ВНУТРИТРУБНОЕ ТРАНСПОРТИРУЮЩЕЕ СРЕДСТВО

Изобретение относится к обслуживанию магистральных трубопроводов большого диаметра (газо- и нефтепроводов) и может найти применение в снарядах-дефектоскопах для диагностики состояния трубопроводов в процессе эксплуатации.

При эксплуатации магистральных трубопроводов для контроля их состояния широко применяются внутритрубные снаряды-дефектоскопы. Основной проблемой при проведении такого контроля является согласование скорости снаряда-дефектоскопа и режима эксплуатации трубопровода. Особенно актуальной является задача проведения инспекции трубопровода без снижения или при минимальном снижении его производительности.

Наиболее часто применяются снаряды-дефектоскопы, имеющие транспортирующее средство с полным перекрытием внутритрубного пространства. Так, например, снаряд-дефектоскоп, описанный в патенте Российской Федерации 2111453 C1, G 01 B 17/00, F 17 D 5/00, F 16 L 57/00, 20.05.1998, представляет собой цепочку функциональных модулей с головным транспортирующим средством, содержащим шасси, имеющее корпус с узлами подвески опорных колес, удерживающими шасси по оси трубопровода, и уплотняющие элементы на внешней поверхности корпуса.

Скорость данного снаряда-дефектоскопа определяется скоростью перекачки транспортируемого по трубопроводу продукта, и для проведения качественного анализа состояния стенки трубопровода необходимо резкое снижение его производительности на все время проведения инспекции.

Предлагаются также различные варианты выполнения транспортирующих средств для снарядов-дефектоскопов, позволяющих проводить инспекцию трубопровода с перемещением транспортирующего средства со скоростью, меньшей скорости транспортировки продукта, перепуская его через транспортирующее средство.

Известно, в частности, внутритрубное транспортирующее средство, содержащее два последовательно соединенных модуля, каждый из которых имеет расположенный по оси трубопровода корпус с оборудованием, узлы подвески опорных колес, удерживающие корпус по оси трубопровода, и систему регулирования скорости перемещения транспортирующего средства внутри трубопровода. Указанная система включает размещенный между модулями гидропривод осевого возвратно-поступательного перемещения модулей относительно друг друга, а каждый модуль оснащен опорными узлами для фиксации его корпуса в трубопроводе. При проведении инспекции магистрального трубопровода транспортируемый продукт пропускается по кольцевому зазору между корпусом модуля и стенкой трубопровода (см. патент Российской Федерации 2109206 C1, F 17 D 5/00, В 08 В 9/04, 20.04.1998).

Однако использованная в изобретении система регулирования скорости перемещения снаряда-дефектоскопа с шаговым перемещением корпусов приводит к существенному удлинению времени инспекции магистрального трубопровода, так как контроль состояния стенки трубопровода проводится по завершению шагового перемещения корпусов модулей. Кроме того, чувствительные элементы дефектоскопа расположены в зазоре между корпусом модуля и стенкой трубопровода и подвергаются воздействию потока транспортируемого продукта, что приводит к дополнительным силовым нагрузкам на них.

Известно также внутритрубное транспортирующее средство, содержащее шасси, имеющее размещенный по оси трубопровода цилиндрический корпус с герметичным отсеком для оборудования. Корпус удерживается по оси трубопровода закрепленными на нем опорными колесами. Шасси имеет коаксиально закрепленную на корпусе цилиндрическую обечайку. На внешней поверхности обечайки закреплены взаимодействующие со стенкой трубопровода пневмошины. Кольцевой зазор между цилиндрической обечайкой и корпусом перекрыт перегородками, а полость между цилиндрической обечайкой и корпусом соединена с полостью трубопровода отверстиями, выполненными в обечайке с двух сторон относительно пневмошин, формируя кольцевой обводной канал. Шасси имеет устройство для регулирования проходного сечения обводного канала, выполненное в виде эластичного надувного тора (см. авторское свидетельство СССР 698869, B 65 G 51/06, 25.11.1979). Данное транспортирующее средство может использоваться в составе снаряда-дефектоскопа. Наличие цилиндрического отсека позволяет разместить в нем регистрирующие блоки диагностического оборудования.

Однако на данном транспортирующем средстве практически отсутствует возможность разместить чувствительные элементы диагностического оборудования, так как практически все пространство между цилиндрической обечайкой и стенкой трубопровода занято пневмошинами и опорными колесами. Транспортирующее средство имеет ограниченные возможности по регулированию скорости его перемещения внутри трубопровода, так как кольцевой обводной канал обладает большим сопротивлением даже при полностью спущенном эластичном торе. Практически известное транспортирующее средство может эксплуатироваться только в двух режимах, характерных для трубопроводного пневмотранспорта: перемещение со скоростью, близкой к скорости транспортировки продукта, или полная остановка с поджатием эластичных пневмоманжет к стенке трубопровода. Возможности снижения гидравлического сопротивления кольцевого обводного канала за счет увеличения его поперечного сечения ограничены, так как размер кольцевого зазора между обечайкой и стенкой цилиндрического корпуса ограничивается прочностными характеристиками эластичного тора. Данное транспортирующее средство может использоваться только в трубопроводах, в которых транспортируемый продукт не взаимодействует с материалом эластичного тора и не вызывает его ускоренного старения. При использовании данного транспортирующего средства внутри газо- и нефтепроводов необходимы меры защиты эластичного тора от воздействия транспортируемого продукта, что сможет сделать неприемлемым его использование в магистральных трубопроводах.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является внутритрубное транспортирующее средство, содержащее шасси, имеющее кольцевой проточный корпус с открытыми торцами, узлы подвески опорных колес, удерживающие шасси по оси трубопровода, и уплотняющие элементы на внешней поверхности кольцевого корпуса, формирующие негерметичный кольцевой отсек для оборудования. При проведении инспекции магистрального трубопровода транспортируемый продукт пропускается через проточную часть кольцевого корпуса, представляющую собой цилиндрический патрубок. Транспортирующее средство имеет дистанционно управляемое устройство регулирования скорости проходного сечения проточной части кольцевого корпуса в виде поворотной заслонки с приводом (см. патент Российской Федерации 2069288 C1, F 17 D 5/02, 20.11.1996).

При использовании данного изобретения в снаряде-дефектоскопе возникает проблема с размещением диагностического оборудования в кольцевом отсеке между стенкой трубопровода и корпусом и защитой его от воздействия транспортируемого продукта. Кроме того, при использовании для регулирования гидравлического сопротивления проточной части поворотной заслонки возникает дополнительное боковое усилие, что вызывает смещение корпуса относительно оси трубопровода и приводит к снижению качества инспекции стенки трубопровода. Данное внутритрубное транспортирующее средство может использоваться только в моноблочном виде, так оно выполняется с открытыми торцами, что исключает подсоединение к нему других внутритрубных транспортных средств и препятствует расширению диагностических возможностей снаряда-дефектоскопа.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание внутритрубного транспортирующего средства с регулируемой скоростью перемещения для инспекции состояния магистральных трубопроводов в процессе их эксплуатации без существенного снижения производительности трубопровода, имеющего расширенные возможности по размещению на нем большего объема диагностического оборудования, в том числе оборудования, требующего защиты его от воздействия транспортируемого продукта. Другой задачей изобретения является создание внутритрубного транспортирующего средства, обеспечивающего более плавное регулирование скорости перемещения его внутри трубопровода и возможность точного поддержания заданной скорости перемещения. Дополнительной задачей изобретения является создание внутритрубного транспортирующего средства, в котором изменение скорости его перемещения внутри трубопровода не приводит к появлению боковых усилий и смещению его корпуса относительно оси трубопровода. Еще одной задачей изобретения является создание внутритрубного транспортирующего средства с перепуском транспортируемого продукта, обеспечивающего возможность его эксплуатации как в виде моноблока, так и в сцепке с другими внутритрубными транспортными средствами.

Поставленные технические задачи решаются тем, что внутритрубное транспортирующее средство, содержащее шасси, имеющее кольцевой проточный корпус с открытыми торцами, закрепленные на указанном корпусе узлы подвески опорных колес, удерживающие шасси по оси трубопровода, уплотняющие элементы на внешней поверхности кольцевого корпуса, формирующие негерметичный кольцевой отсек для оборудования, и установленное в проточной части кольцевого корпуса устройство регулирования ее проходного сечения с дистанционно управляемым приводом, согласно изобретению оснащено цилиндрическим корпусом с герметичным отсеком для оборудования, установленным внутри кольцевого корпуса по его оси, и приводом возвратно-поступательного перемещения, установленным в цилиндрическом корпусе, а устройство регулирования проходного сечения проточной части кольцевого корпуса снабжено двумя коническими диафрагмами, собранными из двухзвенных механизмов, образованных трапецеидальными лепестками, шарнирно сочлененными друг с другом большими основаниями и закрепленными малыми основаниями на двух силовых кольцах, при этом одно силовое кольцо неподвижно соединено с цилиндрическим корпусом, а другое силовое кольцо установлено на цилиндрическом корпусе с возможностью продольного перемещения и кинематически связано с приводом.

Цилиндрический корпус может быть оснащен продольными направляющими, а подвижное силовое кольцо - каретками с опорными роликами, перемещающимися по указанным направляющим.

Внутреннюю полость устройства регулирования проходного сечения проточной части кольцевого корпуса целесообразно соединить с полостью указанной проточной части.

Лепестки двухзвенных механизмов могут быть установлены с перекрытием кромок смежных лепестков так, что обе кромки каждого лепестка находятся над кромками или под кромками прилегающих к нему лепестков.

Кроме того, лепестки двухзвенных механизмов могут быть установлены с перекрытием кромок смежных лепестков так, что одна кромка лепестка расположена над кромкой предыдущего лепестка, а вторая - под кромкой последующего лепестка.

Лепестки двухзвенных механизмов целесообразно оснастить ребрами жесткости, размещенными на продольных кромках лепестков, причем на смежных лепестках ребра жесткости обращены в противоположные стороны.

Кроме того, ребра жесткости могут быть размещены в срединной плоскости лепестков, причем на смежных лепестках ребра жесткости расположены на внешней или/и на внутренней поверхности лепестков.

Транспортирующее средство может быть снабжено установленной на цилиндрическом корпусе обечайкой с образованием между ними кольцевого канала отбора транспортируемого продукта для питания вспомогательных приводных агрегатов, при этом входное сечение указанного канала расположено во внутренней полости устройства регулирования проходного сечения проточной части кольцевого корпуса, а неподвижное силовое кольцо закреплено на внешней поверхности обечайки.

Транспортирующее средство желательно оснастить размещенным на торце цилиндрического корпуса устройством для подсоединения к нему дополнительного внутритрубного транспортного средства.

Сущность изобретения заключается в том, что оснащение внутритрубного транспортирующего средства цилиндрическим корпусом с герметичным отсеком для оборудования позволяет более рационально разместить в негерметичном кольцевом отсеке и в цилиндрическом корпусе шасси диагностическое и вспомогательное оборудование, в частности в герметичном отсеке цилиндрического корпуса размещается оборудование, требующее защиты от воздействия транспортируемого продукта. Оснащение устройства регулирования проходного сечения проточной части кольцевого корпуса двумя коническими диафрагмами, собранными из двухзвенных механизмов, образованных трапецеидальными лепестками, шарнирно сочлененными друг с другом большими основаниями и закрепленными малыми основаниями на двух силовых кольцах, при этом одно силовое кольцо неподвижно соединено с цилиндрическим корпусом, а другое силовое кольцо установлено на цилиндрическом корпусе с возможностью продольного перемещения и кинематически связано с приводом, обеспечивает размещение его в кольцевой проточной части, образованной кольцевым и цилиндрическими корпусами, с минимальным затенением ее проходного сечения при полностью раскрытом устройстве и плавное регулирование перекрытия проходного сечения проточной части кольцевого корпуса и скорости перемещения транспортирующего средства внутри магистрального трубопровода. Предложенное выполнение устройства для регулирования проходного сечения проточного канала кольцевого корпуса снижает вибрационные нагрузки на внутритрубное транспортирующее средство, так как регулирующее устройство симметрично относительно цилиндрического корпуса. Изменение проходного сечения проточной части кольцевого корпуса с помощью конических диафрагм исключает появление боковых усилий при изменении скорости перемещения транспортирующего средства по трубопроводу, что способствует повышению точности контроля состояния магистрального трубопровода.

Включенные в дополнительные пункты формулы изобретения конструктивные особенности устройства регулирования проходного сечения кольцевого корпуса обеспечивают жесткость его конструкции, плавность регулирования гидравлического сопротивления проточной части и снижение шума при перемещении транспортирующего средства внутри магистрального трубопровода.

Наличие в составе внутритрубного транспортирующего средства установленной на цилиндрическом корпусе обечайки с образованием между ними кольцевого канала отбора транспортируемого продукта для питания вспомогательных пневмогидроприводных агрегатов с расположением входного сечения указанного канала во внутренней полости устройства регулирования проходного сечения проточной части кольцевого корпуса и закрепление неподвижного силового кольца последнего на внешней поверхности обечайки позволяет использовать указанное средство для перемещения его внутри трубопровода с малыми скоростями в течение длительного времени, обеспечивая работу оборудования транспортирующего средства и присоединенных к нему дополнительных модулей снаряда-дефектоскопа за счет энергии транспортируемого продукта.

Наличие в составе шасси размещенного на торце цилиндрического корпуса устройства для подсоединения к нему дополнительного внутритрубного транспортного средства позволяет использовать его как в виде моноблока, так и в сцепке с другими внутритрубными транспортными средствами.

Технический результат от использования настоящего изобретения заключается в проведении инспекции магистральных газо- и нефтепроводов большого диаметра с перемещением внутритрубного транспортного средства со скоростью 0,1-2 м/с при сохранении производительности трубопровода не менее 0,75 от номинала.

На фиг.1 изображено предлагаемое внутритрубное транспортирующее средство, общий вид; на фиг.2 - в увеличенном масштабе место А на фиг.1 с двумя положениями устройства регулирования проходного сечения проточной части кольцевого корпуса: сплошной линией - при максимальном перекрытии проходного сечения, пунктирной - в промежуточном положении; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг.4 - вид В на фиг.2; на фиг.5 - разрез Г-Г на фиг.2; на фиг. 6-10 - варианты исполнения устройства регулирования проходного сечения проточной части кольцевого корпуса.

Внутритрубное транспортирующее средство содержит шасси, включающее в себя кольцевой проточный корпус 1 с открытыми торцами 2 и 3, на котором закреплены узлы 4 подвески опорных колес 5, удерживающие шасси по оси трубопровода 6, и уплотняющие элементы 7 в виде эластичных манжет, перекрывающих зазор между корпусом 1 и стенкой 8 трубопровода с образованием негерметичного кольцевого отсека 9. Кольцевой отсек 9 предназначен в основном для размещения взаимодействующих со стенкой 8 трубопровода чувствительных элементов диагностического оборудования (не показаны).

По оси кольцевого корпуса 1 установлен цилиндрический корпус 10 с герметичным отсеком 11, во внутренней полости которого размещены диагностическое, запоминающее и энергетическое оборудование, которое нуждается в защите от воздействия транспортируемого продукта. Между корпусами 1 и 10 образуется кольцевая проточная часть 12, обеспечивающая перепуск транспортируемого продукта при проведении инспекции трубопровода.

Транспортирующее средство имеет охватывающую цилиндрический корпус обечайку 13, разделяющую кольцевую проточную часть 12 на внешний кольцевой канал 14 и внутренний кольцевой канал 15. Внутренний кольцевой канал 15 используется для питания установленной на торце цилиндрического корпуса осевой турбины 16 привода вспомогательного агрегата 17, например гидронасоса, компрессора и т.п.

Внутритрубное транспортирующее средство оснащено устройством 18 регулирования проходного сечения проточной части кольцевого корпуса, представляющим собой две конические диафрагмы 19 и 20. Конические диафрагмы собраны из двухзвенных механизмом 21, образованных трапецеидальными лепестками 22 и 23, сочлененными друг с другом большими основаниями с помощью шарнира 24 типа "ухо-вилка". Малые основания трапецеидальных лепестков 22 и 23 закреплены на силовых кольцах 25 и 26 с помощью шарниров 27. Силовое кольцо 25 жестко закреплено на обечайке 13 и неподвижно относительно цилиндрического корпуса. Силовое кольцо 26 установлено подвижно относительно цилиндрического корпуса 10 и снабжено каретками 27 с опорными роликами 28, а цилиндрический корпус 10 - продольными направляющими 29, по которым перемещаются опорные ролики. Силовое кольцо 26 установлено с зазором 30 относительно стенки цилиндрического корпуса 10, и через указанный зазор полость проточной части 12 соединена с внутренней полостью 31 устройства 18.

Каретки 27 соединены с помощью тяг 32 с установленным на цилиндрическом корпусе 10 приводом 33 возвратно-поступательного перемещения. Привод 33 может быть любого типа и при необходимости частично может располагаться в герметичном отсеке 11 цилиндрического корпуса. Входное сечение внутреннего кольцевого канала 15 расположено во внутренней полости устройства 18 и оснащено конфузорным заборником 34 транспортируемого продукта.

На торце цилиндрического корпуса 10 имеется вилка 35, с помощью которой к предлагаемому транспортирующему средству может быть подсоединено дополнительное внутритрубное транспортное средство. В предлагаемом примере реализации внутритрубное транспортирующее средство предназначено для использования в качестве головного (тянущего) модуля снаряда-дефектоскопа и имеет на переднем торце шасси диффузорное устройство 36.

Смежные лепестки 22 (23) рядом расположенных двухзвенных механизмов установлены с перекрытием их боковых кромок так, что обе кромки каждого лепестка находятся над или под кромками прилегающих к нему лепестков. Размеры лепестков выбираются так, чтобы при нахождении устройства 18 регулирования проходного сечения проточной части кольцевого корпуса в положении "закрыто" обеспечить полное затенение внешнего канала 14 проточной части кольцевого корпуса, а в положении "полностью открыто" - максимальное перекрытие кромок смежных лепестков практически без контакта их друг с другом. В положении "закрыто" будет наблюдаться радиальный зазор в периферийной части смежных лепестков, что не будет препятствовать работе транспортирующего средства.

Лепестки 22 и 23 оснащены ребрами 37 жесткости, размещенными на продольных кромках лепестков, с образованием корытообразного профиля. Ребра жесткости смежных лепестков обращены в противоположные стороны и не препятствуют перемещению относительно друг друга лепестков смежных двухзвенных механизмов при изменении внешнего диаметра конических диафрагм.

Лепестки конических диафрагм могут быть изготовлены из любого жесткого конструкционного материала, например, нержавеющей стали, что обеспечивает возможность использования транспортирующего средства для инспекции магистральных трубопроводов с любым транспортируемым продуктом.

Приведенный пример реализации не исключает других вариантов исполнения устройства 18 регулирования проходного сечения проточной части кольцевого корпуса.

В частности, как показано на фиг.6, лепестки 22 (23) двухзвенных механизмов можно установить с перекрытием кромок смежных лепестков так, что одна кромка лепестка расположена над кромкой предыдущего лепестка, а вторая - под кромкой последующего лепестка. В этом случае все лепестки выполняются однотипными, и при изменении внешнего диаметра устройства 18 регулирования проходного сечения проточной части кольцевого корпуса лепестки 22 и 23 двухзвенных механизмов наползают друг на друга аналогично чешуе броненосца.

В других примерах исполнения, показанных на фиг.7-10, в устройстве 18 регулирования проходного сечения проточной части кольцевого корпуса лепестки 22 (23) двухзвенных механизмов имеют ребра 38 жесткости, размещенные в срединной плоскости лепестков, при этом ребра 38 можно располагать либо на внешней поверхности лепестков (фиг. 7), либо на их внутренней поверхности (фиг. 8), либо и на внешней, и на внутренней поверхностях лепестков (фиг.9), либо на одном лепестке ребро 38 находится на внешней поверхности лепестка, а на смежном - на внутренней (фиг.10). Конкретный выбор места расположения ребер жесткости определяется требованиями к конструкции, например к ее жесткости.

При проведении инспекции магистрального трубопровода транспортирующее средство перемещается внутри него со скоростью 0,1-1,5 м/с, определяемой регламентом инспекции. Устройство 18 регулирования проходного сечения проточной части 12 кольцевого корпуса 1 частично перекрывает проточную часть, как это показано на фиг.2 пунктирной линией. Транспортируемый продукт поступает в проточную часть 12 и разделяется на два потока. Основной поток транспортируемого продукта протекает по внешнему кольцевому каналу 14. Другой поток транспортируемого продукта через кольцевой зазор 30 между подвижным силовым кольцом 26 и внешней поверхностью цилиндрического корпуса 10 попадает во внутреннюю полость 31 устройства 18 и оттуда по внутреннему кольцевому каналу 15 поступает на осевую турбину 16, а затем сбрасывается в полость трубопровода. При необходимости изменения скорости перемещения снаряда-дефектоскопа, например при ее увеличении, включается привод 33 возвратно-поступательного перемещения, и через тяги 32 каретка 27 и подвижное силовое кольцо 26 перемещаются по направляющим 29 влево. Расстояние между неподвижным 25 и подвижным 26 силовыми кольцами уменьшается. Форма треугольника, образуемого лепестками 22 и 23 двухзвенного механизма 21, изменяется, и его высота увеличивается, что приводит к увеличению внешнего диаметра конических диафрагм и уменьшению проходного сечения внешнего кольцевого канала 14 и проточной части 12 в целом. Снижение проходного сечения приводит к увеличению гидравлического сопротивления проточной части и увеличению перепада давления на транспортирующем средстве. Увеличение перепада давления приводит к увеличению тянущего усилия и повышению скорости перемещения транспортирующего средства снаряда-дефектоскопа.

Для уменьшения скорости перемещения снаряда-дефектоскопа каретки 27 и подвижное силовое кольцо 26 перемещают вправо, что приведет к уменьшению внешнего диаметра конических диафрагм, увеличению проходного сечения внешнего кольцевого канала 14 и проточной части 12 в целом и снижению тянущего усилия.

Внутритрубное транспортирующее средство изготавливается из материалов, совместимых с транспортируемым продуктом и широко используемых в нефтехимической и газовой промышленности. При наличии в цилиндрическом корпусе герметичного отсека снижаются требования по защищенности диагностического и регистрирующего оборудования, что дает возможность использовать для инспекции магистральных трубопроводов современную компьютерную технику.