Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ДИАГНОСТИКИ ТРУБОПРОВОДОВ

Устройство для автоматизированной диагностики трубопроводов (класс G 01 N 29/00, МПК 7) относится к области контроля технического состояния нефтепроводов и продуктопроводов. Процесс диагностики осуществляется в автоматическом режиме во время перемещения устройства внутри трубопровода за счет перекачки транспортируемой по трубопроводу жидкости.

Известные технические решения для дефектоскопии трубопроводов имеют ограниченную возможность оперативного контроля состояния внутренней поверхности трубопровода, определяемую запасом энергии бортового источника питания. В качестве источника питания в известных решениях, как правило, применяются гальванические или аккумуляторные батареи, которые имеют ограниченную емкость, значительные габариты и стоимость.

В современных условиях при проведении диагностики трубопровода протяженность обследуемых участков нередко превышает 300 км. При этом для обеспечения необходимого запаса энергии требуются большие объемы для размещения соответствующей гальванической или аккумуляторной батареи, что трудно реализовать на практике.

Известны устройства для выполнения технической диагностики трубопроводов с повышенным энергоресурсом, например “Устройство для контроля внутренней поверхности трубопровода” (патент 2137024 RU, МПК 7 F 17 D 5/00, опубликован 10.09.1999). Оно содержит герметичный контейнер, внутри которого размещены потребители электрической энергии. На контейнере жестко закреплен генератор с механическим приводом от прижатых к внутренней поверхности трубопровода и катящихся по ней колес, установленных на ходовых тележках. К недостаткам устройства можно отнести сложность колесного привода, что снижает его надежность.

Известен “Магнитный проходной дефектоскоп” (патент 2144182 RU, МПК 7 G 01 N 27/87, опубликован 10.01.2000). Устройство включает в себя корпус с опорными узлами, блок регистрации информации, блок энергоснабжения с турбогенераторами, выпрямителем, аккумуляторами и блоком управления питанием. К недостаткам устройства можно отнести сложность и, следовательно, ненадежность конструкции с несколькими турбогенераторами, а также снижение проходимости дефектоскопом поворотов трубопровода вследствие размещения турбогенераторов на манжетах дефектоскопа.

Известно также “Устройство для определения местонахождения очистных и диагностических снарядов в трубопроводе” (патент 2177109 RU, МПК 7 F 17 D 5/00, опубликован 20.12.2001).

Устройство снабжено взрывозащищенным турбогенератором с реле-регулятором тока с установленной со стороны турбины уплотнительной диафрагмой, которая содержит регулирующие заслонки впускных и выпускных отверстий турбины. К недостаткам устройства можно отнести использование регулирующих заслонок на входе и выходе турбины для обеспечения ее нормальной работы, вследствие чего сложность устройства возрастает, а надежность падает.

Известно техническое решение в соответствии с патентом RU 2098713, МПК 7 F 17 D 1/04, 10.12.1997, в котором вал турбины и вал электрогенератора связаны через предохранительную муфту или магнитную муфту. Особенностью данного устройства является то, что оно работает в газовой среде. К недостаткам можно отнести его сложность.

Известно техническое решение, использующее гидравлическую турбину и электрогенератор для преобразования энергии перекачиваемой по трубопроводу жидкости в электроэнергию, под названием “Устройство для контроля внутренней поверхности трубопровода во время его эксплуатации” (патент ФРГ 2226068, МПК 7 7 F 17 D 3/04, опубликован 20.12.1973). Данное техническое решение является прототипом заявляемого устройства.

В данном изобретении приведена диагностическая система, предназначенная для исследования трубопровода, которая перемещается внутри трубы в потоке перекачиваемого продукта, заполняющего трубу, по крайней мере, частично, причем одновременно этим продуктом приводится в движение преобразователь энергии, а именно турбина. Ведущий вал турбины связан с генератором электрического тока, а его выход подключен к аккумуляторной батарее.

К недостаткам данного технического решения можно отнести отсутствие в устройстве предохранительного механизма, защищающего систему от перенапряжения на выходе электрогенератора вследствие чрезмерного разгона турбины, например, при остановках (застревании) устройства в трубопроводе, что может привести к выходу устройства из строя.

Целью данного технического решения является устранение указанного недостатка путем введения предохранительного механизма, соединяющего вал турбины с валом электрогенератора и обеспечивающего их разъединение, когда скорость вращения турбины превышает максимально допустимую для электрогенератора величину.

На фиг.1 приведен общий вид устройства с разрезом корпусных деталей, плоскость которого проходит через центральную ось. На фиг.1 приняты следующие обозначения: 1 - турбина, снабженная дугообразными лопатками, 2 - эластичная манжета, например, из полиуретана, 3 - один из дугообразных дефлекторов, 4 - предохранительный механизм, 5 - электрогенератор, 6 - блок управления, 7 - аккумуляторная батарея, 8 - диагностическая аппаратура, 9 - колесное шасси (носитель датчиков, например ультразвуковых, конструктивно располагаемый за колесным шасси, на фиг.1 не показан).

На фиг.2 приведен поперечный разрез предохранительного механизма 4 в качестве примера реализации, а на фиг.3 продольный разрез предохранительного механизма 4 в соответствии с формулой изобретения.

На фиг.2 приняты следующие обозначения: 10 - корпус в виде стакана, 11 - кулачок, свободно закрепленный на оси 12, 13 - храповое колесо, 14 - пружинящий элемент, 15 - регулировочный винт, 16 - вал электрогенератора 5.

На фиг.3 приняты следующие обозначения: 17 - груз, 18 - качалка, 19 - тяга, 20 - шлицевая втулка, 21 - стакан с прорезями под фрикционные диски, 22 - ведущие фрикционные диски, 23 - ведомые фрикционные диски, 24 - прижимной диск, 25 - пружина.

Устройство работает следующим образом. Перед началом работы его помещают внутрь трубопровода с помощью специального запасовочного устройства. После этого включают перекачку продукта, например нефти, и устройство приходит в движение. Установленная на корпусе устройства эластичная манжета 2 обеспечивает его центровку внутри трубопровода, продвижение устройства потоком перекачиваемого продукта и одновременно направляет поток через систему неподвижных лопаток дефлекторов 3, обеспечивающих закручивание входного потока вокруг оси турбины 1. Далее поток попадает на лопатки турбины 1, придавая турбине вращение.

Вращение вала турбины 1 через предохранительный механизм 4 передается на вал электрогенератора 5, выходное напряжение которого через блок управления 6 поступает на вход аккумуляторной батареи 7. Аккумуляторная батарея 7 подзаряжается от электрогенератора 5 и обеспечивает питание диагностической аппаратуры 8 и всего устройства в целом в течение пауз в работе электрогенератора. Колесное шасси 9 предназначено для поддержки и центровки задней части корпуса устройства. Носитель датчиков крепится к задней части корпуса устройства с помощью карданного соединения для обеспечения прохождения поворотов трубопровода и подключен с помощью электрических кабелей к диагностической аппаратуре 8 и блоку управления 6 устройства. На фиг.1 носитель датчиков не показан. В случае, если частота вращения вала электрогенератора 5 превысит предельно допустимую величину, кулачки 11 под действием центробежных сил преодолеют воздействие пружинящих элементов 14, выйдут из зацепления с храповым колесом 13 предохранительного механизма 4 и отключат передачу вращения вала турбины 1 на вал 16 электрогенератора 5. При уменьшении частоты вращения вала турбины 1 ниже предельно допустимой величины кулачки 11 под действием пружинящих элементов 14 снова войдут в зацепление с храповым колесом 13, и вновь включится передача вращения с вала турбины 3 на вал электрогенератора 5. Регулировочные винты 15 меняют упругость пружинящих элементов 14, чем обеспечивается настройка угловой скорости срабатывания (включение и выключение) предохранительного механизма 4. Таким образом, добавление предохранительного механизма 4 предотвращает выход из строя заявляемого устройства, повышая надежность его работы.

Устройство, выполненное в соответствии с формулой изобретения, отличается тем, что предохранительный механизм 4 (см. фиг.3) включает в себя стакан 21, закрепленный на валу турбины, в который входит шлицевая втулка 20, закрепленная на валу генератора. Между стаканом 21 и втулкой 20 находятся один за другим ведущие фрикционные диски 22, входящие в прорези на стакане 21, и ведомые фрикционные диски 23, входящие в шлицы на втулке 20. Ведомые и ведущие диски чередуются между собой и прижимаются друг к другу прижимным диском 24 под действием пружины 25. В результате между дисками возникает сила трения, которая и передает вращение от стакана 21 к шлицевой втулке 20. При возрастании оборотов на грузах 17, закрепленных на качалке 18, возникает центробежная сила, которая воздействует на пружину 25 через тягу 19 и прижимной диск 24. При достижении определенных оборотов центробежная сила превышает усилие прижатия пружины 25. При этом происходит разъединение ведущих дисков 22 и ведомых дисков 23. В результате обороты шлицевой втулки 20 падают, а следовательно, уменьшается центробежная сила грузов 17. Таким образом, шлицевая втулка 20 вращается в определенном диапазоне оборотов, даже если стакан 21 вращается с большими оборотами. Таким образом, добавление предохранительного механизма 4 предотвращает выход из строя заявляемого устройства, повышая надежность его работы.

После прохождения диагностируемого участка трубопровода и извлечения устройства из трубопровода зарегистрированные параметры комплексно обрабатываются для определения дефектных участков и проведения профилактических и ремонтных работ.