一種機(jī)械式清管器速度控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于在役天然氣管道清管與缺陷檢測及在建管道試壓排水過程，控制清管器及缺陷檢測設(shè)備運行速度的機(jī)械式速度控制器。它能將清管器速度控制在一定范圍，解決現(xiàn)有清管器因不能控制速度而導(dǎo)致沖擊和檢測器因速度過大而檢測不準(zhǔn)的問題。其技術(shù)方案：筒體兩端分別設(shè)置4個支撐輪，兩個速度采集輪用支撐桿對稱設(shè)置在兩邊，用彈簧連接；速度采集輪同軸安裝皮帶輪A，用皮帶與中心軸端部的皮帶輪B相連接；中心軸中段安裝套筒，尾段安裝定筒，定筒外套轉(zhuǎn)筒；連桿A與連桿B的一端鉸接質(zhì)量塊，另一端分別連接到套筒、轉(zhuǎn)筒上；連桿C連接定筒端部及摩擦塊，連桿D連接筒體端部及摩擦塊。本速度控制器結(jié)構(gòu)簡單，無電器元件，無延時，安全可靠。
【專利說明】一種機(jī)械式清管器速度控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于在役天然氣管道清管與缺陷檢測及在建油管道試壓排水過程，控制清管器及缺陷檢測設(shè)備運行速度的機(jī)械式速度控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]在對油氣管道進(jìn)行清管和檢測過程中，一般法規(guī)要求清管設(shè)備運行速度為3.5?5m/s ;管道內(nèi)檢測設(shè)備為了獲得較佳的檢測數(shù)據(jù)質(zhì)量，要求設(shè)備的運行速度低于5m/s ;電磁超聲檢測設(shè)備則要求其運行速度低于2m/s。清管器在通過管道上下坡段、彎曲段、積液積砂及結(jié)垢段時速度變化較大，需要控制清管設(shè)備及檢測設(shè)備的運行速度，保證清管和管道檢測的有效進(jìn)行，但直接使用常規(guī)檢測器和清管器不能夠滿足速度控制要求。
[0003]現(xiàn)有天然氣管道清管器速度控制方式為:用小輪采集清管器運行速度；通過電控系統(tǒng)對信號處理；再通過電機(jī)來調(diào)整泄流閥的開啟程度；以此控制清管器前后壓差，調(diào)整清管器推動力，從而控制清管器運行速度?，F(xiàn)有通過壓差控制的電控方案控制滯后性明顯，而且不能適應(yīng)清管器阻力突變的情況。
[0004]天然氣管道清管通常采用空氣、氮氣或者天然氣來推動清管器。清管器在天然氣管道彎曲段、下凹積液段、局部腐蝕段、積砂段及結(jié)垢段阻力迅速增加，運行速度減慢，清管器需要較高推動壓力來克服上述局部部位增大的阻力，當(dāng)清管器越過該部位，阻力迅速降低，但是清管器推動氣體壓力不能隨之迅速降低，這必將導(dǎo)致清管器速度急劇增加，從而產(chǎn)生沖擊，對清管器和管道造成傷害。另一方面，速度過大會造成與清管器并行的檢測器對缺陷檢測不準(zhǔn)。
[0005]在建油氣管道試壓后排水過程中，需要用空氣、氮氣或者天然氣推動清管器向前排水，由于管道下凹段到爬坡段阻力驟減，清管器速度會陡增。我國現(xiàn)有長輸管道試壓后掃水過程中，因為清管器速度過快而造成水柱沖擊，引發(fā)了多次爆管事故。
[0006]綜上所述，研究可靠的清管器速度控制器十分必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的:為了克服現(xiàn)有清管器泄流閥式控制方式延時性過強(qiáng)的缺點；控制天然氣管道進(jìn)行清管和檢測過程中及在建油氣管道試壓后排水過程中清管器運行速度，特提供一種機(jī)械式清管器速度控制器。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種機(jī)械式清管器速度控制器，是由筒體、速度采集輪、皮帶、皮帶輪、彈簧、中心軸、連桿、質(zhì)量塊、轉(zhuǎn)筒、定筒和摩擦塊組成，其特征在于:筒體兩端四個角分別設(shè)置4個支撐輪；兩個速度采集輪對稱設(shè)置在兩邊，用支撐桿安裝到筒體前端，用彈簧將筒體前端和支撐桿相連接；速度采集輪上同軸安裝皮帶輪A，用皮帶將其與中心軸端部的皮帶輪B相連接；中心軸中段安裝套筒，中心軸尾段安裝定筒，定筒外套轉(zhuǎn)筒；連桿A與連桿B的一端鉸接到質(zhì)量塊上，另一端分別鉸接到套筒、轉(zhuǎn)筒上；連桿C 一端連接到定筒端部的鉸支座，另一端連接到摩擦塊的鉸支座；連桿D—端連接到筒體端部，另一端連接到摩擦塊的鉸支座。
[0009]本發(fā)明具有的有益效果是:(I)適應(yīng)在役天然氣管道清管器及缺陷檢測設(shè)備的清管器速度控制，本速度控制器連接于清管器后端，靠清管器拖動其運行，不需要其他能量輸入；(2)本控制器直接以清管器速度信號產(chǎn)生的摩擦阻力為控制輸出，且控制力通過機(jī)械結(jié)構(gòu)傳遞，無延時，能及時有效的適應(yīng)速度的改變；(3)本控制器結(jié)構(gòu)簡單，無電器元件，安全可靠，運動部件均安裝在筒體內(nèi)，且質(zhì)量塊轉(zhuǎn)速不高，運動部件不會受到管道內(nèi)可能存在的液相、積砂、污垢等的影響；(4)能適應(yīng)清管器阻力突變情況下的速度控制，本控制器產(chǎn)生的摩擦阻力與清管器運行速度的平方成正比，對速度突變敏感，特別是對在建油氣管道試壓排水過程中清管器速度的控制，可以有效防止因彌合水擊引起的爆管事故；(5)能克服現(xiàn)有泄流閥控制式清管器速度控制器延遲性過大的缺點，因為一般情況下管道長度較大，管道內(nèi)的空氣、氮氣或天然氣體積較大，加之氣體可壓縮性很強(qiáng)，通過泄流閥控制時，管道推動壓力難以及時降低，造成控制延遲。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明機(jī)械式清管器速度控制器結(jié)構(gòu)簡圖。
[0011]圖中:1.皮帶輪A;2.速度采集輪；3.支撐桿；4.皮帶；5.皮帶輪B ;6.中心軸；7.彈簧；8.支撐輪；9.筒體；10.套筒；11.連桿A ；12.質(zhì)量塊；13.連桿B ；14.轉(zhuǎn)筒；15.定筒；16連桿C ；17.連桿D ；18.摩擦塊。
[0012]圖2為速度控制器主視圖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖中:19.底板；20.支座A ；21.筒體端部；22.后支架；23.筒體尾段；24.筒體中段；25筒體前端；26.掛鉤A ；27.前支架；28.掛鉤B ；29.皮帶輪C ；30.螺母；31.接頭。
[0014]圖3為圖2局部放大視圖1。
[0015]圖中:32.支座B ；33.銷軸；34.角接觸球軸承；35.軸承壓蓋；36.內(nèi)筒；37.外筒；38.墊圈；39.鍵。
[0016]圖4為圖2局部放大視圖1I。
[0017]圖中:40.支座C ；41.螺釘；42.軸套；43.支座D ；44.推力球軸承。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明不受下述實施實例的限制，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和實際情況來確定具體的實施方式。下面結(jié)合圖1、圖2及圖2局部放大視圖1 (圖3)、局部放大視圖1I (圖4)對本發(fā)明作以下描述:
[0019]如圖1、2所示，筒體9分為筒體前端25，筒體中段24，筒體尾段23，筒體端部21，各個部分的接觸面對應(yīng)加工凹槽和凸沿，方便安裝和對齊。每個連接部位加工螺栓孔，并用螺栓連接緊固。這樣設(shè)計可以方便筒體內(nèi)部部件的安裝，安裝質(zhì)量塊12、套筒10、轉(zhuǎn)筒14、定筒15、連桿All、連桿B13、連桿C16以后，再將筒體端部21安裝到筒體尾段23上。這樣使得運動部件都在筒體9內(nèi)部，可以保護(hù)運動部件免受管道內(nèi)可能存在的液相、積砂、污垢的影響。
[0020]如圖1、2所示，筒體9前后各4個對稱布置的支撐輪8，支撐輪8安裝到前支架27和后支架22上，前支架27焊接到筒體前端25的圓柱面上；筒體尾段23設(shè)置臺階，留出足夠空間焊接后支架22?？刂魄爸Ъ?7和后支架22的長度，使支撐輪8與管道內(nèi)壁留有2?3mm的間隙，降低支撐輪8產(chǎn)生的阻力，同時利于本機(jī)構(gòu)能通過管道彎曲段。
[0021]如圖2所示，接頭31焊接到筒體前端25上，本機(jī)構(gòu)通過接頭31連接到清管器后側(cè)，這樣速度采集輪2與管道內(nèi)壁摩擦力與彈簧7拉力方向相同，有利于速度采集輪2與管道內(nèi)部的貼合，不易打滑。為保證速度采集輪2壓緊在管道內(nèi)壁，支撐桿3與中心軸6靠近皮帶輪B5—側(cè)的夾角需為銳角。該夾角越大越有利于速度采集論2與管壁的貼合，但是受到皮帶輪B5和皮帶輪C29安裝配合要求的限制，因此綜合分析，規(guī)定速度采集輪2的支撐桿3與中心軸6軸線夾角為65°?88°。彈簧7連接到筒體前端25的掛鉤A26和支撐桿3的掛鉤B28上，掛鉤A26焊接到筒體前端25上，掛鉤B28焊接到支撐桿3上。筒體前端25上掛鉤A26焊接位置與邊緣距離4?6cm，控制支撐桿3上掛鉤B28的位置，使彈簧7軸線與支撐桿3垂直，以增大速度采集輪2對管壁壓緊力并減小支撐桿3與支座B32之間的附加壓力。
[0022]如圖2所示，用皮帶4將皮帶輪Al和皮帶輪B5連接，本發(fā)明所述速度控制器在管道內(nèi)運行，應(yīng)當(dāng)充分考慮可能存在的水、油污和結(jié)垢的影響，設(shè)計中重點考慮了皮帶4打滑的問題。為減小皮帶4打滑風(fēng)險，皮帶輪Al和皮帶輪B5之間傳動比為0.6?1.5。同時，皮帶輪Al和皮帶輪B5外沿加工梯形槽，梯形槽底面沿軸向加工并排的V字形防滑槽，以增大皮帶4與皮帶輪Al和皮帶輪B5之間的摩擦系數(shù)。但是防滑槽對皮帶4產(chǎn)生切割作用，對皮帶4有一定損害，V字形防滑槽越大，尖角越小對皮帶4的切割作用越明顯，考慮到加工方便，設(shè)計該槽寬度和深度1.2?2mm，相鄰槽間距為1.5?3mm。為保證皮帶4半交叉?zhèn)鲃又信まD(zhuǎn)順暢，將皮帶4截面設(shè)計為矩形，厚度與其寬度之比為0.15?0.2。皮帶4與皮帶輪Al和皮帶輪B5梯形槽底部接觸并傳遞摩擦力，充分利用皮帶輪槽底部寬度，同時防止皮帶4在槽內(nèi)擺動，設(shè)計皮帶4寬度與皮帶輪槽底部寬度之比為0.95?I。梯形槽側(cè)壁用以防止皮帶4跑偏，半交叉?zhèn)鲃又?，皮帶輪Al和皮帶輪B5之間距離大于5.5倍皮帶輪Al的公稱直徑，通過計算可得，梯形槽側(cè)壁傾角最優(yōu)范圍是34°?65°。皮帶輪槽與皮帶4截面形狀相對應(yīng)，因此要求皮帶輪槽深度和寬度之比為0.18?0.22。
[0023]如圖2所示，中心軸6位于筒體9中心，中心軸6前端通過兩個背靠背安裝的角接觸球軸承34安裝到筒體前端25的階梯孔內(nèi)，用軸承壓蓋35壓緊并用螺栓固定；中心軸6后端通過一個深溝球軸承安裝到筒體端部21的階梯孔內(nèi)，用軸承壓蓋35壓緊并用螺栓固定。中心軸6前端外伸部分安裝皮帶輪B5和皮帶輪C29 ;筒體9內(nèi)，中心軸6靠近筒體前端25距離10?20mm位置安裝套筒10，套筒10和中心軸6之間通過帶孔銷連接，帶孔銷兩端用開口銷固定，防止帶孔銷滑脫；中心軸6尾段，對應(yīng)筒體尾段23部位安裝定筒15，定筒15靠近套筒10 —側(cè)設(shè)置臺階，轉(zhuǎn)筒14套在定筒15上并通過定筒15的臺階固定。
[0024]如圖2所示，連桿All、連桿B13鉸接質(zhì)量塊12，質(zhì)量塊12和連桿All、連桿B13為兩組，對稱布置，以平衡質(zhì)量塊12、連桿All和連桿B13的重力對中心軸6產(chǎn)生的力矩。連桿All另一端鉸接到套筒10上，連桿B13另一端鉸接到轉(zhuǎn)筒14上。這樣，中心軸6的轉(zhuǎn)動通過套筒10和連桿All帶動質(zhì)量塊12轉(zhuǎn)動，質(zhì)量塊12產(chǎn)生的離心力通過連桿B13對轉(zhuǎn)筒14產(chǎn)生軸向拉力。轉(zhuǎn)筒14套在定筒15外面，轉(zhuǎn)筒14旋轉(zhuǎn)，定筒15相對筒體前端25固定，轉(zhuǎn)筒14軸向拉力通過定筒15的臺階傳遞到定筒15上。清管器連同本發(fā)明所述速度控制器在天然氣管道內(nèi)的起伏段運行中，轉(zhuǎn)筒14、定筒15重力在中心軸6方向的分力會對定筒15的拉力產(chǎn)生影響。按照清管器運行速度3m/s?5m/s設(shè)計,皮帶輪Al和皮帶輪B5傳動比為1，皮帶輪Al和速度采集論2直徑比為0.68?0.73，筒體中段24內(nèi)徑與皮帶輪B5直徑之比為4，連桿B13與中心軸6夾角為30°?40°，管道內(nèi)徑lm，忽略傳動部件之間的摩擦力，考慮管道垂直的極限情況，用經(jīng)典物理學(xué)理論可以求得定筒15軸向拉力大小等于質(zhì)量塊12重力的18?24倍。不計連桿B13、連桿C16、摩擦塊18和連桿D17質(zhì)量的影響，為了滿足轉(zhuǎn)筒14、定筒15重力的影響小于定筒15拉力的5%，同時考慮轉(zhuǎn)筒14內(nèi)部部件的安裝尺寸，轉(zhuǎn)筒14、定筒15質(zhì)量之和與質(zhì)量塊12質(zhì)量之比為0.5?0.9。
[0025]如圖2所示，定筒15端部和筒體端部21分別設(shè)置4個對稱布置的鉸支座，筒體端部21與4個鉸支座對應(yīng)部位開設(shè)4個槽孔，連桿C16從槽孔穿過，一端連接到定筒15上的鉸支座，另一端連接到摩擦塊18上支座A20。連桿D17 —端連接筒體端部21上鉸支座，另一端連接到摩擦快18上支座A20。底板19 一側(cè)焊接支座A20，底板19另一側(cè)設(shè)置深度為8?IOmm的矩形槽，摩擦塊18鑲嵌在該矩形槽內(nèi)，摩擦塊18中間部位設(shè)置階梯孔，用螺栓將摩擦塊18和底板19連接。這樣，定筒15的軸向拉力可以通過連桿C16和連桿D17作用到摩擦塊18上，使摩擦塊18對管道內(nèi)壁產(chǎn)生壓緊力。質(zhì)量塊12離心力與本速度控制器運行速度的平方成正比，該離心力通過連桿B13、轉(zhuǎn)筒14、定筒15和連桿C16作用到摩擦塊18上，摩擦塊18對管壁產(chǎn)生的壓力也同樣與本速度控制器運行速度平方成正比，而且摩擦塊18產(chǎn)生的摩擦阻力與壓力成正比，因此可以得到，摩擦塊18產(chǎn)生的摩擦阻力與本速度控制器運行速度的平方成正比，所以本發(fā)明對速度的突變和高速極為敏感。因此本發(fā)明可以對清管器速度進(jìn)行控制，同時能防止清管器速度過快引起的沖擊。另一方面，本發(fā)明控制輸出的阻力是直接以清管器速度為信號輸入，且通過機(jī)械部件傳遞控制力，所以控制無延遲，能克服清管器通過管道彎曲段、腐蝕段和積水段部位阻力突變對清管器速度的影響，這些問題是現(xiàn)有泄流閥速度控制方式無法完成的。用經(jīng)典物理學(xué)方法可以得到:本發(fā)明所述速度控制器產(chǎn)生的摩擦阻力與連桿D17同中心軸6之間夾角的正切值成正比，同時與連桿C16同中心軸6之間夾角正切值成反比?？紤]到摩擦塊18運行過程中會逐漸磨損減薄，如果連桿D17同中心軸6之間夾角過大，接近90°，則摩擦塊18有可能會脫離管道內(nèi)壁，長距離管道清管摩擦塊18可能存在磨損過大的情況，設(shè)計中摩擦塊18應(yīng)該有足夠磨損余量，所以要求連桿D17與中心軸6尾端方向的夾角為60°?85°。
[0026]如圖3所示，中心軸6設(shè)置臺階，固定兩個背靠背的角接觸球軸承34，角接觸球軸承34安裝到筒體前端25的階梯孔內(nèi)。角接觸球軸承34用軸承壓蓋35加以固定，軸承壓蓋35與筒體前端25之間用螺栓連接，內(nèi)部存貯潤滑脂。中心軸6在安裝角接觸球軸承34段以下加工一個小階梯，方便角接觸球軸承34從中心軸6尾端穿入到前端的安裝臺階處。筒體前端25焊接對稱布置的兩個支座B32，支撐桿3用銷軸33安裝到支座B32上。中心軸6外端，加工鍵槽，通過鍵39周向固定皮帶輪B5、皮帶輪C29，并傳遞扭矩。中心軸6外伸端加工螺紋，并用墊圈38和螺母30固定皮帶輪B5和皮帶輪C29。皮帶輪B5與皮帶輪C29之間，皮帶輪B5和中心軸6與之對應(yīng)的臺階面之間設(shè)置軸向距離調(diào)節(jié)裝置。該裝置包括內(nèi)筒36和外筒37，內(nèi)筒36和外筒37之間用螺紋連接，通過調(diào)整螺紋的旋進(jìn)長度來調(diào)節(jié)內(nèi)筒36和外筒37組合起來的軸向長度，從而調(diào)節(jié)皮帶輪B5、皮帶輪C29的軸向位置。這樣，通過調(diào)整皮帶輪B5和皮帶輪29的軸向距離，可對皮帶4的松緊程度進(jìn)行微調(diào)，降低皮帶4打滑風(fēng)險；同時可以調(diào)整皮帶輪Al相對于皮帶輪B5的位置，保證皮帶4從皮帶輪B5的繞出部分中心線與皮帶輪B5的圓截面平行，防止皮帶4跑偏。
[0027]如圖4所示，定筒15套在中心軸6上，定筒15外部設(shè)置臺階，用以安裝推力球軸承44。轉(zhuǎn)筒14外焊接兩個支座D43，用以安裝連桿B13，轉(zhuǎn)筒14內(nèi)部加工階梯孔，通過階梯孔軸向壓緊在推力球軸承44上。轉(zhuǎn)筒14與定筒15之間相對旋轉(zhuǎn)，通過軸套42連接配合，軸套42和轉(zhuǎn)筒14之間加工螺紋孔，并用螺釘41固定。這樣，連桿B13的拉力通過轉(zhuǎn)筒14和推力球軸承44轉(zhuǎn)化為定筒15的軸向拉力。定筒15與支座C40用螺栓連接，以方便支座C40的拆裝。安裝完成推力球軸承44、軸套42、螺釘41、轉(zhuǎn)筒14之后，再安裝支座C40，支座C40可以軸向固定轉(zhuǎn)筒14，防止轉(zhuǎn)筒14滑脫。
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)械式清管器速度控制器，是由筒體、速度采集輪、皮帶、皮帶輪、彈簧、中心軸、連桿、質(zhì)量塊、轉(zhuǎn)筒、定筒和摩擦塊組成，其特征在于:筒體(9)兩端四個角分別設(shè)置4個支撐輪(8);兩個速度采集輪(2)對稱設(shè)置在兩邊，用支撐桿(3)安裝到筒體(9)前端，用彈簧(7)將筒體(9)前端和支撐桿(3)相連接；速度采集輪(2)上同軸安裝皮帶輪A (1)，用皮帶(4)將其與中心軸(6)端部的皮帶輪B (5)相連接；中心軸(6)中段安裝套筒(10)，中心軸(6)尾段安裝定筒(15)，定筒(15)外套轉(zhuǎn)筒(14);連桿A (11)和連桿B (13) —端鉸接到質(zhì)量塊(12)上，另一端分別鉸接到套筒(10)、轉(zhuǎn)筒(14)上；連桿C (16) —端連接到定筒(15)端部的鉸支座，另一端連接到摩擦塊(18)的鉸支座，連桿D (17) —端連接到筒體(9)端部，另一端連接到摩擦塊(18)的鉸支座。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述清管器速度控制器，其特征在于，速度采集輪(2)的支撐桿(3)與中心軸(6)軸線夾角為65°?88°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述清管器速度控制器，其特征在于，皮帶輪A(I)與皮帶輪B(5)之間傳動比為0.6?1.5 ;兩皮帶輪外沿加工梯形槽，梯形槽深度和寬度之比為0.18?0.22，梯形槽側(cè)壁傾角為34°?65°，梯形槽底面沿軸向加工并排的V字形防滑槽，該槽寬度和深度為1.2?2mm,相鄰槽間距為1.5?3mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述清管器速度控制器，其特征在于，皮帶(4)寬度與皮帶輪槽底部寬度之比為0.95?I ;皮帶(4)截面為矩形，厚度與其寬度之比為0.15?0.2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述清管器速度控制器，其特征在于，轉(zhuǎn)筒(14)與定筒(15)質(zhì)量之和與質(zhì)量塊(12)質(zhì)量之比為0.5?0.9。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述清管器速度控制器，其特征在于，連桿D(17)與中心軸(6)尾端方向的夾角為60°?85°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述清管器速度控制器，其特征在于，皮帶輪B(5)與中心軸(6)臺階面之間、皮帶輪C (29)與皮帶輪B (5)之間分別設(shè)置軸向距離可調(diào)裝置，該裝置包括用螺紋連接而套在一起的內(nèi)筒(36)和外筒(37)，內(nèi)筒(36)與中心軸(6)采用間隙配合。
【文檔編號】B08B9/053GK103551350SQ201310496586
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】梁政, 何虹鋼, 李雙雙, 張 杰, 彭辰, 劉登, 張軼, 范哲 申請人:西南石油大學(xué)