RU2487288C1

RU2487288C1 - Thermomechanical complex of pipeline inner composite coat

Info

Publication number: RU2487288C1
Application number: RU2011154697/06A
Authority: RU
Inventors: Вадим Андреевич Иванов; Владимир Иванович Некрасов; Владимир Васильевич Новоселов
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2013-07-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: thermomechanical complex consists of articulated self-propelled cleaning module, diagnostics module, turbine expander and self-propelled module of coat application. Expander turbine is driven by pipeline gas flow to run the shafts of electric generators. Electric power produced by said generators is used to drive the complex inside pipeline, clean pipeline inner surface, monitor its state, separate polymer particles from gas flow, compact polymer particles, heat them and convert into viscoelastic bulk and to apply two layers of said bulk together with several layers of reinforcer fibres. Self-propelled modules are driven by barrel-like mills tightly pressed against pipeline inner surface. Motors revolve said mills in different direction along different spirals via misaligned gearboxes, change-gear trains, reduction gearboxes and drive shafts.

EFFECT: reconditioning pipelines without interrupting its operation.

10 dwg

Description

Изобретение относится к обработке внутренней поверхности магистральных трубопроводов, в частности для нанесения на внутреннюю поверхность трубопровода защитного композиционного покрытия при их ремонте.The invention relates to the processing of the inner surface of the main pipelines, in particular for applying to the inner surface of the pipeline a protective composite coating during their repair.

Известно устройство для нанесения покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода, содержащее цилиндрическую емкость из проницаемого эластичного материала, защитный экран с направляющими роликами на трубчатом элементе с защелкой (АС №1733833).A device for coating on the inner surface of the pipeline, containing a cylindrical container of permeable elastic material, a protective screen with guide rollers on the tubular element with a latch (AC No. 1733833).

Это устройство имеет ограниченные возможности, оно не является самоходным и не создает полимерного покрытия.This device has limited capabilities, it is not self-propelled and does not create a polymer coating.

Также известно устройство, которым является агрегат для защиты внутренней поверхности трубопроводов от коррозии, содержащий систему введения основного рукава в трубопровод, представляющий собой экструдер с головкой и другие системы (АС №1713828).It is also known a device, which is a unit for protecting the inner surface of pipelines from corrosion, containing a system for introducing the main sleeve into the pipeline, which is an extruder with a head and other systems (AS No. 1713828).

Этот агрегат также имеет ограниченные возможности, он несамоходный и не может создать композиционное покрытие.This unit also has limited capabilities, it is non-self-propelled and cannot create a composite coating.

Наиболее близким к предлагаемому термомеханическому комплексу внутреннего композиционного покрытия трубопровода является термомеханический комплекс для защиты внутренней поверхности трубопровода полимерным материалом, который является самоходным, он содержит экструдер и системы, обеспечивающие его работу (Патент RU №2137019).Closest to the proposed thermomechanical complex of the internal compositional coating of the pipeline is a thermomechanical complex for protecting the inner surface of the pipeline with a polymeric material that is self-propelled, it contains an extruder and systems that ensure its operation (Patent RU No. 2137019).

Термомеханический комплекс для защиты внутренней поверхности трубопровода полимерным материалом состоит из нескольких взаимосвязанных модулей: очистного, газогенераторного (энергоснабжающего), экструдера и отделителя полимерного материала от газового потока.Thermomechanical complex for protecting the inner surface of the pipeline with polymer material consists of several interconnected modules: treatment, gas-generating (power supply), extruder and separator of polymer material from the gas stream.

Этот термомеханический комплекс наносит на внутреннюю поверхность трубопровода только полимерный материал, который защищает поверхность от коррозии.This thermomechanical complex applies only polymer material to the inner surface of the pipeline, which protects the surface from corrosion.

Современные магистральные трубопроводы, например Северный поток и др., рассчитаны на более высокое давление газа по сравнению с ранее построенными. При их ремонте потребуется не только защита от коррозии, но и восстановление прочностных характеристик трубопровода.Modern trunk pipelines, such as Nord Stream and others, are designed for a higher gas pressure compared to previously constructed ones. When repairing them, not only corrosion protection will be required, but also the restoration of the strength characteristics of the pipeline.

Задачей изобретения является расширение возможностей термомеханического комплекса.The objective of the invention is to expand the capabilities of the thermomechanical complex.

Технический результат изобретения заключается в расширении возможностей термомеханического комплекса за счет обеспечения нанесения на внутреннюю поверхность трубопровода надежного композиционного покрытия.The technical result of the invention is to expand the capabilities of the thermomechanical complex by ensuring the application of a reliable composite coating on the inner surface of the pipeline.

Достижение технического результата обеспечивается тем, что термомеханический комплекс внутреннего композиционного покрытия трубопровода содержит взаимосвязанные модули: самоходный модуль очистки, турбодетандер, экструдер и самоходный модуль нанесения покрытий, при этом лопасти турбины турбодетандера полым валом, шарнирами и согласующими редукторами соединены с электрогенераторами, которые электрокабелями связаны со всеми модулями термомеханического комплекса, указанные самоходные модули состоят из центральных каркасов, электродвигатели которых несоосными коробками передач, гитарами шестерен и редукторами связаны с валами привода двух рядов бочкообразных фрез разного направления вращения и спирали, одна из фрез каждого ряда расположена на подпружиненных опорах, эти валы зубчатыми передачами связаны как с дополнительными корпусами, шарнирно присоединенными к центральному каркасу с обеих сторон, так и с бочкообразными фрезами, установленными на дополнительных корпусах самоходного модуля очистки, к центральному каркасу самоходного модуля нанесения покрытия шарнирно присоединен экструдер, основная и дополнительная оси которого соединены внутренним карданным шарниром, на оси этого шарнира, закрепленной в вилке основной оси экструдера, установлены сателлиты, зацепленные с коническими шестернями привода основного и дополнительного трубчатых валов с внутренними спиралями, расположенными на основной и дополнительной осях, причем дополнительный трубчатый вал соединен с конической шестерней внешним карданным шарниром, основной трубчатый вал наружным карданным шарниром с зубчатым венцом соединен с двумя шестернями, закрепленными на валах привода бочкообразных фрез, наружные опоры которых расположены в раструбе накопителя с ободом, на выходе трубчатых валов расположены каналы к ободам экструдера, между ободами установлены емкости для волокна упрочнителя, эти емкости направляющими устройствами соединены с ободами экструдера, внутри основной и дополнительной осей вдоль каналов от трубчатых валов и в ободах экструдера установлены теплоэлектронагреватели (ТЭНы).The achievement of the technical result is ensured by the fact that the thermomechanical complex of the internal composite coating of the pipeline contains interconnected modules: a self-propelled cleaning module, a turboexpander, an extruder and a self-propelled coating module, while the turbine expander turbine blades with a hollow shaft, hinges and matching gears are connected to generators that are connected by electric cables to all modules of the thermomechanical complex, these self-propelled modules consist of central frames, electric the motors of which are aligned with gearboxes, guitars of gears and gearboxes with drive shafts of two rows of barrel-shaped milling cutters of different directions of rotation and spiral, one of the mills of each row is located on spring-loaded bearings, these shafts are gear-driven as with additional housings pivotally attached to the central frame with both sides, and with barrel-shaped milling cutters mounted on additional housings of the self-propelled cleaning module, to the central frame of the self-propelled coating module an extruder is pivotally connected, the main and additional axes of which are connected by an internal cardan joint, on the axis of this hinge, fixed in the fork of the main axis of the extruder, there are satellites engaged with bevel gears of the drive of the main and additional tubular shafts with internal spirals located on the main and additional axes, moreover, the additional tubular shaft is connected to the bevel gear by an external cardan joint, the main tubular shaft by an external cardan joint with a gear ring dinen with two gears mounted on the drive shafts of barrel-shaped mills, the external supports of which are located in the socket of the drive with a rim, at the outlet of the tubular shafts are channels to the rims of the extruder, between the rims are containers for fiber reinforcer, these containers are guided by guiding devices connected to the rims of the extruder, inside the main and additional axes along the channels from the tubular shafts and in the rims of the extruder installed heat electric heaters (TENy).

Шарнирная установка элементов модулей термомеханического комплекса обеспечивает эффективное использование энергии потока газа в магистральном трубопроводе для вращения турбины и привода электрогенераторов, плотное прижатие бочкообразных фрез к внутренней поверхности трубопровода, движение самоходных модулей за счет вращения этих фрез с разными спиралями в разных направлениях, качественную очистку всей внутренней поверхности трубопровода за счет противоположного вращения дополнительных корпусов и установленных на них бочкообразных фрез. Шарнирная установка элементов экструдера на самоходном модуле нанесения покрытия, вращение трубчатых валов в разные стороны за счет сателлитов, вращающихся на остановленной оси, емкости с волокнами упрочнителя и направляющие устройства для этих волокон к ободам экструдера позволяют получать надежное композиционное покрытие, состоящее из двух слоев вязкотекучего полимера, выполняющего роль матрицы, и нескольких слоев волокон, спираль которых направлена в разные стороны, расположенных внутри полимерной массы и выполняющих роль упрочнителя.Hinged installation of thermomechanical complex module elements ensures efficient use of gas flow energy in the main pipeline for rotation of the turbine and drive electric generators, tight pressing of barrel-shaped mills to the inner surface of the pipeline, the movement of self-propelled modules due to the rotation of these mills with different spirals in different directions, high-quality cleaning of the entire internal the surface of the pipeline due to the opposite rotation of the additional bodies and the barrel mounted on them heat mills. Hinged installation of extruder elements on a self-propelled coating module, rotation of the tubular shafts in different directions due to satellites rotating on a stopped axis, containers with reinforcing fibers and guiding devices for these fibers to the extruder rims make it possible to obtain a reliable composite coating consisting of two layers of viscous polymer acting as a matrix, and several layers of fibers, the spiral of which is directed in different directions, located inside the polymer mass and playing the role of strengthening Itel.

На фиг.1 приведен фрагмент магистрального трубопровода с обозначениями модулей термомеханического комплекса.Figure 1 shows a fragment of the main pipeline with the designation of the modules of the thermomechanical complex.

На фиг.2 показан самоходный модуль очистки внутренней поверхности трубопровода, состоящий из центрального каркаса и дополнительных корпусов. Передний дополнительный корпус, аналогичный заднему, не показан.Figure 2 shows a self-propelled module for cleaning the inner surface of the pipeline, consisting of a Central frame and additional buildings. The front accessory housing, similar to the rear, is not shown.

На фиг.3 изображен поперечной разрез трубопровода и расположенного в нем самоходного модуля очистки с бочкообразными фрезами.Figure 3 shows a cross section of a pipeline and a self-propelled cleaning module with barrel-shaped milling cutters located therein.

На фиг.4 представлена кинематическая схема самоходного модуля очистки. Шарниры валов не показаны.Figure 4 presents the kinematic diagram of a self-propelled cleaning module. Shafts hinges not shown.

На фиг.5 изображен турбодетандер с турбиной, согласующими редукторами и двумя электрогенераторами с согласующими редукторами на тележках с катками. Электрокабели не показаны.Figure 5 shows a turboexpander with a turbine, matching gears and two electric generators with matching gears on carts with rollers. Power cables not shown.

На фиг.6 показано поперечное сечение одной из тележек с электрогенератором.Figure 6 shows a cross section of one of the carts with an electric generator.

На фиг.7 представлен продольный разрез трубопровода с расположенным внутри самоходным модулем нанесения покрытия.7 shows a longitudinal section of a pipeline with a self-propelled coating module located inside.

На фиг.8 приведено поперечное сечение самоходного модуля нанесения покрытия по оси наружного карданного шарнира привода трубчатых валов экструдера.On Fig shows a cross section of a self-propelled coating module along the axis of the outer drive joint of the drive of the tubular shafts of the extruder.

На фиг.9 показано поперечное сечение по оси внутреннего шарнира основной и дополнительной осей и внешнего шарнира привода дополнительного трубчатого вала экструдера.Figure 9 shows a cross section along the axis of the inner hinge of the main and additional axes and the outer hinge of the drive of the additional tubular shaft of the extruder.

На фиг.10 изображено поперечное сечение на выходе самоходного модуля нанесения покрытия.Figure 10 shows a cross section at the output of a self-propelled coating module.

По трубопроводу 1 (фиг.1) транспортируется поток газа 2 под избыточным давлением. Внутри трубопровода 1 находится термомеханический комплекс для нанесения композиционного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода, состоящий из самоходного модуля очистки 3, модуля диагностики 4, турбодетандера 5 и самоходного модуля нанесения покрытия 6.The pipeline 1 (figure 1) is transported by a gas stream 2 under excess pressure. Inside the pipeline 1 there is a thermomechanical complex for applying a composite coating to the inner surface of the pipeline, consisting of a self-propelled cleaning module 3, a diagnostic module 4, a turboexpander 5 and a self-propelled coating module 6.

Самоходный модуль очистки 3 (фиг.2) состоит из центрального каркаса 7, в опорах которого в два ряда установлены бочкообразные фрезы 8, одна из фрез каждого ряда расположена на подпружиненных опорах 9 (фиг.3). На каркасе 7 закреплен электродвигатель 10 (фиг.4), состыкованный с несоосной коробкой передач 11 и гитарой 12, в которой установлен ряд шестерен привода валов 13, на которых закреплены бочкообразные фрезы 8 одного ряда, а также привода редукторов 14, на выходных валах которых закреплены бочкообразные фрезы 8 другого ряда. Валы 13 на одном конце имеют шестерню 15 привода дополнительного корпуса 16 с зубчатым венцом 17. На другом конце вала 13 расположены дисковые направляющие 18, зафиксированные относительно зубчатого венца 17, а также шестерни 19 привода блока зубчатых венцов 20 и 21. Между шестернями 15, дисковыми направляющими 18 зубчатого венца 17 и валами 13 установлены универсальные шарниры 22, допускающие осевое и угловое перемещения, причем шестерни 15 и 19 на одном из валов 13 развернуты в другую сторону (фиг.2). В опорах дополнительного корпуса 16 (фиг.4) расположены бочкообразные фрезы 8, на валах привода которых закреплены шестерни 23, зацепленные с зубчатым венцом 21. Дополнительные корпусы 16 с бочкообразными фрезами 8 расположены с обеих сторон центрального каркаса 7, один дополнительный корпус 16 имеет привод от одной шестерни 15 и привод зубчатого венца 20 от двух шестерен 19, другой дополнительный корпус 16 - от двух шестерен 15 и зубчатого венца 20 от одной шестерни 19. Возможна установка щеток очистки как на валах 13, так и по периферии дополнительного корпуса 16 между бочкообразными фрезами 8, а также на выходе дополнительного корпуса.Self-propelled cleaning module 3 (Fig. 2) consists of a central frame 7, in the supports of which barrel-shaped milling cutters 8 are installed in two rows, one of the mills of each row is located on the spring-loaded supports 9 (Fig. 3). An electric motor 10 is mounted on the frame 7 (Fig. 4), coupled to an off-axis gearbox 11 and a guitar 12, in which a number of gears of the shaft drive 13 are mounted, on which barrel-shaped milling cutters 8 of one row are mounted, as well as a gear drive 14, on the output shafts of which barrel-shaped milling cutters 8 of another row are fixed. The shafts 13 at one end have a gear 15 of the drive of the additional housing 16 with a gear ring 17. At the other end of the shaft 13 are disk guides 18, fixed relative to the gear ring 17, as well as gears 19 of the drive block of gears 20 and 21. Between the gears 15, disk universal joints 22 allowing axial and angular displacements are mounted on the guides 18 of the ring gear 17 and the shafts 13, the gears 15 and 19 on one of the shafts 13 being deployed in the other direction (FIG. 2). In the supports of the additional housing 16 (Fig. 4), barrel-shaped milling cutters 8 are located, on the drive shafts of which gears 23 are fixed, engaged with the ring gear 21. Additional housings 16 with barrel-shaped milling cutters 8 are located on both sides of the central frame 7, one additional housing 16 has a drive from one gear 15 and the drive of the gear ring 20 from two gears 19, another additional housing 16 from two gears 15 and the gear ring 20 from one gear 19. Installation of cleaning brushes on the shafts 13 and on the periphery of the additional housing 16 between the barrel-shaped milling cutters 8, as well as the output of the additional housing.

Модуль диагностики 4 (фиг.1) может быть стандартным, например КВД - комплекс внутритрубной диагностики. В составе КВД могут быть снаряды-профилемеры; снаряды-дефектоскопы продольного намагничивания ДМТ-1400-96, ДМТ-1200-96, ДМТ-100-96 или снаряды высокого разрешения ДМТ-1400-256; а также снаряды-дефектоскопы поперечного намагничивания ДМТП-768.Diagnostic module 4 (Fig. 1) can be standard, for example, HPC - a complex of in-line diagnostics. As part of the HPC can be shells-profilers; longitudinal magnetization flaw detectors DMT-1400-96, DMT-1200-96, DMT-100-96 or high-resolution shells DMT-1400-256; as well as shells-flaw detectors of transverse magnetization DMTP-768.

Турбодетандер 5 (фиг.1) имеет две тележки 24 на катках 25 (фиг.5, 6), на тележках 24 закреплены электрогенераторы 26 и согласующие редукторы 27. Полый вал турбины 28 шарнирами 29 соединяется с согласующими редукторами 27. На валу 28 установлены лопасти 30 турбины, которые расположены в обечайке 31 с манжетами 32 и направляющей 33. Электрокабели, в том числе расположенные внутри полого вала, не показаны.Turbine expander 5 (Fig. 1) has two bogies 24 on the rollers 25 (Figs. 5, 6), electric generators 26 and matching gears 27 are fixed on the bogies 24. The hollow shaft of the turbine 28 is connected by hinges 29 to the matching gears 27. Blades are mounted on the shaft 28. 30 turbines, which are located in the casing 31 with the cuffs 32 and the guide 33. Electrical cables, including those located inside the hollow shaft, are not shown.

Самоходный модуль нанесения покрытия 6 (фиг.1) состоит из центрального каркаса 7 (фиг.7) с бочкообразными фрезами 8, электродвигателя 10, несоосной коробки передач 11 и гитары 12 шестерен (аналогично самоходному модулю очистки 3). На двух коротких валах 34 бочкообразных фрез 8 закреплены шестерни 35 и на трех валах - дисковые направляющие 36. Валы 34 привода шестерен 35 с одной стороны установлены в опорах основного каркаса 7, с другой стороны - в раструбе 37 с ободом 38 накопителя. В раструбе 37 имеются мелкие отверстия 39 и центральное отверстие 40. В центральном отверстии 40 расположена основная ось 41 экструдера с внутренним карданным шарниром 42 и дополнительной осью 43 экструдера. На основной оси 41 экструдера закреплена сфера 44 и подвижно установлен основной трубчатый вал 45 с внутренней спиралью 46 и заборными лопатками 47. На входе основного трубчатого вала 45 закреплена ось 48 наружного карданного шарнира привода трубчатого вала 45. На оси 48 подвижно установлено внутреннее кольцо 49 с шипами 50 наружного карданного шарнира (фиг.8). Шипы 50 расположены перпендикулярно оси 48. На шипах 50 подвижно установлено наружное кольцо 51 с зубчатым венцом 52, которое зацеплено с шестернями 35 и зафиксировано дисковыми направляющими 36 наружного кольца 51. На выходе основного трубчатого вала 45 выполнены каналы 53 к первому ободу 54 экструдера. В вилке внутреннего карданного шарнира 42 установлена ось 55, на наружных концах которой расположены сателлиты 56, зацепленные с коническими шестернями 57 и 58. Коническая шестерня 57 закреплена на выходе основного трубчатого вала 45, а коническая шестерня 58 подвижно установлена на ступенчатом кольце 59, закрепленном на оси 55. На торце конической шестерни 58 закреплен кольцевой стакан 60, в котором закреплены шипы 61. На шипах 61 подвижно установлено кольцо 62 внешнего карданного шарнира, в котором перпендикулярно шипам 61 закреплены шипы 63 (фиг.9). На шипах 63 подвижно установлены опоры лап 64, закрепленных на дополнительном трубчатом валу 65 с внутренней спиралью 66, подвижно установленной на дополнительной оси 43 экструдера, направление спирали 66 противоположно спирали 46 основного трубчатого вала 45. Сферическая опора на наружной поверхности входа дополнительного трубчатого вала 65 опирается на внутреннюю сферу ступенчатого кольца 59. На выходе дополнительного трубчатого вала 65 размещены каналы 67 (фиг.7 и 10) ко второму ободу 68 экструдера. Между ободами 38, 54 и 68 расположены емкости (бобины) 69 и 70 (фиг.7 и 10) для упрочняющих волокон и направляющие устройства 71 и 72 для волокон от емкостей 69 и 70 к первому и второму ободам экструдера 54 и 68. Направляющие устройства 71 и 72 могут быть как неподвижными относительно ободов экструдера, так и подвижными с возвратно-поступательным или качательным движением. Внутри основной и дополнительной осей 41 и 43 вдоль каналов от трубчатых валов и в ободах экструдера расположены ТЭНы (теплоэлектронагреватели) 73 (фиг.7).The self-propelled coating module 6 (Fig. 1) consists of a central frame 7 (Fig. 7) with barrel-shaped milling cutters 8, an electric motor 10, an off-axis gearbox 11 and a guitar 12 of gears (similar to a self-propelled cleaning module 3). Gears 35 are fixed on two short shafts 34 of barrel-shaped milling cutters 8 and disk guides 36 are mounted on three shafts. The gear drive shafts 34 are mounted on one side in the bearings of the main frame 7 and, on the other hand, in a bell 37 with a drive rim 38. In the bell 37 there are small holes 39 and a central hole 40. In the Central hole 40 is the main axis 41 of the extruder with an internal universal joint 42 and an additional axis 43 of the extruder. A sphere 44 is fixed on the main axis 41 of the extruder and the main tubular shaft 45 is movably mounted with an internal spiral 46 and intake vanes 47. At the input of the main tubular shaft 45, an axis 48 of the outer drive joint of the drive of the tubular shaft 45 is fixed. Axis 49 s is movably mounted on the axis 48 spikes 50 of the outer universal joint (Fig. 8). The spikes 50 are located perpendicular to the axis 48. On the spikes 50, the outer ring 51 with the ring gear 52 is movably mounted, which is engaged with the gears 35 and fixed by the disk guides 36 of the outer ring 51. At the outlet of the main tubular shaft 45, channels 53 are made to the first rim 54 of the extruder. An axis 55 is mounted in the yoke of the internal cardan joint 42, at the outer ends of which there are satellites 56 engaged with the bevel gears 57 and 58. The bevel gear 57 is fixed to the output of the main tubular shaft 45, and the bevel gear 58 is movably mounted on a stepped ring 59 mounted on axis 55. An annular cup 60 is fixed at the end of the bevel gear 58, in which the spikes 61 are fixed. On the spikes 61, the ring 62 of the external universal joint is movably mounted, in which the spikes 63 are fixed perpendicular to the spikes 61 (Fig. 9). On the spikes 63, paw supports 64 are movably mounted, mounted on an additional tubular shaft 65 with an internal spiral 66 movably mounted on the extruder additional axis 43, the direction of the spiral 66 is opposite to the spiral 46 of the main tubular shaft 45. The spherical bearing on the outer surface of the inlet of the additional tubular shaft 65 is supported to the inner sphere of the stepped ring 59. At the output of the additional tubular shaft 65, channels 67 (Figs. 7 and 10) are placed to the second rim 68 of the extruder. Between the rims 38, 54 and 68 are containers (bobbins) 69 and 70 (FIGS. 7 and 10) for reinforcing fibers and guide devices 71 and 72 for fibers from containers 69 and 70 to the first and second rims of the extruder 54 and 68. Guide devices 71 and 72 can be both stationary relative to the rims of the extruder, and movable with reciprocating or rocking motion. Inside the main and additional axes 41 and 43 along the channels from the tubular shafts and in the rims of the extruder are heating elements (heat electric heaters) 73 (Fig.7).

Работа термомеханического комплекса внутреннего композиционного покрытия трубопровода осуществляется следующим образом. Газ 2 под давлением, продвигаясь с высокой скоростью по трубопроводу 1 (фиг.1), вращает лопасти 30 (фиг.5) турбины турбодетандера 5, полым валом 28 по шарнирам 29 и через согласующие редукторы 27 крутящий момент подается на электрогенераторы 26, которые вырабатывают электроэнергию для модулей термомеханического комплекса. Электрокабель может быть пропущен внутри полого вала 28. Направляющая 33 обеспечивает движение вместе с лопастями 30 турбины также и обечайки 31, защищающей лопасти 30 от нежелательного контакта с внутренней поверхностью трубопровода 1. Манжеты 32 закрывают пространство между обечайкой и внутренней поверхностью трубопровода 1, направляя весь поток газа 2 на лопатки 30 турбины (фиг.5). Тележки 24 турбодетандера 5 перемещаются по внутренней поверхности трубопровода 1 на катках 25 за счет давления потока газа 2. Передвижение турбодетандера 5 взаимосвязано с самоходным модулем нанесения покрытия 6.The work of the thermomechanical complex of the internal composite coating of the pipeline is as follows. Gas 2 under pressure, moving at high speed through the pipeline 1 (Fig. 1), rotates the blades 30 (Fig. 5) of the turbine of the turboexpander 5, the hollow shaft 28 through the joints 29 and through the matching gears 27 the torque is supplied to the generators 26, which produce electricity for thermomechanical complex modules. An electric cable can be passed inside the hollow shaft 28. The guide 33 provides movement along with the turbine blades 30 of the shell 31, which protects the blades 30 from unwanted contact with the inner surface of the pipeline 1. Cuffs 32 cover the space between the shell and the inner surface of the pipeline 1, directing the entire flow gas 2 on the blades 30 of the turbine (figure 5). Carts 24 of the turboexpander 5 move along the inner surface of the pipeline 1 on the rollers 25 due to the pressure of the gas flow 2. The movement of the turboexpander 5 is interconnected with the self-propelled coating module 6.

Электродвигатель 10 (фиг.4) самоходного модуля очистки 3 (фиг.1) через несоосную коробку передач 11 приводит в действие шестерни гитары 12 (фиг.4). Шестерни вращают валы 13 с закрепленными на них бочкообразными фрезами 8, которые плотно прижаты к внутренней поверхности трубопровода 1 за счет подпружиненных опор 9 (фиг.3). В каждом ряду бочкообразные фрезы 8 вращаются в разных направлениях, имея различное направление спирали, эти фрезы выполняют роль движителей, обеспечивая движение термомеханического комплекса в заданном направлении. Валами 13 через универсальные шарниры 22 (фиг.2, на фиг.4 не показаны) приводятся шестерни 15 и 19. Шестерни 15 зацеплены с зубчатыми венцами 17 и вращают дополнительные корпусы 16 в разные стороны, компенсируя реактивные моменты. Шестерни 19 зацеплены с зубчатыми венцами 20, они вращают блок зубчатых венцов 20 и 21 в направлении, противоположном вращению дополнительных корпусов 16. Зубчатые венцы 21 зацеплены с шестернями 23 привода бочкообразных фрез 8, расположенных в опорах дополнительных корпусов 16. Бочкообразные фрезы 8 совершают сложное движение - вращаются в опорах дополнительного корпуса 16 и вращаются вместе с дополнительным корпусом 16, при таком движении они очищают всю внутреннюю поверхность трубопровода 1 как бочкообразными фрезами 8, так и щетками. Дисковые направляющие 18 зубчатых венцов 17 обеспечивают движение дополнительных корпусов 16 вместе с центральным каркасом 7. Вращение бочкообразных фрез 8 в разные стороны и низкое расположение центра тяжести компенсируют реактивные моменты. Несоосная коробка передач 11 обеспечивает согласование межосевого расстояния между осью электродвигателя 10 и ведущей шестерней гитары 12. Можно установить коробки передач малой металлоемкости по патенту 2149767 (6 передач переднего хода и две передачи заднего хода) или по авторскому свидетельству 1654039 (8 передач переднего хода и 4 передачи заднего хода). Наличие таких коробок передач позволит точно задавать скорость и направление вращения бочкообразных фрез 8, а значит скорость и направление движения модуля очистки 3, обеспечивая неоднократное прохождение участка трубопровода 1, требующее тщательной очистки. Переключение передач осуществляется тремя (для КП по патенту 2149767) или четырьмя электромагнитными переключателями, сигналы на которые поступают от блока управления. Одна из шестерен 15 со своими дисковыми направляющими 18 в приводе зубчатого венца 17 каждого дополнительного корпуса 16 зафиксирована от продольных перемещений на выходе вала 13. Остальные шестерни и дисковые направляющие имеют возможность продольного перемещения на выходах валов 13. Продольная подвижность этих элементов привода, а также шахматное расположение бочкообразных фрез 8 в разных рядах центрального каркаса 7 позволяют самоходному модулю очистки 3 преодолевать криволинейные участки трубопровода 1. Компоновка самоходного модуля очистки 3 позволяет установить дополнительные связи между центральным каркасом 7 и дополнительными корпусами 16 для обеспечения правильной кинематики движения.The electric motor 10 (FIG. 4) of the self-propelled cleaning module 3 (FIG. 1) through an off-axis gearbox 11 drives the gears of the guitar 12 (FIG. 4). Gears rotate the shafts 13 with barrel-shaped milling cutters 8 fixed on them, which are tightly pressed to the inner surface of the pipeline 1 due to the spring-loaded bearings 9 (Fig. 3). In each row, barrel-shaped milling cutters 8 rotate in different directions, having a different spiral direction, these milling cutters act as propulsors, providing the thermomechanical complex to move in a given direction. Shafts 13 through universal joints 22 (figure 2, not shown in figure 4) are gears 15 and 19. Gears 15 are engaged with gear rims 17 and rotate additional housings 16 in different directions, compensating for reactive moments. The gears 19 are engaged with the gear rims 20, they rotate the block of gear rims 20 and 21 in the opposite direction to the rotation of the additional housings 16. The gear rims 21 are engaged with the gears 23 of the drive of the barrel-shaped cutters 8 located in the supports of the additional bodies 16. The barrel-shaped cutters 8 make a complex movement - rotate in the supports of the additional housing 16 and rotate together with the additional housing 16, with this movement they clean the entire inner surface of the pipeline 1 as barrel-shaped cutters 8, and brushes. The disk guides 18 of the gear rims 17 provide the movement of additional bodies 16 together with the central frame 7. The rotation of the barrel-shaped milling cutters 8 in different directions and the low center of gravity compensate for reactive moments. The misaligned gearbox 11 provides coordination of the axle distance between the axis of the electric motor 10 and the driving gear of the guitar 12. You can install small metal gearboxes according to patent 2149767 (6 forward gears and two reverse gears) or according to the copyright certificate 1654039 (8 forward gears and 4 reverse gear). The presence of such gearboxes will allow you to accurately set the speed and direction of rotation of the barrel-shaped milling cutters 8, and therefore the speed and direction of movement of the cleaning module 3, ensuring the repeated passage of the pipeline section 1, requiring thorough cleaning. Gear shifting is carried out by three (for KP according to patent 2149767) or four electromagnetic switches, the signals to which are received from the control unit. One of the gears 15 with its disk guides 18 in the drive of the ring gear 17 of each additional housing 16 is fixed from longitudinal movements at the output of the shaft 13. The remaining gears and disk guides have the possibility of longitudinal movement at the outputs of the shafts 13. The longitudinal mobility of these drive elements, as well as staggered the location of the barrel-shaped milling cutters 8 in different rows of the central frame 7 allow the self-propelled cleaning module 3 to overcome the curved sections of the pipeline 1. The layout of the self-propelled module source 3 allows you to establish additional communication between the Central frame 7 and additional buildings 16 to ensure the correct kinematics of movement.

Модуль диагностики 4 (фиг.1) приводится в движение от самоходного модуля очистки 3, выполняет мониторинг трубопровода 1, передает информацию на блок управления, который может быть установлен или на модуле диагностики 4, или на самоходном модуле нанесения покрытия 6, или может быть вынесенным во внешнее пространство трубопровода 1.Diagnostic module 4 (Fig. 1) is driven by a self-propelled cleaning module 3, monitors the pipeline 1, transmits information to a control unit, which can be installed either on the diagnostic module 4, or on the self-propelled coating module 6, or can be carried out into the outer space of the pipeline 1.

Самоходный модуль нанесения покрытия 6 (фиг.1) получает электроэнергию от взаимосвязанного с ним турбодетандера 5, он движется по трубопроводу 1 аналогично самоходному модулю очистки 3 за счет вращения бочкообразных фрез 8 в разных направлениях и различного направления спирали на них (фиг.7). От электродвигателя 10 через несоосную коробку передач 11 и шестерни гитары 12 крутящий момент по валам 13 поступает на бочкообразные фрезы 8. От двух бочкообразных фрез 8 валами 34 крутящий момент передается на шестерни 35 и от них на зубчатый венец 52 наружного кольца 51 (фиг.8). По шипам 50 усилие передается на внутреннее кольцо 49 и по оси 48 на основной трубчатый вал 45 с внутренней спиралью 46 и заборными лопатками 47. Основной трубчатый вал 45 конической шестерней 57 и сателлитами 56 передает часть крутящего момента на коническую шестерню 58. Основная ось 41, внутренний карданный шарнир 42 и дополнительная ось 43 экструдера не вращаются (фиксация осей от вращения не показана), сателлиты 56 вращаются относительно остановленной оси 55 и вращают коническую шестерню 58 в направлении, противоположном вращению конической шестерни 57, но с той же частотой вращения. Коническая шестерня 58 зафиксирована от продольного перемещения буртом ступенчатого кольца 59, на этой шестерне закреплен кольцевой стакан 60, который шипами 61 передает усилие на кольцо 62 и по шипам 63 на лапы 64 (фиг.9) и дополнительный трубчатый вал 65 с внутренней спиралью 66. От продольных перемещений дополнительный трубчатый вал 65 зафиксирован в сферической опоре ступенчатого кольца 59, закрепленного на оси 55.The self-propelled coating module 6 (Fig. 1) receives electricity from an interconnected turboexpander 5, it moves along the pipeline 1 similarly to the self-propelled cleaning module 3 due to the rotation of barrel-shaped milling cutters 8 in different directions and different spiral directions on them (Fig. 7). From the electric motor 10 through an off-axis gearbox 11 and the gears of the guitar 12, the torque through the shafts 13 is supplied to the barrel-shaped mills 8. From the two barrel-shaped mills 8 by the shafts 34, the torque is transmitted to the gears 35 and from them to the ring gear 52 of the outer ring 51 (Fig. 8 ) Through the spikes 50, the force is transmitted to the inner ring 49 and along the axis 48 to the main tubular shaft 45 with the inner spiral 46 and intake blades 47. The main tubular shaft 45 with the bevel gear 57 and the gears 56 transfers part of the torque to the bevel gear 58. The main axis 41, the inner cardan joint 42 and the additional axis 43 of the extruder do not rotate (fixing the axes against rotation is not shown), the satellites 56 rotate relative to the stopped axis 55 and rotate the bevel gear 58 in the opposite direction to the rotation of the bevel gear 5 7, but with the same speed. The bevel gear 58 is fixed from longitudinal movement by the shoulder of a stepped ring 59, an annular cup 60 is fixed on this gear, which spikes 61 transfers force to the ring 62 and along the spikes 63 to the legs 64 (Fig. 9) and an additional tubular shaft 65 with an internal spiral 66. From longitudinal displacements, an additional tubular shaft 65 is fixed in the spherical support of the stepped ring 59, mounted on an axis 55.

Гранулированная пластическая масса - полимеры, например ПЭНД (полиэтилен низкого давления), поступает с потоком газа 2 или по отдельному рукаву подачи, газ 2 проходит через мелкие отверстия 39 раструба 37 накопителя, а ПЭНД из сферы 44 заборными лопатками 47 и внутренней спиралью 46 перемещается внутри основного трубчатого вала 45 экструдера. Гранулированная масса ПЭНД спрессовывается, нагревается ТЭН 73, переводится в вязкотекучее состояние и по каналам 53 подводится к предварительно очищенной внутренней поверхности трубопровода 1. По направляющим устройствам 71 волокна упрочнителя из емкости 69 подаются к наружной поверхности вращающегося первого обода 54 экструдера и вдавливаются им в вязкую массу полимерной матрицы. Вращающийся в противоположном направлении дополнительный трубчатый вал 65 внутренней спиралью 66 перемещает вязкую массу полимера по каналам 67 и наносит второй слой полимера. Волокна упрочнителя из емкости 70 подаются по направляющим устройствам 72 как на первый слой, так и во второй слой полимерной матрицы. Направляющие устройства 71 и 72 могут быть как зафиксированы относительно ободов 54, 68 и подавать волокна упрочнителя в точно заданные места, так и совершать вдоль продольной оси обода возвратно-поступательное движение аналогично намотке троса на барабан лебедки или качательное движение подобно щетке стеклоочистителя, накладывая несколько слоев волокна. Второй обод 68 экструдера вдавливает волокна упрочнителя в вязкую полимерную массу, уплотняет и выглаживает ее поверхность. Возможна установка дополнительной емкости для волокна упрочнителя за вторым ободом 68. Шарнирные соединения в приводе основного 45 и дополнительного 65 трубчатых валов реализуют перпендикулярное относительно оси трубопровода 1 расположение обода накопителя 38, первого 54 и второго 68 ободов экструдера. Такое расположение ободов обеспечивает выделение гранулированной пластической массы из потока газа 2, равномерное нанесение вязкотекучей массы полимера на внутреннюю поверхность трубопровода 1, уплотнение этой массы и выглаживание поверхности. Внутри массы полимера расположены несколько слоев волокон с их диагональным взаимно пересекающимся направлением аналогично автомобильной шине с диагональным расположением нитей корда. В конечном итоге на внутренней поверхности трубопровода 1 образуется надежное защитное композиционное покрытие, в котором роль матрицы выполняет полимер, а роль несущего силового звена - волокна упрочнителя.Granular plastic mass - polymers, for example HDPE (low-pressure polyethylene), is supplied with a gas stream 2 or through a separate supply hose, gas 2 passes through the small holes 39 of the storage bell 37, and the HDPE from the sphere 44 with intake blades 47 and an internal spiral 46 moves inside the main tubular shaft 45 of the extruder. The granular mass of HDPE is compressed, heated by the heater 73, converted into a viscous state, and fed through channels 53 to the previously cleaned inner surface of the pipeline 1. Through the guiding devices 71, the fibers of the hardener from the vessel 69 are fed to the outer surface of the rotating first rim 54 of the extruder and pressed into the viscous mass polymer matrix. The additional tubular shaft 65 rotating in the opposite direction with the internal spiral 66 moves the viscous mass of polymer through channels 67 and deposits a second polymer layer. The fibers of the hardener from the tank 70 are fed along the guiding devices 72 both to the first layer and to the second layer of the polymer matrix. The guiding devices 71 and 72 can either be fixed relative to the rims 54, 68 and feed the reinforcing fibers to precisely defined places, or reciprocate along the longitudinal axis of the rim similar to winding a cable onto a winch drum or swinging like a wiper blade, applying several layers fiber. The second extruder rim 68 presses the fibers of the hardener into a viscous polymer mass, compacts and smoothes its surface. It is possible to install an additional container for the hardener fiber behind the second rim 68. Swivel joints in the drive of the main 45 and additional 65 tubular shafts realize an arrangement of the drive rim 38, the first 54 and the second 68 rims of the extruder perpendicular to the axis of the pipe 1. This arrangement of the rims provides the allocation of granular plastic mass from the gas stream 2, the uniform application of the viscous-flowing mass of polymer on the inner surface of the pipeline 1, compaction of this mass and smoothing of the surface. Inside the polymer mass there are several layers of fibers with their diagonal mutually intersecting directions similar to a car tire with a diagonal arrangement of cord threads. Ultimately, on the inner surface of the pipeline 1, a reliable protective composite coating is formed, in which the polymer plays the role of the matrix, and the reinforcing fiber plays the role of the supporting power link.

Допустимы другие варианты компоновки термомеханического комплекса внутреннего композиционного покрытия трубопровода.Other layout options for the thermomechanical complex of the internal composite coating of the pipeline are acceptable.

Можно не использовать самоходный модуль очистки, если заранее известно, что внутренняя поверхность не нуждается в очистке. Например, трубопровод перед ремонтными работами был предварительно очищен, а также, если предварительное диагностическое обследование показало, что трубопровод не нуждается в такой операции. Предварительно выполненная диагностика позволяет не использовать модуль диагностики в составе термомеханического комплекса.You can not use a self-propelled cleaning module, if it is known in advance that the inner surface does not need to be cleaned. For example, the pipeline was previously cleaned before repair work, and also, if a preliminary diagnostic examination showed that the pipeline does not need such an operation. Pre-performed diagnostics allows not to use the diagnostic module as part of the thermomechanical complex.

При ремонте магистрального трубопровода, отключенного от подачи газа, можно использовать электрокабель от внешнего источника электроэнергии для передвижения и работы термомеханического комплекса, исключив из его состава турбодетандер.When repairing a main pipeline disconnected from the gas supply, it is possible to use an electric cable from an external source of electricity for the movement and operation of the thermomechanical complex, excluding the turbo expander from its structure.

Claims

The thermomechanical complex of the internal composite coating of the pipeline, containing interconnected modules: a self-propelled cleaning module, a turboexpander, an extruder and a self-propelled coating module, characterized in that the turbine blades of the turboexpander are hollow shaft, hinges and matching reducers are connected to electric generators, which are connected by electric cables to all modules of the thermomechanical complex , said self-propelled modules consist of central frames whose electric motors are non-coaxial gearboxes cottages, guitars of gears and gearboxes are connected to the drive shafts of two rows of barrel-shaped milling cutters of different directions of rotation and spiral, one of the mills of each row is located on spring-loaded bearings, these shafts are connected by gears to both additional housings pivotally attached to the central frame on both sides, and with barrel-shaped milling cutters mounted on additional housings of the self-propelled cleaning module, an extruder is pivotally attached to the central frame of the self-propelled coating module, the main and the additional axes of which are connected by an internal cardan joint, on the axis of this hinge, fixed in the fork of the main axis of the extruder, there are satellites engaged with bevel gears of the drive of the main and additional tubular shafts with internal spirals located on the main and additional axes, and the additional tubular shaft is connected to a bevel gear with an external universal joint, the main tubular shaft with an external universal joint with a gear rim is connected to two gears fixed to drive barrels of milling cutters, the external supports of which are located in the socket of the drive with a rim, at the outlet of the tubular shafts there are channels to the rims of the extruder, between the rims are containers for fiber reinforcer, these containers are guided by guiding devices to the rims of the extruder, inside the main and additional axes, along the channels from the tubular shafts and in the rims of the extruder installed heaters.