變徑清管器專利技術(shù)分析

葉映芳 楊小樂（等同于第一作者）

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州215000）

1 概述

清管器清洗技術(shù)是一項由防腐專業(yè)引申為管道防護、維持的技術(shù)，主要用于管道內(nèi)表面除銹、除垢、脫水、干燥及涂敷，清管器清管時管道不需要停輸，適于清洗各種管道包括長線管道的清洗，且對管道無腐蝕，相對于化學(xué)清洗和高壓水沖洗，其優(yōu)勢不言而喻，已經(jīng)成為管道清洗的常用工具。為保證長線管道的輸送安全，需要定期對管道進(jìn)行清管和內(nèi)部檢測，但是由于管道修復(fù)、經(jīng)濟性等方面原因，管道的部分甚至整條管段被設(shè)計成了變徑管線。目前普遍采用機械式清管器進(jìn)行清管，如果管線存在變徑段，普通清管器的皮碗沒有足夠的變徑能力，在經(jīng)過管徑較大的管段時無法有效與管內(nèi)壁接觸，導(dǎo)致清洗效果不佳，在經(jīng)過管徑較小的管段時容易發(fā)生卡堵而嚴(yán)重影響清洗。因此，設(shè)計適應(yīng)不同管徑的清管器（即變徑清管器）是清管器研究的重要分支之一。

2 變徑清管器的技術(shù)發(fā)展路線

變徑清管器需要在一定程度上實現(xiàn)徑向的自行伸縮才能使其適應(yīng)不同大小的管徑，而伸縮的實現(xiàn)體現(xiàn)在清管器的材料和結(jié)構(gòu)兩方面。

2.1 變徑清管器的材料改進(jìn)

從材料選用方面而言，變徑清管器需要采用具有彈性的材料以滿足其伸縮性。最初，人們采用柔軟的塑料制作清管器的皮碗（AP：US19790090628A），聚氨酯材料的皮碗在變徑清管器中 使 用 得 較 多（AP：RU2004133622A、RU2004134862A、CN200620091102），聚氨酯泡沫材質(zhì)較軟，因而變形能力強，但其支撐性、密封性以及抗磨損性能較差；聚氨酯彈性體的耐磨性相對較好，但在伸縮性方面又較難滿足變徑量大的管線。在材料的限制下，人們開始從彈性皮碗的外形上作改進(jìn)，如采用2 個以上的皮碗交疊布置以增加皮碗的支撐能力和密封性能；將彈性皮碗的外形改為鋸齒狀或花瓣狀，從而提高皮碗的伸縮性，這幾類改進(jìn)沿用至今。

綜上，由于新材料研發(fā)的限制，單從材料方面改進(jìn)清管器的變徑功能有較大的局限性，對于清管器的變徑功能，還是較多地從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)。

2.2 變徑清管器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)

最初，變徑清管器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)體現(xiàn)在采用彈性支架方面。1967 年，美國逖帝威廉森公司提出了一種帶有彈片支架的變徑清管器（PN：US3496588A），其在清管器主體外周上均勻設(shè)置了多個彈性片，在彈性片末端設(shè)置清潔部件，由于彈性片可沿清管器徑向伸縮，因而可適應(yīng)管線中管徑的變化。彈性片的伸縮性能較好，且其端部的清潔部件可根據(jù)清洗需求選用鋼刷、刮片或摩擦片等，方便更換；不足之處在于彈性片的伸縮是靠其自身的彈性變形而實現(xiàn)的，如果長時間在較小管徑中被擠壓，有可能因壓力過大而造成彎折，影響其伸縮性能。

表1

1988 年，前蘇聯(lián)石油公司提出了一種采用連桿機構(gòu)配合彈簧進(jìn)行變徑操作的清管器（PN：SU1574289A1），其將連桿機構(gòu)鉸接在清管器主軸上，連桿機構(gòu)與軸向設(shè)置的彈簧相連，當(dāng)管徑變小時，連桿機構(gòu)被壓縮，同時帶動彈簧使其被拉伸或壓縮；當(dāng)管徑變大時，借助彈簧的回復(fù)力使連桿張開以貼合管內(nèi)壁。這種連桿機構(gòu)與之前的彈性支架相比，鉸接的方式是連桿機構(gòu)容易伸縮，不容易被損壞，且彈簧便于更換，不像彈性支架失去彈性后需要整體更換。后來，這種連桿結(jié)構(gòu)的變徑清管器得到了廣泛的應(yīng)用并沿用至今。

2004 年，加拿大管道公司在之前的連桿結(jié)構(gòu)的變徑清管器上做了改進(jìn)，提出了一種帶有滾輪導(dǎo)向的變徑清管器（PN：CA2480534A1），其主體結(jié)構(gòu)與之前的連桿結(jié)構(gòu)的變徑清管器大體相同，主要在連桿機構(gòu)的末端增設(shè)了滾輪，并將清潔皮碗設(shè)在連桿機構(gòu)后部。帶有滾輪的連桿機構(gòu)在伸縮時減小了與管內(nèi)壁的摩擦，避免了在清管器行進(jìn)過程中連桿機構(gòu)被扭轉(zhuǎn)，起到了較好的導(dǎo)向作用，在一定程度上提高了清管器的壽命。

2010 年，捷克申請人提出了一種具有履帶導(dǎo)向的變徑清管器（PN：EP2456578A2），其在滾輪導(dǎo)向的變徑清管器的基礎(chǔ)上將滾輪替換為帶有驅(qū)動機構(gòu)的履帶，每個履帶都內(nèi)設(shè)驅(qū)動裝置以帶動履帶的轉(zhuǎn)動前進(jìn)，使履帶保持貼附管內(nèi)壁。這種履帶的設(shè)置極大地提高了清管器在管線中行進(jìn)的穩(wěn)定性，有效避免了清管器卡堵的情況。另一方面，該種清管器為了保證履帶行進(jìn)的自由性而取消了彈簧結(jié)構(gòu)，連桿機構(gòu)依靠其端部設(shè)置的履帶實現(xiàn)伸縮，由于取消了彈簧，其貼壁性有所降低，因此不適合采用貼壁皮碗等清潔部件，而是采用了噴嘴噴射清洗。

綜上，變徑清管器在結(jié)構(gòu)方面的改進(jìn)經(jīng)歷了從彈性支架到連桿結(jié)構(gòu)，再到滾輪導(dǎo)向和履帶導(dǎo)向這幾方面的發(fā)展，但是這種改進(jìn)路線并非是完全替換型的，每種結(jié)構(gòu)都有其優(yōu)缺點，人們也大多根據(jù)實際的清洗需求、成本方面考慮而選擇合適的變徑清管器。

3 變徑清管器的國內(nèi)外典型專利申請分析（表1）