Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2473068

(19)

RU

(11)

2473068

(13)

C1

(51) МПК G01M99/00 (2011.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 17.01.2013 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011139418/28, 27.09.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

27.09.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 27.09.2011

(45) Опубликовано: 20.01.2013

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2318196 С1, 27.02.2008. SU 1167275 А1, 15.07.1985. RU 2248497 C1, 20.03.2005. RU 2340829 C1, 10.12.2008.

Адрес для переписки:

660074, г.Красноярск, ул. Киренского, 26, СФУ, отдел правовой охраны и защиты интеллектуальной собственности

(72) Автор(ы):

Емелин Вячеслав Иванович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ) (RU)

(54) СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ И ПРОЦЕССОВ БЕСТРАНШЕЙНОГО РЕМОНТА ТРУБОПРОВОДОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к строительной отрасли промышленности и может быть использовано для испытания и исследования рабочих органов для бестраншейной замены трубопроводов. Стенд содержит основание, установленную на нем трубу, источник тягового усилия, блок, перекинутый через него трос, к концу которого подвешен груз переменного веса. При этом труба выполнена съемной с возможностью моделирования трубопроводов различного диаметра, имеющих отводы с различными углами и радиусами и переходы с различными размерами и формой сужения. Внутри трубы на ее конце закреплен горообразный рукав, срединная часть которого соединена с другим концом троса, а в качестве источника тягового усилия использован вакуумнасос или пылесос, соединенный с трубой, для создания в ней разрежения, шлангом через переход и тройник с вакуумметром. Технический результат заключается в обеспечении возможности исследования оборудования и процессов бестраншейного ремонта трубопроводов способами нанесения внутритрубных покрытий с применением комбинированного рукава. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.

Изобретение относится к строительной и нефтегазовой отраслям промышленности, а также к коммунальному хозяйству и может быть использовано для исследования оборудования и процессов ремонта трубопроводов способами нанесения внутритрубных покрытий с применением комбинированного рукава.

Известен стенд (а.с. СССР 1167275, кл. E02F 5/18, G01M 19/00; опубл. 1985 г.) для испытания и исследования рабочих органов для бестраншейной прокладки коммуникаций, содержащий короб с имитируемым грунтом, в одной из стенок которого выполнено отверстие для рабочего органа, прижимной узел, состоящий из винтовых домкратов с прижимными плитами и устройством для измерения усилия прижатия плит (динамометрическое кольцо), узел подачи рабочего органа с гидродомкратом и нажимной плитой, люнет, а также датчики напряжений и деформаций.

Известный стенд применим только для исследования процессов прокладки коммуникаций, поэтому его недостатком является невозможность исследования оборудования и процессов бестраншейного ремонта трубопроводов.

Также известен являющийся по технической сущности наиболее близким к предлагаемому решению стенд (патент на изобретение РФ 2318196, МПК G01M 19/00; E02F 5/18; опубл. 2008 г.) для испытания и исследования рабочих органов для бестраншейной замены трубопроводов, содержащий короб с имитируемым грунтом и отверстием в одной из его стенок, источник тягового усилия в виде узла подачи рабочего органа с гидродомкратом и прижимной узел, включающий прижимные плиты и устройство для измерения усилия прижатия плит. При этом узел подачи рабочего органа снабжен вторым гидродомкратом и швеллером, соединенным с динамометром растяжения и с тягой. Прижимной узел выполнен в виде гидродомкратов, а прижимные плиты расположены одна над другой с установленным между ними устройством для измерения усилия прижатия плит, выполненным в виде динамометра сжатия, а в стенке короба, противоположной стенке с отверстием, выполнено второе отверстие, расположенное против первого, причем между стенками короба и грунтом размещены листы из пористой резины. При этом в грунте установлена труба, имитирующая старый трубопровод, через которую пропущена тяга, присоединенная к передней части рабочего органа, а к задней части рабочего органа присоединена труба, имитирующая новый трубопровод, к которой через фланец закреплен груз переменного веса.

Известный стенд применим только для испытания и исследования рабочих органов оборудования, а также и процессов, используемых только в группе способов бестраншейного ремонта трубопроводов путем замены трубопроводов и не применим для исследования оборудования и процессов бестраншейного ремонта трубопроводов способами другой группы, в частности способами нанесения внутритрубных покрытий с использованием комбинированного рукава. При этом известным стендом не могут быть исследованы такие виды применяемого при ремонте трубопроводов оборудования, как вакуум-насос, пылесос и комбинированный рукав, обладающий функциями оборудования и материала покрытия. Указанным стендом также не могут быть исследованы и процессы, входящие в способы нанесения внутритрубных покрытий с использованием комбинированных рукавов, в частности процессы протягивания через трубопровод троса, ввода рукава в трубопровод, твердения материала покрытия труб и др.

Задачей изобретения является обеспечение возможности исследования оборудования и процессов бестраншейного ремонта трубопроводов способами нанесения внутритрубных покрытий с применением комбинированного рукава.

Поставленная задача решается таким образом, что в стенде для исследования оборудования и процессов бестраншейного ремонта трубопроводов, содержащем основание, установленную на нем трубу, источник тягового усилия, блок, перекинутый через него трос, к концу которого подвешен груз переменного веса, согласно изобретению труба выполнена съемной с возможностью моделирования трубопроводов различного диаметра, имеющих отводы с различными углами и радиусами и переходы с различными размерами и формой сужений, при этом внутри трубы на ее конце закреплен съемный горообразный рукав, срединная часть которого соединена с другим концом троса, а в качестве источника тягового усилия использован вакуум-насос или пылесос, соединенный с трубой, для создания в ней разрежения, шлангом через переход и тройник с вакуумметром. При этом труба может быть выполнена из прозрачного материала, а рукав - с возможностью моделирования заготовки внутритрубного покрытия путем изменения его материала, толщины и количества слоев. Также к концу троса может быть подвешен динамометр, второй конец которого прикреплен к полу стендового помещения.

На чертеже схематично показан предлагаемый стенд для исследования оборудования и процессов бестраншейного ремонта трубопроводов.

Стенд для исследования оборудования и процессов бестраншейного ремонта трубопроводов включает основание 1, на котором установлены съемная труба 2, имитирующая (моделирующая) подлежащий восстановлению трубопровод, и блок 3. Через этот блок перекинут трос 4, соединенный одним концом с грузом 5 переменного веса, а другим - со срединной частью съемного горообразного рукава 6, моделирующего заготовку внутреннего покрытия трубопровода. Противоположный конец рукава 6 с выворотом закреплен на трубе 2 хомутом 7. Противоположный от выхода рукава конец трубы 2 через переход 8 и тройник 9 с вакуумметром 10 соединен шлангом 11 с источником 12 тягового усилия, в качестве которого использован вакуум-насос или пылесос. Труба 2 и тройник 9 установлены на основание 1 с использованием опор 13-15 и хомутов 16, 17, а блок 3 - с использованием кронштейна 18. Для исключения случайного чрезмерного подъема груза 5 на основании 1 закреплен ограничитель 19 с установленным на нем концевым выключателем (не показан), отключающим электродвигатель источника тягового усилия при касании ограничителя 19 грузом 5. Для снижения шума, в случае падения груза 5 при отключении двигателя источника тягового усилия, на полу стендового помещения под грузом размещен резиновый коврик 20. Для изучения характера движения горообразного рукава 6 и механизма его складкообразования труба 2 может быть выполнена из прозрачного материала. Для исследования конструкции рукава он может быть выполнен с возможностью моделирования заготовки внутритрубного покрытия путем изменения его материала, толщины и количества слоев. Вместо груза 5 может быть установлен динамометр (не показан), один конец которого соединен с тросом 4, а другой прикреплен к полу стендового помещения или зафиксирован в руке оператора.

Стенд для исследования оборудования и процессов бестраншейного ремонта трубопроводов работает следующим образом.

Предварительно выполняют подготовительные работы. При этом на основание 1 устанавливают трубу 2 с исследуемыми значениями диаметра, а также характеристиками отводов и переходов. К концу такой трубы хомутом 7 крепят конец съемного горообразного рукава 6. Второй конец этого рукава глушат скруткой (не показана) и присоединяют к тросу 4, соединенному через блок 3 с грузом 5 переменного веса. Источник 12 тягового усилия в виде вакуум-насоса или пылесоса подключают к электросети и шлангом 11 соединяют с тройником 9.

Непосредственная работа стенда в общем случае заключается в следующем.

Осуществляют пуск электродвигателя источника 12 тягового усилия и встроенным в этот источник регулятором (не показан) обеспечивают необходимое разрежение воздуха в трубе 2, контролируемое вакуумметром 10. При достижении требуемого разрежения горообразный рукав 6 начнет втягиваться в трубу 2, а груз 5 подниматься до ограничителя 19 и срабатывания концевого выключателя электродвигателя источника 12 тягового усилия. В каждом опыте должны фиксироваться разрежение воздуха, вес груза 5 и скорость его подъема, рассчитываемая через замеры времени и высоты подъема этого груза.

В зависимости от конкретной задачи исследования с использованием стенда на основание 1 могут быть установлены трубы 2 различного диаметра с отводами и переходами конкретных параметров или без них, а также различных размеров и конструкций съемные рукава 6 в пропитанном полимерным составом или непропитанном состоянии. При этом на стенде могут быть исследованы оборудование и процессы бестраншейного ремонта трубопроводов способами нанесения внутритрубных покрытий с использованием комбинированных рукавов. В качестве оборудования могут быть исследованы вакуум-насос, пылесос и сам комбинированный рукав, обладающий функциями не только материала покрытия, но также оборудования и оснастки. В качестве процессов стенд позволяет исследовать с учетом влияния различных факторов: ввод рукава в трубопровод; твердение покрытия; производительность комплекса оборудования; протягивание через трубопровод вспомогательных устройств (троса, видеокамеры для контроля качества покрытия и др.). Поскольку основным продуктом любой исследовательской работы являются зависимости ряда целевых функций от различных факторов влияния, то стенд разработан с возможностью проведения исследований таких целевых функций, как производительность оборудования; разрежение воздуха, создаваемое источником тягового усилия для ввода комбинированного рукава; прочность, шероховатость и адгезия покрытия к стенкам трубопровода; сопротивление вывороту комбинированного рукава, его тяговые свойства и др. В качестве основных факторов влияния могут исследоваться факторы оборудования (мощность и разрежение вакуум-насоса или пылесоса), технологического процесса (длина захватки, свойства технологических материалов, марки и пропорции между компонентами полимерного связующего, длительность твердения материала покрытия, давление прижатия тканевой оболочки к стене трубопровода, температура воздуха в трубопроводе и др.) и трубопровода (диаметр, длина, параметры отводов и переходов и др.). Для решения конкретной исследовательской задачи должен составляться по известным методикам экспериментальный план с указанием целевых функций, факторов влияния, известных способов и неуказанных на чертеже приборов их измерения или расчета значений этих функций и факторов, интервалов и количества уровней варьирования каждого фактора, количества повторов опыта, необходимых для получения с требуемой точностью каждой точки исследуемой зависимости. Полученные с применением стенда зависимости могут быть использованы для выбора оборудования (вакуум-насоса или пылесоса и др.) и оптимальных параметров технологии восстановления трубопроводов способами нанесения внутритрубных покрытий с использованием комбинированного рукава (длины захватки, разрежения воздуха, нагрузки на рукав и др.).

В натурных условиях внутритрубное покрытие выполняют способами комбинированного рукава, изготавливаемого либо из ворсовой ткани, ламинированной полиэтиленовой пленкой, либо из несвязанных друг с другом тканевой оболочки и пленочного рукава. Для исследований с использованием предлагаемого стенда комбинированный рукав, в зависимости от задачи исследования, может моделироваться либо тканевой оболочкой и пленочным рукавом совместно, либо только одним из этих элементов. В натурных условиях ворсовую ткань или тканевую оболочку комбинированного рукава пропитывают полимерным связующим. При моделировании же процесса, в зависимости от задачи исследования, элементы комбинированного рукава могут вводиться в модель трубопровода - трубу 2 как в сухом, так и в пропитанном состоянии. Комбинированный рукав в процессе его ввода в трубопровод имеет горообразную форму в виде вытянутого полутора.

В зависимости от решаемой задачи исследования конкретный порядок работы стенда может видоизменяться, что показано в приведенных ниже примерах.

Пример 1. Исследование с использованием стенда процесса ввода комбинированного рукава в восстанавливаемый трубопровод с определением зависимости максимальных тяговых усилий рукава от диаметра трубопровода в диапазоне 100-300 мм при максимально создаваемом пылесосом разрежении 0,02 МПа, толщине стенок тканевой оболочки (из полиамидной ткани) 1 мм и пленочного рукава 0,15 мм для случая, когда оболочка находится в сухом непропитанном полимерным составом состоянии, а в трубопроводе отсутствуют отводы, переходы и сквозные дефекты.

Исследование с использованием стенда выполняли в следующей последовательности: а) последовательно устанавливали на основание 1 стенда трубы 2 различного диаметра ( 100; 150; 200; 250; 300 мм) в исследуемом диапазоне его изменения ( 100-300 мм); б) при установке каждой трубы на ее конце закрепляли горообразный рукав 6 наружным диаметром, равным внутреннему диаметру трубопровода; в) в каждом случае трубу 2 стенда соединяли с переходом 8, а срединную часть рукава - с тросом 4; г) для каждого диаметра трубы 2 последовательным увеличением веса регулируемого груза 5 определяли максимально возможный поднимаемый вес, равный максимальному тяговому усилию рукава ( 100-58 Н; 150-152 Н; 200-284 Н; 250-456 Н; 300-666 Н); д) все полученные точки нанесли на поле координат с осями «диаметр трубопровода D - тяговое усилие S»); е) с использованием стандартной офисной программы Excel подобрали наиболее точно описывающее полученную зависимость (коэффициент корреляции 0,92) уравнение параболы вида S=0,071 D 2 при D=100-300 мм, где D - диаметр трубопровода, мм; S - тяговое усилие рукава, Н; ж) расчетом определили максимально допустимую длину захватки для каждого диаметра трубы, исходя из возможности протягивания рукава замеренным максимальным тяговым усилием с учетом массы и трения рукава о стенку трубы, при этом получили для 100, 150, 200, 250, 300 мм длину захватки L, соответственно равную 185, 322, 452, 580, 707 м; з) провели анализ полученных результатов и сделали следующие выводы: 1) выявленная зависимость максимального тягового усилия рукава от диаметра трубопровода является параболической с вершиной в начале координат и выпуклостью вниз; коэффициент в уравнении параболы характеризует конструкцию рукава и его эффективность; 2) рекомендуется выполнять ремонт трубопроводов диаметром 100, 150, 200, 250, 300 мм при максимально возможной длине захватки, соответственно равной 185, 322, 452, 580, 707 м для случая использования однослойных рукавов и пылесоса с разрежением 0,02 МПа; 3) в случае необходимости использования двухслойных рукавов для ремонта трубопроводов указанной выше номенклатуры диаметров пылесос должен быть заменен на вакуум-насос с разрежением 0,03 МПа, так как при ремонте трубопроводов диаметром 100 мм ввод двухслойных рукавов по условию необходимого тягового усилия становится невозможным.

Пример 2. Определение оптимальной рабочей нагрузки на комбинированный рукав при буксировке его срединной частью различных устройств и оснастки (видеокамеры при диагностировании трубопровода, троса при его протаскивании через трубопровод для выполнения различных операций). Исходные данные: максимально возможное разрежение, обеспечиваемое пылесосом, 0,025 МПа; диаметр трубы 100 мм; рукав пленочный полиэтиленовый с толщиной стенки 0,15 мм.

Оптимальную рабочую нагрузку на рукав определили с использованием стенда путем построения зависимости отдаваемой рукавом мощности от рабочей нагрузки. Снятие тяговой характеристики горообразного пленочного рукава 6 выполняли в следующей последовательности: а) в соответствии с исходными данными на основание 1 стенда установили требуемых размеров трубу 2 100 мм, один ее конец через переход 8, тройник 9 и шланг 11 соединили с пылесосом 12, а на противоположном конце трубы 2 закрепили горообразный пленочный рукав 6 и соединили его с тросом 4; б) последовательно устанавливали грузы весом 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 Н, включали двигатель пылесоса 12 и при заданном разрежении для каждого груза 5 измеряли время его подъема на заданную высоту, после чего расчетом определяли скорость и затраченную мощность, как произведение веса груза на скорость; в) в координатах «вес груза - тяговая мощность рукава» нанесли полученные точки, с использованием стандартной компьютерной программы Excel нашли уравнение полученной зависимости и по нему построили график этой зависимости, имеющей форму параболы выпуклостью вверх, пересекающей ось абсцисс в двух точках (в начале координат и при наибольшем тяговом усилии); г) провели анализ полученной зависимости с выявлением наиболее важных ее параметров (максимальная тяговая мощность рукава равна 80 Вт, ей соответствующее оптимальное тяговое усилие рукава 55 Н, наибольшее тяговое усилие при наименьшей тяговой мощности 80 Н); д) по результатам проведенного исследования сделали следующие выводы: 1) выявленная зависимость тяговой мощности торообразного рукава от рабочей нагрузки описывается несимметричной параболой, имеющей выпуклость вверх и пересекающей ось абсцисс в двух точках, одна из которых находится в начале координат, а вторая - справа от него и характеризует максимально возможное тяговое усилие рукава, при этом абсцисса вершины параболы находится между этими точками и соответствует оптимальной рабочей нагрузке на рукав; 2) для заданных исходных данных определены наиболее важные параметры процесса: максимальная тяговая мощность рукава равна 80 Вт, его оптимальное тяговое усилие 55 Н, максимальное тяговое усилие 80 Н; 3) процесс применения торообразного рукава в качестве тягового средства с целью обеспечения наибольшей производительности рекомендуется вести при полученных оптимальных параметрах; 4) рассмотренный здесь пример может быть использован в качестве краткой методики определения оптимальных параметров работы торообразного рукава при различных исходных данных.

Пример 3. Исследование процесса твердения внутритрубного композиционного покрытия с целью определения зависимости характеристик покрытия (прочности, шероховатости) от давления разрежения воздуха, времени твердения, материала технической ткани, вида и содержания компонентов полимерного связующего.

Здесь кратко приведем только основные методические положения требуемого исследования, которое предлагается вести в следующей последовательности: а) пропитанную выбранным полимерным составом тканевую оболочку модели 6 комбинированного рукава вместе с пленочным рукавом вводим в трубу 2, создаем в ней то или иное (в соответствии с планом эксперимента) разрежение воздуха и выдерживаем при нем до окончания твердения полимерного связующего (1-3 суток); б) извлекаем затвердевшее внутритрубное покрытие из трубы 2 стенда (для облегчения извлечения между трубой и покрытием перед вводом пропитанного рукава 6 рекомендуется помещать дополнительный смазанный антифрикционной смазкой пленочный рукав) и разрезаем это покрытие на образцы для проведения испытаний известными способами на прочность и шероховатость; в) для построения необходимых зависимостей изготавливаем указанные выше образцы при различных исходных данных, проводим известными способами испытания образцов, анализируем полученные результаты исследования и делаем соответствующие выводы.

Предлагаемый стенд позволяет исследовать необходимые для бестраншейного ремонта трубопроводов оборудование и процессы нанесения внутритрубных покрытий с применением комбинированного рукава. При этом, поскольку известные стенды подобного назначения отсутствуют, то исследование может быть выполнено либо с использованием предлагаемого стенда, либо с использованием натурных образцов оборудования непосредственно в производственных условиях. В случае применения предлагаемого стенда, могут быть существенно сокращены сроки, трудоемкость и затраты на проведение исследований, а также найдены оптимальные параметры технологии и оборудования, определение которых в производственных условиях, как правило, невозможно.

Формула изобретения

1. Стенд для исследования оборудования и процессов бестраншейного ремонта трубопроводов, содержащий основание, установленную на нем трубу, источник тягового усилия, блок, перекинутый через него трос, к концу которого подвешен груз переменного веса, отличающийся тем, что труба выполнена съемной с возможностью моделирования трубопроводов различного диаметра, имеющих отводы с различными углами и радиусами и переходы с различными размерами и формой сужений, при этом внутри трубы на ее конце закреплен съемный торообразный рукав, срединная часть которого соединена с другим концом троса, а в качестве источника тягового усилия использован вакуум-насос или пылесос, соединенный с трубой, для создания в ней разрежения, шлангом через переход и тройник с вакуумметром.

2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что труба выполнена из прозрачного материала.

3. Стенд по п.1, отличающийся тем, что рукав выполнен с возможностью моделирования заготовки внутритрубного покрытия путем изменения его материала, толщины и количества слоев.

4. Стенд по п.1, отличающийся тем, что к концу троса подвешен динамометр, второй конец которого прикреплен к полу стендового помещения.

РИСУНКИ