本发明属于海底石油管道清洁领域，具体地，涉及一种海底石油管道自适应式阶梯形管道清洁猪，可以有效清理石油管道内壁附着的泥沙、蜡等污垢。
背景技术：
清管是管道投产前或运行中的一项重要工作，目的是提高管道清洁度和输送效率，对于保证管道安全、降低管道能耗具有重要意义。常见的管道清洁器包括轮式、履带式、无轮式和pig(管道猪)，前三者属于主动运动式，管道猪属于被动运动方式。由于海底石油管道位于海床下面，不能设置分段阀，因此使用主动运动方式的管道清洁器容易出现因没动力而堵死在管道内部的情况，造成巨大的经济损失，而被动式的管道猪在这一方面具有显著的优势。管道猪主要是通过装置前后的压力差来克服摩擦阻力从而实现前进运动。
目前，管道猪存在以下问题：管道猪在运行过程中，当遇到体积较大的污垢时，其产生的阻力会接近甚至大于驱动力，这时就会发生卡堵现象，导致海底管道报废；虽然，目前对于解堵已经有了好多方法，如高压水射流，但由于海底管道距离较长，当管道猪离开发射器很远距离后，高压水射流的作用就会显得微乎其微。
技术实现要素：
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种海底石油管道自适应式阶梯形管道清洁猪，本装置能够分六次刮削管道内壁的污垢，大大提高了管道的清洁质量与管道猪在管道中的通过性；在两个刮板之间设置有可变径支撑轮机构，在第一个刮板结束工作时，会产生较为平整的接触面，有利于支撑轮的通过，在一定程度上减小了管道猪运行时所受到的摩擦力。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种新型的海底石油管道自适应式阶梯形管道清洁猪，能够有效的清除管道内壁附着的泥沙、蜡等污垢。本装置由驱动机构，支撑机构，清洁机构，连接机构等组成。驱动机构通过螺栓与连接机构连接，清洁机构通过螺栓与连接结构上的法兰相连接，可变径支撑机构均布在圆柱形刚体外围，辅助搬运机构通过螺栓与驱动机构相连接。
驱动机构由尾部挡板、皮碗、第一节刚体的法兰组成；三者均通过8个圆周均布的螺栓依次连接，皮碗相对管径有一定的过盈量，因此能产生较好的密封性，向管道内部输入流体介质，在皮碗的前后会形成压力差，从而克服阻力前进。
支撑机构由皮碗、可变径支撑轮组成，其中，可变径支撑轮由轮子、支撑臂、螺母、轴、连杆、弹簧组成；支撑轮通过螺母、轴与支撑臂连接，支撑臂与连杆通过螺纹连接，弹簧的一端固定在连杆底部，另一端固定在第二节刚体表面的缸体内部，三个可变径支撑轮圆周均布在圆柱形刚体外围；当管径发生变化时，通过弹簧的弹性作用来驱动连杆对管径的自适应，三个可变径支撑轮圆周均布在圆柱形刚体外围；皮碗与管道内壁紧密贴合也具有一定的支撑作用。
清洁机构由两个直径不一样的圆形刮板组成，两个刮板沿轴线通过8个均布的螺栓与两侧的法兰相连接；直径大的一方称为第一阶刮板，直径小的一方称为第二阶刮板，每个刮板均具有三阶，减小了刮板的直径，有效的减小了本装置的重量，一定程度上减小了对驱动力的要求。
连接机构均为圆柱形刚体，分为第一节与第二节；第一节为靠近皮碗一方，第二节为安装有支撑轮一方，其中第一节与皮碗连接处设计了8条圆周均布的加强筋，两端均设计有连接法兰；第二节两端均设计有连接法兰，在第二节中间位置设计了三个圆周均布的缸体，缸体内部安装弹簧。
在尾部挡板上面设计了吊耳，在头部挡板设计了8条圆周均布的加强筋。在现场搬运时尤其是垂直投放管道猪时，吊耳的存在将使工作更加简单化。
本发明具有如下有益效果：与其它现有的管道清洁猪相比较，在能够出色完成清理管道的基础上，其通过性得到了加强；当遇到体积较大的污垢时，普通清洁管道猪是通过一次刮削来完成的，其受到的阻力较大，易发生卡堵现象，而本发明由于采用了阶梯形的刮板，故只需通过控制每阶刮板的刮削量来控制其所受到的阻力，具有良好的通过性；另外，支撑轮通过弹簧与本装置的第二节刚体连接，在管径发生变化时，受到弹簧的弹性作用，会自动适应管道的变化，将支撑轮安装在第一阶刮板与第二阶刮板之间，当管道猪运行时，第二阶的刮板先行进行清污，这就预先形成了一个表面平整的接触面，这样就会大大提高支撑轮在管道的通过性，减小了管道猪所受到的摩擦力。
附图说明
图1是管道清洁猪主视图；
图2是管道清洁猪俯视图；
图3a是第一阶刮板的全剖视图；
图3b是第一阶刮板的俯视图；
图4是管道清洁猪可变径支撑结构示意图；
图5是管道清洁猪第一节刚体全剖图；
图6是管道清洁猪吊耳装配示意图；
图7是管道清洁猪的轴测图；
图中：1、头部挡板，2、螺栓，3、弹簧垫圈，4、螺母，5、第二阶刮板，6、轴，7、支撑臂，8、螺母，9、支撑轮，10、第一阶刮板，11、螺栓，12、弹簧垫圈，13、螺母，14、皮碗，15、吊耳，16、第一节刚体，17、第二节刚体，18、伸缩杆，19、弹簧，20、尾部挡板。
具体实施方式
如图1、图2所示，海底石油管道清洁猪在正常工作时，包含20个部分：1、头部挡板，2、螺栓，3、弹簧垫圈，4、螺母，5、第二阶刮板，6、轴，7、支撑臂，8、螺母，9、支撑轮，10、第一阶刮板，11、螺栓，12、弹簧垫圈，13、螺母，14、皮碗，15、吊耳，16、第一节刚体，17、第二节刚体，18、伸缩杆，19、弹簧，20、尾部挡板。
整个管道清洁猪为阶梯形结构，头部挡板1和第二阶刮板5通过螺栓2弹簧垫圈3螺母4连接，第二阶刮板5和第二节刚体17的头部法兰通过螺栓2弹簧垫圈3螺母4连接，第二节刚体17的尾部法兰和第一阶刮板10通过螺栓11弹簧垫圈12螺母13连接，第一阶刮板10和第一节刚体16通过螺栓11弹簧垫圈12螺母13连接，第一节刚体16和皮碗14通过与螺栓11弹簧垫圈12螺母13同型号的螺栓、弹簧垫圈、螺母连接，尾部挡板20和皮碗14通过上述螺栓、弹簧垫圈、螺母连接，吊耳15和尾部挡板20通过螺纹连接，在第二节刚体17的外表面均布三个缸体，弹簧19的一端固定在所述缸体底部，另一端与伸缩杆18的底部相连，伸缩杆18和支撑臂7通过螺纹连接，支撑臂7和第二节刚体17通过轴6螺母8连接，支撑轮9和支撑臂7通过与轴6螺母8同型号的轴、螺母连接。
如图1所示，皮碗14、第一阶刮板10、第二阶刮板5、头部端板1均沿轴线分布，三个支撑轮9均布在第一阶刚体17的圆柱外表面上。
如图2所示，尾部端板20和皮碗14通过螺栓连接，螺栓圆周均布在尾部端板上，在尾部端板的中心安装有吊耳。
图3a、3b所示为第一阶刮板10，设计有三阶台阶，清理污垢时可以逐阶进行清理，在驱动力不变的条件下，通过控制每阶的高度来实现对所受阻力的调整，使本发明的管道猪的通过性大大加强；第一阶刮板上表面圆周均布8个螺栓孔，用于与本装置的其他机构相连接。
如图4所示，支撑轮9通过弹簧19的弹性作用可以适应不同管径的变化，在管道猪工作期间，支撑轮受到的摩擦力为滚动摩擦，由于第二阶刮板5已经进行了清理工作，为支撑轮提供了较为平整的接触面，因而在一定程度上减轻了管道猪所受到的摩擦力。
如图5所示，管道猪主体为中空结构，有效的减轻了管道猪的质量，皮碗14在受到压力作用时，会将压力传递到第一节刚体，为了防止发生变形和断裂，在尾部设计有加强筋。
如图6所示，吊耳15和尾部端板20通过螺纹连接，尾部端板20设计有螺栓孔。吊耳15的存在能够减轻现场施工对人力的要求，也能在一定程度上防止管道猪受到损害，由于吊耳15安装在尾部断面，因而更适用于垂直投放管道猪的情况。
图7所示为管道清洁猪的轴测图，第一阶刮板10、第二阶刮5板均通过法兰与管道猪主体相连，管道猪结构比较紧凑、简单，在安装维修时更加易于操作，刮板各阶的高度差通过安装不同尺寸的刮板来控制。
本发明的操作方式如下：
1、在投放管道猪之前应该根据管道内径选择合适的刮板。
2、工作前对连接处螺栓进行松紧程度检查。
3、工作前对可变径支撑轮的伸缩性进行检查，保证其具有良好的伸缩性能。
4、将管道猪投放之后，要实时监测流体介质的压力变化。
5、在管道末端，要留出一定的安全区域，防止管道猪出管时对人造成伤害。