一种集输管道可控速的缓蚀剂涂膜装置的制作方法

本发明属于油气储运管道防腐领域，特别是涉及一种集输管道可控速的缓蚀剂涂膜装置。

背景技术：

在气田开采中，由于气体中经常含有大量酸性腐蚀气体以及高含硫气体，当管道内产生积液时，形成的酸性液体便会对管道产生严重腐蚀，使管道开裂以及穿孔，从而造成气体泄漏和管道破裂等严重事故。目前对管道内部进行缓蚀剂涂膜时，常在管道中送入两个清管器，从而在两个清管器之间加注缓蚀剂，并放入带有毛刷的涂膜器，随着清管器向前运动，涂膜器将旋转，毛刷将携带缓蚀剂涂在管道内壁。但在实际应用中，当清管器运行速度过快时，将导致密封皮碗的磨损加快，从而无法使两个清管器之间的缓蚀剂形成封闭液柱，造成缓蚀剂漏失，此现象在管道下坡时最为明显。此外当缓蚀剂被消耗至无法充满整个管道甚至更少时，由于毛刷的携带能力有限，同样将导致管道顶部涂膜的缓蚀剂质量无法保证，造成管道顶部的局部腐蚀。

发明专利cn105381933b公开一种集输管道缓蚀剂涂膜器。该装置的核心部件是放于两个清管器中间的带毛刷的涂膜器，在气体压力推动下清管器向前运动，涂膜器与清管器之间的缓蚀剂一起向前运动，旋转的涂膜器利用毛刷将缓蚀剂涂在管道内壁。但该装置在运行过程中，当清管器运行速度较快时，密封皮碗的磨损将增加，从而无法将缓蚀剂封存在两个清管器之间，使缓蚀剂漏失。此外，在涂膜过程中由于缓蚀剂的消耗，缓蚀剂在管道内的液面不断下降，当下降到一定程度时，由于毛刷的携带作用有限，将导致管道上部无法有效涂膜。且涂膜过程中，由于清管器与管壁的摩擦，后方清管器也会将预先涂好的缓蚀剂破坏。

美国专利us6874193公开一种喷射型缓蚀剂涂膜器。该装置的核心部件是依靠头部的喷嘴，喷嘴为文丘里喷嘴。该装置的原理是利用文丘里管使推动清管器运行的气体，在文丘里管出口变成低压高速气体，利用虹吸原理将管道的液体吸入喷嘴，液体由高速气体携带一起喷出形成喷雾，进而对管道内壁喷涂缓蚀剂。但该装置在运行过程中严重受到清管器后方气体的影响，造成喷雾不稳定，不能达到预期效果。

发明专利cn102266838公开一种集输管道缓蚀剂涂膜器。该装置主要是利用电池驱动电机，电机带动叶轮及其叶片旋转，利用叶片将管道下部的缓蚀剂携带并涂在管道内壁。但该装置在运行过程中由于电池电量有限，无法长时间运行，故无法广泛使用。

因此，如何克服涂膜刷的携带能力有限，现有缓蚀剂涂膜器在管道运行过程中速度过快造成缓蚀剂的漏失，以及涂膜不均匀，成为同行从业人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种集输管道可控速的缓蚀剂涂膜装置。

本发明提供一种集输管道可控速的缓蚀剂涂膜装置，包括：可控速部件及涂膜器；其中：

所述可控速部件内部为高压储气筒；所述高压储气筒外周套设至少一个密封皮碗；

所述高压储气筒的前端安装有速度控制阀和第一组旋转机构；所述高压储气筒的后端安装有第二组旋转机构和第一连接环；第一组所述旋转机构从轴向速度分解出一个旋转速度使所述高压储气筒和所述速度控制阀旋转；

所述高压储气筒外壁沿周向均匀安装有多个周向转动轴承和两组轴向转动轴承；其中，每组轴向转动轴承包括多个在周向均匀分布的轴向转动轴承；

所述涂膜器的筒体内部中空用来储存缓蚀剂，筒体外周设有出液槽和涂膜刷；所述筒体的前后两端分别安装动力机构；其中，所述筒体的前端设有第二连接环；

所述第一连接环与所述第二连接环连接；

当所述涂膜装置超过预设速度时，所述速度控制阀开启。

在一个实施例中，所述速度控制阀的阀体内设有圆锥形阀瓣、伸缩阀杆、压缩弹簧、上顶盖和配重环；

所述圆锥形阀瓣与伸缩阀杆通过螺纹连接；所述伸缩阀杆与阀体之间通过填料函密封；

所述伸缩阀杆中间设有变径环，所述变径环与上顶盖之间设有预设弹力的压缩弹簧；

所述伸缩阀杆顶部与所述配重环之间通过螺纹连接。

在一个实施例中，所述压缩弹簧的弹力与所述涂膜装置的预设速度υ、旋转的伸缩阀杆和配重环产生的离心力f离相关，根据公式①计算如下：

式中，f合为离心力f离、伸缩阀杆重力和配重环重力三者之和，单位为n；ω为装置运行速度υ时速度控制阀旋转的角速度，单位为rad/s；l杆为伸缩阀杆的长度，单位为m；m为伸缩阀杆单位长度的重量，单位为kg；l配为配重环距中心轴线的垂直距离，单位为m；m配为配重环的重量，单位为kg；g为重力加速度9.8m/s²；

所述压缩弹簧的弹力f弹与所述涂膜装置以预设速度υ运行时的合力f合相等。

在一个实施例中，所述高压储气筒的后端还安装有单向阀；

所述单向阀由圆台型阀瓣、开启弹簧和充气口组成；

所述开启弹簧套设于圆台型阀瓣外周，当所述充气口处的压力大于所述开启弹簧的弹力时，圆台型阀瓣将被打开。

在一个实施例中，所述旋转机构包括方形支座；所述方形支座的每一面上均设有方形套筒、伸缩支撑杆、内置弹簧和滚动轮；

所述内置弹簧位于所述方形套筒中，所述伸缩支撑杆位于所述内置弹簧上；所述滚动轮位于滚轮支座上；所述滚轮支座固定在所述伸缩支撑杆的一端；

位于方形支座四个面上的所述滚动轮均与管道轴线成45°且偏转方向一致。

在一个实施例中，所述涂膜器的筒体前端还包括转动轴：所述第二连接环固定在所述转动轴上；

所述转动轴根部的前端和后端分别放置有一个推力轴承，由轴承盖和后基座将两个推力轴承固定在其中。

在一个实施例中，所述涂膜器的筒体外壁沿周向均匀布置多组涂膜刷，在每组涂膜刷之间布置一个半圆柱出液槽；

所述筒体内部对应所述半圆柱出液槽处安装有半圆柱出液阀，所述半圆柱出液阀的一端螺纹连接一个旋钮；

所述筒体的内部均匀设有多个分液隔板，可使内部缓蚀剂与所述涂膜器一起旋转。

在一个实施例中，所述筒体的后端安装有储液盖，所述储液盖与所述筒体之间设有橡胶垫圈；

所述储液盖上设有方形基座，所述方形基座上安装一组所述动力机构。

在一个实施例中，所述动力机构由圆形套筒、旋转套筒、伸缩支撑杆、内置弹簧、滚轮支座和滚动轮组成；

所述圆形套筒上设有多个螺纹定位孔，所述旋转套筒的根部也设有多个螺纹定位孔；

所述内置弹簧位于旋转套筒中，所述伸缩支撑杆位于所述旋转套筒的内置弹簧上；

所述滚动轮位于滚轮支座上，所述滚轮支座固定在所述伸缩支撑杆上；

所述旋转套筒经过转动使滚动轮与管道轴线成预设角度α，并通过定位螺栓固定。

在一个实施例中，所述夹角α由下式②计算：

式中，α为滚动轮与管道中心轴线夹角，所述夹角为角度，单位为°；d为管道内径，mm；n为涂膜器上涂膜刷的组数；l为单个涂膜刷在涂抹过程中沿轴向前进的长度，mm；l周为涂膜器旋转一周时单个涂膜刷沿周向扫过的长度，mm，即

由以上计算确定，当且仅当l＝l刷且涂膜刷的涂膜均匀。

本发明提供了一种集输管道可控速的缓蚀剂涂膜装置，与现有缓蚀剂涂膜器相比，具有以下优点：

(1)可控速部件内部安装高压储气筒，在高压储气筒前端安装的速度控制阀，能够反应速度的大小，当速度超过预设值时，阀门将被打开，使高压储气筒的气体喷出，从而减速；

(2)高压储气筒的尾部安装一个单向阀，当高压储气筒内气体压力较低，小于涂膜器后方压力时，单向阀将开启，此时若速度超过预设值，则速度控制阀将处于开启状态，从而形成一个泄流通道，使装置达到减速的目的；

(3)涂膜器内部安装的多个分液隔板，使缓蚀剂与涂膜器一起旋转，从而使缓蚀剂在离心力作用下被甩出，避免由于毛刷携带能力有限，使管道顶部涂膜不均匀。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的集输管道可控速的缓蚀剂涂膜装置在管道内布置示意图。

图2为本发明实施例提供的可控速部件纵向剖面图及其局部示意图。

图3为本发明实施例提供的涂膜器纵向剖面图及其局部示意图。

图4为本发明实施例提供的涂膜器横向剖面图及其局部示意图。

图5为本发明实施例提供的单个涂膜刷涂膜路径平面展开图。

附图中：1-可控速部件；2-涂膜器；3-第一连接环；4-第二连接环；5-速度控制阀；6-旋转机构；7-高压储气筒；8-密封皮碗；9-单向阀；10-涂膜刷；11-半圆柱出液槽；12-动力机构；13-轴向转动轴承；14-周向转动轴承；15-圆锥形阀瓣；16-伸缩阀杆；17-填料函；18-变径环；19-压缩弹簧；20-上顶盖；21-配重环；22-伸缩支撑杆；23-方形套筒；24-内置弹簧；25-圆台型阀瓣；26-开启弹簧；27-充气口；28-滚动轮；29-滚轮支座；30-转动轴；31-轴承盖；32-推力轴承；33-后基座；34-定位螺栓；35-圆形套筒；36-旋转套筒；37-螺纹定位孔；38-半圆柱出液阀；39-橡胶垫圈；40-旋钮；41-储液盖；42-方形基座；43-分液隔板。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1-2所示，本发明提供的一种集输管道可控速的缓蚀剂涂膜装置，包括可控速部件1和涂膜器2；

其中：

可控速部件1外部设有至少一个密封皮碗8，内部设有高压储气筒7；高压储气筒7的前端装有速度控制阀5和一组旋转机构6，旋转机构6从轴向速度分解出一个旋转速度使高压储气筒7和速度控制阀5旋转，高压储气筒7的后端装有一组旋转机构6和第一连接环3；

在高压储气筒7外壁沿周向均匀安装有多个周向转动轴承14和两组轴向转动轴承；其中，每组轴向转动轴承包括多个在周向均匀分布的轴向转动轴承13；

参照如图1所示，比如可在高压储气筒的外部套设两个密封皮碗，分别位于高压储气筒的前部和后部，其外壁沿周向均匀安装有8个周向转动轴，且4个周向转动轴承为一组；高压储气筒的外壁还安装有2组轴向转动轴，每组包括两个在外壁上对立分布的轴向转动轴承。

参照图1所示，该涂膜器2的筒体内部中空用来储存缓蚀剂，筒体外周设有出液槽和涂膜刷10；筒体的前后两端分别安装动力机构12；其中，在筒体的前端设有第二连接环4；

可控速部件1与涂膜器2通过第一连接环3和第二连接环4实现相连，整体置于管道中；如图1所示，在管道的右侧注入高压气体，在气体压力推动下整个装置向前运动，动力机构旋转，带动涂膜器旋转，并利用涂膜刷将缓蚀剂涂在管道内壁。可控速部件内部安装高压储气筒，在高压储气筒前端安装的速度控制阀，能够反应速度的大小。当涂膜装置在运行过程中，运行速度超过预设值时，速度控制阀的阀门将被打开，使高压储气筒的气体喷出，从而减速。

进一步地，如图2所示，速度控制阀5的阀体内有圆锥形阀瓣15，圆锥形阀瓣15与伸缩阀杆16通过螺纹连接，伸缩阀杆16与阀体之间通过填料函17密封，伸缩阀杆16中间有变径环18，在变径环18与上顶盖20之间有压缩弹簧19，伸缩阀杆16顶部通过螺纹连接配重环21。上述填料函17，比如可采用摩擦系数小且回弹率高的柔性石墨填料，本发明对此不作限定。

其中，压缩弹簧19的选择，决定了涂膜装置的精确控制，压缩弹簧(19)的弹力与涂膜装置的预设速度υ、旋转的伸缩阀杆16和配重环21产生的离心力f离相关，根据公式①计算如下：

式中，f合为离心力f离、伸缩阀杆重力和配重环重力三者之和，单位为牛顿，符号n；ω为整个涂膜装置运行速度υ时速度控制阀5旋转的角速度，单位为rad/s；l杆为伸缩阀杆的长度，单位为m；m为伸缩阀杆单位长度的重量，单位为kg；l配为配重环距中心轴线的垂直距离，单位为m；m配为配重环的重量，单位为kg；g为重力加速度9.8m/s²；

由以上计算安装适当的压缩弹簧19，使其压缩弹簧19的弹力f弹与涂膜装置以预设速度υ运行时的合力f合相等。

举例来说，以某管道为例，设定的涂膜装置的速度υ，当速度超过规定速度υ时，此时合力f合大于弹力f弹，压缩弹簧19被压缩，伸缩阀杆与圆锥形阀瓣一起沿径向向外移动，从而速度控制阀开启，高压气体反向喷出。

进一步地，为了更好的实现减速的目的，如图1所示，在高压储气筒7的后端还安装单向阀，不仅仅是作为充气的入口。具体地，如图2所示，该单向阀9由圆台型阀瓣25、开启弹簧26和充气口27组成，开启弹簧26套于圆台型阀瓣25周围，当充气口27处的压力大于开启弹簧26的弹力时，圆台型阀瓣25将被打开。

即：当高压储气筒内气体压力较低，小于后方压力(可控速部件与涂膜器之间)时，单向阀将开启，此时若涂膜装置的速度超过预设值时，则速度控制阀将处于开启状态，从而三者形成一个泄流通道，使装置达到减速的目的。

进一步地，如图2所示，可控速部件1上的旋转机构6包括方形支座42，在方形支座42的每一面上均设有方形套筒23、伸缩支撑杆22、内置弹簧24和滚动轮28。

其中，内置弹簧24位于方形套筒23中，伸缩支撑杆22位于方形套筒中的内置弹簧24上，滚动轮28位于滚轮支座29上，两者一起固定在伸缩支撑杆22的一端，位于方形支座42四个面上的滚动轮28均与管道轴线成45°且偏转方向一致，使旋转速度与可控速部件1前进速度相同。

在一个实施例中，参照图3-4所示，涂膜器2的筒体前端还包括转动轴30、方形基座42；其中，第二连接环4一端固定在转动轴30上；转动轴30位于方形基座42上，方形基座42外围安装动力机构12。

第二连接环4另一端与第一连接环3相连；转动轴30使可控速部件1与涂膜器2能够相对转动，转动轴30根部的前端和后端分别放置有一个推力轴承32，其通过轴承盖31和后基座33进行固定；轴承盖31、后基座33和推力轴承32均位于方形基座42的内部，且方形基座42外部的四个面上安装有一组动力机构。上述推力轴承的作用，使转动轴承载涂膜器产生的拉力，并保证转动轴的转动。

在一个实施例中，涂膜器2中部为筒体，用来储存缓蚀液，筒体的外壁沿周向均匀布置多组涂膜刷10，在每组涂膜刷10之间有一个半圆柱出液槽11。筒体内部对应的半圆柱出液槽11处安装有半圆柱出液阀38，其螺纹端安装一个旋钮40，用于开关半圆柱出液阀38；同时，筒体的内部还设有多个分液隔板，可使内部缓蚀剂与涂膜器2一起旋转，从而使缓蚀剂能够在离心力作用下被甩出。避免由于毛刷携带能力有限，使管道顶部涂膜不均匀。

参照图4所示，比如设置6组涂膜刷，在每组涂膜刷之间有一个半圆柱出液槽；同时在筒体的内部6个分液隔板，将涂膜刷组数与分液隔板设置为相同数量，进一步提高了涂膜均匀。

如图3所示，涂膜器2的后端安装有储液盖41，储液盖41与筒体之间设有橡胶垫圈39，避免筒体与储液盖41之间存在缝隙，从而导致缓蚀液的流失；储液盖41上设有方形基座42，方形基座42上设有一组动力机构12。

如图3所示：动力机构12由圆形套筒35、旋转套筒36、伸缩支撑杆22、内置弹簧24、滚动轮28和滚轮支座29组成。其中圆形套筒35周围有数个螺纹定位孔37，且在旋转套筒36的根部也开有数个螺纹定位孔37，内置弹簧24位于旋转套筒36中，伸缩支撑杆22位于旋转套筒36的内置弹簧24上；滚动轮28位于滚轮支座29上，滚轮支座29固定在伸缩支撑杆22上。

转动旋转套筒36使滚动轮28与轴线成特定角度α，以保证能够均匀涂膜，之后用定位螺栓34固定角度。

如图5所示，上述夹角α由下式②计算：

式中，α为滚动轮28与管道中心轴线夹角，所述夹角为角度，单位为°，即：度；d为管道内径，mm；n为涂膜器2上涂膜刷10的组数；l为单个涂膜刷10在涂抹过程中沿轴向前进的长度，mm；l周为涂膜器2旋转一周时单个涂膜刷10沿周向扫过的长度，mm，即

由以上计算确定，当且仅当l＝l刷且涂膜刷10的涂膜均匀。

本实施例中，本发明提供的集输管道可控速的缓蚀剂涂膜装置，工作原理如下：

当该涂膜装置组装完毕并置于发送筒中，如图1所示，管道右方开始通入高压气体，由于密封皮碗使可控速部件在管道内形成封隔，所以可控速部件在高压气体的压力推动下以一定速度向前运动，涂膜器在第一连接环的拉力作用下一起向前运动。

位于旋转机构与动力机构上的滚动轮与管道轴线成45°及夹角α，滚动轮从轴向速度分解出一个周向速度，周向速度使可控速部件与涂膜器分别做旋转运动。

作业过程中，若可控速部件的轴向速度大于预设速度υ时，则合力f合大于弹力f弹，压缩弹簧被压缩，伸缩阀杆与圆锥形阀瓣一起沿径向向外移动，从而速度控制阀开启，高压储气筒内的高压气体反向喷出，从而达到减速的目的；

此外，当高压储气筒内气体压力较低，小于后方压力(可控速部件与涂膜器之间)时，单向阀将开启，此时若涂膜装置的速度超过预设值υ时，则速度控制阀将处于开启状态，从而三者形成一个泄流通道，此时装置也可实现减速的目的。涂膜器的旋转，将使涂膜器内的缓蚀剂一起旋转，在离心力作用下，缓蚀剂从半圆柱出液槽流出，由涂膜刷携带并涂于管道内壁，由此完成整个作业过程。

举例来说，本发明提供的集输管道可控速的缓蚀剂涂膜装置，在具体操作时，可参照如下步骤：

步骤一：根据装置在管线内最佳运行速度υ，安装适当的压缩弹簧19，因此求出当速度等于υ时，旋转的伸缩阀杆16和配重环21产生的离心力f离，并求出离心力f离与伸缩阀杆16和配重环21自重形成的合力f合，合力f合由下式①计算：

式中，f合为离心力f离、伸缩阀杆重力和配重环重力三者之和，单位为牛顿，符号n；ω为装置运行速度υ时速度控制阀(5)旋转的角速度，单位为rad/s；l杆为伸缩阀杆(16)的长度，单位为m；m为伸缩阀杆(16)单位长度的重量，单位为kg；l配为配重环(21)距中心轴线的垂直距离，单位为m；m配为配重环(21)的重量，单位为kg；g为重力加速度9.8m/s²；

由以上计算安装适当的压缩弹簧19，使其弹力f弹与合力f弹相等；

步骤二：根据管线下坡段数量，在可控速部件1的高压储气筒7内充入一定量的高压气体，之后将可控速部件1置于管道内；比如：根据管线下坡段数量、每个下坡段可控速部件预计喷气时间，以及高压储气筒内某压力下的气体在其速度控制阀开启时持续喷气时长，以此在可控速部件的高压储气筒内充入适量的高压气体。

步骤三：关闭涂膜器2的半圆柱出液阀38，并根据涂膜管线的长度加注预设量的缓蚀剂；比如：根据涂膜管线的长度、缓蚀剂涂膜厚度和管道内径等，加注适量的缓蚀剂。

步骤四：为保证涂膜器2能够涂膜均匀，调节涂膜器2上动力机构12的滚动轮28与管线轴线的夹角α，夹角α由下式②计算：

式中，α为滚动轮28与管道中心轴线夹角，所述夹角为角度，单位为°，即：度；d为管道内径，mm；n为涂膜器2上涂膜刷10的组数；l为单个涂膜刷10在涂抹过程中沿轴向前进的长度，mm；l周为涂膜器2旋转一周时单个涂膜刷10沿周向扫过的长度，mm，即

由以上计算确定，当且仅当l＝l刷且涂膜刷的涂膜均匀；

步骤五：将涂膜器2通过第一连接环3和第二连接环4与可控速部件1相连，并送入管道中。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。