CN113167429A - 用于管状线路中的模块化内部介入设备的集成的壳套系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于管状线路中的模块化内部介入设备的集成的壳套系统，其中，所述设备包括多个模块（2），所述壳套系统包括包套件（1），其以整体方式围绕所述多个模块（2）中的至少一个模块（2）和所述至少一个模块（2）的上游（3，2）或下游（2，2a）的至少一个部件的至少一部分。本发明的集成壳套系统保证了所有模块化内部介入设备的机械集成，使得其在管状线路内的操作能够以更安全、更高效和更有利的方式进行。

Description

用于管状线路中的模块化内部介入设备的集成的壳套系统

技术领域

本发明涉及用于管状线路的内部介入的设备。更具体地，本发明涉及一种用于管状线路中的模块化内部介入设备的集成的壳套系统。

背景技术

管状线路可以用于各种工业设施，例如水和气体分配线路、液力、热力或核发电厂以及精炼厂等。

遍及油及其副产物的整个生产系统，管状线路（如柔性管）也可以用于流体的排放、处置和注入。

鉴于线路在输送物质和材料时的重要性，管状线路的内部检查是保证操作过程的基本要求。这些排水装置需要经常的检查以及预防性和校正性维护，并且需要使用适合于每种实践的内部介入设备。

用于在管状线路中进行内部介入的策略之一是使用PIG（管线检查仪），其是放置在管道内部以便解除阻塞、清洁、排放或检查管道的设备。该技术使用线路的工作流体的能量，以便使用来自流体压力的推进力进行被动运动。

存在一些情况阻碍或甚至阻止使用PIG在管状线路中进行内部介入。在这些情况中，值得注意的是管状线路的物理条件和特性，例如部分/完全阻塞；沿着线路的不同直径；极度弯曲和倾斜；管道的内壁的不同表面构造；以及工作流体在线路中的流动的中断。

在这些不利情况下，可以采用的一种策略是使用具有其自身的推进的内部介入设备，诸如机器人系统，在此也被描述为机器人。存在不同的方式来在管状线路内部使用机器人。主要方式之一是使用由互连模块组成的机器人，例如列车形式的机器人，其可以在具有不同构造的管状线路内移动。

包括机器人的模块通常由金属材料制成，并且根据模块的预期应用而包含电气、电子或机械部件。机器人的每个模块能够执行管状线路上的介入工具的一个或多个功能，例如用于检查、解除阻塞、清洁、用于加热的电阻、用于收集物体的爪以及注射化学产品等的工具。

在机器人的模块中，一个或多个可以是牵引模块或牵引器模块，其负责使系统作为整体沿着管状线路移动。

根据应用，机器人可以自主地操作并且可以被远程地控制，而不需要具有与控制站相连的脐带式线缆。在其它情况下，需要将脐带式线缆连接到机器人，以便通过控制站以电动液压方式为机器人供电，以用于通信和远程控制。

机器人的模块通常使用机械的或柔性的带有标签的连接件（甚至线缆）而机械地互连。机器人模块之间的机械连接允许将牵引力从牵引器模块传递到模块，从而使模块沿着管状线路移动，该管状线路在直径和曲率上可以呈现各种构造。

机器人模块之间的现有机械连接的各种构造在现有技术中是已知的。通常，这些连接的特征在于柔性联接器，例如万向接头、十字接头、柔性轴、枢轴或线缆。机械连接（例如那些提到的机械连接）允许模块在管状线路内部移动期间沿着曲线成角度地枢转。

另外，在机器人的模块之间可以存在通信元件，诸如可以提供电力、控制和通信以及其它资源的一根线缆或一组线缆。

脐带式线缆和机器人通常通过机械联接接口互连，丝线的网缠绕在脐带式线缆周围，被称为“中国式指套”，其通过螺钉附接到机器人的下游端上的模块的结构。

设计用于在管状线路中进行内部介入的模块化设备（例如机器人）的主要要求之一是牵引马达的力。介入设备引擎应当被设计成使得介入设备能够作为整体移动通过管状线路。引擎应当能够产生足够的牵引力，以使来自设备的部件的整个负载移动很长距离，例如脐带式线缆、模块和它们各自的机械互连件。

在设计用于管状线路内部的模块化介入设备时，考虑各种附加因素，例如制造设备部件的材料、由脐带式线缆引起的拉力、设备部件和脐带式线缆与管状线路的摩擦以及线路的工作流体等。

在机器人在管状线内部的移动路径期间，由机器人的牵引器模块的引擎产生的牵引力被传递到脐带式线缆，并且还传递到通过模块自身的结构、模块之间的机械连接以及脐带式线缆和模块之间的机械连接接口而使模块互连的（一根或多根）缆线，从而允许机器人作为整体移动。

这样，机器人的模块及其互连机械连接件应当被设计（制造材料和结构尺寸）成承受由牵引器模块的引擎产生的牵引力而导致的不同类型的张力。关于可以用于模块及其机械连接件的材料，存在不锈钢合金（具有高机械抗性的材料）和铝合金（重量减轻的材料）。这种设计因素带来的结果是用于制造模块结构的材料增加，从而导致模块的重量增加和有用的内部空间减少。

类似地，模块之间的机械互连连接件以及模块和脐带式线缆之间的所有线缆也受到轴向和径向负载的影响，这可能导致它们破裂。例如，该条件影响系统的成本和可用性，因为需要增加预防性或校正性检查和维护的次数以试图减轻或解决可能导致生产系统完全停止的可能破裂。

另外，脐带式线缆和模块受到由与管状线路的内壁接触引起的摩擦以及与其工作流体的摩擦而导致的影响，从而导致难以使机器人移动。每种流体的压力差和粘度的特性可能导致与线路的工作流体相关的困难，其中，系统应该能够克服更大的压力差和/或更高的粘度。关于管状线路本身，发生与内壁的直接接触，这可能是粗糙的，或者沿着线路可能存在障碍物。注意，模块化内部介入设备的部件与管状线路的直接物理接触也可能由于研磨作用而导致损耗和撕裂。

还可以说，模块化内部介入设备作为一个整体是暴露的，并且直接与各种类型的流体相互作用，这些流体可能具有腐蚀特性或者具有损坏其部件的性质。因此，设计用于管状线路的模块化内部介入设备的努力也应该集中在制造耐受分级的且高腐蚀的环境的设备上。

为了使模块化内部介入设备能够以更高效和有利的方式在管状线路内部执行操作，结合了在沿着管状线路移动模块化内部介入设备时获得的改进的性能，避免了其部件的妨碍，例如包括它的模块、机械互连件、模块之间的线缆连接件和脐带式线缆，需要提供机械互连和系统的后续使用，这导致关于在管状线路中移动模块化内部介入设备的过程所固有的摩擦和牵引负载的改进。

现有技术中的一些文献集中于上面讨论的问题，这些文献将在下面介绍。

文献US 6450104B1描述了一种模块化机器人，其被构造为在诸如具有不同构造的管道的受限空间中移动。这些模块通过由塑料材料制成的呈管形式的柔性联接器以及线性致动器类型的牵引传递装置而互连，该牵引传递装置连接到轴，轴在其端部上具有压力板，其允许附着到管道的内壁。模块还具有保持对准并允许机器人的成角度运动的缓冲器。

文献US 6672222B2描述了一种机器人，其由两个模块组成，该两个模块借助于柔性或旋转接头互连，其将液压活塞系统的轴连接到每个模块。脐带件通过联接接口连接到后部模块。该文献进而提出了一种施加到接头的层，该层由被保护元件包裹的螺旋弹簧组成，该保护元件由具有有利于两个模块之间的循环变化的机械、热和化学性质的材料制成，能够保持它们对准，并且用作接头和为两个模块提供动力的液压管道的保护。

然而，可以看出，在本文描述的现有技术中，用于管状线路中的内部介入的所有设备在模块之间存在机械连接件，并且在模块和脐带式线缆之间存在机械接口。还可以看到，不存在用于包裹管状线路中的内部介入设备的系统。

如下面将更好地描述的，本发明试图以实用、高效和有利的方式解决上面描述的现有技术中的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于管状线路中的模块化内部介入设备的集成的壳套系统，消除了使用机械连接件和接口的需要，允许在具有不同直径和曲率的管状线路中移动，防止由于摩擦和磨损而引起的损耗和撕裂，并且吸收牵引力。

为了达到上述目的，本系统提供一种用于管状线路中的模块化内部介入设备的集成的壳套系统，其中，所述设备包括多个模块，所述壳套系统包括包套件，所述包套件以集成方式包裹所述多个模块中的至少一个模块和位于所述至少一个模块上游或下游的至少一个部件的至少一部分。

附图说明

在以下部分中呈现的详细描述参考了附图及其相应的参考数字。

图1示出了根据本发明的优选实施例的用于集成的壳套系统的一部分，该壳套系统应用于管状线路中的模块化内部介入设备。

图2示出了根据本发明的优选实施例的用于集成的壳套系统的包套件的放大图。

图3示出了根据本发明的另一个优选实施例的用于集成的壳套系统，该壳套系统用于管状线路中的模块化内部介入设备中和脐带式线缆的一部分中。

图4示出了图3的一部分的截面图。

图5示出了根据本发明的另一个优选实施例的用于集成的壳套系统，其中，包套件是脐带式线缆的壳套的延伸部。

具体实施方式

首先，注意，以下描述将以本发明的优选构造和实施例开始。然而，如对于本领域的任何技术人员而言明显的，本发明并不限于这些构造和特定实施例。

图1示出了本发明的用于管状线路中的模块化内部介入设备的集成的壳套系统4a的优选实施例的一部分。管状线路中的模块化内部介入设备包括多个模块2和连接在多个模块2中的两个模块2之间的至少一个通信元件6。图2的用于集成的壳套系统4a包括包套件1，其以集成的方式包裹至少一个模块2和在所述至少一个模块2的上游或下游的至少一个部件的至少一部分。上游部件是脐带式线缆3或模块2，并且下游部件是模块2或牵引器模块2a，如将在图3的描述中进一步详细说明的。

图1的系统4a还包括至少一个附接元件5，其在模块2中的每一个所处的位置处施加到包套件1的外表面。用于集成的壳套系统4a通过包套件1提供模块2的机械集成，该包套件1以集成方式包裹模块2和它们各自的通信元件6。因此，在模块2之间提供传统机械连接的使用，例如万向接头、十字接头、柔性轴、标签或线缆。

此外，本发明的用于集成的壳套系统的附接元件5保证了模块2在包套件1内的定位和附接，防止了模块2之间以及模块和包套件1之间的相对运动。最后这种情况可能导致位于模块2之间的通信元件6上的负载增加。附接元件5可以由热收缩性的、弹性的或热塑性的材料制成。

重要的是注意到，取决于其应用，模块2中的至少一个可能不需要与其他（一个或多个）模块通信，从而不使用通信元件6。

图2示出了本发明的用于集成的壳套系统的包套件构造1的放大视图。

如在图2中还可以看到的，包套件1是单个网的形式，其可以是由丝线或纤维设计的单个网。优选地，用于制造构成包套件1的网的材料可以由聚合物、金属或陶瓷制成。

更具体地，制成包套件1的网的材料可以是芳族聚酰胺纤维或硼纤维。芳族聚酰胺是具有高耐热性和高机械抗性的合成纤维。硼纤维也具有高机械抗性。除了这些对于本发明的系统而言基本的特性之外，芳族聚酰胺聚合物材料和硼纤维还表现出特定的低重量的特性。

然而，在制造本发明的用于集成的壳套系统的包套件1的网时使用的材料可以根据模块化内部介入设备被构造成操作的条件来确定。应当注意，制成包套件1的材料不是本发明的用于集成的壳套系统的范围的限制因素。

图3示出了本发明的用于集成的壳套系统4b的第二优选实施例，其中，多个模块2中的至少一个模块是牵引器模块2a。在该实施例中，模块化设备还包括脐带式线缆3。脐带式线缆3连接到位于设备的后端处的模块2。牵引器模块2a位于设备的前端处，通过通信元件6连接到模块2。

在图3的用于集成的壳套系统4b中，包套件1以集成的方式包裹两个模块2和连接在它们之间的通信元件6、以及连接在模块2和牵引器模块2a之间的通信元件6。包套件的一端包裹牵引器模块2a的一部分。包套件1的另一端包裹脐带式线缆3的一部分，该脐带式线缆在设备的后端处连接到模块2。

图3的用于集成的壳套系统4b允许模块2和它们各自的通信元件6安全地集成在包套件1内，从而消除了在模块2之间以及在模块2和牵引器模块2a之间使用机械连接件的需要。在该构造中，也不需要使用机械接口将脐带式线缆3连接到模块化内部介入设备的模块2。在这种情况下，当由牵引器模块2a牵拉时将会被传递到脐带式线缆3的牵引力通过包套件1传递，从而防止模块2和它们各自的通信元件6的妨碍。类似地，当脐带式线缆3处于正在缩回的过程中时，包套件1传递由牵引器模块2a产生的牵引力。

图4示出了如图3所示的应用了用于集成的壳套系统4b的模块化内部介入设备的一部分的剖切侧视图，其中，可以看到模块2之间以及模块2和牵引器模块2a之间的通过它们各自的通信元件6的相互通信。还可以看到在设备的后端处插入模块2中的脐带式线缆3。

图5示出了本发明的用于集成的壳套系统4c的第三优选实施例，其中，包套件1被构造为脐带式线缆3的壳套的延伸部，并且以集成的方式应用于模块化内部介入设备。

本发明的系统创新地使得可以消除管状线路中的模块化内部介入设备（例如机器人）的模块之间的机械连接以及模块和脐带式线缆之间的机械接口。本发明的用于集成的壳套系统保证了所有模块化内部介入设备的机械集成，使得能够更安全、高效和有利地在管状线路内部进行操作。

关于从本发明获得的技术效果所得到的消除机械连接件和接口以及集成模块化内部介入设备的所有部件的益处和改进，我们可以列出一些技术优点，诸如：减少了模块化内部介入设备的总重量；减少了模块化内部介入设备的预防性/校正性维护；增加了在管状线路中执行内部介入操作时安全性；简化了部件的结构设计；由于部件重量的减小以及由于机械连接件和接口的消除，减小了设备的引擎所需的牵引力；在移动通过管状线路的弯曲部时的更大灵活性；对于磨损、摩擦和腐蚀的防护；将牵引力传递到本发明的壳套系统的网，消除了设备的部件的妨碍；降低了部件之间的互连线缆破裂以及脐带式线缆破裂等的风险。

重要的是要指出，本发明的用于管状线路中的模块化内部介入设备的壳套系统的尺寸根据模块化内部介入设备的操作装置的各种特性及其技术特性而确定。此外，本发明的用于集成的壳套系统可以用于在管状线路内部输送的任何设备中，可以用于其构成元件可以被包含在本发明的壳套系统中的任何设备中。因此，本发明的系统中的元件的尺寸和材料不是其范围的限制因素。

本申请的保护范围的许多变化是允许的。因此，以下事实得到加强：本发明不限于上面描述的构造和特定实施例。

Claims (14)

1.一种用于管状线路中的模块化内部介入设备的集成的壳套系统，其中，所述设备包括多个模块（2），其中，所述壳套系统包括：

包套件（1），其以集成的方式包裹所述多个模块（2）中的至少一个模块（2）以及所述至少一个模块（2）的至少一个上游部件（3，2）或下游部件（2，2a）的至少一部分。

2.如权利要求1所述的壳套系统，其中，所述包套件（1）是由丝线或纤维制成的单个网的形式。

3.如权利要求2所述的壳套系统，其中，构成所述包套件（1）的单个设计的网的丝线或纤维的材料由聚合物、金属或陶瓷制成。

4.如权利要求3所述的壳套系统，其中，构成所述包套件（1）的单个设计的网的丝线或纤维的材料由芳族聚酰胺纤维制成。

5.如权利要求3所述的壳套系统，其中，构成所述包套件（1）的单个设计的网的丝线或纤维的材料由硼纤维制成。

6.如权利要求1至5中任一项所述的壳套系统，其中，所述壳套系统还包括至少一个附接元件（5），所述至少一个附接元件（5）在所述多个模块（2）中的每一个所处的位置中被施加到所述包套件（1）的外表面。

7.如权利要求6所述的壳套系统，其中，所述附接元件（5）由热收缩性的、弹性的或热塑性的材料制成。

8.如权利要求1至7中任一项所述的壳套系统，其中，所述模块化内部介入设备还包括连接在所述多个模块（2）中的两个模块（2）之间的至少一个通信元件（6）。

9.如权利要求1至8中任一项所述的壳套系统，其中，所述上游部件是脐带式线缆（3）或模块（2），并且所述下游部件是模块（2）。

10.如权利要求9所述的壳套系统，其中，所述脐带式线缆（3）包括壳套并且连接到来自所述多个模块（2）的、位于所述设备的后端处的模块。

11.如权利要求10所述的壳套系统，其中，所述包套件（1）是所述脐带式线缆（3）的所述壳套的延伸部。

12.如权利要求1至11中任一项所述的壳套系统，其中，来自所述多个模块（2）的所述至少一个模块是牵引器模块（2a）。

13.如权利要求12所述的壳套系统，其中，所述牵引器模块（2a）位于所述前端处。

14.如权利要求1至13中任一项所述的壳套系统，其中，管状线路中的模块化内部介入设备包括两个模块（2），一个牵引器模块（2a）和一个脐带式线缆（3），所述脐带式线缆（3）在所述设备的后端处连接到所述模块（2）；其中，所述包套件（1）以集成的方式包裹所述两个模块（2）和连接在它们之间的通信元件（6）、以及连接在所述模块（2）和所述牵引器模块（2a）之间的通信元件（6），并且其中，所述包套件的一端包裹所述牵引器模块（2a）的一部分；并且所述包套件（1）的另一端包裹所述脐带式线缆（3）的一部分。

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