CN111495898B - 一种管道清障装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管道清障装置，包括破障机构、前端推进机构、后端推进机构和电磁机构；破障机构固定连接在前端推进轴的左端面，后端推进机构设置在前端推进机构的右侧，且破障机构、前端推进机构、后端推进机构的轴线共线；本发明通过破障机构、前端推进机构、后端推进机构和电磁机构所构成的管道清障装置对封堵管道的障碍物进行破除，与现有技术相比，此管道清障装置可在管道被障碍物完全堵塞，液体无法在管道内流动，传统清管器无法被推动清淤时，破除障碍物、疏通管道，使得液体可在管道内部流动，为后续传统清管器清淤奠定基础，从而降低管道清淤难度，提高清淤工艺使用范围。

Description

一种管道清障装置

技术领域

本发明涉及一种清障装置，具体涉及一种管道清障装置。

背景技术

近年来，随着石油类资源的广泛使用，石油类管道里程逐年增加。但长期使用后，常因石油中携带的油黏性杂质附着在管道内壁，造成管路不顺。尤其对于长久搁置未使用的管道，再次启用时，常常发现管道已完全堵塞，形成障碍。

传统清管器仅在管道并未完全堵塞时，才可借助液流冲击推动清管器在管道内运动，以清除附着在管道内壁上的杂质。然而，在管道被完全堵塞形成障碍的情况下，液体无法在管道内流动，也就无法推动清管器在管道内部运动，进而也就无法完成清淤任务。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种管道清障装置，在管道被完全堵塞时，破除管道内部障碍壁垒，使得液体可在管道内部流动，为后续传统清管器清淤奠定基础。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种管道清障装置包括破障机构、前端推进机构、后端推进机构和电磁机构；破障机构固定连接在前端推进轴的左端面，后端推进机构设置在前端推进机构的右侧，且破障机构、前端推进机构、后端推进机构的轴线共线。

破障机构包括破障爪、径向弹簧、示宽球、推球弹簧、破障螺旋体、回转轮支架、回转轮、破障轴套、破障轮支架、破障轮、破障水管，破障爪设置在破障螺旋体内部的矩形槽内，两个径向弹簧下端与破障爪接触，径向弹簧上端与破障螺旋体的矩形槽固定连接，示宽球竖向排列并被约束在破障螺旋体矩形槽内的轨道上，示宽球上端与推球弹簧接触，示宽球下端与破障爪右端的斜坡面接触，推球弹簧上端与破障螺旋体的矩形槽固定连接；破障螺旋体外表面设有螺旋齿，破障螺旋体两端设有回转轮支架，回转轮通过转轴设置在回转轮支架上，回转轮被约束在破障轴套内表面的轨道内；破障轴套外表面设有破障轮支架，破障轮通过转轴设置在破障轮支架上，破障水管通过破障轴套表面上的水孔与破障轴套固定连接；挡块设置在破障爪左侧，挡块的右端面与破障螺旋体的左端面接触；

前端推进机构包括前端螺旋体、前端推进轴、前端挡圈、前端支撑架、前端轴套、前端动力管，前端螺旋体外表面右端设有螺旋齿，前端螺旋体左侧为三爪结构、各爪间用圆弧面过渡连接、各爪末端与前端轴套的内表面接触，前端螺旋体左侧设有内凹轨道，前端支撑架的下端面与前端螺旋体左侧的内凹轨道面相接触；前端挡圈设置在前端推进轴上，前端螺旋体的右端面与前端推进轴的轴肩左端面接触、前端螺旋体的左端面与前端挡圈的右端面接触；前端动力管通过前端轴套表面上的水孔与前端轴套固定连接。

后端推进机构与前端推进机构结构相同。

电磁机构包括前端线圈、前端导线、后端线圈和后端导线，前端线圈缠绕在前端推进轴的右侧表面，后端线圈缠绕在后端推进轴的左侧表面；前端导线、后端导线均为2条带绝缘层的导线，分别连接在前端线圈、后端线圈的左右两端。

进一步的，破障爪左端为斜坡锯齿形、破障爪右端为斜坡面；

进一步的，回转轮和回转轮支架沿轴线方向在破障螺旋体表面均匀布置6组，其中每2组共一条直线；

进一步的，破障轮和破障轮支架沿轴线方向在破障轴套表面均匀布置6组，其中每2组共一条直线；

进一步的，破障轮的上端面与管道的内表面接触；

进一步的，破障轴套上的水孔设置在破障螺旋体表面螺旋齿的正上方，前端轴套上的水孔设置在前端螺旋体表面螺旋齿的正上方，前端轴套上开设有与前端支撑架相配合的导孔；

进一步的，破障水管、前端动力管、后端动力管、前端导线、后端导线均为柔性材料，长度大于管道的长度；

进一步的，前端支撑架被约束在前端螺旋体的内凹轨道中；

进一步的，前端支撑架的下端面与前端螺旋体内凹轨道面的最低点接触处时，前端支撑架的上端面恰好与管道的内表面相接触；

进一步的，前端支撑架有3个，沿周向对称布置。

本发明的积极效果为：本发明通过破障机构、前端推进机构、后端推进机构和电磁机构所构成的管道清淤装置对封堵管道的障碍物进行破除，与现有技术相比，此管道清淤装置可在管道被障碍物完全堵塞，液体无法在管道内流动，传统清管器无法被推动清淤时，破除障碍物、疏通管道，使得液体可在管道内部流动，为后续传统清管器清淤奠定基础，从而降低管道清淤难度，提高清淤工艺使用范围。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明前端推进机构结构示意图；

图3为破障机构结构示意图；

图4为破障机构的部分结构及工作过程中破障水管喷水示意图；

图5为前端推进机构部分结构及工作过程中前端动力管喷水示意图。

图中：000-管道，001-障碍；

100-破障机构，101-破障爪，102-径向弹簧，103-示宽球，104-推球弹簧，105-破障螺旋体，106-回转轮支架，107-回转轮，108-破障轴套，109-破障轮支架，110-破障轮，111-破障水管，112-挡块；

200-前端推进机构，201-前端螺旋体，202-前端推进轴，203-前端挡圈，204-前端支撑架，205-前端轴套，206-前端动力管；

300-后端推进机构，301-后端螺旋体，302-后端推进轴，303-前端挡圈，304-后端支撑架，305-后端轴套，306-后端动力管；

400-电磁铁机构，401-前端线圈，402-前端导线，403-后端线圈，404-后端导线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如附图1-5所示，本发明包括破障机构100、前端推进机构200、后端推进机构300和电磁机构400，破障机构100固定连接在前端推进轴202的左端面，后端推进机构300设置在前端推进机构200的右侧，且破障机构100、前端推进机构200、后端推进机构300的轴线共线；

破障机构包括破障爪101、径向弹簧102、示宽球103、推球弹簧104、破障螺旋体105、回转轮支架106、回转轮107、破障轴套108、破障轮支架109、破障轮110、破障水管111，破障爪101设置在破障螺旋体105内部的矩形槽内，破障爪101左端为锯齿形、锯齿爪伸出破障螺旋体105之外，破障爪101左侧设有挡块112、挡块112的右端面与破障螺旋体105的左端面接触，从而限制破障爪不能沿轴线向右运动；破障爪101的左端为斜坡锯齿形、右端面为斜坡面，在破障螺旋体105的矩形槽内设有竖向的滑槽，示宽球103呈竖向排列被约束在滑槽轨道内，示宽球103的下端面与破障爪101右端的斜坡面接触，示宽球103的上端与推球弹簧104的下端接触，推球弹簧104的上端与破障螺旋体105矩形槽的上底面固定连接；两个径向弹簧102为压缩弹簧，径向弹簧102的上端与破障螺旋体105矩形槽的上底面接触、下端与破障爪101的上端面接触，径向弹簧102未被压缩时的长度恰使破障爪101的下端面与破障螺旋体105矩形槽的下底面相接触；

破障螺旋体105外表面设有螺旋齿，破障螺旋体105表面螺旋齿的两端设有回转轮支架106、回转轮107通过转轴设置在回转轮支架106上；回转轮107和回转轮支架106沿轴线方向在破障螺旋体105表面均匀布置6组，且其中每2组共一条直线；回转轮107被约束在破障轴套108内表面的凹槽轨道中，可沿凹槽轨道做圆周滚动；

破障轴套108外表面设有破障轮支架109，破障轮110通过转轴设置在破障轮支架109上，破障轮110的上端面与管道000的内表面接触；破障轮110和破障轮支架109沿轴线方向在破障轴套108表面均匀布置6组，其中每2组共一条直线；

破障轴套108上的水孔设置在破障螺旋体105表面螺旋齿的正上方，破障水管111通过破障轴套108表面上的水孔与破障轴套108固定连接，破障水管111为柔性材料、长度大于管道长度，当破障水管通入高压水时，可冲击破障螺旋体105表面的螺旋齿使其旋转。

前端推进机构200包括前端螺旋体201、前端推进轴202、前端挡圈203，前端支撑架204、前端轴套205、前端动力管206；前端螺旋体201外表面右端设有螺旋齿，前端螺旋体201左侧为三爪结构、各爪间用圆弧面过渡连接、各爪末端与前端轴套205的内表面接触，前端螺旋体201左侧设有内凹轨道；

前端支撑架204的下端面与前端螺旋体201左侧的内凹轨道面相接触，前端支撑架204被约束在前端螺旋体201左侧的内凹轨道中，当前端支撑架204的下端面与前端螺旋体201内凹轨道面的最低点接触处时，前端支撑架204的上端面恰好与管道000的内表面相接触；前端轴套205上开设有与前端支撑架204相配合的导孔，前端支撑架204贯穿前端轴套205上的导孔，前端支撑架204包含三个，沿周向对称布置；前端挡圈203设置在前端推进轴202上，前端螺旋体201的右端面与前端推进轴202的轴肩左端面接触、前端螺旋体201的左端面与前端挡圈203的右端面接触；

前端轴套205外表面设有水孔，水孔设置在前端螺旋体201表面螺旋齿的正上方，前端动力管206通过前端轴套205表面上的水孔与前端轴套205固定连接，前端动力管206为柔性材料、长度大于管道长度，当前端动力管通入高压水时，可冲击前端螺旋体201表面的螺旋齿使其旋转。

后端推进机构300与前端推进机构200结构相同。

后端推进机构300包括后端螺旋体301、后端推进轴302、后端挡圈303，后端支撑架304、后端轴套305、后端动力管306；后端螺旋体301右侧表面设有螺旋齿，后端螺旋体301左侧为三爪结构、各爪间用圆弧面过渡连接、各爪末端与后端轴套305的内表面接触，后端螺旋体301左侧设有内凹轨道；

后端支撑架304的下端面与后端螺旋体301左侧的内凹轨道面相接触，后端支撑架304被约束在后端螺旋体301左侧的内凹轨道中，当后端支撑架304的下端面与后端螺旋体301内凹轨道面的最低点接触处时，后端支撑架304的上端面恰好与管道000的内表面相接触；后端轴套305上开设有与后端支撑架304相配合的导孔，后端支撑架304贯穿后端轴套305上的导孔，后端支撑架304包含三个，沿周向对称布置；后端挡圈303设置在后端推进轴302上，后端螺旋体301的右端面与后端推进轴302的轴肩左端面接触、后端螺旋体301的左端面与后端挡圈303的右端面接触；

后端轴套305外表面设有水孔，水孔设置在后端螺旋体301表面螺旋齿的正上方，后端动力管306通过后端轴套305表面上的水孔与后端轴套305固定连接，后端动力管306为柔性材料、长度大于管道长度，当后端动力管通入高压水时，可冲击后端螺旋体301表面的螺旋齿使其旋转。

电磁机构400包括前端线圈401、前端导线402、后端线圈403和后端导线404；前端线圈401缠绕在前端推进轴202的右侧表面，后端线圈403缠绕在后端推进轴302的左侧表面；前端导线402、后端导线404均为2条带绝缘层的导线，分别连接在前端线圈401、后端线圈403的左右两端；前端导线402、后端导线404均为柔性材料，长度大于管道000的长度；

当前端导线402和后端导线404通入同向电流时，在电磁场的作用下，前端线圈401和后端线圈403间产生吸引力；当前端导线402和后端导线404通入异向电流时，在电磁场的作用下，前端线圈401和后端线圈403间产生排斥力。

本发明具体工作过程如下：

首先，将破障机构100、前端推进机构200、后端推进机构300、电磁机构400按照上述装配关系置于被堵塞管道000的入口处，如图1所示，此时破障机构100中的破障爪101尚未接触到障碍001。

为使破障机构100进一步向左移动，清淤装置执行“前端推进机构200左移”步骤，具体如下：首先，在管道000外，给后端动力管306持续注入高压水、前端动力管206不注入高压水，则高压水流通过后端动力管306后直喷在后端螺旋体301的螺旋齿上，喷射冲击效果与图5类似，螺旋齿在高压水流冲击力的作用下，使后端螺旋体301及其左侧的三爪结构产生旋转趋势；因后端螺旋体301左侧的三爪间用圆弧面过渡连接，当后端支撑架304与圆弧面最低点接触时，后端支撑架304的上端已经与管道000的内表面接触，故在三爪机构旋转趋势的作用下，后端支撑架304上端将会顶紧管道000的内表面，从而使得后端推进机构300紧固在管道000上；此时，前端动力管206未注入高压水，前端推进机构200和破障机构100未紧固在管道000上；然后，在前端导线402和后端导线404中通入异向电流，在电磁场的作用下，前端线圈401和后端线圈403间产生排斥力，推动破障机构100和前端推进机构200向左运动。

如若破障机构100的破障爪101未运动到与障碍物相接触，则进一步的，清淤装置执行“后端推进机构300左移”步骤，具体如下：首先，在管道000外，给前端动力管206持续注入高压水、后端动力管306不注入高压水，则高压水流通过前端动力管206后直喷在前端螺旋体201的螺旋齿上，喷射冲击效果如图5所示，螺旋齿在高压水流冲击力的作用下，使前端螺旋体201及其左侧的三爪结构产生旋转趋势；因前端螺旋体201左侧的三爪间用圆弧面过渡连接，当前端支撑架204与圆弧面最低点接触时，前端支撑架204的上端已经与管道000的内表面接触，故在三爪机构旋转趋势的作用下，前端支撑架204上端将会顶紧管道000的内表面，从而使得前端推进机构200紧固在管道000上；此时，因后端动力管306未注入高压水，后端推进机构300未紧固在管道000上；然后，在前端导线402和后端导线404中通入同向电流，在电磁场的作用下，前端线圈401和后端线圈403间产生吸引力，吸引后端推进机构300向左运动。

前端推进机构200左移、后端推进机构300左移依次交替进行，直至破障机构100的破障爪101与障碍001接触；则转入“破障”步骤，破障阶段的具体工作过程如下：

首先，在管道000外侧给后端推进机构300的后端动力管306持续注入高压水、前端动力管206不注入高压水，则高压水流通过后端动力管306后直喷在后端螺旋体301的螺旋齿上，螺旋齿在高压水流冲击力的作用下，使后端螺旋体301及其左侧的三爪结构产生旋转趋势；因后端螺旋体301左侧的三爪间用圆弧面过渡连接，当后端支撑架304与圆弧面最低点接触时，后端支撑架304的上端已经与管道000的内表面接触，故在三爪机构旋转趋势的作用下，后端支撑架304上端将会顶紧管道000的内表面，从而使得后端推进机构300紧固在管道000上；此时，由于前端动力管206中未注入高压水，前端推进机构200和破障机构100未紧固在管道000上；然后，在前端导线402和后端导线404中持续通入异向电流，在电磁场的作用下，前端线圈401和后端线圈403间产生排斥力，使得前端推进轴202施加给破障螺旋体105一个向左的作用力，从而将破障爪101紧压在障碍001表面上；

此时，在管道000外侧给破障水管111中持续注入高压水，则高压水流通过破障水管111后直喷在破障螺旋体105的螺旋齿上，螺旋齿在高压水流冲击力的作用下，使破障螺旋体105产生旋转，进而带动破障爪101旋转，障碍001在破障爪101旋转力矩的作用下开始被破除、脱落；由于径向弹簧102为压缩弹簧，起始阶段破障爪101处于障碍001的中心处，随着障碍001中心处被破除，在离心力的作用下，破障爪101将压缩径向弹簧，向半径扩大的方向移动，进而逐渐破除障碍000的大半径处；同时，随着破障爪101在离心力作用下向外移动，破障爪101的右端面将把示宽球压弹出管道000，方便工作人员判别破障进程；当示宽球103完全被压弹出后，破障阶段结束，此时障碍001的中间区域被破除。

破障结束后，则转入“后端推进机构300右移”步骤，具体工作过程如下：首先，在管道000外，给前端动力管206持续注入高压水、后端动力管306不注入高压水，则高压水流通过前端动力管206后直喷在前端螺旋体201的螺旋齿上，喷射冲击效果如图5所示，螺旋齿在高压水流冲击力的作用下，使前端螺旋体201及其左侧的三爪结构产生旋转趋势；因前端螺旋体201左侧的三爪间用圆弧面过渡连接，当前端支撑架204与圆弧面最低点接触时，前端支撑架204的上端已经与管道000的内表面接触，故在三爪机构旋转趋势的作用下，前端支撑架204上端将会顶紧管道000的内表面，从而使得前端推进机构200紧固在管道000上；此时，因后端动力管306未注入高压水，后端推进机构300未紧固在管道000上；然后，在前端导线402和后端导线404中通入异向电流，在电磁场的作用下，前端线圈401和后端线圈403间产生排斥力，推动后端推进机构300向右运动。

如若后端推进机构300未运动出管道000，则进一步的，清淤装置执行“前端推进机构200右移”步骤，具体如下：在管道000外侧给后端推进机构300的后端动力管306持续注入高压水、前端动力管206不注入高压水，则高压水流通过后端动力管306后直喷在后端螺旋体301的螺旋齿上，螺旋齿在高压水流冲击力的作用下，使后端螺旋体301及其左侧的三爪结构产生旋转趋势；因后端螺旋体301左侧的三爪间用圆弧面过渡连接，当后端支撑架304与圆弧面最低点接触时，后端支撑架304的上端已经与管道000的内表面接触，故在三爪机构旋转趋势的作用下，后端支撑架304上端将会顶紧管道000的内表面，从而使得后端推进机构300紧固在管道000上；此时，由于前端动力管206中未注入高压水，前端推进机构200和破障机构100未紧固在管道000上；然后，在前端导线402和后端导线404中持续通入同向电流，在电磁场的作用下，前端线圈401和后端线圈403间产生吸引力，使得破障机构100和前端推进机构200向右运动。

后端推进机构300右移、前端推进机构200右移依次交替进行，直至后端推进机构300移出管道000，前端推进机构200移到近管道口处，人工抽出前端推进机构200和破障机构100，至此整个破障过程结束。

Claims (9)

1.一种管道清障装置，其特征在于包括破障机构（100）、前端推进机构（200）、后端推进机构（300）以及电磁机构（400）；

破障机构（100）固定连接在前端推进轴（202）的左端面，后端推进机构（300）设置在前端推进机构（200）的右侧，且破障机构（100）、前端推进机构（200）、后端推进机构（300）的轴线共线；

所述破障机构（100）包括破障爪（101）、径向弹簧（102）、示宽球（103）、推球弹簧（104）、破障螺旋体（105）、回转轮支架（106）、回转轮（107）、破障轴套（108）、破障轮支架（109）、破障轮（110）、破障水管（111）以及挡块（112）；

所述破障爪（101）设置在破障螺旋体（105）内部的矩形槽内，径向弹簧（102）下端与破障爪（101）接触，两个径向弹簧（102）上端与破障螺旋体（105）的矩形槽固定连接，示宽球（103）竖向排列并被约束在破障螺旋体（105）矩形槽内的轨道上，示宽球（103）上端与推球弹簧（104）接触，示宽球（103）下端与破障爪（101）右端的斜坡面接触，推球弹簧（104）上端与破障螺旋体（105）的矩形槽固定连接；

所述破障螺旋体（105）外表面设有螺旋齿，破障螺旋体（105）两端设有回转轮支架（106），回转轮（107）通过转轴设置在回转轮支架（106）上，回转轮（107）被约束在破障轴套（108）内表面的轨道内；

所述破障轴套（108）外表面设有破障轮支架（109），破障轮（110）通过转轴设置在破障轮支架（109）上，破障水管（111）通过破障轴套（108）表面上的水孔与破障轴套（108）固定连接；

所述挡块（112）设置在破障爪（101）左侧，挡块（112）的右端面与破障螺旋体（105）的左端面接触。

2.根据权利要求1所述的一种管道清障装置，其特征在于所述前端推进机构（200）包括前端螺旋体（201）、前端推进轴（202）、前端支撑架（204）、前端轴套（205）以及前端动力管（206）；

所述前端螺旋体（201）外表面右端设有螺旋齿，前端螺旋体（201）左侧为三爪结构，前端螺旋体（201）外侧壁的左端设有内凹轨道，前端支撑架（204）的下端面与前端螺旋体（201）左侧的内凹轨道相接触；

所述前端动力管（206）通过前端轴套（205）表面上的水孔与前端轴套（205）固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种管道清障装置，其特征在于所述后端推进机构（300）与前端推进机构（200）结构相同。

4.根据权利要求1所述的一种管道清障装置，其特征在于所述电磁机构（400）包括前端线圈（401）、前端导线（402）、后端线圈（403）和后端导线（404）；

前端线圈（401）缠绕在前端推进轴（202）的右端，后端线圈（403）缠绕在后端推进轴（302）的左侧表面；前端导线（402）、后端导线（404）均为2条带绝缘层的导线，分别连接在前端线圈（401）、后端线圈（403）的两端。

5.根据权利要求1所述的一种管道清障装置，其特征在于所述破障爪（101）左端为斜坡锯齿形、破障爪（101）右端为斜坡面。

6.根据权利要求1所述的一种管道清障装置，其特征在于所述回转轮（107）和回转轮支架（106）沿轴线方向在破障螺旋体（105）表面均匀布置6组，其中每2组共一条直线；

所述破障轮（110）和破障轮支架（109）沿轴线方向在破障轴套（108）表面均匀布置6组，其中每2组共一条直线。

7.根据权利要求1所述的一种管道清障装置，其特征在于所述破障轮（110）的上端面与管道（000）的内表面接触。

8.根据权利要求2所述的一种管道清障装置，其特征在于所述破障轴套（108）上的水孔设置在破障螺旋体（105）表面螺旋齿的正上方；前端轴套（205）上的水孔设置在前端螺旋体（201）表面螺旋齿的正上方，前端轴套（205）上开设有与前端支撑架（204）相配合的导孔。

9.根据权利要求2所述的一种管道清障装置，其特征在于所述前端支撑架（204）的下端面与前端螺旋体（201）内凹轨道面的最低点接触处时，前端支撑架（204）的上端面恰好与管道（000）的内表面相接触。

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