CN206588116U - 一种用于油气管道的新型水力自旋式软体清管器 - Google Patents

Abstract

本实用新型专利公开了一种用于油气管道的新型水力自旋式软体清管器，包括：导向钢球、导向圆头锥形基体、空心锥形基体、圆环形钢丝刷和环形橡胶圆盘。所述导向圆头锥形基体的前端开设有碗形凹槽，且碗形凹槽内部安装有导向钢球，所述导向圆头锥形基体四周镶嵌有圆锥形硬质合金牙齿，所述导向圆头基体内部安装有强磁性永磁铁；所述空心锥形基体表面安装有螺旋形导流翼，且螺旋形导流翼上设有刮刀，所述空心锥形基体上设有射流孔；所述空心锥形基体上尾部安装圆环形钢丝刷和橡胶圆盘，由三脚圆柱支架连接。导向圆头锥形基体、空心锥形基体和环形橡胶圆盘材质均为耐磨、耐油的氯丁橡胶。本实用新型可用于油气输送管道的除锈、除垢和清蜡操作，有利于提高油气管道的输送能力。

Description

一种用于油气管道的新型水力自旋式软体清管器

技术领域

本实用新型涉及管道清洁领域，尤其涉及石油与天然气工业中油气输送管道的清洁以及该领域中带水力自旋和机械除垢功能的清管器。

背景技术

油气输送管道长时间运作后，管道内壁面可能沉积石蜡和铁锈等固体污染物和一些液态、半凝固态的油污，使得管道过流面积减小，影响管道输送能力，而且上述固体污垢长期附着在管道内壁，经过长期复杂的化学作用，可能加速管道的腐蚀，影响油气输送管道的安全性能，因此必须定期对管道内壁进行清理。传统的球形或皮碗式清管器在运行过程中通常不能旋转，使得井壁周围清洁程度不均匀，固体污垢会使其极易损坏，通常不能完全清除管道内壁面附着物，影响清管质量。另外若遇到大量顽固性固体污垢后，若不能有效清除还会使得清管器卡堵。鉴于以上因素，研制一种能够有效清除顽固固体污垢、清管质量高且不容易损坏的清管器显得尤为必要。

实用新型内容

本实用新型目的是克服现有清管器难以均匀清理管道内壁附着的液体、半凝固态和固体污垢，特别是难以清理的顽固性固体物质、有效提高清管质量和降低清管器卡堵风险。该装置为一种用于油气管道的新型水力自旋式软体清管器，能有效实现长距离油气输送管道清洁。

本实用新型涉及的一种用于油气管道的新型水力自旋式软体清管器主要包括：

头部：导向圆头锥形基体、导向钢球、圆锥形牙齿和强磁性永磁铁；中部：空心锥形基体、螺旋形导流翼、刮刀和射流孔；尾部：圆环形钢刷、三脚圆柱支架、环形橡胶圆盘和橡胶单流阀。

所述装置主要采取以下技术方案：

所述导向钢球可任意角度、任意方向旋转，安装方式为将导向钢球安装在开口略小于小球直径的碗状凹槽中，以防止其掉出，凹槽表面以金属片完全覆盖，碗状凹槽内部与导向钢球之间留有一定的空隙，减小导向钢球与碗状凹槽壁面接触面积，可在空隙中添加固体润滑剂，从而达到减小摩擦阻力、增强小球活动能力的目的，保证导向钢球能自由滑转。

所述导向圆头锥形基体表面镶嵌有硬质合金材质的圆锥形牙齿，牙齿镶嵌于导向圆头锥形基体中，应保证牙齿埋入导向圆头锥形基体一定深度，以保证其稳定性，圆锥形牙齿高出导向圆头锥形基体表面但最高高度的牙齿尖端保持与管道本体有1～2mm间隙，牙齿应在导向圆头锥形基体浇筑时放置。

所述强磁性永磁铁南北极方向应垂直于所述清管器整体轴线，永磁铁应在导向圆头锥形基体浇筑时放置。

所述导向圆头锥形基体内部除浇筑时放置的永磁铁之外，其余部分均为实心，导向圆头锥形基体呈圆锥状，小直径一端安装导向钢球，大直径一端与空心锥形基体相连。

所述螺旋形导流翼与中间部分的空心锥形基体浇筑为一体，一共 3～4个，螺旋形导流翼的横截面呈平行四边形，且截面宽度依头部至尾部的方向依次减小，螺旋形导流翼表面以金属片覆盖保护。

所述刮刀与螺旋形导流翼浇筑为一体，刮刀由硬质合金组成，且长度不等，刮刀工作部分垂直于自身轴线的截面呈85°～90°扇形，每个螺旋形导流翼上以与螺旋翼轴线呈45～50°角方向均匀分布刮刀，每块刮刀对其相邻螺旋形导流翼上刮刀间的空隙。

所述射流孔为流体流入螺旋形导流翼之间的狭槽提供通道，射流孔个数为2～3个，直径为狭槽最小宽度的2/3，分布于导流翼之间狭槽的中心线上，射流孔在周向和轴线上均有一定倾角，且射流孔的内表面用金属片覆盖保护。

所述空心锥形基体大直径端与导向圆头锥形基体相连，小直径端与圆环形钢丝刷相连，中间空心部分允许流体通过。

所述圆环形钢丝刷外直径与被清洗管道内壁相同，其本身要保持一定刚度，不易因磨损而损坏，圆环形钢丝刷通过三脚圆柱支架与中间空心锥形基体固定。

所述环形橡胶圆盘，通过三脚圆柱支架穿过圆环形钢丝刷而与中间空心锥形基体相连，橡胶圆盘与管道本体内径相比有一定过盈量，保证橡胶圆盘边沿与管道内壁井壁接触，橡胶圆盘中间有橡胶单流阀，只允许流体从尾部流入。

所述导向圆头锥形基体、空心锥形基体和橡胶圆盘采用耐酸、耐油的氯丁橡胶，以此保证所述清管器具备一定耐酸、耐油和耐磨性质的同时，保持所述清管器沿轴向有一定的柔软度。

本实用新型具有以下优点：1、导向圆头锥形基体和空心锥形基体及其所附属的牙齿、刮刀、导流翼等部件都通过一次性浇筑形成，整体性强，且采用的材料为橡胶，成本低，且所述装置整体上具有一定的柔软度，易于在弯曲管道处通过；2、导向钢球有利于在管道弯曲位置导向，所述清管器能顺利在弯曲位置过渡；3、圆锥形牙齿和刮刀都能有效对顽固性固体污垢进行机械破坏，若遇到堵塞严重、量大的固体物质，该装置可一直在此处反复破碎固体污垢，直至其顺利通过，能有效解决顽固性固体污垢问题；4、所述装置利用螺旋形导流翼和倾斜的射流孔使装置整体能产生绕轴线的旋转运动，同时也获得向前运动的动力，且所述清管器前后压差也能产生向前运动的动力，向前和旋转的复合运动使得清管更加均匀有效；5、螺旋形导流翼之间狭槽从尾部到头部的过流面积逐渐减小，这使得流体速度逐渐增大，在头部能以较大速度流出，从而达到冲洗附着于硬质合金牙齿和管壁上破碎后污垢的目的；6、依次通过导向圆头锥形基体上的圆锥形牙齿初步切削破坏、刮刀二次破碎、钢丝刷清扫残留和最后的橡胶圆盘处理四道流程，能达到较好的清管效果。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型水力自旋式软体清管器沿轴向的剖面图；

图3为本实用新型的导向钢球结构及硬质合金牙齿的剖面图；

图4为本实用新型的空心锥形基体、螺旋形导流翼及其表面刮刀剖面图；

图5为本实用新型的环形橡胶圆盘横向剖面图。

图6为本实用新型的环形橡胶圆盘轴向剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1和图2所示，本实用新型所述的是一种用于油气管道的新型水力自旋式软体清管器，导向钢球一端称为头部，橡胶圆盘一端称为尾部，从头部到尾部主要包括三个部分：头部导向钢球、中部附有螺旋形导流翼的空心锥形基体和尾部的圆环形钢丝刷及橡胶圆盘；附图1～附图5中标记具体为：导向钢球1、导向圆头锥形基体2、圆锥形牙齿3、螺旋形导流翼4、刮刀5、射流孔6、空心锥形基体7、圆环形钢丝刷8、三脚圆柱支架9、环形橡胶圆盘10、橡胶单流阀11、强磁性永磁铁12、碗形凹槽13、导向钢球与碗形凹槽壁面间空隙14 和1/4圆楔状软橡胶皮15。

如图2所示，所述清管器工作时，管道内的流体依次通过环形橡胶圆盘10中心的单流阀11和圆环形钢丝刷流入中间部分的空心锥形基体7，再通过倾斜的射流孔6流入到螺旋导流翼4之间的狭槽，再在压力的作用下，通过螺旋翼4之间的狭槽和清管器与管道之间的空隙流向清管器头部。

如图2所示，所述导向圆头锥形基体2表面镶嵌有沿装置轴线方向排列的硬质合金材质的圆锥形牙齿3，其尺寸(头部锥形基体表面至牙齿尖端高度)按装置头部至尾部方向上依次增大，但最高位置处牙齿的高度不能超过管道内径，且要求牙齿尖端不接触管道内壁，留有1～2mm余量，所述清管器工作时，遇到大量固结的固体污垢后，首先利用牙齿进行初步机械破碎，打开被严重阻塞的过流通道。

如图2所示，所述强磁性永磁铁12在浇筑导向圆头锥形基体2时镶嵌于其中，强磁性永磁铁12南北极垂直于所述清管器轴线，强磁性永磁铁12一方面可将管道内铁屑吸附在导向圆头周围，随后被液流冲走，另一方面，在清管器被卡住后，可以通过检测所述永磁铁磁性来确定清管器在管道内的位置。

如图2所示，所述头部导向圆头锥形基体2和中部空心锥形基体 7一次性浇筑而成，导向圆头锥形基体2前端按附图3所示方式安装有导向钢球1，导向钢球1半径略大于碗形凹槽13开口直径以防止其掉出，碗形凹槽13内部与导向圆头锥形基体之间留有一定的空隙14，减小钢球与凹槽壁面接触面积，且可在空隙中添加固体润滑剂，从而达到减小摩擦阻力增强小球活动能力的目的，所述导向钢球1可任意角度、任意方向旋转，在弯曲管道处，导向钢球与弯曲管道内壁面凹面接触，从而引导所述清管器沿着管道轴线方向向前运动。

如图2和图4所示，流体在流过所述清管器过程中，流体流入空心锥形基体7中时，由于射流孔直径相对较小，清管器前后仍能形成压差，推动清管器前进；射流孔6在轴向上向所述清管器尾部倾斜，周向上的倾斜方向与螺旋形导流翼4的螺旋方向相反，流体流出射流孔时，产生一个轴线和圆周切向上的推力，促使所述清管器向前运动的同时再绕自身轴线旋转。另外，射流孔流出的流体对管道壁面上的固体污垢也起到冲蚀、粉碎和清洗的功能。

如图1和图4所示，流体在所述流过螺旋形导流翼4之间中狭槽时，由于中间空心锥形基体7为头部半径大尾部半径小的锤形体，且螺旋形导流翼4的横截面从尾部至头部逐渐减小，从而使得液流过流面积从尾部至头部逐渐减小，液流速度逐渐加大，可以冲洗圆锥形牙齿3切削下的固体污垢，防止固体污垢在牙齿上堆积造成卡堵。同时，在此过程中螺旋形导流翼4与流体相互作用，产生一个圆周切向的轴向的推力，推动装置向前运动和绕自身轴线旋转。

如图4所示，所述螺旋形导流翼4与管道内壁接触的面上均匀分布着刮刀5，刮刀5工作部分的横截面为一圆周角为85～90°扇形，且刮刀5与管道内壁仍要留有1～2mm余量，所述装置在向前和旋转运动的同时，刮刀进一步切削头部圆锥形牙齿3未切削掉的固体污垢。管道内部的固体污垢经过圆锥形牙齿3和刮刀5破坏过后，绝大部分已经松散掉落，遗留在管壁上的细削固体污垢可通过所述清管器尾部的圆环形钢丝刷清扫8，使得管道内壁面上基本无破碎的固体污垢残留附着。

如图5和图6所示，所述环形橡胶圆盘10的直径与管道内径相比保持1～2mm过盈量，使得所述清管器在管道中运动时环形橡胶圆盘 10外表面与管道内壁较好贴合，所述橡胶圆盘10对壁面残存的液体或半凝固态的污垢予以清除。橡胶圆盘10中心有由四块1/4圆楔状软橡胶皮15与相应支撑架组成的橡胶单流阀11，所述橡胶单流阀11只允许液体从清管器尾部流入，不允许清管器内流体倒流到尾部，当清管器卡住无法继续前行时，可以利用回吹的方式，将清管器吹回到投球位置。

以上所述为本实用新型具体实施方案的详细描述，以便使本领域专业技术人员能够实现和使用本实用新型，但并非对本实用新型保护范围的限制。本文中所规定的一般原理在可以不脱离本实用新型的实质精神和范围内的情况下，在其他实施例中实现，因此，在本实用新型技术方案实质性原理的基础上，本领域专业技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的任何修改、等同替换和变形仍在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于油气管道的新型水力自旋式软体清管器，包括：导向钢球(1)、导向圆头锥形基体(2)、圆锥形牙齿(3)、螺旋形导流翼(4)、刮刀(5)、射流孔(6)、空心锥形基体(7)、圆环形钢丝刷(8)、三脚圆柱支架(9)、环形橡胶圆盘(10)和橡胶单流阀(11)，另外在导向圆头锥形基体内部安装有强磁性永磁体(12)，且其N-S极方向垂直于该清管器轴线。

2.根据权利要求1所述的清管器，其特征在于：头部镶嵌有导向钢球，其直径不小于清管器最大外径的1/2，导向钢球允许任意角度和任意方向旋转，导向钢球在被清洗弯曲管道处起导向作用。

3.根据权利要求1所述的清管器，其特征在于：导向圆头锥形基体外部镶嵌圆锥形牙齿，圆锥形牙齿为硬质合金材质，用于破坏管道内壁油污、铁锈、水垢和石蜡的固着状态。

4.根据权利要求1所述的清管器，其特征在于：空心锥形基体大直径端与导向圆头锥形基体相接，小直径端与圆环形钢丝刷相连，空心锥形基体外表面带有截面为平行四边形的螺旋形导流翼，螺旋形导流翼之间形成的狭槽的中心线上分布有射流孔。

5.根据权利要求1所述的清管器，其特征在于：螺旋形导流翼横截面宽度从头部到尾部均匀减小，保证流体过流面积从头部到尾部依次减小，使得从尾部流向头部的流体流速逐渐增大，流体流动时与螺旋形导流翼相互作用，使得整个装置沿装置轴线旋转运动。

6.根据权利要求1所述的清管器，其特征在于：螺旋形导流翼与被清洗管内管壁接触面上镶嵌有轴线互相平行的刮刀，刮刀轴线与螺旋形导流翼轴线呈40～50°夹角，每一个刮刀周向上与相邻螺旋形导流翼上刮刀之间空隙相对，螺旋形导流翼旋转带动刮刀切削内管壁固体污垢。

7.根据权利要求1所述的清管器，其特征在于：射流孔数目2～3个，射流孔在轴向和周向上都是倾斜的，射流孔的内壁面用金属片保护，防止流速过大，损害射流孔，射流孔作用为提供向前运动和切向旋转的动力，并冲洗刮刀切削下的固体物质。

8.根据权利要求1所述的清管器，其特征在于：圆环形钢丝刷允许流体从其中心空腔通过，圆环形钢丝刷作用为刷掉经破碎后仍遗留在管壁上的细削固体物质。

9.根据权利要求1所述的清管器，其特征在于：环形橡胶圆盘通过三个周向上呈120°夹角分布的圆柱支架穿过钢丝刷固定在中部空心锥形基体上，橡胶圆盘中心有橡胶单流阀，允许流体从尾部通过中心空腔单向流动，环形橡胶圆盘作用为清除附着于管壁的液态或半凝固态油污并进一步清除钢丝刷处理后仍遗留在管壁上的固体物质。

10.根据权利要求1所述的清管器，其特征在于：头部的导向圆头锥形基体，中部的空心锥形基体和尾部的环形橡胶圆盘材质均采用耐油、耐酸的氯丁橡胶材质，保证该清管器整体轴向上具有一定的柔度，导向钢球、圆锥形牙齿、刮刀、圆环形钢丝刷、三脚圆柱支架采用金属或合金材质，要求保证一定的刚度。