一种可调速清管器及其控速机构的制作方法

本实用新型属于油气管道清管及检测领域，具体涉及一种可调速清管器及其控速机构。

背景技术：

据统计，中国管道里程已经超过12万公里，其中有30%以上的管道运行时间大于10年，存在很大的安全隐患。为保证管道的正常运行，需要定期对管道进行清管和检测作业。清管的目的是清扫管道内的杂物、积液、积污，提高管道输送效率，减少摩阻损失，当清管与检测同时进行时，还可获得管道变形，腐蚀，裂纹等数据并对这些管道缺陷进行精确定位，为后期的管道维护提供可靠信息。目前，主流的清管器主要依靠自身对管道内输送介质的阻滞作用所形成的压差来驱动前进，但由于管道上下游的压力存在波动，特别是近年建成的大口径、高压、高流速长输天然气管道，介质流速已经超过5m/s，瞬间速度可能达到十几米每秒，使得作业装备的运行速度不十分稳定,瞬时运行速度可在0～25m/s之间变化。根据 SY/T 5922-2003《天然气管道运行规范》8.7.4.1 项规定，“清管器运行速度一般宜控制在3.5m/s～5m/s。”当管道作业装备运行速度超过5m/s时，容易出现信号采集不理想,甚至出现检测不到信号的现象,无法完成管道检测任务，更有甚者,由于内检测器运行速度过快,容易造成对管道及运行设备的冲击,造成重大安全事故，损害用户和企业的利益。因此调节内检测器运行速度使其运行在合理的速度范围之内,势必成为在输气管道内检测过程中提高管道检测精度和降低安全事故风险时所面临的问题。

目前国内外主流可调节速度的清管器是通过搭载闭环控制的泄流阀实现实时控速，其原理是调节电机驱动的泄流阀的泄流面积来改变清管器的前后压差，从而控制清管器的速度。

清管器的泄流阀一般采用转阀结构，由转阀动叶片和转阀静叶片组成，这种结构存在许多问题：一、为满足转阀操作扭矩的需求，清管器需要配置大功率电机，携带大容量电池，这将占用清管器的内部空间，减小泄流通道面积，影响速度的可调性；二、转阀一般安装在清管器内部，或者层圆筒状安装在清管器的前端，其泄流面积小，不能快速泄流完成实时控速的目的。

技术实现要素：

本实用新型的目的是：针对现有可调速清管器泄流阀的泄流面积小、操作力矩大的问题，提出一种使用换向轮机构作为动力源的一种可调速清管器及其控速机构，采用换向轮机构后，控速过程中的电力消耗大大减少，同时控速转阀的操作力矩增大，使控速过程更加快速；采用端面泄流的控速转阀增大了旁通流量，使清管器可以在更高流速的天然气管道内平稳运行，同时可提高清管效率。

本实用新型所提供的一种可调速清管器及其控速机构的技术方案是：一种可调速清管器及其控速机构，由骨架、驱动皮碗、支撑皮碗、控速转阀、周向控制机构、里程轮系统组成，一种可调速清管器及其控速机构前端安装有控速转阀，尾部安装有内骨架，内骨架后端周向安装有三组里程轮；控速转阀呈“︹”型结构，由周向控制机构驱动运转，周向控制机构上安装有换向轮机构，换向轮机构上的摩擦轮与管道内壁滚动接触，在电机的驱动下摩擦轮可以换向。

一种可调速清管器及其控速机构的骨架由外骨架和内骨架组成，外骨架前端和后端焊接有安装架，用于安装驱动皮碗、支撑皮碗、转阀安装支架等结构，前端安装架的后面沿圆周开有三个方孔，方孔后焊接有导轨，用于安装周向控制机构；内骨架是一种可调速清管器及其控速机构的内结构件，由加强筋支撑固定在清管器内部，形成悬空的支架，为电器密封仓提供支点，内骨架整体处于清管器泄流通道内部，减小了清管器的长度。

一种可调速清管器及其控速机构的控速转阀安装在外骨架的前端，由转阀固定叶片、转阀转动叶片、转阀安装支架、主轴等组成；转阀安装支架用螺栓固定到外骨架上，其上安装有转阀固定叶片；转阀固定叶片呈“︹”型结构，叶片圆周方向均匀开有6个30度夹角的孔，转阀固定叶片前端加工有凸台，凸台上开有螺纹孔，用于安装轴承端盖（Ⅰ），凸台内部开有通孔，通孔内安装滚动轴承，滚动轴承内圈与主轴前端柱面形成过盈配合；转阀转动叶片与转阀固定叶片嵌套安装，转阀转动叶片圆周方向均匀开有6个30度夹角的孔，转阀转动叶片中部通过平键与主轴连接，其端面通过卡环和主轴上的轴肩进行定位；转阀安装支架用螺栓固定到外骨架上，转阀安装支架中部由4根加强筋支撑形成圆形安装环，圆形安装环的端面安装轴承端盖（Ⅱ），圆形安装环中部安装滚动轴承，滚动轴承内圈与主轴中部的圆柱形成过盈配合；主轴是转阀的主要传动件，主轴前端和中部均安装有滚动轴承，滚动轴承由轴承端盖和轴肩进行定位；转阀转动叶片可以在转阀固定叶片的内腔中转动，转阀转动叶片的开孔与转阀固定叶片的开孔可以相互重叠或错位，形成可控旁通量的泄流通道。

一种可调速清管器及其控速机构的周向控制机构由操作架、换向轮机构安装支架、换向轮机构组成；操作架采用分瓣结构，中间由加强筋支撑一个三分之一的圆环，加强筋需要穿过外骨架中间筒壁上的方孔并延伸至外骨架的内部，三分之一圆环的端面上开有螺纹孔，用于安装端盖（Ⅰ）和端盖（Ⅱ），三分之一圆环的中心圆柱面与主轴后端的圆柱面固定装配；换向轮机构安装支架采用分瓣结构，每个换向轮机构安装支架上均开有两个安装接口，用于安装换向轮机构；换向轮机构由电机驱动换向，其上安装有带减震弹簧的摩擦轮，摩擦轮与管道内壁之间为滚动接触；分瓣的操作架和换向轮机构安装支架可以3个一组合并成圆环结构，采用螺栓锁定后镶嵌装配到外骨架中部的导轨上；当清管器运行时，摩擦轮可以转动一定角度从而将清管器的一部分动能转换为圆周方向的力矩带动操作架和换向轮机构安装支架沿外骨架中部的导轨运动，从而带动主轴旋转，使控速转阀打开或者关闭。

使用本实用新型的一种可调速清管器及其控速机构在管道中运行时，清管器的里程轮系统测定清管器的实时运行速度后将信息传导给控制系统，控制系统对比清管器实时运行速度与预定速度后发出控制指令；当清管器运行速度低于预定速度下限时，控制系统控制转阀转动叶片关闭，具体操作流程是：控制系统发出指令使换向轮机构上的电机做顺时针旋转，带动换向轮机构偏转，当清管器运行时，操作架和换向轮机构安装支架沿外骨架中部的导轨做顺时针旋转，由主轴带动转阀转动叶片关闭，减小泄流通道内的泄流量，使清管器加速；当清管器运行速度超过预定速度上限时，控制系统控制转阀转动叶片打开，具体操作流程是：控制系统发出指令使换向轮机构上的电机做逆时针旋转，带动换向轮机构偏转，当清管器运行时，操作架和换向轮机构安装支架沿外骨架中部的导轨做逆时针旋转，由主轴带动转阀转动叶片打开，增大泄流通道内的泄流量，使清管器减速；当清管器运行速度介于预定速度范围时，转阀开度不变，此时控制系统不发出信号，清管器保持现有速度。

本实用新型提供的一种可调速清管器及其控速机构在传统清管器的基础上增加了周向控制机构和控速转阀，使控速转阀的操作力矩大大提升，同时减少了操作过程中的电力损耗，使清管器在大口径、高压长输天然气管道中的速度控制效率大大提高，使清管器的清管过程更加高效、安全。

附图说明

图 1 为本实用新型一种可调速清管器及其控速机构正视图。

图 2 为本实用新型控速转阀三维爆炸视图。

图 3 为本实用新型周向控制机构三维爆炸视图。

图 4 为本实用新型一种可调速清管器及其控速机构三维视图。

图 5 为本实用新型换向轮机构三维视图。

图 6 为本实用新型控速转阀泄流通道完全关闭状态视图。

图 7 为本实用新型控速转阀泄流通道部分打开状态视图。

图 8 为本实用新型控速转阀泄流通道完全打开状态视图。

其中 1- 转阀固定叶片；2- 转阀转动叶片；3- 螺栓；4- 转阀安装支架；5- 前支撑皮碗；6- 前隔板；7- 前驱动皮碗；8- 外骨架；9- 螺栓；10- 后支撑皮碗；11- 后隔板 ；12- 后驱动皮碗；13-内骨架；14- 里程轮系统；15- 轴承端盖（Ⅰ）；16- 滚动轴承；17- 主轴；18- 滚动轴承；19- 轴承端盖（Ⅱ）；20- 换向轮机构；21- 螺栓；22- 螺栓；23- 螺栓 ；24- 螺栓；25- 操作架；26- 螺栓；27- 端盖（Ⅰ）；28- 螺栓；29- 换向轮机构安装支架； 30- 螺栓；31- 螺母；32- 端盖（Ⅱ）；33- 摩擦轮；34- 转动支架；35- 电机；36- 传动齿轮（Ⅰ）；37- 传动齿轮（Ⅱ）；38- 电机安装支架；39- 减震弹簧；40- 摩擦轮安装支架。

具体实施例

下面结合附图对本实用新型做进一步说明，但本实用新型并不局限于此实施例。

实施例：以本例来说明本实用新型的具体实施方式并对本实用新型作进一步的说明。本例是φ813mm一种可调速清管器及其控速机构，其构成如图1和图4所示。清管器主要部件有外骨架8、内骨架13、驱动皮碗、支撑皮碗、控速转阀、周向控制机构、里程轮系统14。外骨架8外周前端从前到后依次安装有转阀安装支架4、前支撑皮碗5、前隔板6、前驱动皮碗7，由圆周布置的12颗M20×200mm的螺栓3与螺母连接固定到外骨架8前端的法兰上；外骨架8外周后端从前到后依次安装有后支撑皮碗10、后隔板11、后驱动皮碗12、内骨架13，由圆周布置的12颗M20×200mm的螺栓9与螺母连接固定到外骨架8后端的法兰上；在内骨架13后端周向安装有三组里程轮，共同构成了里程轮系统14。

如图1和图4外骨架8：总长1000mm，内径430mm，外径470mm；前后焊接有安装架，安装架直径600mm，宽20mm，安装架圆周方向上打有12个φ22mm通孔；内骨架13中部沿圆周方向开有3个方孔，每个方孔宽20mm，圆周方向夹角为60度，方孔后焊接有圆周方向的导轨，导轨宽10mm。

如图1和图2控速转阀：控速转阀由转阀固定叶片1、转阀转动叶片2、转阀安装支架3、主轴17等组成；转阀固定叶片1：转阀固定叶片1由钢板焊接而成，整体呈“︹”型结构,叶片侧面有开口，开口间隔30度排列，共6个，转阀固定叶片1前端加工有凸台，凸台端面上加工有螺纹孔，用于安装轴承端盖（Ⅰ）15，凸台内有通孔，用于安装滚动轴承16，滚动轴承16内圈与主轴17的前端柱面形成过盈配合，转阀固定叶片1的后端加工有法兰，法兰沿圆周加工有12个直径14mm的通孔，装配时使用M12×25mm的螺栓穿过转阀固定叶片1法兰的通孔与转阀安装支架3固定连接。

如图1和图2转阀转动叶片2：转阀转动叶片2结构与转阀固定叶片1类似，装配时嵌套安装于转阀固定叶片1内腔里面，转阀转动叶片2中心加工有中空的圆柱体，圆柱体前端与主轴17前端的轴肩配合，中部采用平键与主轴17连接，采用卡环定位；如图6-图8转阀转动叶片2可以随主轴17在转阀固定叶片1内腔内转动，其叶片间的开口与转阀固定叶片1的开口配合形成不同的泄流通道面积，用于调节清管器的泄流流量，从而控制清管器的速度。

如图1和图2转阀安装支架3：转阀安装支架3为圆盘结构，厚度为30mm圆周加工有12个直径22mm的通孔，转阀安装支架3中心加工有圆环结构，由4根加强筋固定，中心圆环结构的端面加工有螺纹孔用于安装轴承端盖2，转阀安装支架3中心圆环结构的内部装配有滚动轴承18，滚动轴承18的内圈与主轴中部形成过盈配合由轴肩进行定位。

如图3周向控制机构：周向控制机构由操作架25、换向轮机构安装支架29、换向轮机构2组成；操作架25和换向轮机构安装支架29采用分瓣结构，单个分瓣结构采用120度剖分，当3个分瓣结构合并装配时即可呈现完整的圆环结构；操作架25中心有分瓣圆环结构，分瓣圆环结构端面加工有螺纹用于安装端盖（Ⅰ）27和端盖（Ⅱ）32，使用螺栓26和螺母31固定，圆环结构中心固定主轴17的后端；换向轮机构安装支架29上加工有两个宽度为60mm的安装接口，用于安装换向轮机构20。

如图5换向轮机构20：换向轮机构20由摩擦轮33、摩擦轮安装支架40、减震弹簧39、转动支架34、电机安装支架38、电机35、传动齿轮等组成；摩擦轮33安装于摩擦轮安装支架40上，摩擦轮安装支架40与转动支架34通过铆钉连接，连接部分可以转动，连接部分后端装配有减震弹簧39，转动支架34上端连接传动齿轮（Ⅱ）37，传动齿轮（Ⅱ）37的轴穿过电机安装支架38并可绕其转动，电机安装支架38上装有电机35，电机35前端安装有传动齿轮（Ⅰ）36，传动齿轮（Ⅰ）36与传动齿轮（Ⅱ）37相互啮合，带动摩擦轮33换向。

当清管器需要调节运行速度时，控制系统发出指令使换向轮机构20上的电机35旋转，带动换向轮机构20偏转，当清管器运行时，操作架25和换向轮机构安装支架40沿外骨架8中部的导轨运动，由主轴17带动转阀转动叶片2打开或关闭，从而调节泄流通道内的泄流量，使清管器运行在合适的速度范围内。

上述实施例证明，一种可调速清管器及其控速机构提供的周向控制机构和控速转阀可以实现清管器阀门操作和控速的要求，并且使清管器的运行过程更加平稳，清管效果更好。