трассовая самодвижущаяся машина для очистки дробью труб нефтегазопроводов

Формула изобретения

Трассовая самодвижущаяся машина для очистки дробью труб нефтегазопроводов, содержащая разъемную дробеочистительную камеру и механизм качания очистительных сопел, отличающаяся тем, что машина дополнительно содержит дробеструйные аппараты низкого давления, скомпонованные в каскады с дробеструйными аппаратами высокого давления, выполненными в виде очистительных сопел с эжекторами, устройство автоматического выравнивания машины, содержащее датчик угла наклона и уравновешивающие массы в виде редукторов, установленных с возможностью согласованного перемещения посредством следящих электромеханических приводов по наклонным направляющим, закрепленным на раме машины симметрично по обеим ее сторонам.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию для производства и восстановления (ремонта) нефтегазопроводов, а более конкретно для дробеструйной обработки труб перед нанесением на них изоляционного покрытия.

Известны машины фирм "CRC-EVANS" (США), Ван Воскайлен (Нидерланды), ОАО "Техтрансмаш" (Украина) и др., которыми используются методы абразивно-струйной обработки труб речным песком. Их широкое применение ограничено по ряду причин:

необходимости подготовки абразива (сушки, рассеивания по фракциям, упаковки);

доставки к месту восстановительных работ и постоянное пополнение запаса абразива;

возможности попадания абразива на свежегрунтованную поверхность трубопровода;

отрицательного воздействия процесса сухой очистки на здоровье обслуживающего персонала.

Для обработки дробью создан целый ряд машин для очистки внутренних поверхностей труб (фирма Airblast), машин универсального назначения (фирма BLACTRAC). Однако использование их для обработки наружных поверхностей при выполнении восстановительных работ на нефтегазопроводах не представляется возможным.

Более близкой к изобретению по функциональному назначению и достигаемому эффекту является машина трассовая дробеструйная "МТД-1420", спроектированная, изготовленная и испытанная в ООО "Сургутгазпром", ОАО "Курганмашзаводом" (Россия, 640631, г.Курган, пр. Машиностроителей, 17).

Машина представляет собой самоходную установку, управляемую оператором с бровки траншеи через дистанционный пульт автоматизированной системы управления, построенной на базе промышленного контроллера и частотно регулируемых приводов фирмы "HITACHI" (Япония). Машина снабжена разъемной дробеочистительной камерой с механизмом качания сопел; дробеструйными аппаратами, снабженными дозаторами дроби и сместительными камерами; системой регенерации абразива (дроби), включающей шнековые транспортеры, элеваторы подъема дроби в бункеры-накопители, вентилятор и циклон для отделения продуктов очистки от крупных частиц дроби.

Испытания опытного образца МТД-1420 показали возможность получения степени очистки наружной поверхности трубопровода до 2-го класса по ВСН 008-88 с шероховатостью порядка Rz=40...80 мкм.

Недостатками машины МТД-1420 являются сложность конструкции и низкая надежность в работе. Из-за значительных габаритов машина в собранном виде нетранспортабельна, а сборка ее на месте затруднена. Ряд элементов, таких как шланги, подающие дробь к соплам, движущиеся части элеваторов и винтовых шнеков, имеет крайне ограниченный срок службы и требует частой периодической замены, а следовательно, необходимы передвижной склад запчастей и бригада рабочих для восстановления работоспособности машины. Кроме того, структура машины с установленными на ней накопителями (питателями) дроби и значительные габариты привели к большой массе, затрудняющей установку ее на трубопровод, и к появлению опасности прогиба обрабатываемой трубы.

Машина не имеет собственного устройства для устранения отклонений от вертикального положения (наклонов). Для поддержания вертикального положения машина соединена специальной штангой с энергетической установкой, перемещающейся за траншеей параллельно трубе, что вносит дополнительные неудобства в процесс работы всего комплекса.

Технический результат изобретения - упрощение конструкции, повышение надежности, производительности и качества обработки - достигается тем, что машина содержит разъемную дробеочистительную камеру и механизм качания очистительных сопел, причем рабочую скорость абразиву обеспечивают с помощью системы струйных аппаратов высокого давления в виде сопел с эжекторами, скомпонованных в каскады с системой из аппаратов низкого давления, обеспечивающих транспортирование дроби к аппаратам высокого давления, наличием устройства автоматического выравнивания машины, содержащего датчик угла наклона и подвижные уравновешивающие массы в виде редукторов, установленных с возможностью согласованного перемещения посредством следящих электромеханических приводов по наклонным направляющим, закрепленным на раме машины симметрично по обеим ее сторонам.

Использование данного технического решения позволяет резко уменьшить габариты и массу машины, исключив из нее высоконапорные питатели, элеваторы, шнеки, что повышает коэффициент непрерывности работы машины, увеличивает срок службы, значительно сокращает ее первоначальную стоимость и эксплуатационные затраты.

Предложенное в изобретении автоматическое устройство выравнивания машины по вертикали также повышает ее работоспособность и надежность.

На фиг.1 показан вид машины со стороны торца трубы, на фиг.2 вид машины сбоку (по стрелке А на фиг.1), на фиг.3 схема установки струйного аппарата высокого давления.

Трассовая машина для очистки дробью труб нефтегазопроводов содержит раму (корпус) 1, на которой смонтированы: очистительная разъемная камера 2, механизм кругового осцилирования (качания) 3 струйных аппаратов, шасси 4 с приводом перемещения машины по трубе, устройство автоматического выравнивания машины 5 по вертикали, установка вентиляции 6 с циклоном 7, шкаф электроаппаратуры 8 с пультом управления машиной 9.

Рама 1 машины выполнена в виде сварной конструкции из двух арок, верхней силовой плиты и двух боковых стяжек.

Очистительная камера 2 выполнена разъемной из 2-х половин с возможностью установки на трубе с последующей сборкой и фланцевым креплением к верхней плите рамы 1. К нижней части камеры закреплен сборник-накопитель 10 дроби с дозаторами 11 и питателями 12, представляющими собой струйные аппараты низкого давления (1-й ступени) транспортирования дроби к аппаратам высокого давления. Над очистительной камерой 2 на верхней плите рамы 1 установлен люк 13, через который производится засыпка дроби.

С правой стороны камеры 2 (фиг.2) выполнено окно для размещения в нем поворотной части 14 механизма качания 3 с несколькими (например, 6-ю) равнорасположенными по окружности очистительными соплами - струйными аппаратами 15 высокого давления (2-й ступени), установка которых показана на фиг.3. Забор сжатого воздуха к аппаратам 1-й и 2-й ступеней осуществляется из коллекторов 16, закрепленных с обеих сторон рамы 1 на стяжках ее арок. Основой поворотной части 14 является разъемное (для сборки на трубе) зубчатое колесо 17 с внутренним зубчатым зацеплением, посредством которого поворотная часть связана с реверсируемым приводом качания 18, снабженным электродвигателем переменного тока с регулируемой частотой для изменения угловой скорости качания сопел (струйных аппаратов) 15. Поворотная часть механизма качания снабжена гибким защитным кольцом 19 (фиг.3), препятствующим вылету дроби из камеры 2 от соударения ее с поверхностью трубы. Поворотная часть 14 механизма качания 3 сопел 15 установлена наружными поверхностями (щеками) колеса 17 на опорно-центрирующих роликах 20, которые удерживаются с помощью кронштейнов, закрепленных на раме 1.

Для центрирования на трубопроводе и перемещения по нему машина снабжена шасси 4, смонтированное на раме 1. Он имеет две пары катков 21, одна из которых снабжена приводом 22 с частотно регулируемым электродвигателем переменного тока для изменения скорости перемещения машины по трубе. Для большей устойчивости машины на трубе в нижней части рамы 1 установлено две пары свободно вращающихся роликов 23.

Для предотвращения боковых кренов машина снабжена устройством 5 автоматического выравнивания ее в вертикальном положении. Устройство имеет наклонные направляющие 24, расположенные по обеим сторонам машины. На направляющих с возможностью согласованного перемещения размещаются уравновешивающие массы - редукторы 25, снабженные ходовыми гайками, сопряженными с неподвижными ходовыми винтами 26, относительно которых происходит перемещение редукторов 25 по направляющим 24. Для контроля вертикального положения машины используется известный датчик типа ILM-01 (ЗАО ЛИМАКО г.Тула), измеряющий угол наклона машины в обе стороны с точностью 0,1° или подобный ему, включенный в автоматизированную систему управления машины (на схемах датчик не показан).

Для отделения дроби от продуктов очистки и обеспечения экологичности машины на верхней плите рамы 1 смонтирована установка вентиляции 6 с циклоном 7, соединенные воздуховодами с очистительной камерой 2.

Управление машиной осуществляется распределенной автоматизированной системой управления (АСУ), часть которой находится непосредственно на машине в виде шкафа с электроаппаратурой 8 и пульта управления 9, который продублирован для оператора, находящегося на расстоянии от машины, например на бровке траншеи. В состав АСУ также входят датчик скорости перемещения машины по трубе (тахометр), датчик скорости качания сопел (счетчик циклов качания), датчики уровня дроби в накопителе, датчик вертикального положения машины (датчики на схемах не показаны). Вторая часть АСУ размещена на энергетической установке, снабжающей машину электроэнергией и сжатым воздухом. Энергоустановка перемещается параллельно трубопроводу посредством тягача (трактора).

АСУ обеспечивает работу машины в двух режимах - автоматическом под наблюдением оператора, снабженного дистанционным пультом управления, и наладочном режиме, при котором может быть включен любой из механизмов и устройств при их отладке и выборе режимов, обеспечивающих заданное качество обработки поверхности трубопровода.

При восстановительных работах на трубопроводе трассовая машина очистки трубы дробью работает следующим образом. Пуск отлаженной и заправленной дробью машины в автоматическом режиме производится включением привода 18 механизма 3 качания струйных аппаратов 15 на угол 2 /n (n - количество струйных аппаратов высокого давления), обеспечивающего скорость обработки кольцевого участка поверхности трубы факелом струи дроби (фиг.3) и включением привода 22 перемещения машины по трубе, обеспечивающего скорость подачи полученного качанием, осцилирующего во вращении потока дроби. Таким образом, этими двумя согласованными движениями определяются основные показатели работы машины - ее производительность и качество очистки с заданной шероховатостью, например, Rz=40...80.

Циркуляция дроби при этом осуществляется посредством энергии сжатого воздуха, поступающего от компрессора, установленного на движущейся параллельно с машиной энергоустановке. Первоначально порция дроби засыпается через люк 13, расположенный на верхней полите рамы 1, и заполняет сборник-накопитель 10 до требуемого, контролируемого датчиками уровня (объема) дроби. Из накопителя 10 дробь через дозаторы 11 с помощью воздушных потоков поступает в питатели 12, которые являются струйными аппаратами 1-й ступени и обеспечивают подачу (транспортирование) дроби в струйные аппараты 15 2-й ступени, расположенные в поворотной части 14 механизма качания 3. Этими аппаратами производится разгон дроби до рабочей скорости (свыше 90 м/с). Параметры b, с и a установки струйных аппаратов определяются известными расчетными методами и экспериментами с целью получения оптимального "факела дроби" (размера а по оси трубопровода) (фиг.3).

При этом процессе очистка поверхности трубопровода от коррозии и остатков прежнего покрытия более эффективно происходит колотой дробью с острыми кромками. Для получения лучшего упрочняющего поверхность эффекта в колотую дробь добавляются стальные шарики, при ударах которых о поверхность трубы на скоростях свыше 90 м/с в зоне контакта температура достигает 1000...1200°С (по известным данным), что создает обстановку, соответствующую области температур фазовых переходов - происходит упрочнение поверхностного слоя очищенной трубы.

Отработанная дробь по стенкам очистительной камеры 2 скатывается в сборник-накопитель 10, закрепленный в нижней части камеры, и затем повторно используется по описанной выше схеме. При износе дроби эффективность очистки снижается, что ведет к снижению скорости подачи, а затем к замене ее новой порцией.

Продукты очистки обрабатываемого трубопровода отделяются от дроби и удаляются из очистительной камеры 2 посредством вентиляционной установки 6, смонтированной на верхней плите рамы 1. С помощью воздуховодов установка 6 соединена с циклоном 7, которым продукты очистки сбрасываются в сборник или на специальный настил, а затем вместе с настилом отправляются на утилизацию.

В процессе работы машины постоянно контролируется ее равновесное состояние относительно вертикальной плоскости симметрии трубопровода. Устранение крена осуществляется устройством автоматического выравнивания 5 (фиг.1), снабженным датчиком контроля угла наклона типа ILM-01 (3AO ЛИМАКО, г.Тула), путем согласованного перемещения подвижных уравновешивающих масс в виде редукторов 23 со следящими электромеханическими приводами по наклонным направляющим 22 с установленными на них неподвижными ходовыми винтами 24. Согласованное (синхронное) перемещение редукторов осуществляется в направлении, противоположном крену. Так при крене машины вправо правый редуктор (фиг.1) движется влево (вверх). Левый также движется влево (вниз). При левом крене движение редукторов меняется на обратное. Датчик, включенный в АСУ машины, постоянно отслеживает наклон, стремясь через систему управления удерживать его в нулевом состоянии.