螺旋线圈114和钢管115，所述钢管115位于中心流道111内与气囊腔5相连，螺旋线圈114缠绕在钢管115上，螺旋线圈114与第一电池组113和逆变器112相连。

进一步的，所述的一种带有旋转头及防止气体节流装置的自解堵清管器，所述调速柱715在固定塞711和旋转体712之间，防止旋转体712转动速度太大，影响清管效果。

进一步的，所述的一种带有旋转头及防止气体节流装置的自解堵清管器，所述偏心喷嘴716与旋转体712轴线偏心设置，所述未偏心喷嘴718与旋转体712同轴安装。

进一步的，所述的一种带有旋转头及防止气体节流装置的自解堵清管器，所述逆变器112将第一电池组113输出的直流电流改变为交流电流。

进一步的，所述的一种带有旋转头及防止气体节流装置的自解堵清管器，所述螺旋线圈114为铜线圈，可以减少电流的损耗。

进一步的，所述的一种带有旋转头及防止气体节流装置的自解堵清管器，所述钢管116为碳钢管，碳钢是一种铁磁性材料，更容易产生感应电流。

进一步的，所述的一种带有旋转头及防止气体节流装置的自解堵清管器，所述锥形齿轮组 727可以改变传动方向。

进一步的，所述的一种带有旋转头及防止气体节流装置的自解堵清管器，防止气体节流模块防止节流步骤如下：

k1：第一电池组113输出直流电流流入逆变器112；

k2：流出逆变器112的电流为交变电流；

k3：交变电流流入螺旋线圈114，根据电磁感应定律，钢管116内部产生电涡流；

k4：钢管116内的电涡流加热钢管116内的气体；

k5：气体在钢管116内被加热，抵消气体在中心流道111处发生节流效应产生的温降，避免液化堵塞中心流道111；

该发明的有益效果：

1、本发明设计的2类旋转头可以直接安装在旁通清管器的旁通流道上，气体经由旋转头喷出，形成高压射流冲刷管壁，清洁头在管道内旋转，同时清管器沿管道向前移动，清洁头相对于管线的运动轨迹为螺旋线，增加了清洗管壁的路径长度，同时，本发明装置安装有2个旋转头，可以两次清洗管壁，提高了清管效果；

2、设计的防止气体节流装置可以广泛应用于旁通清管器旁通流道上，用于加热通过的气体，防止气体因节流效应生成的天然气水合物冰堵流道导致旁通阀失效；

3、设计的自解堵装置在清管器发生卡堵时可以自动解堵，避免清管器堵塞在管道内；

4、本发明的装置使用范围广，清管、解堵能力强。

附图说明

图1是本发明实施例的剖面结构示意图。

图2是本发明实施例的A-A向视图。

图3是本发明实施例中第1类旋转头的剖面结构示意图。

图4是本发明实施例中第1类旋转头喷嘴布置的剖面结构示意图。

图5是本发明实施例中第2类旋转头滑块挡住第二通气口的剖面结构示意图。

图6是本发明实施例中第2类旋转头滑块在第一通气口和第二通气口之间的剖面结构示意图。

图7是本发明实施例中第2类旋转头滑块挡住第一通气口的剖面结构示意图。

图8是本发明实施例中锥形齿轮组的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

如图1、2所示，一种带有旋转头及防止气体节流装置的自解堵清管器，包括管道1、皮碗2、筒形骨架3、气囊4、气囊腔5、弹簧固定柱9和弹簧10，所述清管器在管道1内，皮碗2环绕在筒形骨架35外侧，所述气囊4在气囊腔5内与弹簧10相连，弹簧10固定在弹簧固定柱9上，所述清管器还包括清管模块、自解堵模块和防止气体节流模块；

防止气体节流模块防止节流 步骤如下：

k1：第一电池组113输出直流电流流入逆变器112；

k2：流出逆变器112的电流为交变电流；

k3：交变电流流入螺旋线圈114，根据电磁感应定律，钢管116内部产生电涡流；

k4：钢管116内的电涡流加热钢管116内的气体；

k5：气体在钢管116内被加热，抵消气体在中心流道111处发生节流效应产生的温降，避免液化堵塞中心流道111；

所述逆变器112将第一电池组113输出的直流电流改变为交流电流；

所述螺旋线圈114为铜线圈，可以减少电流的损耗；

所述钢管116为碳钢管，碳钢是一种铁磁性材料，更容易产生感应电流

如图3、4所示，第1类旋转头7，包括固定塞711、旋转体712、固定柱713、肋板714、调速柱715、偏心喷嘴716、喷嘴流道717和未偏心喷嘴718，所述固定塞711安装在喷嘴流道717外表面被肋板714固定，限制旋转体712径向运动，允许其做周向运动，所述旋转体712环绕设置在喷嘴流道717上，偏心喷嘴716和未偏心喷嘴718通过固定柱713固定在旋转体712内部，所述调速柱715被限制在固定塞711和旋转体712之间；

所述第一类旋转头7清洁管壁包括以下步骤：

s1：气体通过分支流道8进入喷嘴流道717；

s2：进入喷嘴流道717的气体由偏心喷嘴716喷出，形成高压射流，同时产生使旋转体712旋转的扭矩；

s3：旋转体712转动，带动未偏心喷嘴718转动；

s4：进入喷嘴流道717的气体由未偏心喷嘴718喷出，形成高压射流，一方面清洗管壁1，另一方面抵消由偏心喷嘴716产生的射流反冲力；

s5：旋转体712处于启动状态时，旋转体712不具有离心力，旋转体712与调速柱715之间没有摩擦力；

s6：旋转体712运动时，产生离心力中作用到调速柱715上，带动调速柱715一起运动，由于离心力作用，调速柱715紧压在旋转体712上，并随旋转体712做移动和自身转动的运动，产生摩擦力使旋转体712减速，避免旋转体712转动速度过大，旋转体712转速趋于匀速，提高清洗效果；

所述偏心喷嘴716与旋转体712轴线偏心设置；

所述未偏心喷嘴718与旋转体712同轴安装。

如图5、6、7、8所示，第2类旋转头7，包括废气出口721、第一通气口722、第二通气口723、活塞724、水平传动杆725、主流道726、锥形齿轮组 727、喷嘴728、铅直传动杆729、曲柄连杆机构730、滑块731、分气块732和旁支流道733，所述第一通气口722和第二通气口723在旁支流道733两侧开通，所述滑块731通过水平传动杆725与铅直传动杆729相连，曲柄连杆机构730连接铅直传动杆729、锥形齿轮组727和活塞724，所述喷嘴728连接主流道726，所述分气块732位于喷嘴流道717上，与旁支流道733和主流道726相连，可将气体分成2部分输出；

所述第2类旋转头7清洁管壁包括以下步骤：

h1：气体通过分支流道8进入喷嘴流道717；

h2：进入喷嘴流道717的气体被分气块732分成2部分，一部分气体流进旁支流道733，留一部分气体流进主流道726；

h3：进入旁支流道733的气体通过第一通气口722流入气腔中，推动活塞724向右运动；

h4：活塞724带动曲柄连杆机构730运动，锥形齿轮组727转动；

h5：锥形齿轮组727转动带动喷嘴728转动；

h6：曲柄连杆机构730带动铅直传动杆729运动，使水平传动杆725随之运动；

h7：水平传动杆725带动滑块731运动，使滑块731挡住第一通气口722，打开第二通气口723；

h8：气体进入第二通气口723，推动活塞724向左运动；

h9：重复上述H4~H6步骤。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种带有旋转头及防止气体节流装置的自解堵清管器，包括管道（1）、皮碗（2）、筒形骨架（3）、气囊（4）、气囊腔（5）、弹簧固定柱（9）和弹簧（10），所述清管器在管道（1）内，皮碗（2）环绕在筒形骨架（35）外侧，所述气囊（4）在气囊腔（5）内与弹簧（10）相连，弹簧（10）固定在弹簧固定柱（9）上，其特征在于，所述清管器还包括清管模块、自解堵模块和防止气体节流模块；

所述清管模块包括旋转头（7）和清管流道（63），旋转头（7）共有2类；

所述第1类旋转头（7），其特征在于，包括固定塞（711)、旋转体（712）、固定柱（713）、肋板（714）、调速柱（715）、偏心喷嘴（716）、喷嘴流道（717）和未偏心喷嘴（718），所述固定塞（711）安装在喷嘴流道（717）外表面被肋板（714）固定，限制旋转体（712）径向运动，允许其做周向运动，所述旋转体（712）环绕设置在喷嘴流道（717）上，偏心喷嘴（716）和未偏心喷嘴（718）通过固定柱（713）固定在旋转体（712）内部，所述调速柱（715）被限制在固定塞（711)和旋转体（712）之间；

所述第2类旋转头（7），其特征在于，包括废气出口（721）、第一通气口（722）、第二通气口（723）、活塞（724）、水平传动杆（725）、主流道（726）、锥形齿轮组（727）、喷嘴（728）、铅直传动杆（729）、曲柄连杆机构（730）、滑块（731）、分气块（732）和旁支流道（733），所述第一通气口（722）和第二通气口（723）在旁支流道（733）两侧开通，所述滑块（731）通过水平传动杆（725）与铅直传动杆（729）相连，曲柄连杆机构（730）连接铅直传动杆（729）、锥形齿轮组（727）和活塞（724），所述喷嘴（728）连接主流道（726），所述分气块（732）位于喷嘴流道（717）上，与旁支流道（733）和主流道（726）相连，可将气体分成2部分输出；

所述自解堵模块，其特征在于，包括第二电池组（61）、三通球阀（62）、Y型支路（63）、解堵喷头（64）、解堵流道（65）、执行机构（66）、速度感应器（67），所述第二电池组（61）和执行机构（66）安装在清管器轴线上，增加清管器稳定性，所述速度感应器（67）位于筒形骨架（35）外侧与管道（1）接触，用于检测清管器速度，所述三通球阀（62）的三个接口分别和分支流道（8）、解堵流道（65）以及清管流道（63）相连，解堵喷头（64）安装在解堵流道（65）头部；

所述防止气体节流模块，其特征在于，包括中心流道（111）、逆变器（112）、第一电池组（113）、螺旋线圈（114）和钢管（115），所述钢管（115）位于中心流道（111）内与气囊腔（5）相连，螺旋线圈（114）缠绕在钢管（115）上，螺旋线圈（114）与第一电池组（113）和逆变器（112）相连。

2.根据权利要求1所述的一种带有旋转头及防止气体节流装置的自解堵清管器，其特征在于：所述调速柱（715）在固定塞（711）和旋转体（712）之间，防止旋转体（712）转动速度太大，影响清管效果。

3.根据权利要求1所述的一种带有旋转头及防止气体节流装置的自解堵清管器，其特征在于：所述偏心喷嘴（716）与旋转体（712）轴线偏心设置，所述未偏心喷嘴（718）安装在旋转体（712）轴线上。

4.根据权利要求1所述的一种带有旋转头及防止气体节流装置的自解堵清管器，其特征在于：所述逆变器（112）将第一电池组（113）输出的直流电流改变为交流电流。

5.根据权利要求1所述的一种带有旋转头及防止气体节流装置的自解堵清管器，其特征在于：所述螺旋线圈（114）为铜线圈，可以减少电流的损耗。

6.根据权利要求1所述的一种带有旋转头及防止气体节流装置的自解堵清管器，其特征在于：所述钢管（116）为碳钢管，碳钢是一种铁磁性材料，更容易产生感应电流。

7.根据权利要求1所述的一种带有旋转头及防止气体节流装置的自解堵清管器，其特征在于：所述锥形齿轮组 727可以改变传动方向。

8.根据权利要求1所述的一种带有旋转头及防止气体节流装置的自解堵清管器，其特征在于：所述防止气体节流模块防止气体节流步骤如下：

k1：第一电池组（113）输出直流电流流入逆变器（112）；

k2：流出逆变器（112）的电流为交变电流；

k3：交变电流流入螺旋线圈（114），根据电磁感应定律，钢管（116）内部产生电涡流；

k4：钢管（116）内的电涡流加热钢管（116）内的气体；

k5：气体在钢管（116）内被加热，抵消气体在中心流道（111）处发生节流效应产生的温降，避免液化产生水合物冰堵中心流道（111）。