CN114472396A - 新型清管器控速系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型清管器控速系统，具有清管器模块、发电模块以及控制模块，所述清管器模块包括壳体和安装在壳体前端内部的旁通阀，发电模块安装于壳体后端内部，控制模块与发电模块后端活动连接，所述的壳体外周沿轴向间距设有两组、每组三个周向均布的控速机构，所述控速机构包括椭圆轮、电感线圈及支撑短臂，电感线圈嵌设在椭圆轮后侧，在电感线圈通电后椭圆轮产生磁力而吸附在管道内壁增大清管器运行阻力。本发明通过旁通阀控制清管器前后压差，改变运行动力；由控速机构压紧管道，提供运行阻力，两者综合作用达到调节清管器运行速度的目的，从而保证了清管器的平稳运行，提高了清管和内检测效果。

Description

新型清管器控速系统
技术领域
本发明涉及管道清洁与内检测技术领域，尤其是一种新型清管器控速系统。
背景技术
清管器通常由皮碗等装置将管道密封，依靠清管器前后压差进行清管，清管过程中会出现速度过快运行不稳定的状况，尤其是在大落差管段中或者在具有大管径(1000mm以上)、高压力(10～12Mpa)和高流速(10～20m/s)特点的管道中。在清管操作中，为了提高清管效果，清管器的运行速度需要重点控制，稳定可靠的速度调控技术对管道检测水平和清管效率的提高具有重大意义。
目前，清管器的速度控制方法有主要有主动控制与被动控制两种方式，主动控制方式是通过改变旁通阀的旁通率来控制清管器的前后压差，以达到控制清管器速度的目的，但目前缺少简单可靠的计算方法来计算压降系数和摩擦力，从而确定旁通阀旁通率，因而主动控制方法的实时控速效果一般；而被动控制方法是通过改变作业管段出入口段压力和流量来降低清管器速度，速度控制响应时间长且效果不理想。
目前清管器应用的控速装置主要是通过液压系统提供滚轮压紧管道内壁的压力，达到减速效果，然而，它需要一直压在管道壁上，如果有杂物没清理干净或者有孔洞容易卡堵，或者影响运行。并且液压系统会存在漏油风险且液压元件制造精度要求高等问题。
此外，清管器在清管过程中，由于其所带电池仓的储存电能有限，若信号处理节等单元出现断电，会导致无法储存处理信息等问题，清管器中通常运用叶轮或涡轮将清管器前后压力势能转化，实现管道自流发电，解决清管器用电续航问题。然而，在油气管道中输送介质往往含有H2S、CO2等具有一定腐蚀性的物质，这些物质容易造成叶轮强度下降，存在如何保护叶轮，增加发电装置使用寿命的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种新型清管器控速系统，以解决现有旁通式清管器实时控速效果不佳的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型清管器控速系统，具有清管器模块、发电模块以及控制模块，所述清管器模块包括壳体和安装在壳体前端内部的旁通阀，发电模块安装于壳体后端内部，控制模块与发电模块后端通过万向节活动连接。
具体说，所述的壳体外周沿轴向间距设有两组、每组三个周向均布的控速机构，控速机构分布在壳体外侧两端位置处且位于皮碗后，所述控速机构包括椭圆轮、电感线圈及支撑短臂，电感线圈嵌设在椭圆轮后侧，在电感线圈通电后椭圆轮产生磁力而吸附在管道内壁增大清管器运行阻力，支撑短臂顶部通过旋转轴与椭圆轮中心连接，支撑短臂底部与壳体外壁连接，支撑短臂根据管径变化情况，采用不同固定方式。如果管径变化小，支撑短臂和壳体为一体式结构，支撑短臂倾斜角度保持不变。如果管径变化较大，支撑短臂采用弹簧铰链式结构固定在壳体外侧，支撑短臂倾斜角度可以随管径变化。
进一步地，所述旁通阀包括设在壳体前端端面中心位置的球阀，球阀的阀芯连接有转轴，转轴连接有控制球阀开闭的电机，位于球阀后侧的壳体内壁固定有圆锥引流板，圆锥引流板小端与球阀通道相通。
具体说，所述发电模块包括叶轮、发电舱体，发电舱体通过旋转式卡板卡接在壳体内壁，叶轮位于圆锥引流板的大端后侧，发电舱体线路连接有设在控制模块内的电池组。
具体说，所述控制模块包括速度采集单元和计算机控制单元，速度采集单元测量清管器运行速度并将信号传递给计算机控制单元。
为确保清管器的运行稳定性，所述的支撑短臂内侧面中间偏后处固定有前侧为椭圆面、后侧为平面的挡板，椭圆轮正下方设有与挡板相互配合的长方形榫条，控速机构能适用于复杂的清管环境。
所述的椭圆轮外周表面采用柔性耐磨材料包裹，椭圆轮后侧的吸附面上设有防滑纹，以防止椭圆轮运行过程中的打滑与磨损。
为防止清管器运行时受到管道内异物的撞击损伤，所述的壳体前端安装有缓冲套，所述球阀外壳通过撑板设在缓冲套中心位置。
本发明的有益效果是：本发明通过旁通阀的自动开启和闭合，既能控制发电模块的开闭，又能调节清管器前后压差起到增速和减速效果，改变清管器运行动力；控速机构的椭圆轮通过电感线圈产生的磁力吸附在管道上，从而能够增大运行阻力，以控制清管器速度，两者综合作用达到调节清管器运行速度的目的，从而保证了清管器的平稳运行，提高了清管和内检测效果。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的三维结构示意图。
图2是本发明所述清管器模块剖视后结构示意图。
图3是本发明所述控速机构的三维结构示意图。
图4是本发明所述控速机构减速原理示意图。
图5是本发明所述控速机构稳定运行时的状态示意图。
图6是图5中A处的放大结构示意图。
图7是本发明所述控速机构经过分岔管时的运行状态示意图。
图8是图7中B处的放大结构示意图。
图中：1.清管器模块，2.发电模块，3.控制模块，4.万向节，5.壳体6.缓冲套，7.撑板，8.球阀，9.电机，10.圆锥引流板，11.皮碗，12.椭圆轮，13.电感线圈，14.支撑短臂，15.旋转轴，16.挡板，17.长方形榫条，18.叶轮，19.发电舱体，20.旋转式卡板，21.里程轮。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1、图2所示，一种新型清管器控速系统，包括清管器模块1、发电模块2以及控制模块3，所述清管器模块1具有壳体5，发电模块2安装于壳体5后端内部，控制模块3前端与发电模块2后端之间通过万向节4活动连接。
所述壳体5前端安装有缓冲套6，缓冲套6中心位置通过撑板7安装有旁通阀，所述的旁通阀包括设在缓冲套6中心位置的球阀8，球阀8的阀芯连接有转轴，转轴连接有安装在撑板7上控制球阀8开闭的电机9，位于球阀8后侧的壳体5内壁固定有圆锥引流板10，圆锥引流板10的小端与球阀8通道相通。
所述壳体5前后端外周面均固定有皮碗11，壳体5外周上沿轴向间距设有两组、每组三个周向均布的控速机构，所述控速机构位于所述皮碗11后侧的壳体5外周上，控速机构不影响清管器模块1的壳体5外侧管道内检测装置的装载。
如图3所示，所述控速机构包括椭圆轮12、电感线圈13及支撑短臂14，电感线圈13嵌设在椭圆轮12后侧，在电感线圈13通电后椭圆轮12产生磁力而吸附在管道内壁，以增大清管器运行阻力，控制清管器速度；支撑短臂14顶部通过旋转轴15与椭圆轮12中心连接，支撑短臂14底部与壳体5外壁连接。所述的支撑短臂14内侧面中间偏后处固定有挡板16，该挡板16前侧为椭圆面、后侧为平面，椭圆轮12正下方设有与挡板16相互配合的长方形榫条17，保证清管器稳定运行。
所述发电模块2包括叶轮18、发电舱体19，叶轮18位于圆锥引流板10的大端后侧，叶轮18通过联轴器与发电舱体19传动连接；旋转式卡板20通过其边缘的旋转卡槽连接在壳体5内壁，发电舱体19主体固定在旋转式卡板20上，旋转式卡板20上设有滤网，可起到保护叶轮18的作用，发电舱体19线路连接有设在控制模块3内的电池组，电池组为系统提供电能、并储存发电模块2产生的电能。
所述控制模块3包括速度采集单元和计算机控制单元，速度采集单元由里程轮21和GPS定位系统组成，测量清管器运行速度，并将信号传递给计算机控制单元；计算机控制单元实现数据处理记录与部件控制，包括判断清管器运行速度阈值、提供控速机构电流大小、判断发电模块2的电量、是否需要开启球阀8等。万向节4连接在控制模块3前端与发电舱体19后端之间。
下面根据清管器运行过程介绍控速系统的工作过程。
本发明清管器运行速度的控制原理是：由旁通阀控制清管器前后压差，改变运行动力；由控速机构压紧管道，提供运行阻力，两者综合作用达到调节清管器运行速度的目的。
控速系统中，首先由里程轮21与GPS定位系统检测出清管器运行速度，由数模转换器将速度信息转变为电信号传送给计算机控制单元，计算机控制单元判断清管器运行速度是否过快。
清管器速度正常时，计算机控制单元判断不提供电流给控速机构的电感线圈13，控速机构没有磁力，不提供减速效果；清管器速度过快时，计算机控制单元判断提供电流给电感线圈13，提供的电流大小与清管器运行速度有关，速度超出计算机控制单元判断阈值越多，提供的电流越大。电感线圈13可以采用电磁转换效率高、发热量小的电磁转换装置，保证提供电能的高效运用。
控速机构中电感线圈13通过电磁转换原理，提供磁力，当控速机构提供磁力时，椭圆轮12后侧吸附到管道内壁上。减速原理如图4所示，椭圆轮12由磁力产生压力P，控速机构与管道内壁之间为滑动摩擦，存在摩擦力f，电流越大磁力越大，磁力越大压力越大，清管器的运行阻力越大，减速越快。如图5、图6所示，在减速过程中，当管道内壁出现凸起异物或遇到障碍物时，椭圆轮12能顺时针旋转，通过障碍物；当管道壁面有缺陷凹槽时，椭圆轮12留下的转动距离能保障与壁面接触；如图7、图8所示，当有分岔管等情况时，椭圆轮12最大逆时针转动角度受挡板16的限制，挡板16的椭圆面支撑椭圆轮12前侧，最大逆时针转角70～80°。
椭圆轮12后侧吸附到管道内壁时，两者之间会发生轻微的碰撞，因此椭圆轮12一般采用柔性材料，对碰撞起缓冲作用。采用椭圆轮12可以缩短碰撞的距离，应尽量使椭圆轮12短轴与长轴之间的切面与管道内壁相接触，以减小碰撞产生的影响。
椭圆轮12吸附在管道上时两者之间是滑动摩擦，为保证使用寿命，椭圆轮12外周表面采用柔性耐磨材料包裹，椭圆轮12后侧的吸附面上设有防滑纹，椭圆轮12短轴侧顶点与管道内壁间距大小影响椭圆轮12旋转角度，因此椭圆轮12后侧与管道内壁接触面较大。
此外，需要说明的是，椭圆轮12前侧不设置电感线圈13，若椭圆12前侧吸附在管道上，摩檫力f会提供一个顺时针的扭矩，能提供一定的压力，减速效果要优于椭圆轮12后侧吸附在管道内壁。但是，在椭圆轮12前侧吸附减速过程中，若出现障碍物或凹槽，椭圆轮12存在卡堵风险，因此，控速机构设置了长方形榫条17和挡板16，防止椭圆轮12前侧顺时针旋转，如图6所示，挡板16会提供一个推力F，防止椭圆轮12顺时针方向旋转。若管道壁面出现凸起异物或有缺陷凹槽时，椭圆轮12可能会出现轻微晃动，长方形榫条17与挡板16相配合，能在一定程度上控制晃动的幅度，保障控速系统稳定运行。
为确保控速效果，一般清管器优先采用两组、每组三个一共六个控速机构。控速机构数量不能过少，防止出现部分装置故障不能使用，导致控速效果不理想的情况；数量也不需要过多，否则清管器内布线困难。
当清管器出现电池组电量不足或清管器运行速度过快时，计算机控制单元将电信号传给电机9，电机9通过齿轮传动，打开球阀8，为确保电机9的安全运行，电机9采用密封处理，固定在圆锥导流板10上方，圆锥导流板10同时起到保护电机9的作用。球阀8打开后，形成旁通通道，减小前后压差，同时也在一定程度上起到了控制清管器速度的作用。
球阀8打开形成旁通通道后，清管器前后压差，带动图5发电模块2运行，叶轮18在前后压差作用下旋转，圆锥导流板10起到引流作用，提高叶轮18转速，增加转换效率，整个发电舱体19需保证密封状态安全运行。
对于上述发电模块2，若有其他更优质的装置可考虑替代该发电模块2。如鼓膜涡激发电装置，使用钝体让流体发生涡街脱流，紊流扰动使钝体两侧压电片振动产生电能。该发电装置主要运用于风力发电，未应用到管道清洁与内检测领域，可考虑用于清管器发电，能有效解决叶轮腐蚀破坏等问题。
本发明中，控速机构能立刻有效地控制清管器的运行速度，旁通阀的球阀8打开后，在一定程度上能起到控制清管器运行速度的目的，同时，打开旁通阀后，清管器前后压差会带动发电模块2运行，叶轮18旋转能将此时多余的动能转换为电能储存到电池组中，起到了节约能源的作用。
特别地，本控速机构不做支撑作用，椭圆轮12短轴侧顶端与管道需保持一定间距，减速过程中，当管道内壁有凸起或凹槽等情况时，椭圆轮12可以与管壁接触，且不会发生卡堵。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种新型清管器控速系统，具有清管器模块、发电模块以及控制模块，所述清管器模块包括壳体和安装在壳体前端内部的旁通阀，发电模块安装于壳体后端内部，控制模块与发电模块后端通过万向节活动连接，其特征是：
所述的壳体外周沿轴向间距设有两组、每组三个周向均布的控速机构，所述控速机构包括椭圆轮、电感线圈及支撑短臂，电感线圈嵌设在椭圆轮后侧，在电感线圈通电后椭圆轮产生磁力而吸附在管道内壁增大清管器运行阻力，支撑短臂顶部通过旋转轴与椭圆轮中心连接，支撑短臂底部与壳体外壁连接；
所述旁通阀包括设在壳体前端端面中心位置的球阀，球阀的阀芯连接有转轴，转轴连接有控制球阀开闭的电机，位于球阀后侧的壳体内壁固定有圆锥引流板，圆锥引流板小端与球阀通道相通；
所述发电模块包括叶轮、发电舱体，发电舱体通过旋转式卡板卡接在壳体内壁，叶轮位于圆锥引流板的大端后侧，发电舱体线路连接有设在控制模块内的电池组；
所述控制模块包括速度采集单元和计算机控制单元，速度采集单元测量清管器运行速度并将信号传递给计算机控制单元。
2.如权利要求1所述的新型清管器控速系统，其特征是：所述的壳体外周安装有皮碗，控速机构位于皮碗后侧的壳体外周上。
3.如权利要求2所述的新型清管器控速系统，其特征是：所述的支撑短臂内侧面中间偏后处固定有前侧为椭圆面、后侧为平面的挡板，椭圆轮正下方设有与挡板相互配合以确保清管器稳定运行的长方形榫条。
4.如权利要求2所述的新型清管器控速系统，其特征是：所述的椭圆轮外周表面采用柔性耐磨材料包裹，椭圆轮后侧的吸附面上设有防滑纹。
5.如权利要求1所述的新型清管器控速系统，其特征是：所述的壳体前端安装有缓冲套，所述球阀外壳通过撑板设在缓冲套中心位置。
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