RU2793812C1 - In-line self-propelled device - Google Patents
In-line self-propelled device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2793812C1 RU2793812C1 RU2022121010A RU2022121010A RU2793812C1 RU 2793812 C1 RU2793812 C1 RU 2793812C1 RU 2022121010 A RU2022121010 A RU 2022121010A RU 2022121010 A RU2022121010 A RU 2022121010A RU 2793812 C1 RU2793812 C1 RU 2793812C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- longitudinal
- sleeves
- section
- carriage
- pipe
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к внутритрубным самоходным устройствам и предназначено для автоматизации строительства и эксплуатации магистральных трубопроводов. Кроме того, изобретение может быть использовано для буксирования контрольного и диагностического для диагностики состояния трубы, а также для буксирования любого другого оборудования, изделий и материалов.The invention relates to self-propelled in-line devices and is intended for automating the construction and operation of main pipelines. In addition, the invention can be used for towing control and diagnostic for diagnosing the condition of the pipe, as well as for towing any other equipment, products and materials.
Задача буксировки контрольного и диагностического оборудования внутри трубы на большие расстояния зачастую предусматривает приложение усилия, превышающего возможности внутритрубных самоходных устройств. При этом максимальное тяговое усилие ограничено усилием прижатия к трубе элементов таких устройств, за счет которых обеспечивается движение. Увеличение усилия прижатия позволяет увеличить максимальное тяговое усилие, но это приводит к увеличению трения и снижению энергоэффективности используемого устройства в целом. Также максимальное прижатие зачастую ограничено допустимыми размерами соответствующего узла и не может быть увеличено. В то же время, низкая энергоэффективность самоходных устройств приводит к необходимости постоянного подключения к источнику тока с помощью кабеля, что не позволяет применять устройство на протяженных участках с трубопровода, или трубопровода с большим количеством крутоизогнутых отводов.The task of towing control and diagnostic equipment inside a pipe over long distances often involves the application of a force that exceeds the capabilities of in-line self-propelled devices. At the same time, the maximum traction force is limited by the force of pressing the elements of such devices to the pipe, due to which movement is ensured. Increasing the pressing force allows you to increase the maximum traction force, but this leads to an increase in friction and a decrease in the energy efficiency of the device used as a whole. Also, the maximum pressure is often limited by the allowable dimensions of the respective node and cannot be increased. At the same time, the low energy efficiency of self-propelled devices leads to the need for a permanent connection to a power source using a cable, which does not allow the device to be used on long sections of a pipeline, or a pipeline with a large number of curved bends.
Вышеперечисленные особенности порождают проблему необходимости создания самоходного устройства, обеспечивающего создание большого тягового усилия, кратно превышающего вес самого устройства для перемещения внутри трубопровода, включающего различные участки: прямые, вертикальные, крутоизогнутые, также Т-образные отводы, при этом указанная проблема связана с увеличением максимальной длины исследуемого участка трубы (трубопровода).The above features give rise to the problem of the need to create a self-propelled device that provides the creation of a large traction force that is a multiple of the weight of the device itself for moving inside the pipeline, including various sections: straight, vertical, steeply curved, also T-shaped bends, while this problem is associated with an increase in the maximum length investigated section of the pipe (pipeline).
Из описания к патенту US 5018451 (опубликовано 28.05.191) известно средство, включающее каретку, представляющую собой два идентичных узла, каждый из которых выполнен в качестве корпусной части, имеющей параллельные вертикальные стенки (относительно продольного направления трубы), каждый узел оснащен роликами и выдвижными ножками с опорными площадками, которые предназначены для контакта с поверхностью трубы, при этом упомянутые ножки выдвигаются на различные радиальные диапазоны. Узлы связаны между собой посредством параллельных приводных цилиндров. Приводные цилиндры связаны с узлами таким образом, что на прямолинейном участке трубы стенки двух узлов имеют параллельное расположение, а на поворотном участке трубы узлы опор расположены с взаимным поворотом, обеспечиваемым за счет шарнирной связи каждого цилиндра с соответствующей стенкой узла опор. Таким образом, привод осуществляет попеременное увеличение и уменьшение расстояния между параллельно расположенными узлами опор на прямолинейных участках, когда один из узлов опор находится в фиксированном (неподвижном) положении за счет выдвижения ножек до упора опорных площадок в поверхность трубы; при наличии крутоизогнутых отводов движение преодолевается также за счет фиксированного положения одного из узлов (первого узла) и выдвижения параллельных цилиндров на различную длину при взаимном наклонном положении узлов, как это было указано выше.From the description to patent US 5018451 (published 05/28/191) a tool is known that includes a carriage, which is two identical units, each of which is made as a body part having parallel vertical walls (relative to the longitudinal direction of the pipe), each unit is equipped with rollers and retractable legs with support pads that are designed to contact the surface of the pipe, while said legs are extended to various radial ranges. The nodes are interconnected by means of parallel drive cylinders. The drive cylinders are connected to the nodes in such a way that on the straight section of the pipe the walls of the two nodes have a parallel arrangement, and on the turning section of the pipe, the support nodes are located with mutual rotation, provided by the hinge connection of each cylinder with the corresponding wall of the support node. Thus, the drive alternately increases and decreases the distance between parallel support nodes in straight sections, when one of the support nodes is in a fixed (stationary) position by extending the legs until the support platforms stop against the pipe surface; in the presence of steeply curved bends, the movement is also overcome due to the fixed position of one of the nodes (the first node) and the extension of parallel cylinders to different lengths with the mutual inclined position of the nodes, as mentioned above.
При использовании известного средства проявляются некоторые негативные особенности. В частности, данное устройство не обеспечивает прохождение Т-образных отводов в связи с тем, что при прохождении Т-образного отвода выступающие за стенки узлов ролики и опорные ножки с опорными площадками упираются в кромку, которая может быть острой в месте стыка труб или скругленной с минимальным радиусом, меньшим, чем радиус ролика. Следовательно, такой упор препятствует перемещению устройства.When using a known tool, some negative features appear. In particular, this device does not ensure the passage of T-bends due to the fact that when passing a T-shaped bend, the rollers protruding beyond the walls of the nodes and the support legs with support platforms abut against the edge, which can be sharp at the junction of pipes or rounded with with a minimum radius less than the radius of the roller. Therefore, such an abutment prevents movement of the device.
Для обеспечения движения управление работой привода представляет собой сложный процесс, так как для фиксированного положения того или иного узла необходимо последовательное создание усилия прижатия опорных ножек. При этом отсутствует составляющая усилия самоторможения, следовательно, возникает необходимость затрачивать дополнительную энергию на прижатие опорных площадок (при фиксации узла) и на снятие усилия для перемещения одной из частей.To ensure movement, the control of the drive operation is a complex process, since for a fixed position of a particular node, it is necessary to consistently create a pressing force on the support legs. In this case, there is no self-braking force component, therefore, it becomes necessary to expend additional energy on pressing the support pads (when fixing the assembly) and on removing the force to move one of the parts.
Для перемещения анализируемого устройства на изогнутых участках трубы необходим механизм обратной связи и отдельное управление цилиндрами, т.к. требуется наклон переднего узла на определенный угол.To move the analyzed device on curved sections of the pipe, a feedback mechanism and a separate control of the cylinders are required, since tilting the front assembly to a certain angle is required.
Устройство по патенту US 5018451 характеризуется сложностью конструкции вследствие большого количества элементов, которые необходимо устанавливать и управлять раздельно. Данный фактор накладывает ограничения для приложения максимального тягового усилия и, кроме того, усложняет реализацию изделия во взрывозащищенном исполнении.The device according to US patent 5018451 is characterized by the complexity of the design due to the large number of elements that must be installed and controlled separately. This factor imposes restrictions on the application of the maximum traction force and, in addition, complicates the implementation of the product in an explosion-proof design.
В описании к патенту RU 2475909 (опубликовано 20.02.2013) раскрыто устройство для перемещения по внутренним поверхностям, в том числе по внутренним поверхностям трубопроводов, имеющих отводы различной формы. Данное устройство включает привод возвратно-поступательного перемещения, подвижные части, выполненные в виде соединенных корпуса и штока, снабженные распорными элементами, обеспечивающими одностороннее сцепление с внутренней поверхностью, при этом распорные элементы каждой из подвижных частей выполнены в виде симметрично расположенных относительно продольной оси линейного привода возвратно-поступательного движения не менее двух наклоненных к ней распорных звеньев, внутренние концы которых шарнирно соединены с подвижными частями линейного привода возвратно-поступательного движения, а наружные - с ползунами, подпружиненными на прижатие к внутренней поверхности трубопровода.In the description to the patent RU 2475909 (published on February 20, 2013), a device is disclosed for moving along internal surfaces, including internal surfaces of pipelines having bends of various shapes. This device includes a reciprocating movement drive, moving parts made in the form of a connected housing and a rod, equipped with spacer elements that provide one-sided adhesion to the inner surface, while the spacer elements of each of the moving parts are made in the form of symmetrically located relative to the longitudinal axis of the linear drive reciprocating - translational movement of at least two spacer links inclined towards it, the inner ends of which are pivotally connected to the moving parts of the linear drive of the reciprocating motion, and the outer ends - with sliders spring-loaded for pressing against the inner surface of the pipeline.
Данное устройство имеет ограничение для применения при перемещении внутри трубопровода переменного диаметра, в том числе обусловленного локальными дефектами, нарушающими правильную форму поперечного сечения трубы, или при перемещении по поверхности трубы, имеющей участки с гладкой или смазанной внутренней поверхностью. Так, для движения устройства и создания тягового усилия необходимо выполнение условия самоторможения ползунов относительно внутренней поверхности трубы, которое обеспечивается из условия (90° - α1…i)≤ρ1…i, где: α1…i°- углы между направлениями действия сил от распорных звеньев к соответствующим ползунам и контактирующей с ними внутренней поверхностью; ρ1…i°- углы трения в соответствующих кинематических парах ползун - внутренняя поверхность. При низком коэффициенте трениям между трубой и ползунами, вызванного гладкой поверхностью трубы или наличием смазывающего вещества, потребуется максимально увеличить угол α1, однако, при изменении сечения трубы в сторону уменьшения из-за геометрических условий конструкции угол α1 резко уменьшится, и требуемое условие (90° - α1…i)≤ρ1…i не будет выполнено, что приведет к пробуксовке устройства в трубе. Аналогичная ситуация возникает при прохождении криволинейных участков трубы, где из-за геометрических условий данного участка фактический угол α1 будет значительно меняться, и в определенной ситуации условие (90° - α1…i)≤ρ1…i, не будет выполнено и устройство остановится. This device has a limitation for use when moving inside a pipeline of variable diameter, including those due to local defects that violate the correct shape of the pipe cross section, or when moving along a pipe surface that has areas with a smooth or lubricated inner surface. So, for the movement of the device and the creation of traction force, it is necessary to fulfill the condition of self-braking of the sliders relative to the inner surface of the pipe, which is provided from the condition (90 ° - α 1…i )≤ρ 1 ... i , where: α 1…i ° - angles between the directions of action forces from the spacer links to the corresponding sliders and the inner surface in contact with them; ρ 1 ... i ° - friction angles in the corresponding kinematic pairs slider - inner surface. With a low coefficient of friction between the pipe and the sliders, caused by the smooth surface of the pipe or the presence of a lubricant, it will be necessary to maximize the angle α 1 , however, if the pipe section changes downwards due to the geometric conditions of the structure, the angle α1 will sharply decrease, and the required condition (90 ° - α 1…i )≤ρ 1 … i will not be fulfilled, which will lead to slipping of the device in the pipe. A similar situation arises when passing curved sections of the pipe, where, due to the geometric conditions of this section, the actual angle α 1 will change significantly, and in a certain situation the condition (90° - α 1 ... i )≤ρ 1 ... i will not be fulfilled and the device will stop.
Кроме того, указанное устройство не гарантирует прохождение участки трубы с Т-образным отводом, на котором имеется острая кромка, либо кромка скруглена малым радиусом, т.к. распорный элемент может упереться о выступающую поверхность.In addition, this device does not guarantee the passage of a pipe section with a T-shaped branch, on which there is a sharp edge, or the edge is rounded with a small radius, because the spacer element can abut against the protruding surface.
В описании к патенту RU 2743787 (опубликовано 26.02.2021) раскрыто устройство, конструкция которого усовершенствована по сравнению с указанным предшественником - изобретением RU 2475909 и направлена на обеспечение возможности прямого и обратного перемещения.In the description to the patent RU 2743787 (published on February 26, 2021), a device is disclosed, the design of which is improved compared to the specified predecessor - the invention RU 2475909 and is aimed at providing the possibility of forward and reverse movement.
Так, устройство по патенту RU 2743787 включает привод возвратно-поступательного перемещения, подвижные части, выполненные в виде соединенных корпуса и штока, снабженные распорными элементами, обеспечивающими одностороннее сцепление с внутренней поверхностью, при этом распорные элементы каждой из подвижных частей выполнены в виде симметрично расположенных относительно продольной оси линейного привода возвратно-поступательного движения не менее двух наклоненных к ней распорных звеньев, внутренние концы которых шарнирно соединены с подвижными частями линейного привода возвратно-поступательного движения, а наружные - с ползунами, подпружиненными на прижатие к внутренней поверхности трубопровода. Распорные звенья выполнены упругими, подпружиненными на прижатие ползунов к внутренней поверхности; на штоке с выдвигаемой подвижной частью привода подвижно установлена втулка, шарнирно связанная с внутренними концами жестких звеньев, наклоненных симметрично к упругим распорным звеньям; наружные концы жестких звеньев шарнирно соединены с ползунами через общие с упругими распорными звеньями оси вращения, при этом втулка и выдвигаемая подвижная часть снабжены контактными элементами их взаимной фиксации.Thus, the device according to patent RU 2743787 includes a reciprocating drive, moving parts made in the form of a connected body and a rod, equipped with spacer elements that provide one-sided engagement with the inner surface, while the spacer elements of each of the moving parts are made in the form of symmetrically located relative to the longitudinal axis of the linear drive of reciprocating motion is at least two spacer links inclined to it, the inner ends of which are pivotally connected to the moving parts of the linear drive of reciprocating motion, and the outer ends - with sliders spring-loaded for pressing against the inner surface of the pipeline. The spacer links are made elastic, spring-loaded to press the sliders to the inner surface; on the rod with the retractable movable part of the drive, a bushing is movably mounted, pivotally connected to the inner ends of the rigid links inclined symmetrically to the elastic spacer links; the outer ends of the rigid links are pivotally connected to the sliders through the axis of rotation common with the elastic spacer links, while the bushing and the retractable movable part are provided with contact elements of their mutual fixation.
Однако при использовании устройства по патенту RU 2743787 обнаруживается отсутствие возможности прохождения T-образных отводов т.к. устройство содержит выступающие части - распорные элементы с ползуном, которые могут упереться о кромку T-образного отвода.However, when using the device according to patent RU 2743787, it is found that there is no possibility of passing through T-shaped bends, since the device contains protruding parts - spacer elements with a slider, which can rest against the edge of the T-shaped branch.
Принимая во внимание действие прижимающего усилия от пружины или цилиндра, условие движения анализируемого устройства обеспечивается только самоторможением. Следовательно, применение известного устройства возможно только в тех трубопроводах, где условие самоторможения выполняется.Taking into account the action of the pressing force from the spring or cylinder, the condition for the movement of the analyzed device is provided only by self-braking. Therefore, the use of the known device is possible only in those pipelines where the condition of self-braking is fulfilled.
Кроме того, при проходе Т-образных отводов значительно ухудшаются условия самоторможения, так как за счет изменения направления сил в контакте устройства с трубой требуется значительно больший угол трения.In addition, during the passage of T-branches, the conditions for self-braking deteriorate significantly, since due to a change in the direction of forces in the contact of the device with the pipe, a much larger friction angle is required.
Устройство по патенту RU 2743787 выбрано в качестве наиболее близкого аналога.The device according to patent RU 2743787 is chosen as the closest analogue.
Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в расширении функциональных возможностей при достижении технического результата:The technical problem solved by the invention is to expand the functionality while achieving the technical result:
- обеспечение возможности прохождения внутри трубопровода любой конурации;- ensuring the possibility of passing any conuration inside the pipeline;
- повышение энергоэффективности.- increase of energy efficiency.
Предлагаемое внутритрубное самоходное устройство включает минимум одну секцию, выполненную с возможностью шарнирного соединения с дополнительными идентичными секциями и представляющую собой линейный привод возвратно-поступательного движения, выполненный в виде оснащенного подпружиненными роликами каркаса с кареткой, способной перемещаться в продольном направлении и представляющей собой соосные продольные гильзы с поршнями и соосные поперечные гильзы с плунжерами, кроме того, продольные гильзы установлены соосно с каркасом, а поперечные гильзы установлены в направлении, близком к перпендикулярному относительно направления продольных гильз, первая продольная гильза представляет собой гильзу перемещения каретки, вторая продольная гильза представляет собой гильзу движения секции, причем соответствующие поршни продольных гильз, представляющие собой поршень перемещения каретки и поршень движения секции, установлены неподвижно относительно каркаса, поперечные гильзы установлены между указанными поршнями, каретка снабжена двумя распорными звеньями серповидной формы, соединенными шарнирно с первой по ходу движения продольной гильзой с возможностью поворота относительно указанной шарнирной связи в плоскости, проходящей через оси продольных и поперечных гильз, при этом отстоящие от шарнирного соединения концевые участки распорных звеньев связаны с плунжерами соответствующих поперечных гильз, а серповидная форма каждого распорного звена выполнена так, что его проекция на плоскость, проходящую через продольные оси продольной и поперечных гильз, имеет конфигурацию с внутренней стороной, выполненной с прямым участком и обращенной к продольным гильзам, и наружной стороной, выполненной с дугообразным участком, связь каждого указанного концевого участка звена с соответствующим плунжером организована через ползун, способный перемещаться по поверхности прямого участка с возможностью поворота в плоскости осей продольных и поперечных гильз, при этом продольные и поперечные гильзы выполнены с возможностью связи с системой подачи рабочей среды в полости гильз, обеспечивающей перепад давления для возникновения усилия, толкающего каретку и каркас в противоположные стороны с возможностью образования пятна контакта дугообразного участка соответствующего серповидного звена с внутренней поверхностью трубы.The proposed in-line self-propelled device includes at least one section, made with the possibility of articulated connection with additional identical sections and representing a linear drive of reciprocating motion, made in the form of a frame equipped with spring-loaded rollers with a carriage capable of moving in the longitudinal direction and representing coaxial longitudinal sleeves with pistons and coaxial transverse sleeves with plungers, in addition, the longitudinal sleeves are installed coaxially with the frame, and the transverse sleeves are installed in a direction close to perpendicular relative to the direction of the longitudinal sleeves, the first longitudinal sleeve is a carriage movement sleeve, the second longitudinal sleeve is a section movement sleeve , moreover, the corresponding pistons of the longitudinal sleeves, which are the piston for moving the carriage and the piston for moving the section, are installed motionless relative to the frame, the transverse sleeves are installed between the said pistons, the carriage is equipped with two crescent-shaped spacer links pivotally connected to the first longitudinal sleeve in the direction of travel with the possibility of rotation relative to of the specified hinge connection in the plane passing through the axes of the longitudinal and transverse sleeves, while the end sections of the spacer links spaced from the hinge joint are connected to the plungers of the corresponding transverse sleeves, and the crescent shape of each spacer link is made so that its projection onto the plane passing through the longitudinal axes longitudinal and transverse sleeves, has a configuration with an inner side made with a straight section and facing the longitudinal sleeves, and an outer side made with an arcuate section, the connection of each specified end section of the link with the corresponding plunger is organized through a slider capable of moving along the surface of the straight section with the possibility of rotation in the plane of the axes of the longitudinal and transverse sleeves, while the longitudinal and transverse sleeves are made with the possibility of communication with the system for supplying the working medium in the cavity of the sleeves, providing a pressure drop for the occurrence of a force pushing the carriage and the frame in opposite directions with the possibility of forming a contact patch of the arcuate section corresponding sickle-shaped link with the inner surface of the pipe.
В данном устройстве:In this device:
- центрирующие ролики установлены с расположением в двух плоскостях, перпендикулярных продольной оси секции так, что в каждой плоскости имеется минимум два центрирующих ролика, направленные в противоположные стороны;- centering rollers are installed in two planes perpendicular to the longitudinal axis of the section so that each plane has at least two centering rollers directed in opposite directions;
- направление, близкое к перпендикулярному, выбрано с отклонением, не превышающим 10 градусов от перпендикулярного направления, исходя из условия предотвращения перекоса плунжера.- a direction close to perpendicular is chosen with a deviation not exceeding 10 degrees from the perpendicular direction, based on the condition of preventing plunger misalignment.
Для раскрытия сущности изобретения ниже рассматривается пример осуществления внутритрубного самоходного устройства в соответствии с чертежами, на которых изображено:To disclose the essence of the invention, an example of an in-line self-propelled device is considered below in accordance with the drawings, which show:
- на фигуре 1 - общий вид устройства при перемещении на прямолинейном участке трубы (продольный разрез);- figure 1 - General view of the device when moving on a straight section of the pipe (longitudinal section);
- на фигуре 2 - общий вид при перемещении на участке трубопровода, имеющем Т-образный отвод (продольный разрез);- figure 2 - General view when moving on a pipeline section with a T-shaped outlet (longitudinal section);
- на фигуре 3 - общий вид при перемещении на участке трубопровода, крутоизогнутый отвод (продольный разрез).- in figure 3 - a general view when moving on a pipeline section, a steeply curved bend (longitudinal section).
Устройство может включать одну или несколько соединенных шарнирной связью секций, представляющих собой линейный привод возвратно-поступательного движения.The device may include one or more articulated sections, representing a linear reciprocating drive.
Секция 1, включает каркас 2 с установленной внутри каркаса 2 кареткой 3, обеспечивающий перемещение каркаса и каретки в противоположные стороны.
Каретка 3 состоит из гильзы 4 движения секции 1 и гильзы 5 перемещения каретки 3, причем гильза 4 и гильза 5 содержит неподвижно установленные поршни: поршень 6 движения секции и поршень 7 перемещения каретки.The
Гильзы 4, 5 внутри каркаса 2 ориентированы горизонтально.Sleeves 4, 5 inside the
Принимая во внимание продольное направление каркаса 2 и гильз 4, 5 при установке внутри трубы, между неподвижными поршнями 6 и 7 установлены поперечные гильзы 8 с установленными плунжерами 9.Taking into account the longitudinal direction of the
Поперечные гильзы 8 установлены относительно продольных гильз 4, 5 в положении, близком к перпендикулярному, причем отклонение от вертикали составляет не более 10 градусов с целью снижения паразитной тангенциальной составляющей усилия, приводящей к перекосу плунжеров 9 и возникновению дополнительной нагрузки на поверхности скольжения (внутренней поверхности трубы). The
Секция 1 оснащена двумя идентично выполненными двумя распорными звеньями 10 серповидной формы, выполняющими функцию упоров во внутреннюю поверхность трубы; один конец каждого звена 10 шарнирно соединен с гильзой 4 (шарнирная связь 11), а другой конец - отстоящий от места прикрепления - связан с ползуном 12, который, в свою очередь, связан с соответствующим плунжером 9.
Раскрытие формы серповидных распорных звеньев 10 через проекцию на плоскость, проходящую через продольные оси продольных 4, 5 и поперечных гильз 8, дает возможность описать участок 13 с плоской поверхностью, обращенный к продольным гильзам 4 и 5, и участок выпуклой формы 14 (в ортогональной проекции дуга 14), предназначенный для упора во внутреннюю поверхности трубы с образованием соответствующего пятна контакта.Opening the shape of crescent spacer links 10 through the projection onto a plane passing through the longitudinal axes of the longitudinal 4, 5 and
Следует отметить, что участки 13 с плоской поверхностью двух звеньев 10 при перемещении предлагаемого устройства по прямолинейному участку параллельны друг другу или находятся в положении, близком к параллельному (в продольном направлении).It should be noted that
В примере осуществления предлагаемого устройства распорные звенья 10 выполнены с дополнительным участком 15, также имеющим плоскую поверхность; на фигурах 1, 2, 3 изображено устройство с возможным вариантом выполнения распорных звеньев 10 с двумя участками 13 и 15 с плоской поверхностью.In an exemplary implementation of the proposed device, the
Участки 13 с плоской поверхностью организованы для связи распорных звеньев 10 с соответствующими плунжерами 9 гильз 8, при этом связь осуществляется посредством ползуна 12, установленного на плунжере 9 с возможностью перемещения вдоль прямого участка 13 и поворота относительно данного плунжера за счет шарнирной связи (позицией не обозначено).
Секция 1 оснащена центрирующими роликами 16, которые с помощью пружин 17 оказываются в поджатом к поверхности трубы положении. Ролики 16 расположены в двух плоскостях и ориентированы в поперечном направлении относительно продольной оси секции 1, причем указанные ролики 16 установлены так, что в каждой плоскости, перпендикулярной продольной оси, имеется минимум два разнонаправленных ролика. Такое расположение роликов 16 приводит к равномерному центрированию устройства, при обеспечении соосного положения с трубой на прямолинейном участке трубопровода.
На фигурах 1-3 для наглядности изображены две секции 1, соединенные шарнирной связью 18 через промежуточный стержень 19, обеспечивающий жесткость связи между секциями. Секции 1 соединены с ведомым оборудованием (на чертежах не показано).For clarity, figures 1-3 show two
Для автономной работы устройства в каждой секции может быть размещено оборудование, обеспечивающее подачу масла в полости гильз: насосная станция с клапанной аппаратурой и блоком аккумуляторов (на фигурах не показано).For autonomous operation of the device, each section can be equipped with equipment that provides oil supply to the cavities of the sleeves: a pump station with valve equipment and a battery pack (not shown in the figures).
Управление устройством может быть организовано через внешнее подключение по кабелю, либо с применением беспроводного способа передачи информации. Устройство также может быть автономным и управляться по программе от общего на все секции контроллера, установленного в какой-либо из секций.Device control can be organized through an external cable connection, or using a wireless method of information transfer. The device can also be autonomous and controlled by the program from a common controller for all sections, installed in any of the sections.
Подача масла в качестве рабочей среды в полость гильз 4 и 5 осуществляется через каналы 20, выполненные в поршнях 6 и 7. Для возникновения усилия, толкающего каретку 3 и каркас 2 в противоположных направлениях, из полости гильзы 4 перемещения секции 1 в полость поперечных гильз 8 масло поступает через отверстие 21, выполненное в торцевой стенке гильзы 4.The supply of oil as a working medium into the cavity of the
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Введенные внутрь трубы две секции 1 центрируются с помощью подпружиненных роликов 16.Two
После того как секция 1 установлена во внутреннем пространстве трубы, поток рабочей среды по каналам штоков 20 соответствующих поршней 6 и 7 перетекает из полости гильзы 4 в полость гильзы 5, давление рабочей среды в полости гильзы 4 снижается, а в полости гильзы 5 возрастает, что приводит к увеличению усилия на поршень 7 и снижению усилия на поршень 6. Благодаря наличию отверстия 21 на торцевой стенке гильзы 4 давление рабочей среды в полости гильз 8 снижается и сила трения серповидных звеньев 10 с поверхностью трубы уменьшается. В момент, когда усилие от давления рабочей среды на поршень 7 превышает усилия рабочей среды на поршень 6 на величину силы трения серповидных звеньев 10 о трубу, каретка 3 приходит в движение вдоль продольной оси устройства. Движение продолжается, пока каретка 3 не достигнет крайнего положения.After
При достижении каретки 3 крайнего положения происходит изменение направления потока рабочей среды. Из полости гильзы 5 рабочая среда по каналам штоков 20 направляется в полость гильзы 4, что приводит к повышению давления рабочей среды в полости гильзы 4. Наличие отверстия 21 на торцевой стенке гильзы приводит к тому, что из полости гильзы 4 рабочая среда также заполняет полости гильз 8, выравнивая давление рабочей среды в полостях гильз 8 и 4. Давление рабочей среды создает усилие на плунжеры 9, которое через ползуны 12 передается на звенья 10, которые прижимаются к поверхности трубы через пятно контакта, увеличивая силу трения. С ростом давления в полости гильзы 4 создается усилие на поршень 6, однако передвижения каретки 3 не происходит, т.к. усилие трения звеньев 10 о трубу превышает разницу между усилием на поршне 6 и усилием на поршне 7. В момент, когда усилие от давления рабочей среды на поршень 6 превышает усилия рабочей среды на поршень 7 на величину силы, необходимой для движения устройства и связанных с ним посредством жесткой связи всех секций, происходит движение каркаса 2, который через жесткую связь 19 шарниров 18 приводит в движение все устройство и создает тяговое усилие для перемещения сцепленного ведомого оборудования. За один цикл возвратно поступательного движения линейного привода устройство перемещается на величину L (фиг. 1).When the
Геометрические размеры звеньев 10 подобраны так, что при прохождении секциями 1 прямого участка трубы лишенного дефектов с диаметром соответствующего номинальному размеру, звенья 10 прижаты к ее поверхности с образованием пятна контакта выпуклой поверхности 14 каждого звена 10, при этом участки 13 с плоской поверхностью и оси плунжеров 9 взаимно перпендикулярны, соответственно направление реакции опорной поверхности ползунов 12 и направление усилия рабочей среды на плунжеры 9 составляет развернуты угол (или угол близкий к 180 градусам).The geometric dimensions of the
Фактически для перемещаемого устройства диаметр трубопровода непрерывно меняется. Это происходит вследствие отклонения размера внутреннего диаметра в пределах допуска, наличия дефектов на внутренней поверхности трубы, а также при проектном изменении диаметра трубопровода или при наличии отводов, предназначенных для изменения направления трубопроводов. Исходя из данного обстоятельства, распорные звенья 10 отклоняются, скользя по поверхности трубы, повторяя ее контур. Следовательно, прямой участок 13 (участок 13 с плоской поверхностью) меняет свое положение относительно плунжера 9 или, иными словами, поворачивается на определённый угол α (фиг. 2). Предельные значения данного угла обеспечивают достаточные условия для прохождения участков трубопроводов, отклонения геометрии которых находится в пределах размеров, для которых предназначено данная модель устройства. Значительные отклонения величины угла α от прямого приводит к возникновению перекашивающего усилия, что отрицательно влияет на надежность работы устройства. По этой причине при выборе угла α, образованного плоской поверхностью участка 13 и осью плунжера 9, оптимальным является значение не менее 75 градусов.In fact, for a movable device, the diameter of the pipeline is continuously changing. This occurs due to the deviation of the size of the inner diameter within the tolerance, the presence of defects on the inner surface of the pipe, as well as the design change in the diameter of the pipeline or the presence of bends designed to change the direction of the pipelines. Based on this circumstance, the spacer links 10 deviate, sliding along the surface of the pipe, repeating its contour. Consequently, the straight section 13 (
Как показано на фигуре 2, при перемещении секций 1 на участке трубопровода, имеющем Т-образный отвод, звено 10, обращенное во внутреннее пространство Т-образного отвода, поворачивается на угол, определяемый конструкцией устройства. Звено 10, расположенное напротив, в половине цикла, при котором происходит перетекание рабочей среды из полости гильзы 5 в полость гильзы 4, обеспечивает достаточное усилие для перемещения каркаса и ведомого оборудования. В половине цикла, при котором происходит перемещение каретки 3, давление в полости цилиндров 8 минимальное, следовательно, при набегании поверхностью 14 звена 10 на острую либо скругленную комку Т-образного отвода, звено 10 поворачивается и поверхность 14 попадает на прямолинейный участок трубопровода.As shown in figure 2, when moving the
При прохождении секциями 1 крутоизогнутого участка трубопровода две секции поворачиваются благодаря наличию шарниров 18 и стержня 19 и при непрерывном изменении угла наклона плоского участка 13 относительно плунжера занимают положение на следующем прямом участке трубопровода.When
Обращая внимание на перемещение ползуна 12 вдоль участка 13 с плоской поверхностью, следует отметить, что такое перемещение может быть ограничено длиной хода плунжера 9. Определение границ перемещения ползуна 12 вдоль участка 13 происходит благодаря инженерному расчету, который предусматривает следующие факторы: диаметр трубы, радиус крутоизогнутого отвода, предельные размеры дефектов трубопровода.Paying attention to the movement of the
На основании вышесказанного следует, что при прохождении секциями критичных участков трубопровода (изменение диаметра тубы, наличие отводов) выполнение каждого распорного звена с продольной гильзой - первой по ходу движения секции - обеспечивает возможность организации упора звеньев при обеспечении пятна контакта на протяжении движения секции (исключение постоянного контакта одного из распорных звеньев составляет участок трубы с Т-образным отводом).Based on the foregoing, it follows that when the sections pass through critical sections of the pipeline (change in the diameter of the tube, the presence of bends), the implementation of each spacer link with a longitudinal sleeve - the first in the direction of the section - makes it possible to organize the stops of the links while providing a contact patch throughout the movement of the section (excluding the constant contact of one of the spacer links is a pipe section with a T-shaped branch).
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает возможность прохождения внутри трубопровода любой конфигурации, имеющего сужения и отводы, а также переменный диаметр из-за наличия внутренних дефектов.Thus, the proposed device provides the possibility of passing inside the pipeline of any configuration, having constrictions and bends, as well as a variable diameter due to the presence of internal defects.
На основании примера, демонстрирующего работу предлагаемого устройства, повышение энергоэффективности достигается за счет обеспечения прямой связи между давлением рабочей среды в полости поршня движения секции и полостями плунжеров поперечных гильз. Необходимое для создания тягового усилия трение между распорными звеньями серповидной формы и трубой возникает только одновременно с возникновением тягового усилия, а в момент, когда требуется переместить каретку, давление в полости плунжеров поперечных гильз минимально и дополнительных потерь на перемещение каретки нет происходит. Based on an example demonstrating the operation of the proposed device, an increase in energy efficiency is achieved by providing a direct connection between the pressure of the working medium in the cavity of the piston of the section movement and the cavities of the plungers of the transverse sleeves. The friction between the crescent-shaped spacer links and the pipe, necessary to create the traction force, occurs only simultaneously with the occurrence of the traction force, and at the moment when it is required to move the carriage, the pressure in the cavity of the plungers of the transverse sleeves is minimal and there are no additional losses for the movement of the carriage.
Расширение функциональных возможностей изделия происходит за счет увеличения тягового усилия. Наибольшее усилие поджатия распорных звеньев обеспечивается созданием давления рабочей среды в полости плунжеров поперечных гильз. Применение рабочей среды для создания усилия поджатия взамен применения пружин, как в техническом решении по патенту 2743787, позволяет увеличить это усилие при значительно меньших габаритах узла.The expansion of the functionality of the product occurs due to an increase in traction. The greatest force of pressing the spacer links is provided by the creation of pressure of the working medium in the cavity of the plungers of the transverse sleeves. The use of a working medium to create a preload force instead of the use of springs, as in the technical solution according to patent 2743787, allows you to increase this force with significantly smaller assembly dimensions.
Кроме того, расширение функциональных возможностей изделия характеризует то обстоятельство, что при прохождении крутоизогнутых отводов сохраняется величина тягового усилия. В отличие от технического решения по патенту 2743787, в предлагаемом устройстве усилие поджатия распорных звеньев всегда постоянно, вне зависимости от угла наклона соответствующего распорного звена. Следовательно, устройство сохраняет величину тягового усилия при более низких значениях угла трения, а также при изменении формы и размеров трубы, приводящих к изменению угла наклона серповидного звена относительно продольной оси.In addition, the expansion of the functionality of the product is characterized by the fact that when passing the curved bends, the magnitude of the traction force is maintained. In contrast to the technical solution according to patent 2743787, in the proposed device, the preload force of the spacer links is always constant, regardless of the angle of inclination of the corresponding spacer link. Consequently, the device retains the value of the traction force at lower values of the angle of friction, as well as when changing the shape and dimensions of the pipe, leading to a change in the angle of inclination of the sickle-shaped link relative to the longitudinal axis.
Несомненным преимуществом предлагаемого устройства в контексте расширения функциональных возможностей является применение устройства с автономным источником питания. Так, энергоэффективность устройства позволяет увеличить длину исследуемого участка трубопровода, обеспечивая прохождение этого участка с питанием от аккумуляторов взамен питания по кабелю.The undoubted advantage of the proposed device in the context of expanding functionality is the use of a device with an autonomous power source. Thus, the energy efficiency of the device makes it possible to increase the length of the investigated section of the pipeline, providing the passage of this section with battery power instead of cable power.
Claims (3)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2793812C1 true RU2793812C1 (en) | 2023-04-06 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5018451A (en) * | 1990-01-05 | 1991-05-28 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Extendable pipe crawler |
RU2098337C1 (en) * | 1996-11-19 | 1997-12-10 | Институт проблем механики РАН | Intratube vehicle |
GB2328754B (en) * | 1997-08-30 | 2002-02-06 | Production Pipeline Technics L | Pipe testing apparatus |
RU2475909C1 (en) * | 2011-08-23 | 2013-02-20 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Машиноведения Им. А.А. Благонравова Ран | Vehicle to move over inner surfaces |
RU2714277C1 (en) * | 2019-03-11 | 2020-02-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Салаватнефтехимпроект" | Transport system comprising pipeline and vehicle for movement inside pipeline |
RU2743787C1 (en) * | 2020-07-17 | 2021-02-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Vehicle for internal surfaces |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5018451A (en) * | 1990-01-05 | 1991-05-28 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Extendable pipe crawler |
RU2098337C1 (en) * | 1996-11-19 | 1997-12-10 | Институт проблем механики РАН | Intratube vehicle |
GB2328754B (en) * | 1997-08-30 | 2002-02-06 | Production Pipeline Technics L | Pipe testing apparatus |
RU2475909C1 (en) * | 2011-08-23 | 2013-02-20 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Машиноведения Им. А.А. Благонравова Ран | Vehicle to move over inner surfaces |
RU2714277C1 (en) * | 2019-03-11 | 2020-02-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Салаватнефтехимпроект" | Transport system comprising pipeline and vehicle for movement inside pipeline |
RU2743787C1 (en) * | 2020-07-17 | 2021-02-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Vehicle for internal surfaces |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108603496B (en) | Direct drive pump assembly | |
US10161547B2 (en) | Device and method for forming pipe elements | |
CA2622130C (en) | Self-aligning rotary piston machine | |
US4195865A (en) | Apparatus for connecting tubular members | |
US4371198A (en) | Apparatus for connecting tubular members | |
RU2684061C1 (en) | Stator unit for screw pump, stator plate and method for manufacturing stator | |
RU2793812C1 (en) | In-line self-propelled device | |
FI110491B (en) | Disc Handling Equipment | |
CN114485401A (en) | Movable three-dimensional laser scanner | |
JP2018150938A5 (en) | ||
JP4794336B2 (en) | Automated traveling robot | |
RU2743787C1 (en) | Vehicle for internal surfaces | |
RU2475909C1 (en) | Vehicle to move over inner surfaces | |
EP0099151A2 (en) | Mandrel for forming a socket in a plastics pipe | |
CN117006119B (en) | Multi-cylinder servo synchronous hydraulic device | |
EP3331783A1 (en) | Conveyor pulley, process for producing a roller tube and deforming tool | |
CN220647152U (en) | Corrosion-resistant rubber hose | |
CN216381850U (en) | Lubricating structure for pump shaft of engine oil pump | |
CN215409982U (en) | Large-diameter flexible gear transmission device | |
CN115111319B (en) | Large-diameter flexible gear transmission device | |
EP3104007A1 (en) | Piston-chamber combination | |
CN114992077B (en) | Reciprocating pump | |
RU203859U1 (en) | EQUAL SPEED HYDRAULIC PULLER | |
CN114310850B (en) | Bionic peristaltic stretching whole robot | |
CN210440321U (en) | Ultrahigh-pressure hydraulic oil cylinder convenient to maintain |