CN109731865B - 自动调节旁通率的清管器及其清管方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动调节旁通率的清管器及其清管方法，清管器包括：根据压力自动微调旁通率的弹性本体，弹性本体的中心通道贯穿其相对两端形成旁通通道；用于清除管壁附着物的清污组件，设置在弹性本体的第一端上；泄放结构，设置在弹性本体的第二端上；弹性本体的壁内设有环绕旁通通道并与旁通通道相隔绝的环形腔，泄放结构与环形腔相连通，泄放环形腔内气体以将旁通率减至零。本发明的自动调节旁通率的清管器，在清管时可以随着清管器前后压力的变化自动调节旁通率的大小，从而改变清管器的推动力和清管器前的液塞量；一旦遇到较大阻力，还可以通过泄放结构自动减小旁通率至零，保证清管器有足够的推动力，保证清管时清管器的连续稳定前进。

Description

自动调节旁通率的清管器及其清管方法

技术领域

本发明涉及管道流体输送技术领域，尤其涉及一种自动调节旁通率的清管器及其清管方法。

背景技术

海洋石油中的海底管道需要通过清管来清除管内的杂质、清扫低洼处的积液，保证管道内流体输送的高效运行。目前进行清管作业的大部分为实心清管器，这种清管器在运行时会在其前端积累大量的液塞，并且平台上的段塞流捕集器往往因而需要设计得很大以处理这些液塞，防止溢流。采用带有旁通的清管器，可以在清管过程中让气体或者液体旁通而过，从而减少液塞在清管球前的积聚，使清管作业前后管道内的流动更加稳定。

由于管道内压力、流量的时刻变化，采用固定旁通率的清管器，很难满足管内流体不同工况的需求。在遇到阻力时，旁通的存在可能会导致清管器前后压差太小，而无法推动其顺利运行，形成卡球现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种自动调节旁通率的清管器及其清管方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种自动调节旁通率的清管器，包括：

根据压力自动微调旁通率的管状的弹性本体，所述弹性本体的中心通道贯穿其相对两端形成旁通通道；

用于清除管壁附着物的清污组件，设置在所述弹性本体的第一端上；以及

泄放结构，设置在所述弹性本体的第二端上；

所述弹性本体的壁内设有环绕所述旁通通道并与旁通通道相隔绝的环形腔，所述泄放结构与所述环形腔相连通，泄放所述环形腔内气体以将旁通率减至零。

优选地，所述泄放结构包括设置在所述弹性本体的第二端上并连通至所述环形腔的泄放通道、设置在所述泄放通道上的泄放单向阀。

优选地，所述旁通通道包括对应在所述弹性本体相对两端处的两个固定直径的等直径腔段、连接在两个所述等直径腔段之间的可变直径腔段。

优选地，所述弹性本体的内壁面设有处于相对两端之间的波浪结构，所述波浪结构在所述内壁轴向延伸；所述可变直径腔段形成在所述波浪结构内。

优选地，所述弹性本体的外壁面设有与所述波浪结构相对应的曲面结构，使得所述弹性本体为波纹状管体；所述环形腔位于所述波浪结构和曲面结构之间。

优选地，所述清污组件包括依次套设在所述弹性本体第一端上的皮碗和挡板；

所述挡板的直径小于所述皮碗的直径。

优选地，所述清污组件还包括设置在所述挡板外周缘上的毛刷。

优选地，所述清污组件通过紧固组件锁紧在所述弹性本体的第一端上。

优选地，所述弹性本体的第一端的端面为相对弹性本体中心轴线倾斜的弧面；

所述弹性本体的第二端的端面为相对弹性本体中心轴线垂直的平面。

本发明还提供了一种自动调节旁通率的清管器的清管方法，包括如下步骤：

将清管器放入发球筒内发球，在管道流体和压力推动下在管道内开始清管；

清管器在管道内行进，清管器的第一端向前，该第一端上的清污组件清除管壁附着物，管道内的流体从清管器的旁通通道通过；

在清管器前后两端的压差增大或者清管器遇到阻碍时，清管器的弹性本体受到挤压，其旁通率降低，提高推动力从而克服阻力前进；当所述压差减小时，所述弹性本体受到的挤压减小，形状恢复；

在清管器遇到阻力无法前进时，清管器后方的压力增加，当增加至设定阈值，清管器的泄放结构动作泄放弹性本体环形腔内的气体，使清管器的旁通率降至为零，增大推动力，推动清管器继续前进。

本发明的有益效果：在清管时可以随着清管器前后压力的变化自动调节旁通率的大小，从而改变清管器的推动力和清管器前的液塞量；一旦遇到较大阻力，还可以通过泄放结构自动减小旁通率至零，保证清管器有足够的推动力，保证清管时清管器的连续稳定前进。

本发明可用于气液混输管道，可以根据所受挤压力的变化自行调节旁通率，无需设置复杂的自动控制体系和传感器，能显著减小清管段塞体积。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例的自动调节旁通率的清管器的剖面结构示意图；

图2是本发明一实施例的自动调节旁通率的前端结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明一实施例的自动调节旁通率的清管器，可包括管状的弹性本体10、清污组件30以及泄放结构40。

弹性本体10由弹性材料如硅胶等制成，可在受挤压形变后复原。弹性本体10整体呈管状，包括相对的第一端和第二端。在清管时，第一端作为头部沿着行进方向向前，第二端作为尾部朝向后方。

弹性本体10的中心通道贯穿其相对两端，形成旁通通道20，弹性本体10及旁通通道20用于提供旁通，并可以根据压力自动微调旁通率。旁通通道20在管道内清管时可供流体通过，从而减少清管时大量液塞在清管球前的积聚(可以减小约50％的液塞量)，减小下游所需的段塞流捕集器的体积。

弹性本体10的壁内设有环形腔50，使得弹性本体10具有夹层。环形腔50环绕旁通通道20并与旁通通道20相隔绝。

清污组件30设置在弹性本体10的第一端上，用于清除管壁附着物，为清管器的前进扫除障碍，保证清管器的连续稳定前进。结合图1、图2，该清污组件30可包括依次套设在弹性本体10第一端上的皮碗31和挡板32。在管道内，皮碗31与管壁弹性接触，提供较大的摩擦力以清除管内附着物。挡板32的直径小于皮碗31的直径，从而挡板32的外周缘不会凸出皮碗31的外周缘。

进一步地，清污组件30还包括设置在挡板32外周缘上的毛刷33。毛刷33布满挡板32的外周缘，用于与管道的管壁接触，扫除附着物。

此外，清污组件30通过紧固组件60锁紧在弹性本体10的第一端上。紧固组件60优选设置多组，沿着挡板32的周向间隔布置。紧固组件60可包括垫板、紧固螺栓等。紧固螺栓穿进挡板32、皮碗31和弹性本体10的第一端中，将清污组件30锁紧在弹性本体10上；垫板设置在紧固螺栓的螺栓头与挡板32之间。

泄放结构40设置在弹性本体10的第二端上，与弹性本体10的环形腔50相连通，用于泄放环形腔50内的气体以将旁通率减至零。泄放结构40可包括设置在弹性本体10的第二端上并连通至环形腔50的泄放通道41、设置在泄放通道41上的泄放单向阀42。泄放单向阀42位于弹性本体10的外侧，用于控制泄放通道41的通断，并且允许环形腔50内的气体泄放出来，防止外部的气体进入环形腔50。泄放单向阀42在弹性本体10受压压力达到设定阈值时可以自动开启，从而泄放弹性本体10环形腔50内的气体。

具体地，又如图1所示，本实施例中，旁通通道20包括对应在弹性本体10相对两端处的两个等直径腔段21、连接在两个等直径腔段21之间的可变直径腔段22。其中，等直径腔段21为固定直径，决定了清管器的最大旁通率，可变直径腔段22随着挤压力不同改变旁通率。

旁通通道20的固定直径部分的直径d与清管器的外直径D在初始状态下保持在d/D＝0.3-0.4，这样设定的最大旁通率为(d/D)²，即0.09-0.16。

弹性本体10的内壁面设有处于其相对两端之间的波浪结构11，波浪结构11在内壁轴向延伸，可变直径腔段22形成在波浪结构11内。弹性本体10的外壁面设有与波浪结构11相对应的曲面结构12(也为波浪结构)，环形腔50位于波浪结构11和曲面结构12之间。波浪结构11和曲面结构12的设置，弹性本体10为波纹状管体，可在径向和轴向上变形并可复原。

进一步地，本实施例中，弹性本体10的第一端的端面为相对弹性本体10中心轴线倾斜的弧面；弧面的设置起到导向的作用。此外，弹性本体10的第二端的端面可以为相对弹性本体10中心轴线垂直的平面。

参考图1-2，本发明的自动调节旁通率的清管器的清管方法，可以包括如下步骤：

将清管器放入发球筒内发球，清管器即可在管道流体和压力推动下在管道内开始清管。由于清管器中有旁通通道20，清管器尾部的液体可以通过旁通通道20流出到清管器的前部，从而减少液塞的积累量，使清管作业前后管道内的流动更加稳定，并减小下游的段塞流捕集器的液体处理量。

清管器在管道内行进，清管器的第一端(即头部)向前，该第一端上的清污组件30清除管壁附着物。清管器在行进过程中，头部的皮碗31以及挡板32上的毛刷33可以清除管壁的附着物，为清管器的前进扫除障碍。

在清管器前后两端的压差增大或者清管器遇到阻碍时，清管器的弹性本体10受到挤压发生形变，其上的波浪结构11和曲面结构12被挤压后向清管器的轴向延伸，从而占用并减小旁通通道20的面积，使得清管器的旁通率降低，从而提高清管器尾部(第二端)的推动力，使清管器克服阻力前进，此时清管器前方的液塞量会有所增加。当清管器前后两端的压差减小时，弹性本体10受到的挤压减小，形状恢复，即弹性本体10上的波浪结构11和曲面结构12恢复，从而增大旁通通道20的面积，清管器的推动力减小，此时清管器前方的液塞量会有所减少。

在清管器遇到阻力(较大的行进阻力)无法前进时，清管器后方的压力增加；当压力增加至设定阈值，清管器的泄放结构40动作泄放弹性本体10环形腔50内的气体，使清管器的旁通率降至为零，从而增大推动力，推动清管器继续前进。

从上可知，清管器通过其弹性本体10的压缩和延展来控制旁通率的变化：弹性本体10前后压差增大，旁通率减小；压差减小，旁通率增大。通过压差的变化，实现在清管过程中自动微调旁通率。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种自动调节旁通率的清管器，其特征在于，包括：

根据压力自动微调旁通率的管状的弹性本体(10)，所述弹性本体(10)的中心通道贯穿其相对两端形成旁通通道(20)；

用于清除管壁附着物的清污组件(30)，设置在所述弹性本体(10)的第一端上；以及

泄放结构(40)，设置在所述弹性本体(10)的第二端上；

所述弹性本体(10)的壁内设有环绕所述旁通通道(20)并与旁通通道(20)相隔绝的环形腔(50)，所述泄放结构(40)与所述环形腔(50)相连通，泄放所述环形腔(50)内气体以将旁通率减至零；

所述泄放结构(40)包括设置在所述弹性本体(10)的第二端上并连通至所述环形腔(50)的泄放通道(41)、设置在所述泄放通道(41)上的泄放单向阀(42)；

所述旁通通道(20)包括对应在所述弹性本体(10)相对两端处的两个固定直径的等直径腔段(21)、连接在两个所述等直径腔段(21)之间的可变直径腔段(22)。

2.根据权利要求1所述的自动调节旁通率的清管器，其特征在于，所述弹性本体(10)的内壁面设有处于相对两端之间的波浪结构(11)，所述波浪结构(11)在所述内壁面轴向延伸；所述可变直径腔段(22)形成在所述波浪结构(11)内。

3.根据权利要求2所述的自动调节旁通率的清管器，其特征在于，所述弹性本体(10)的外壁面设有与所述波浪结构(11)相对应的曲面结构(12)，使得所述弹性本体(10)为波纹状管体；所述环形腔(50)位于所述波浪结构(11)和曲面结构(12)之间。

4.根据权利要求1所述的自动调节旁通率的清管器，其特征在于，所述清污组件(30)包括依次套设在所述弹性本体(10)第一端上的皮碗(31)和挡板(32)；

所述挡板(32)的直径小于所述皮碗(31)的直径。

5.根据权利要求4所述的自动调节旁通率的清管器，其特征在于，所述清污组件(30)还包括设置在所述挡板(32)外周缘上的毛刷(33)。

6.根据权利要求1所述的自动调节旁通率的清管器，其特征在于，所述清污组件(30)通过紧固组件(60)锁紧在所述弹性本体(10)的第一端上。

7.根据权利要求1所述的自动调节旁通率的清管器，其特征在于，所述弹性本体(10)的第一端的端面为相对弹性本体(10)中心轴线倾斜的弧面；

所述弹性本体(10)的第二端的端面为相对弹性本体(10)中心轴线垂直的平面。

8.一种权利要求1-7任一项所述的自动调节旁通率的清管器的清管方法，其特征在于，包括如下步骤：

将清管器放入发球筒内发球，在管道流体和压力推动下在管道内开始清管；

清管器在管道内行进，清管器的第一端向前，该第一端上的清污组件(30)清除管壁附着物，管道内的流体从清管器的旁通通道(20)通过；

在清管器前后两端的压差增大或者清管器遇到阻碍时，清管器的弹性本体(10)受到挤压，其旁通率降低，提高推动力从而克服阻力前进；当所述压差减小时，所述弹性本体(10)受到的挤压减小，形状恢复；

在清管器遇到阻力无法前进时，清管器后方的压力增加，当增加至设定阈值，清管器的泄放结构(40)动作泄放弹性本体(10)环形腔(50)内的气体，使清管器的旁通率降至为零，增大推动力，推动清管器继续前进。

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