CN110762328B - 一种基于管道机器人的封堵机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于管道机器人的封堵机构，包括管道机器人外壳固定有导向块，导向块前端安装有滑动块，管道机器人外壳上开有滑动槽，滑动块开有缺口，缺口内放置有挡板，滑动块前端为封堵胶板，进口单向阀固定在滑动块上并穿过封堵胶板的一层，封堵胶板另一层固定在安装板上；压板上固定有出口单向阀，出口单向阀固定在压板上且与进口单向阀交替分布，所述导向块上开有导向槽，折线型拨杆一端在导向槽内滑动，推杆与动力机构连接，两端固定在滑动块上，且置于滑动槽内，所述挡板为扇形，通过减小封堵胶板的轴向长度来增大径向尺寸，利用管道内传输介质和管道内的压力，封堵功率小，可实现封堵机器人的小型化和轻量化。

Description

一种基于管道机器人的封堵机构

技术领域

本发明涉及管道封堵领域，特别是一种基于管道机器人的封堵机构。

背景技术

管道运输是我国石油、天然气运输最主要的方式。管道在长期运行过程中，受诸多因素的影响，会导致管道失效，造成巨大的经济损失，并严重影响人民群众的生产和生活。

目前管道封堵机器人的封堵机构多数采用液压缸推动斜面挤压橡胶封堵圈，使橡胶封堵圈产生轴向和径向变形来实现封堵，李振北在《机械研究与应用》2017年第2期的《油气管道管内封堵器密封结构研究进展》一文中对液压缸压缩胶圈的封堵密封结构有详尽的论述。

CN107631122B谢振强的发明专利一种新型智能封堵器，是通过高压软管将高压流体充入封堵总成的主液压缸，使封隔圈与锁定卡瓦径向扩张，实现封堵；待作业结束后，通讯模块接收到解封指令，控制模块驱动微型液压模块将高压流体抽回，封隔圈与锁定卡瓦恢复原位，实现解封；用充压胎代替斜面使封隔圈径向扩张。

CN102758988B中国石油大学(北京)赵弘的发明专利气动管道封堵机构，是通过气动肌腱的驱动实现气动管道封堵机构上的密封锁紧胶环对管道的密封，通过氮气充入气动肌腱，气动肌腱收缩拉动推力法兰，也是利用斜面使扩张块径向扩张，不同的只是用肌腱代替了液压缸。

这几种封堵结构需要的驱动功率较大，密封效果受到多种因素的限制，封堵胶圈径向扩张的尺寸受到封堵胶圈所用材料的性能限制，封堵环形缝隙不能太大，同时高压环境会发生封堵胶圈流动现象。这些封堵结构难以实现管道机器人的小型化和轻量化，影响了管道封堵机器人在管道内的可通过性，一定程度上限制了管道封堵机器人的应用。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中封堵结构难以实现管道机器人的小型化和轻量化，影响了管道封堵机器人在管道内的可通过性的问题，提供一种通过减小封堵胶板的轴向长度来增大径向尺寸，并形成封闭空间来利用管道输送介质及管道压力实现封堵的基于管道机器人的封堵机构。

为实现以上目的，提供以下技术方案：

一种基于管道机器人的封堵机构，包括圆柱型外壳的管道机器人，管道机器人密封腔内的动力机构，管道机器人外壳固定有导向块，导向块前端安装有滑动块，滑动块对应的管道机器人外壳上开有滑动槽，滑动块开有缺口，缺口内放置有挡板，所述滑动块内径上装有Yx密封圈，滑动块前端为封堵胶板，封堵胶板为环形且双层，等角度分布的进口单向阀固定在滑动块上并穿过封堵胶板的一层，进口单向阀与滑动块之间有弹簧，封堵胶板前端有压环，所述压环固定在滑动块上，封堵胶板另一层固定在安装板上，所述安装板固定在管道机器人上并置于封堵胶板靠近进口单向阀一层，所述封堵胶板远离进口单向阀一层有压板，所述压板固定在安装板上，所述进口单向阀对面的压板、封堵胶板和安装板上开有进口；压板上固定有出口单向阀，压板与出口单向阀之间有弹簧，所述等角度分布的出口单向阀固定在压板上且与进口单向阀交替分布，所述出口单向阀对面的压环、封堵胶板和滑动块上开有出口，所述导向块上开有导向槽，折线型拨杆一端在导向槽内滑动，另一端开有长孔，挡板一端通过连接铰轴在长孔内滑动，折线型拨杆转折点通过销轴与滑动块可转动连接，对应的滑动块上开有销孔，推杆与动力机构连接，两端固定在滑动块上，且置于滑动槽内，动力机构推动推杆沿滑动槽线性移动，所述挡板为扇形，包括连接耳、导向凸起、第一搭接面和第二搭接面，连接耳与折线型拨杆滑动连接，所述导向凸起置于扇形中部，连接耳置于其下端，所述第一搭接面与第二搭接面不在同一面上，且置于扇形展开方向的端部，挡板缩回时，两两挡板之间通过第一搭接面和第二搭接面接触限位。

优选地，所述管道机器人动力机构包括电机，给电机供电的电池，控制电机的电路板，与电机输出轴相连的传动丝杠，与传动丝杠配合的丝母，所述推杆固定在丝母上。

优选地，所述进口单向阀的数量为3个阀芯处镶有密封圈，对应的出口单向阀的数量也为3个阀芯处镶有密封圈。

优选地，挡板还包括外弧面和内弧面，缩回时内弧面围成一个内圆，伸出时外弧面围成一个外圆，挡板数量为6个，外圆半径比所封堵管道内径小2毫米，其径向有效宽度为封堵环形缝隙的2倍。

本发明的有益效果：

1、通过减小封堵胶板的轴向长度来增大径向尺寸，利用管道内传输介质和管道内的压力，封堵功率小，可实现封堵机器人的小型化和轻量化。

2、利用挡板防止封堵胶板的流动，一方面提高封堵压力，另一方面也增大了可封堵环形缝隙范围，提高机器人在管道中的可通过性。

附图说明

图1为本申请未封堵状态端面图；

图2为本申请未封堵状态旋转剖视图；

图3为导向块主视图；

图4为导向块剖视图；

图5为滑动块主视图；

图6为滑动块剖视图；

图7为挡板主视图；

图8为挡板俯视图；

图9为挡板缩回状态示意图；

图10为挡板伸出状态示意图；

图11为封堵胶板截面图；

图12为滑动块侧视图；

图13为封堵过程中挡板升起后的旋转剖视图；

图14为封堵过程中进口单向阀关闭后状态旋转剖视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要注意的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

另外，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示一种基于管道机器人的封堵机构，包括圆柱型外壳的管道机器人，管道机器人密封腔内的动力机构10，管道机器人外壳1固定有导向块2，导向块2前端安装有滑动块3，滑动块3对应的管道机器人外壳1上开有滑动槽13，如图5和图6所示滑动块3开有缺口32，缺口32内放置有挡板4，所述滑动块3内径上装有Yx密封圈31，滑动块3前端为封堵胶板7，如图11封堵胶板7为环形且双层，等角度分布的进口单向阀5固定在滑动块3上并穿过封堵胶板7的一层，进口单向阀5与滑动块3之间有弹簧51，封堵胶板7一层前端有压环6，所述压环6固定在滑动块3上，封堵胶板7另一层固定在安装板8上，所述安装板8固定在管道机器人外壳1上，所述封堵胶板7远离进口单向阀5一层有压板9，所述压板9固定在安装板8上，所述进口单向阀5对面的压板9、封堵胶板7和安装板8上开有进口53；压板9上固定有出口单向阀52，压板9与出口单向阀52之间有弹簧51，所述等角度分布的出口单向阀52与进口单向阀5交替分布，所述出口单向阀52对面的压环6、封堵胶板7和滑动块3上开有出口54，如图3和图4所示导向块2上开有导向槽21，折线型拨杆22一端在导向槽21内滑动，另一端开有长孔，挡板4一端通过连接铰轴在长孔内滑动，折线型拨杆22转折点通过销轴与滑动块3可转动连接，对应的滑动块3上开有销孔33，推杆23与管道机器人动力机构10连接，推杆23两端固定在滑动块3上，且置于滑动槽13内，管道机器人动力机构10推动推杆23沿滑动槽13线性移动，如图7和图8所示挡板4为扇形，包括连接耳41、导向凸起42、第一搭接面43和第二搭接面44，连接耳41与折线型拨杆22通过连接铰轴滑动连接，所述导向凸起42置于扇形中部，连接耳41置于其下端，所述第一搭接面43与第二搭接面44不在同一面上，且置于扇形展开方向的端部，挡板缩回时，两两挡板之间通过第一搭接面43和第二搭接面44接触限位。如图9和10所示挡板还包括外弧面和内弧面，缩回时内弧面围成一个内圆，伸出时外弧面围成一个外圆，挡板数量为6个，外圆半径比所封堵管道内径小2毫米，其径向有效宽度为封堵环形缝隙的2倍；所述滑动块3上开有凹槽34，所述凹槽34与挡板4的导向凸起42配合。

所述管道机器人动力机构10包括电机，给电机供电的电池，控制电机的电路板，与电机输出轴相连的传动丝杠11，与传动丝杠11配合的丝母12，所述推杆23固定在丝母12上。同时本申请不限于使用传动丝杠11和丝母12的方式来实现推杆23的线性移动。

所述进口单向阀5的数量为3个阀芯处镶有密封圈，对应的出口单向阀52的数量也为3个阀芯处镶有密封圈。

工作过程：

如图2所示的为初始状态，管道机器人动力机构10未启动，折线形拨杆22置于导向槽21内未滑出，从而挡板4处于缩回状态，封堵胶板7处于被拉平状态；管道封堵机器人到达管道14预定位置并实现驻锚固定后，管道机器人动力机构10启动，电机正转，传动丝杠11带动丝母12向靠近管道机器人动力机构10的方向移动即Y方向，从而带动推杆23在滑动槽13内沿Y方向线性移动，推杆23带动滑动块3沿Y方向线性移动，滑动槽13限制推杆23和滑动块3转动，滑动块3带动进口单向阀5及其一侧的封堵胶板7沿Y方向移动，封堵胶板7轴向尺寸减小，径向尺寸增大，管道中的介质通过进口53进入封堵胶板7内，一部分介质从出口54流出，同时折线型拨杆22的后端沿着导向块2的导向槽21向Y方向滑动，折线型拨杆22前端带动挡板4伸出，当折线型拨杆22的后端滑动到导向槽21的水平位置时，挡板4伸出到最大位置，如图13所示；滑动块9继续Y方向移动，挡板4保持伸出状态，当出口单向阀52关闭而进口节流阀5未关闭时，封堵胶板7内充满管道中的介质，并且其压力等于管道内的压力，进口节流阀5随后关闭，这样封堵胶板7内形成一个封闭空间，其内压力等于管道内的压力，滑动块3继续Y方向移动，挤压封堵胶板7内的介质，使封闭空间压力大于管道内的压力，实现封堵。挡板4限制了封堵胶板7的流动，如图14所示。

电机反转，丝杠11反向转动，丝母12沿X方向移动。推杆23带动滑动块3想X方向移动，实现解除封堵。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于管道机器人的封堵机构，包括圆柱型外壳的管道机器人，管道机器人密封腔内的动力机构，其特征在于，管道机器人外壳固定有导向块，导向块前端安装有滑动块，滑动块对应的管道机器人外壳上开有滑动槽，滑动块开有缺口，缺口内放置有挡板，所述滑动块内径上装有Yx密封圈，滑动块前端为封堵胶板，封堵胶板为环形且双层，等角度分布的进口单向阀固定在滑动块上并穿过封堵胶板的一层，进口单向阀与滑动块之间有弹簧，封堵胶板前端有压环，所述压环固定在滑动块上，封堵胶板另一层固定在安装板上，所述安装板固定在管道机器人上，所述封堵胶板远离进口单向阀一层有压板，所述压板固定在安装板上，所述进口单向阀对面的压板、封堵胶板和安装板上开有进口；压板上固定有出口单向阀，压板与出口单向阀之间有弹簧，所述等角度分布的出口单向阀与进口单向阀交替分布，所述出口单向阀对面的压环、封堵胶板和滑动块上开有出口，所述导向块上开有导向槽，折线型拨杆一端在导向槽内滑动，另一端开有长孔，挡板一端通过连接铰轴在长孔内滑动，折线型拨杆转折点通过销轴与滑动块可转动连接，对应的滑动块上开有销孔，推杆与管道机器人动力机构连接，两端固定在滑动块上，且置于滑动槽内，管道机器人动力机构推动推杆沿滑动槽线性移动，所述挡板为扇形，包括连接耳、导向凸起、第一搭接面和第二搭接面，连接耳与折线型拨杆通过连接铰轴滑动连接，所述导向凸起置于扇形中部，连接耳置于其下端，所述第一搭接面与第二搭接面不在同一面上，且置于扇形展开方向的端部，挡板缩回时，两两挡板之间通过第一搭接面和第二搭接面接触限位。

2.根据权利要求1所述的一种基于管道机器人的封堵机构，其特征在于，所述管道机器人动力机构包括电机，给电机供电的电池，控制电机的电路板，与电机输出轴相连的传动丝杠，与传动丝杠配合的丝母，所述推杆固定在丝母上。

3.根据权利要求1所述的一种基于管道机器人的封堵机构，其特征在于，所述进口单向阀的数量为3个，阀芯处镶有密封圈，对应的出口单向阀的数量也为3个，阀芯处镶有密封圈。

4.根据权利要求1所述的一种基于管道机器人的封堵机构，其特征在于，挡板还包括外弧面和内弧面，缩回时内弧面围成一个内圆，伸出时外弧面围成一个外圆，挡板数量为6个，外圆半径比所封堵管道内径小2毫米，其径向有效宽度为封堵环形缝隙的2倍。

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