CN109513699A - 一种新型输油管道自解堵清管器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海底石油管道清洁领域，涉及一种新型输油管道自解堵清管器，可以在清管器发生卡堵时自行解堵，能够实现轴向冲击和周向旋转两种运动方式，使管道内壁上的蜡沉积物成体积破碎。本装置采用皮碗驱动，使用伺服电机控制轴向冲击器，实现对蜡沉积物的冲击作用；设计有保险装置，当蜡层较硬导致轴向力增大时，可以通过保险装置使得刀盘继续旋转防止电机过载；设计有泄流孔，可以及时吹散清管器前的蜡沉积物，防止发生蜡堵。与其他现有的自解堵清管器相比，其最大特点是清蜡效率高，不损伤管道内壁涂层。
Description
技术领域
本发明属于海底石油管道清洁领域，具体地，涉及一种新型输油管道自解堵清管器，可以更有效的解决卡堵问题。
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。由于原油与管壁存在温差，这就会导致原油中的蜡分子析出附着在管道内壁上，随着运行时间的推移，蜡层变厚，同时管道内的金属、泥砂容易生成蜡结晶核心使得蜡沉积物的强度增强，这就会导致清管器卡堵在管道内，导致管道停输，造成巨大的经济损失。
目前，自解堵清管器存在以下问题：高压水射流清管器容易侵蚀管道内壁涂层，对背压的升高反应迟滞，同时高压水射流需要消耗大量的水资源；自毁式清管器在遇到卡堵时会发生自毁防止堵塞管道，但其成本较大，自毁产生的碎片容易成为管道内新的沉积物；凝胶清管器虽然不容易卡堵，但其耐磨性不好，在清管过程中磨损较快，长距离的清管成本较大。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种新型输油管道自解堵清管器，本装置通过刀盘直接与管壁蜡沉积物接触，当发生卡堵时，压力传感器检测背压，当达到设定值时，电机启动，电机驱动旋转冲击器实现刀盘轴向冲击和周向旋转刮削，使蜡层沉积物成体积破碎，极大提高了清蜡效率，当轴向压力较大时，为防止电机过载，设计安装了保险装置，使刀盘可以保持旋转刮削。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种新型输油管道自解堵清管器，当发生卡堵时，能够有效的自行解堵，保障了管道运输安全,其特征在于：本装置由驱动机构，旋转冲击器，保险装置，刀盘，电气密封舱等组成。
驱动机构由皮碗、清管器骨架组成，两者通过8个圆周均布的螺栓连接，共有两个皮碗和两个清管器骨架，皮碗分为三部分，分别为密封部分、隔离部分、支撑部分，皮碗相对管径有一定的过盈量，形成较好的密封性。
旋转冲击器由圆柱端面凸轮、滚子座、凸轮座、滚子组成，滚子座通过螺钉与中间壳体连接，圆柱端面凸轮与凸轮座通过螺钉连接，滚子安装在滚子座圆周面，均布三个。
保险装置主要是利用了压缩弹簧的工作原理，压缩弹簧安装在凸轮座与冲击轴之间，并且压缩弹簧套在传动轴上。
刀盘通过锥螺纹与冲击轴连接，刀盘刮削面通过螺钉连接安装了六组刮刀，六组刮刀均布在刮削面上，刮刀为钢制材料，刀盘圆周面为弹性材料，在遇到管道焊缝时可以变形通过。
电气密封舱由电气密封罩与电气舱支架组成，伺服电机、电源以及控制单元安装在电气密封罩内，电气密封罩与电气舱支架通过螺钉连接，电气舱支架均布八个等面积的扇形孔，电气密封舱与清管器骨架通过螺栓连接。
约束弹簧安装在冲击轴与下壳体之间，约束弹簧套在冲击轴上。
传动轴组件由传动轴、圆锥滚子轴承、上壳体、毡圈等组成，传动轴组件安装在清管器骨架内部，传动轴设计为中空，传动轴与凸轮座连接端加工有花键槽，传动轴与凸轮座、保险装置通过花键连接，传动轴与电机通过平键连接，轴承用毡圈密封。
本发明具有如下有益效果：与现有的自解堵清管器相比较，当发生卡堵时，压力传感器检测背压，当达到设定值时，电机启动驱动传动轴，通过花键传递转矩，通过凸轮机构实现轴向往复运动，两种运动相结合形成轴向冲击与周向刮削的作业动作，当所遇阻力较大时，为防止电机过载，通过保险装置可以使刀盘只做旋转刮削运动而停止轴向冲击运动。
附图说明
图1是清管器的全剖视图；
图2是旋转冲击器示意图；
图3是保险装置局部放大图；
图4是清洁刀盘示意图；
图5是电气密封舱和电气舱支架图；
图6是约束弹簧安装位置示意图；
图7是传动轴组件图；
图8是传动轴示意图；
图9是冲击轴支架图；
图中：1、电气密封罩，2、螺钉，3、电气舱支架，4、皮碗，5、螺栓，6、弹簧垫圈，7、螺母，8、清管器后骨架，9、上壳体，10、圆锥滚子轴承，11、中间壳体，12、清管器前骨架，13、下壳体，14、约束弹簧，15、清洁刀盘，16、冲击轴，17、冲击轴支架，18、刮刀，19、保险弹簧，20、凸轮座，21、圆柱端面凸轮，22、滚子座，23、毡圈，24、轴用挡圈，25、传动轴，26、轴套，27、轴承端盖,28、滚子，29、刮刀座。
具体实施方式
输油管道自解堵清管器在正常工作时，包含29个部分：1、电气密封罩，2、螺钉，3、电气舱支架，4、皮碗，5、螺栓，6、弹簧垫圈，7、螺母，8、清管器后骨架，9、上壳体，10、圆锥滚子轴承，11、中间壳体，12、清管器前骨架，13、下壳体，14、约束弹簧，15、清洁刀盘，16、冲击轴，17、冲击轴支架，18、刮刀，19、保险弹簧，20、凸轮座，21、圆柱端面凸轮，22、滚子座，23、毡圈，24、轴用挡圈，25、传动轴，26、轴套，27、轴承端盖，28、滚子,29、刮刀座。
如图1所示，电气密封罩1和电气舱支架3通过螺钉2连接，电气舱支架3和皮碗4、清管器后骨架8通过螺栓5、弹簧垫圈6、螺母7连接，清管器后骨架8和清管器前骨架12通过螺栓5、弹簧垫圈6、螺母7连接，为保证装配的方便性，本装置所用到的螺栓5、弹簧垫圈6、螺母7均为一种型号，所用到的螺钉2也均为同种型号。
如图2所示，旋转冲击器由滚子座22、滚子28、圆柱端面凸轮21组成，滚子座22均布3个螺钉孔，用于和中间壳体11通过螺钉2连接，圆柱端面凸轮21同样均布3个螺钉孔，用于和凸轮座20通过螺钉2连接，电机轴旋转一周旋转冲击器轴向冲击三次。
如图3所示，保险装置由保险弹簧19、冲击轴支架17和凸轮座20组成，保险弹簧套在凸轮座20上，凸轮座20起导向杆的作用，防止保险弹簧19发生扭曲，当清管器前方的蜡沉积物强度较大时，清洁刀盘15被迫停止轴向冲击运动，此时电机继续旋转，轴向冲击器开始克服保险弹簧19弹力做功，保险弹簧19在安装时需要一定的预紧力以保证定位。
如图4所示，清洁刀盘15刮削面均布六个刮刀座29，刮刀座29通过螺钉2与清洁刀盘15连接，每个刮刀座29安装有16个刮刀18，清洁刀盘15背部加工有6条加强筋，保证在轴向冲击时的刚性，清洁刀盘15圆周面使用弹性材料，使清管器轻松的越过管道焊缝，清洁刀盘15和冲击轴16通过锥螺纹连接。
如图5所示，电气密封罩1底端均布8个螺钉孔，电气舱支架3上端面均布8个螺钉孔，电气密封舱1与电器舱支架3通过螺钉2连接，电气舱支架3下端面均布8个螺栓孔，用于和螺栓5、弹簧垫圈6、螺母7连接，由于管道内部环境恶劣，保证电子元器件的安全是非常重要的，将电机、电源以及控制单元安装在电气密封罩1内，保证其不受损伤，为了提供泄流通道，电气舱支架3均布有8个等面积的扇形孔。
如图6所示，约束弹簧14套在冲击轴16上，冲击轴16作为约束弹簧14的导向杆，冲击轴16与冲击轴支架17通过螺纹连接，当电机工作时旋转冲击器作直线往复运动，轴向冲击器克服约束弹簧14弹力做功，在回程阶段约束弹簧14对冲击轴16做功，使其恢复初始位置，约束弹簧14在安装时有一定的预紧力，以保证定位。
如图7所示，传动轴组件由传动轴25、轴承端盖27、上壳体9、圆锥滚子轴承10、轴用挡圈24、中间壳体11、下壳体13、轴套26组成，上壳体9、下壳体13、中间壳体11均通过螺纹连接，传动轴组件整体安装在清管器内部，因需要承受轴向力和径向力，因此使用圆锥滚子轴承10来进行定位。
如图8所示，传动轴25中空，为泄流气体提供泄流通道，介质气体通过传动轴25的空腔吹散清管器前堆积的蜡沉积物，防止发生蜡堵，其中一端加工有花键槽，与凸轮座20和冲击轴支架17通过花键连接，花键连接可以传递扭转的同时允许凸轮座20和冲击轴支架17进行直线往复运动，从而实现旋转冲击器的轴向冲击和旋转运动，另一端加工有键槽，使得传动轴25与电机轴通过键连接。
如图9所示，冲击轴支架17内侧加工有花键槽，通过花键与传动轴25连接，由传动轴25提供转矩。
本发明的操作方式如下：
1、在投放清管器前，应根据管道内蜡层厚度及强度选择合适的电机功率，装配时应使保险弹簧、约束弹簧有一定的预紧力，保证各零部件的准确定位。
2、工作前对连接处螺栓进行松紧程度检查。
3、根据管道耐压情况，设置合理的预定压力值。
4、将清管器投放之后，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，防止清管器出管时对人造成伤害。
Claims (8)
1.一种新型输油管道自解堵清管器，当发生卡堵时，能够有效的自行解堵，保障了管道运输安全,其特征在于：本装置由驱动机构，旋转冲击器，保险装置，刀盘，电气密封舱等组成。
2.根据权利要求1所述的输油管道自解堵清管器，其特征在于：驱动机构由皮碗、清管器骨架组成，两者通过8个圆周均布的螺栓连接。
3.根据权利要求1或2所述的输油管道自解堵清管器，其特征在于：旋转冲击器由圆柱端面凸轮、滚子座、凸轮座、滚子组成，滚子座通过螺钉与中间壳体连接，圆柱端面凸轮与凸轮座通过螺钉连接，滚子安装在滚子座圆周面，均布三个。
4.根据权利要求1或2或3所述的输油管道自解堵清管器，其特征在于：保险装置主要是利用了压缩弹簧的工作原理，压缩弹簧安装在凸轮座与冲击轴之间，并且压缩弹簧套在传动轴上。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的输油管道自解堵清管器，其特征在于：刀盘通过锥螺纹与冲击轴连接，刀盘刮削面通过螺钉连接安装了六组刮刀，六组刮刀均布在刮削面上，刀盘圆周面为弹性材料，在遇到管道焊缝时可以变形通过。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的输油管道自解堵清管器，其特征在于：电气密封舱由电气密封罩与电气舱支架组成，伺服电机、电源以及控制单元安装在电气密封罩内，电气密封罩与电气舱支架通过螺钉连接，电气舱支架均布六个等面积的扇形孔，电气密封舱与清管器骨架通过螺栓连接。
7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的输油管道自解堵清管器，其特征在于：约束弹簧安装在冲击轴与下壳体之间，约束弹簧套在冲击轴上。
8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的输油管道自解堵清管器，其特征在于：传动轴组件由传动轴、圆锥滚子轴承、上壳体、毡圈等组成，传动轴组件安装在清管器骨架内部，传动轴设计为中空，传动轴与凸轮座连接端加工有花键槽，传动轴与凸轮座、保险装置通过花键连接，传动轴与电机通过平键连接，轴承用毡圈密封。
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