變徑清管器專利技術分析

葉映芳 楊小樂（等同于第一作者）

（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇 蘇州215000）

1 概述

清管器清洗技術是一項由防腐專業引申為管道防護、維持的技術，主要用于管道內表面除銹、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，相對于化學清洗和高壓水沖洗，其優勢不言而喻，已經成為管道清洗的常用工具。為保證長線管道的輸送安全，需要定期對管道進行清管和內部檢測，但是由于管道修復、經濟性等方面原因，管道的部分甚至整條管段被設計成了變徑管線。目前普遍采用機械式清管器進行清管，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，在經過管徑較大的管段時無法有效與管內壁接觸，導致清洗效果不佳，在經過管徑較小的管段時容易發生卡堵而嚴重影響清洗。因此，設計適應不同管徑的清管器（即變徑清管器）是清管器研究的重要分支之一。

2 變徑清管器的技術發展路線

變徑清管器需要在一定程度上實現徑向的自行伸縮才能使其適應不同大小的管徑，而伸縮的實現體現在清管器的材料和結構兩方面。

2.1 變徑清管器的材料改進

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，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，這幾類改進沿用至今。

綜上，由于新材料研發的限制，單從材料方面改進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，還是較多地從結構上進行改進。

2.2 變徑清管器的結構改進

最初，變徑清管器的結構改進體現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置了多個彈性片，在彈性片末端設置清潔部件，由于彈性片可沿清管器徑向伸縮，因而可適應管線中管徑的變化。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，前蘇聯石油公司提出了一種采用連桿機構配合彈簧進行變徑操作的清管器（PN：SU1574289A1），其將連桿機構鉸接在清管器主軸上，連桿機構與軸向設置的彈簧相連，當管徑變小時，連桿機構被壓縮，同時帶動彈簧使其被拉伸或壓縮；當管徑變大時，借助彈簧的回復力使連桿張開以貼合管內壁。這種連桿機構與之前的彈性支架相比，鉸接的方式是連桿機構容易伸縮，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，這種連桿結構的變徑清管器得到了廣泛的應用并沿用至今。

2004 年，加拿大管道公司在之前的連桿結構的變徑清管器上做了改進，提出了一種帶有滾輪導向的變徑清管器（PN：CA2480534A1），其主體結構與之前的連桿結構的變徑清管器大體相同，主要在連桿機構的末端增設了滾輪，并將清潔皮碗設在連桿機構后部。帶有滾輪的連桿機構在伸縮時減小了與管內壁的摩擦，避免了在清管器行進過程中連桿機構被扭轉，起到了較好的導向作用，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向的變徑清管器（PN：EP2456578A2），其在滾輪導向的變徑清管器的基礎上將滾輪替換為帶有驅動機構的履帶，每個履帶都內設驅動裝置以帶動履帶的轉動前進，使履帶保持貼附管內壁。這種履帶的設置極大地提高了清管器在管線中行進的穩定性，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的自由性而取消了彈簧結構，連桿機構依靠其端部設置的履帶實現伸縮，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，變徑清管器在結構方面的改進經歷了從彈性支架到連桿結構，再到滾輪導向和履帶導向這幾方面的發展，但是這種改進路線并非是完全替換型的，每種結構都有其優缺點，人們也大多根據實際的清洗需求、成本方面考慮而選擇合適的變徑清管器。

3 變徑清管器的國內外典型專利申請分析（表1）