DE60009049T3

DE60009049T3 - Rohrreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60009049T3
Application number: DE60009049T
Authority: DE
Inventors: Bijan Bahari; Robert Timothy DERVAL
Original assignee: P A C T ENGINEERING SCOTLAND L; Pact Engineering (scotland) Ltd
Current assignee: P A C T ENGINEERING SCOTLAND L; Pact Engineering (scotland) Ltd
Priority date: 1999-04-17
Filing date: 2000-04-17
Publication date: 2009-05-14
Anticipated expiration: 2020-04-18
Also published as: US6880195B1; NO20015051D0; CA2367521A1; ATE262142T1; EP1171733B2; EP1171733A1; DE60009049D1; AU4577500A; NO20015051L; WO2000063606A1; ES2216887T5; AU772541B2; CA2367521C; ES2216887T3; DK1171733T4; DE60009049T2; DK1171733T3; EP1171733B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug, und genauer, aber nicht ausschließlich, auf ein Fahrzeug zur Fortbewegung in Pipelines, Steigrohrsträngen und anderen Rohrleitungen.
Herkömmlicherweise wird ein zerstörungsfreies Inspektions-, Interventions- und Reinigungsgerät unter Verwendung einer Pipeline-Vorrichtung, die im Allgemeinen als Pipeline-Molch oder Raupe bezeichnet wird, durch eine Pipeline oder eine andere Rohrleitung befördert.
CH 574771 beschreibt eine Reinigungsausrüstung, die mittels Wasser, das durch Öffnungen hinten an der Ausrüstung ausgestoßen wird, entlang einem Rohr getrieben wird. Die Ausrüstung umfasst auch ein drehbares Fräswerkzeug, das durch eine Turbine gedreht wird, die durch Wasser, das durch das Rohr fließt, mit Energie versorgt wird.
Pipeline-Molche bestehen typischerweise aus einer Reihe von verformbaren Scheiben, typischerweise aus Polyurethan, die auf einem Körper sicher montiert sind oder aus einem Stück aus Polyurethan oder Polystyrolschaum geformt sind. Diese Scheiben oder geformten Formen bilden typischerweise eine Dichtung mit den internen Flächen der Rohrleitung, wobei der Molch aufgrund des über den Molch hinweg erzeugten Differenzdrucks typischerweise in die Fließrichtung von Fluiden innerhalb der Pipeline getrieben wird. Molche bewegen sich mit dem Fluidfluss in der Rohrleitung.
Herkömmliche Molche haben den Nachteil, dass die Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung der Molche durch den Differenzdruck über die Vorrichtung (d. h. die Fließrichtung und -rate von Fluiden innerhalb der Pipeline) gesteuert werden. Demzufolge erfordert die Steuerung der Geschwindigkeit und Richtung der Bewegung des Molchs die Kontrolle über den Fluss von Fluiden innerhalb der Pipeline. Insbesondere weist durch die Rohrleitung fließendes Fluid typischerweise Abweichungen der Geschwindigkeit und Beschleunigung auf, da der Fluidfluss innerhalb der Pipeline aufgrund verschiedener Faktoren oft keine Konstante ist.
Es wurde mit vielen Lösungen versucht, diese Probleme zu überwinden, beispielsweise durch die passive Steuerung des Molchs, wobei eine festgelegte Umlenkung von Treibfluiden verwendet wird, um die Geschwindigkeit und Richtung des Molchs zu steuern. Andere Ausführungsformen herkömmlicher Molche schließen einen Grad an Steuerbarkeit ein, indem sie fluss- oder druckgesteuerte Umlenkungsvorrichtungen verwenden. Bei dem Versuch zu überwinden, dass sich Molche für Antriebskräfte auf den internen Fluidfluss innerhalb der Rohrleitung verlassen müssen, werden Fremdstrom und externe Steuerung dieser Vorrichtungen über beispielsweise Versorgungs-Stromkabel oder Drahtseil-Stromkabel, die von einem Schiff an der Oberfläche oder dergleichen an die Vorrichtung selbst angeschlossen sind, verwendet.
Diese Vorrichtungen sind jedoch auf eine Fremdstromquelle außerhalb der Pipeline-Rohrleitung und auch auf ein Stromübertragungskabel oder einen Stromübertragungsschlauch angewiesen, was typischerweise den Fortbewegungsbereich derartiger Vorrichtungen einschränkt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug für ein Rohr gemäß Anspruch 1 bereitgestellt. Die Erfindung stellt auch ein Fahrzeug für ein Rohr gemäß Anspruch 25 bereit.
Der Einsatz einer einfachen Turbine, Leitschaufel oder eines Paddels wird bevorzugt. Die Turbine kann montiert sein, um sich in dem Rohr axial oder über die Achse zu drehen, und ihre durch den Fluidfluss angetriebene Drehung wird verwendet, um die Bewegung des Fahrzeugs mit Energie zu versorgen.
Das Fahrzeug kann ein Antriebsmittel, wie etwa Räder, aufweisen, die gegen die innere Fläche des Rohrs angeordnet und mit der Turbinenleitschaufel über ein Getriebegehäuse und eine Welle gekoppelt sind, so dass die Drehung der Turbinenwelle die Antriebsräder entlang der Innenfläche des Rohrs antreibt.
Die Antriebsräder können eingerichtet sein, um in die innere Fläche des Rohrs zu greifen oder in diese zu schneiden. Dies verbessert den Griff, den das Fahrzeug auf das Rohr ausübt, und ermöglicht außerdem, dass das Fahrzeug, während es sich fortbewegt, Paraffin und Krusten usw. von der inneren Fläche reinigt. Bei gewissen Ausführungsformen, die sich gegen den Fluss in dem Rohr fortbewegen, ist dies ein großer Vorteil, da die Krusten, das Paraffin oder andere Ablagerungen, die von der inneren Fläche des Rohrs entfernt wurden, einfach mit dem Fluidfluss stromabwärts fließen und sich nicht vor dem Fahrzeug fortbewegen und sein Fortschreiten durch das Rohr behindern. Selbst bei Ausführungsformen, die sich mit dem Fluss fortbewegen, werden die Ablagerungen vor dem Fahrzeug mitgerissen.
Räder werden bevorzugt, könnten jedoch durch Raupenketten oder Düsen ersetzt werden. Die Schneiden können optional kreisförmige Räder mit scharfen Kanten sein, die auf einer Achse montiert sind, um sich zu drehen und die Fläche des Rohrs zu schneiden oder zu greifen.
Das Fahrzeug kann einen von den Rädern separaten Bohrkratzer zum Entfernen von Ablagerungen an der Rohrwand aufweisen.
Die Energieübertragung von der Turbine auf die Antriebsmittel geschieht normalerweise durch direkte Kopplung über eine Antriebswelle mit einem Getriebegehäuse, jedoch können andere Ausführungsformen die Energie der Drehung der Turbinenleitschaufel indirekt verwenden, um eine Batterie, die zum Versorgen des Antriebsmittels mit Energie verwendet werden kann, aufzuladen. Eine Kombination aus direkter Übertragung und Batteriespeicherung ist auch realisierbar und besonders nützlich, falls der Fluss durch das Rohr innehält, während sich das Fahrzeug bewegen muss. Die Energiekopplung kann elektrisch sein und einen Elektromotor, der die Räder antreibt, antreiben. Es können auch hydraulische Motoren und Energiekopplungen verwendet werden.
Es kann jedes beliebige geeignete Getriebegehäuse verwendet werden, aber bei manchen hier gezeigten Ausführungsformen wurde ein epizyklisches M007-Druckluftmotor-Getriebegehäuse von Ingersoll Rand verwendet.
Die Antriebsräder sind vorzugsweise in einer Reihe von 4 oder mehr auf Köpfen angeordnet, die auf Armen auf dem Fahrzeug getragen werden. Die Stellung der Köpfe kann optional einstellbar sein, um die Richtung der durch die Räder angewandten Kraft zu ändern. Dies ist besonders nützlich, um die Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung des Fahrzeugs wie folgt zu steuern.
Die Köpfe können hinsichtlich der Achse des Rohrs in einer 90°-Stellung festgesetzt sein. In dieser Stellung drehen sich die Arme um die Achse des Fahrzeugs innerhalb des Rohrs ohne axiale Translokation, wobei sich die Räder alle in dieselbe Richtung drehen. Andererseits können die Köpfe bei 0° festgesetzt sein, in welchem Fall das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit und ohne Drehbewegung axial durch das Rohr getrieben wird. Wenn die Köpfe in einer Zwischenstellung zwischen 0° und 90° festgesetzt sind, folgen sie einer spiralförmigen Bahn durch das Rohr. Die axiale Geschwindigkeit erhöht sich mit der Annäherung der Stellung an 0° und senkt sich mit der Annäherung der Stellung an 90°. Umgekehrt erhöhen sich die Steigung und das Ausmaß der Drehung der Arme mit der Annäherung der Stellung an 90° und senken sich mit der Annäherung der Stellung an 0°. Die Steigung der spiralförmigen Bahn (und daher die Leichtigkeit, mit der sich das Fahrzeug gegen einen Fluidfluss bewegt) und die axiale Geschwindigkeit der Bewegung können durch das Ändern der Stellung der Köpfe gesteuert werden.
Die Steigung der spiralförmigen Bahn durch das Rohr ist ein nützlicher Parameter zur Steuerung, da die Variation darin eine Gangübersetzung für die Bewegung des Fahrzeugs durch das Rohr gestattet. Bei einer hohen Steigung von engen Windungen bewegt sich das Fahrzeug langsamer, ist aber dazu fähig, die es zurückhaltenden hohen Kräfte zu überwinden. Bei einer Spirale mit niedriger Steigung weist das Fahrzeug eine relativ niedrigere Stärke auf, bewegt sich aber mit höherer Geschwindigkeit.
Ferner steuert die Stellung der Köpfe auch die axiale Bewegungsrichtung im Rohr, da die Köpfe um 90° (parallel zur Rohrachse) geschwenkt werden können und das Fahrzeug in die entgegengesetzte Richtung antreiben können. Daher können sich gewisse Ausführungsformen des Fahrzeugs der Erfindung gegen den Fluss von Fluid im Rohr bewegen, innehalten oder sich verlangsamen oder sie können mit hoher Geschwindigkeit axial fortschreiten, indem sie die Stellung der Köpfe ändern. Eine derartige Änderung kann vor dem Gebrauch festgesetzt oder während des Gebrauchs bewerkstelligt werden.
Das Fahrzeug kann auf Wunsch durch Fernleitung gesteuert werden, jedoch ist die bordseitige Steuerung durch einen PC oder andere elektronische Schaltungen eine bevorzugte Option.
Einfachere Ausführungsformen der Erfindung können einfach so festgesetzt werden, dass sie sich mit einer gegebenen Geschwindigkeit oder Spiralsteigung ohne jegliche andere Steuerungsmerkmale durch ein Rohr fortbewegen.
Von dem Fahrzeug gesammelte Telemetrie kann durch Draht, Ultraschalltechnik oder andere herkömmliche Verfahren entlang dem Rohr oder mittels Ultraschallmitteln usw. durch die Rohrwand auf ferngesteuerte Unterwasserfahrzeuge (ROV) usw. übertragen werden.
Eine optionale Steuerung kann eine bordseitige oder entfernte elektronische Vorrichtung beinhalten oder alternativ (oder zusätzlich) einen mechanischen Regler oder ein elektromechanisches Steuersystem beinhalten.
Bei gewissen Ausführungsformen kann sich das gesamte Fahrzeug auf einer gewundenen Bahn, die später beschrieben wird, drehen, aber der Körper des Fahrzeugs bleibt vorzugsweise statisch relativ zur Drehbewegung der Turbine und der Antriebsarme. Dies bietet besseren Halt durch die Arme und kann mittels Stabilisatoren erreicht werden, die gegen die Innenfläche des Rohrs drücken und der Drehung des Körpers widerstehen. Alternativ dazu können zwei Sätze Antriebsarme bereitgestellt werden, die zur Gegendrehung fähig sind. Es können auch zwei oder mehrere Turbinenleitschaufeln bereitgestellt werden, die auf Wunsch ebenfalls zur Gegendrehung fähig sind.
Die Turbinenleitschaufel kann typischerweise an einer herkömmlichen Turbine, die eine Nabe aufweist und eine Welle antreibt, befestigt werden, aber gewisse Ausführungsformen können eine ringförmige Ringturbine ohne Nabe und mit Leitschaufeln, die sich von einem äußeren ringförmigen Ring nach innen erstrecken, beinhalten, wobei ringförmige Anordnungen von Getrieben und Motoren an den Ring gekoppelt sind, um das Antriebsmittel anzutreiben. Die Turbinenleitschaufel kann in Segelstellung gebracht werden. Typische Turbinenleitschaufeln können ROV-Propeller beinhalten (für einige Ausführungsformen wurde ein ROV-Ruderpropeiler der Reihe HT von Curvetech verwendet).
Eine Verkleidung kann bereitgestellt werden, um an dem Fahrzeug vorbeifließendes Fluid auf die Turbinenleitschaufeln zu führen und um es auf effiziente Weise aus dem Fahrzeug zu führen.
Der oder jeder Antriebsarm kann die Form eines sich radial erstreckenden Arms haben, der an ein Getriebegehäuse gekoppelt ist und einen zusammengeschobenen Teilabschnitt und/oder einen Federteilabschnitt aufweist, um das Rad an dem radial äußeren Ende gegen eine große Vielzahl von Rohrdurchmessern zu zwingen.
Als Alternative kann der Antriebsarm die Form einer Spirale mit einer von der Steuerung variablen Steigung und mit Antriebsrädern, die daran entlang mit Zwischenraum angeordnet sind, haben. Der spiralförmige Arm kann in der Steigung variiert werden, um die axiale Geschwindigkeit der Bahn des Fahrzeugs entlang dem Rohr zu variieren, und er kann auch radial komprimiert werden, um verschiedenen Durchmessern des Rohrs zu entsprechen.
Federmittel oder Komprimierbarkeit der Antriebsarme (durch hydraulische Mittel, pneumatische Mittel oder Federmittel) ist vorteilhaft, da es dem Fahrzeug das Bewältigen von Kurven im Rohr oder Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche (z. B. Flanschverbindungen) gestattet. Das Fahrzeug kann ein Gelenk aufweisen, um das Schwenken des Fahrzeugs um Kurven zu erleichtern. Die Lenkbetätigung kann im Gelenk oder in den Stoßdämpfereinheiten eingebaut sein. Bei gewissen Ausführungsformen wurden die Luftzylinder/-widder der Stoßdämpfer eingerichtet, um das Fahrzeug um Ecken in dem Rohr zu führen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 ein Teilseitenaufriss im Schnitt eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist, das in einer Pipeline installiert ist;
2 ein Teilseitenriss im Schnitt ist, der das in einer Pipeline installierte Fahrzeug aus 1 zeigt;
3 ein Seitenaufriss eines Antriebsmechanismus zur Verwendung mit dem Fahrzeug aus 1 und 2 ist;
4 ein Seitenriss des Antriebsmechanismus aus 3 ist;
5 ein Seitenaufriss teilweise im Schnitt eines Energiegenerators zur Verwendung mit dem Fahrzeug der vorliegenden Erfindung ist;
6 ein Seitenriss des Energiegenerators aus 5 ist;
7 ein schematischer Seitenaufriss eines ringförmig montierten Energiegenerators ist;
8 eine vergrößerte Ansicht des Energiegenerators aus 7 ist;
9 ein vergrößerter Seitenaufriss eines elektrisch-mechanischen Energiegenerators ist;
10 ein Seitenaufriss einer alternativen Ausführungsform eines Fahrzeugs ist;
11 ein Seitenaufriss einer dritten Ausführungsform eines Fahrzeugs ist;
12 eine isometrische Ansicht des Energiegenerators aus 7 bis 9 ist;
13 ein Seitenaufriss eines Energiemittels zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung ist;
14 ein schematischer Seitenaufriss einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
15 eine isometrische Ansicht des Fahrzeugs aus 14 ist;
16 ein Seitenaufriss einer fünften Ausführungsform eines Fahrzeugs ist;
17a bis 17c eine Spiralantriebsanordnung darstellen;
18 eine alternative Radantriebsanordnung zeigt;
19 eine Raupen- oder Kettenantriebsanordnung zeigt;
20 einen an einem Fahrzeug befestigten Anhänger zeigt;
21 eine perspektivische Schnittansicht einer sechsten Ausführungsform eines Fahrzeugs zeigt;
22 eine Seitenansicht des Fahrzeugs aus 21 ist, die eine Strichzeichnung des Fahrzeugs zeigt;
23 eine Seitenansicht des Fahrzeugs aus 21 ist, die eine Außenansicht des Fahrzeugs zeigt;
24 eine Endansicht des Fahrzeugs aus 21 ist;
25 eine perspektivische Ansicht des Fahrzeugs aus 21 ist;
26 eine Seitenansicht einer siebten Ausführungsform eines Fahrzeugs ist;
27 eine perspektivische Ansicht des Fahrzeugs aus 26 ist;
28 eine Seitenansicht einer achten Ausführungsform eines Fahrzeugs ist;
29 eine schattierte Seitenansicht des Fahrzeugs aus 28 ist;
30 eine perspektivische Ansicht des Fahrzeugs aus 28 ist;
31 eine zweite perspektivische Ansicht des Fahrzeugs aus 28 ist;
32 eine perspektivische Schnittansicht des Fahrzeugs aus 28 im Einsatz ist; und
33 eine zweite perspektivische Schnittansicht des Fahrzeugs aus 28 im Einsatz ist.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigen 1 und 2 eine erste Ausführungsform eines im Allgemeinen mit 10 bezeichneten Fahrzeugs, das in einer Pipeline oder einer Rohrleitung 12 installiert ist. Das Fahrzeug 10 umfasst einen im Allgemeinen mit 14 bezeichneten Energiegenerator, der typischerweise einen Propeller oder eine Turbine, die eine Vielzahl von Turbinenschaufeln 16 aufweist, beinhaltet. Wie in 2 gezeigt, ist das Fahrzeug 10 mit drei radial versetzten Turbinenschaufeln 16 versehen, obwohl es sich versteht, dass eine beliebige Anzahl Turbinenschaufeln verwendet werden kann. Die Schaufeln 16 sind an einer zentralen Nabe 18 befestigt, die eine in einer axialen Bohrung 18b der Nabe 18 befindliche Wellennase 20 aufweist und unter Verwendung eines beliebigen herkömmlichen Mittels in Position gehalten werden kann. Die Welle 20 wird unter Verwendung eines ringförmigen Axiallagers 26 in einem Ständer 24 drehbar montiert, um die Drehbewegung der Welle 20 innerhalb des Ständers 24 zu ermöglichen. Die Welle 20 wird mittels eines herkömmlichen Mittels an eine Eingangswelle 28 eines Getriebes 30 gekoppelt, wobei sich die Eingangswelle 28 auf einem zweiten ringförmigen Axiallager 32 dreht. Eine Abtriebswelle 34 des Getriebes 30 ist mittels eines herkömmlichen Mittels (z. B. über eine Schraube) an einen Antriebsmechanismus, der im Allgemeinen mit 36 gekennzeichnet ist, gekoppelt.
Wie deutlicher in 2 gezeigt, umfasst der Antriebsmechanismus 36 drei radial versetzte Antriebsarme 38. Jeder Antriebsarm 38 weist an einem distalen Ende ein Radgehäuse 40 auf, wobei sich in den Radgehäusen 40 mindestens ein Rad 42 befindet, das drehbar darin montiert ist. Das Radgehäuse 40 kann mittels eines beliebigen herkömmlichen Mittels an einem Antriebsarm 38 befestigt sein, es ist jedoch vorteilhafterweise zusammenschiebbar und unter Verwendung der Feder 44, die das Radgehäuse 40 radial nach außen vorspannt, federbelastet, so dass die Räder 42 somit in den Kontakt mit einer inneren Fläche 121 der Pipeline 12 gezwungen werden.
Die Feder 44 erleichtert das Vorspannen der Räder 42 in den Eingriff mit der inneren Fläche 121 der Pipeline 12 und stellt vorteilhafterweise zwei weitere Funktionen bereit. Als Erstes ermöglicht die Feder 44 das Einstellen der radialen Versetzung des Radgehäuses 40, wobei das Fahrzeug 10 zentriert und innerhalb verschiedener Pipelines mit unterschiedlichen Innendurchmessern verwendet werden kann. Zweitens fungieren die Federn 44 auch als Stoßdämpfer, um jegliche radiale, nach innen gerichtete Kraft, die durch ein beliebiges nach innen vorstehendes Objekt, wie etwa Schweißstellen oder Flanschverbindungsstellen auf der Pipeline 12, die von der inneren Fläche 121 nach innen vorstehen, auf den Antriebsarm angewandt werden kann, zu dämpfen. Somit kann das Fahrzeug 12 mit verschiedenen Pipelines, die unterschiedliche innere Durchmesser aufweisen, verwendet werden, und das Fahrzeug 10 kann auch mit einer minimalen Reduzierung der Geschwindigkeit jegliche nach innen vorstehenden Objekte innerhalb der Pipeline 12 bewältigen.
Jeder Antriebsarm auf der in 2 gezeigten Ausführungsform weist fünf auf einer halbkreisförmigen Achse 46 angeordnete Räder 42 auf.
Diese Anordnung gewährleistet, dass während des Einsatzes mindestens ein Rad 42 die innere Fläche 121 der Pipeline 12 berührt, und erleichtert auch die Verwendung des Fahrzeugs 10 bei Pipelines, die innere Flächen aufweisen, die keinen genau kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Das Fahrzeug 10 ist auch mit mindestens einem Stabilisator, der im Allgemeinen mit 48 bezeichnet wird, versehen. Wie deutlicher in 2 gezeigt, weist das Fahrzeug 10 drei radial versetzte Stabilisatoren 48 auf, obwohl es sich versteht, dass eine beliebige Anzahl an Stabilisatoren 48 verwendet werden kann. Der Stabilisator 48 umfasst typischerweise ein Radgehäuse 50, das ein Rad 52 aufweist, welches durch eine Feder 54 in den Eingriff mit der inneren Fläche 121 der Pipeline 12 vorgespannt ist. Es versteht sich, dass die Feder 54 dieselben Funktionen wie die Feder 44 im Antriebsmechanismus 36 bereitstellt. Der Stabilisator 48 kann mittels eines beliebigen herkömmlichen Mittels an dem Fahrzeug 10 befestigt werden.
Mit Bezug auf 4 umfasst der Antriebsarm 38 eine Keilwellenhülse 56, die mit einem Längsschlitz 58 versehen ist, eine Keilwelle 60, die an einer zentralen Nabe 62 befestigt ist und nach außen vorsteht. Die Keilwelle 60 ist mit einem Stift 64 versehen, der innerhalb des Schlitzes 58 der Keilwellenhülse 56 gehalten wird. Beim Einführen des Fahrzeugs 10 in ein Rohr 12 wird die radiale Versetzung der Räder 42 reduziert, indem das Radgehäuse 40 radial nach innen bewegt und unter Verwendung des Stifts 64, wie durch den Arm 38a in 4 gezeigt, zum Einrasten gebracht wird. Sobald das Fahrzeug 10 in der Pipeline 12 ist, wird der Stift 64 durch ein beliebiges herkömmliches Mittel gelöst, so dass sich der Antriebsarm 38 radial nach außen erstreckt, wodurch die Räder 42 die innere Fläche 12i der Pipeline 12 berühren.
Die Räder des in 1 bis 4 gezeigten Antriebsmechanismus 36 sind als zur Längsachse der Pipeline 12 senkrecht abgewinkelt dargestellt. Die Winkelversetzung oder Stellung der Radgehäuse 40 kann jedoch eingestellt werden, indem ein Einstellmechanismus (nicht gezeigt) verwendet wird, der ermöglicht, dass die Winkelversetzung der Radgehäuse 40 relativ zur Längsachse der Pipeline 12 gedreht wird. Diese Drehung des Radgehäuses 40 ermöglicht das Einstellen der Laufrichtung und/oder der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 innerhalb der Pipeline 12.
Das Radgehäuse 40 kann relativ zur Längsachse der Pipeline 12 gedreht werden, so dass es sich in einer Ebene befindet, die zwischen 90° (d. h. senkrecht) und 0° (d. h. parallel) zur Längsachse der Pipeline 12 liegt. Während sich die Räder zwischen der 90°-Position zur 0°-Position bewegen, können somit die Geschwindigkeit und die Spiralsteigung der Fortbewegungsbahn des Fahrzeugs 10 gesteuert werden. Je näher sich die Ebene der Räder zur 0°-Position, die parallel zur Längsachse der Pipeline 12 liegt, befindet, desto schneller ist die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 in der Laufrichtung und die Bahn der Antriebsarme folgt dann einer lockereren Spiralsteigung.
Durch das Ändern der Winkelversetzung des Radgehäuses 40 kann auch die Laufrichtung des Fahrzeugs 10 gesteuert werden. Wenn die Ebene senkrecht zur Längsachse liegt, übt der Antriebsmechanismus keine axiale Kraft auf das Fahrzeug aus. Sind die Antriebsköpfe auf 90° festgesetzt, bewegt sich das Fahrzeug mit dem Fluss in der Pipeline fort. Dies kann ein nützliches Merkmal beim Wiedererlangen des Fahrzeugs sein, da den Antriebsköpfen ein Signal gegeben werden kann, die 90°-Position einzunehmen (oder im Falle eines Versagens kann dies ihre vorgegebene Position sein) und das Fahrzeug kann dann am Ende der Pipeline, nachdem es sich mit dem Fluss bewegt hat, wiedererlangt werden.
Bezugnehmend auf 1 bewegt sich das Fahrzeug nach links, wenn die Vorderseite des Radgehäuses 40 (definiert durch die Drehrichtung der Räder) nach links gedreht wird, wie in 1 gezeigt; umgekehrt bewegt sich das Fahrzeug in die Rückwärtsrichtung (das heißt nach rechts in 1), wenn der Antriebsarm 38 so gedreht wird, dass sich die Vorderseite des Radgehäuses 40 nach rechts bewegt, wie in 1 gezeigt. Daher ist das Fahrzeug 10 bidirektional, wobei die Laufrichtung durch die Winkelversetzung der Räder 42 festgesetzt ist. Auf diese Weise sind die Geschwindigkeit und die Laufrichtung des Fahrzeugs 10 unabhängig von der Rate und Richtung des Fluidflusses innerhalb der Pipeline 12 und unabhängig von der Richtung und der Geschwindigkeit der Fortbewegung der Räder. Das Fahrzeug 10 kann also entweder gegen den oder mit dem Fluss von Fluid in der Pipeline 12 gehen.
Es versteht sich, dass, da die Köpfe in einer Zwischenposition festgesetzt sind, sich die Arme in einer gewundenen oder spiralförmigen Bahn (mit einer Steigung, die von der Stellung der Köpfe abhängt) bewegen, wodurch sie das Fahrzeug entweder in eine Vorwärts- oder eine Rückwärtsrichtung durch die Pipeline 12 bewegen. Dies ist vorteilhaft, da es die Kraft und das Drehmoment reduziert, die erforderlich sind, um die Kräfte, welche das Fahrzeug 10 zurückhalten, wie etwa den Fluidfluss, zu überwinden.
Es versteht sich, dass die Geschwindigkeit und Richtung des Fahrzeugs 10 auch geändert werden können, indem die Getriebegehäuseverhältnisse eingestellt werden und/oder indem in dem Getriebegehäuse 30 ein Rückwärtsgang bereitgestellt wird.
Im Einsatz wird das Fahrzeug 10 in die Pipeline 12 eingeführt, indem die Radgehäuse 40 wie oben beschrieben radial nach innen versetzt werden (d. h. zu der Position des Arms 38a in 4) und dann die Radgehäuse 40 gelöst werden, sobald sich das Fahrzeug 10 in der Pipeline 12 befindet, so dass die Räder 42 die innere Fläche 121 der Pipeline 12 berühren. Die Stellung der Radgehäuse 40 wird dann eingestellt, um die erforderliche Laufrichtung des Fahrzeugs 10 zu geben und auch um die Spiralsteigung (und daher die axiale Geschwindigkeit) in der Laufrichtung festzusetzen.
Die Pipeline 12 enthält typischerweise ein Fluid, wie etwa Gas oder einen anderen Kohlenwasserstoff oder Wasser usw., das sich in die durch die Pfeile 66 in 1 gezeigte Richtung fortbewegt. Das Fluid trifft auf die Schaufeln 16 des Energiegenerators 14 auf und bewirkt deren Drehung.
Die Drehung der Schaufeln 16 bewirkt, dass sich die Welle 20 auf dem Axiallager 26 dreht und sich somit die Getriebeeingangswelle 28 auf dem Lager 32 dreht. Die Drehbewegung der Propellerschaufeln 16 wird dadurch über das Getriebegehäuse 30 (bei Bedarf mit einem spezifischen Getriebeverhältnis) auf die Getriebeabtriebswelle 34 übertragen. Der Drehantrieb der Getriebeabtriebswelle 34 versorgt die Drehung der Räder 42 mit Energie, was bewirkt, dass sich das Fahrzeug 10 in der spezifizierten Laufrichtung mit der spezifizierten Geschwindigkeit bewegt. Auf diese Weise ist das Fahrzeug 10 dazu fähig, seine eigene Energie zum Antreiben des Antriebsmechanismus 36 zu erzeugen, indem es die Trägheit des Fluids, das auf die Schaufel 16 auftrifft, verwendet, um ein Rotations-Drehmoment zu bewirken, das von einer hohen Drehzahl und einem niedrigen Drehmoment auf eine niedrige Drehzahl und ein hohes Drehmoment, die über das Getriebegehäuse 30 auf die Räder 42 angewandt werden, transferiert wird.
Während sich das Fahrzeug 10 in seine bestimmungsgemäße Laufrichtung bewegt, bewegen sich die Antriebsarme aufgrund der Stellung des Radgehäuses 40 spiralartig. Dies bietet darin einen mechanischen Vorteil, dass das erforderliche Drehmoment, um gegen den Fluss in der Pipeline zu gehen, vergleichsweise niedriger ist als in dem Fall, dass sich die Arme nicht spiralartig bewegen. Bei gewissen Ausführungsformen kann sich das gesamte Fahrzeug spiralartig bewegen.
Es sei bemerkt, dass die Struktur der Antriebsarme 38 und der Stabilisatoren 48 vorteilhafterweise so konzipiert ist, dass sie Reibung mit dem Fluidfluss reduziert und ähnlich wie die Turbinenschaufeln 16 ausgebildet sein kann.
Folglich können die Antriebsarme 38 und Stabilisatoren 48 auch dabei behilflich sein, das Fahrzeug 10 zu treiben.
Die Turbine kann sich an einem Ende (z. B. dem hinteren Ende) des Fahrzeugs befinden, kann aber ebensogut in der Mitte des Fahrzeugs arbeiten. Das Fahrzeug kann einen Antriebsmechanismus oder mehrere in Reihe aufweisen, und es kann mehr als ein Fahrzeug verwendet werden, um einen Zug von Instrumenten oder Reinigungsvorrichtungen usw. anzutreiben. Eine optionale Energieversorgung kann bordseitig oder auf einem separaten Fahrzeug oder Modul bereitgestellt werden.
Nun mit Bezug auf 5 und 6 wird ein alternativer Stabilisator 70 gezeigt. Der Stabilisator 70 wird unter Verwendung eines beliebigen herkömmlichen Mittels, wie etwa eines Stifts, an einem Träger 72 auf dem Ständer 24 schwenkbar befestigt. Der Stabilisator 70 umfasst einen zusammenschiebbaren Arm 74, der sich radial nach außen erstreckt und mit einem Rad 76 am distalen Ende seines äußeren Zylinders, der die innere Fläche 121 der Pipeline 12 berührt, versehen ist. Ein Reaktionsarm 78 ist an dem äußeren Zylinder des Arms 74 des Stabilisators 70 befestigt und erstreckt sich senkrecht zur Längsachse des Stabillsatorarms 70. Der Reaktionsarm 78 wird an dem Ständer 24 unter Verwendung eines Stifts 80 befestigt, welcher an dem Ständer 24 zum Beispiel unter Verwendung eines Schraubengewindes befestigt wird, das den Reaktionsarm auf dem Ständer festhält, es diesem jedoch ermöglicht, sich dem Ständerkörper zu nähern. Zwischen dem Ständer 24 und der Unterseite des Reaktionsarms 78 ist eine Feder 82 bereitgestellt, wobei die Feder 82 dieselbe Funktion wie die oben beschriebenen Federn 44 und 54 bereitstellt.
Folglich kann der Stabilisator 70 eingestellt werden, so dass das Fahrzeug 10 in Pipelines unterschiedlichen Durchmessers eingeführt werden kann und auch Stöße von Vorsprüngen innerhalb der Pipeline 12 dämpfen kann, wobei er die durch diese Eindringungen auferlegte Kraft unter Verwendung der Feder 82 dämpft.
Nun mit Bezug auf 7 wird eine alternative Ausführungsform eines Energiegenerators, der im Allgemeinen mit 90 bezeichnet ist, gezeigt, der eine Vielzahl von Propellerschaufeln 92 umfasst, die genauer in der perspektivischen Ansicht in 12 gezeigt sind. Die Schaufeln 92 sind auf einem ringförmigen Ring 94, der den Rotor des Energiegenerators 90 bildet, montiert und erstrecken sich typischerweise radial nach innen. Der ringförmige Ring 94 ist auf einer Vielzahl von Lagern 96 montiert, auf denen sich der ringförmige Ring dreht, wenn das Fluid auf die Schaufeln 92 wirkt. Das durch die Schaufeln 92 und den ringförmigen Ring 94 erzeugte Drehmoment wird durch ein Getriebegehäuse, das schematisch bei 98 gezeigt wird und das in dem ringförmigen Gehäuse oder dem Ständer des Fahrzeugs 100 untergebracht ist, auf einen spiralförmigen Antriebsarm 102, der nachfolgend im Einzelnen beschrieben wird, transferiert.
Das Fahrzeug 100 ist mit einer Vielzahl von stabilisierenden Rädern 104 versehen, die an dem Rahmen 106 oder einer Verkleidung des Fahrzeugs 100 befestigt sind. Der Rahmen 106 umfasst eine den Fluss konzentrierende Düse 108, die den Fluidfluss innerhalb der Pipeline (nicht gezeigt) zu den Schaufeln 92 des Energiegenerators 90 lenkt.
Die Steigung der Schaufeln 92 kann variabel sein, um Änderungen der Drehgeschwindigkeit herbeizuführen, wodurch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 geändert wird. Das Ändern der Steigung der Schaufeln 92 kann auch die Laufrichtung des Fahrzeugs 100 von vorwärts auf rückwärts ändern, indem ein ähnliches Prinzip angewandt wird, wie die Winkeleinstellung des Radgehäuses 40 bei dem in 1 bis 4 gezeigten Fahrzeug 10. Es kann mehr als eine Schaufel bereitgestellt werden, z. B. können 2–10 Schaufeln geeignet sein.
Wie in 13 dargestellt, kann die Winkelversetzung der Schaufeln 16 des Fahrzeugs 10 auch eingestellt werden, um Änderungen der Drehgeschwindigkeit, wie oben beschrieben, herbeizuführen. Diese Einstellung kann die Geschwindigkeit und Richtung der Bewegung des Fahrzeugs 10 regeln und das Fahrzeug 10 zudem effizienter machen. Es kann mehr als eine Stufe von Propellern vorhanden sein.
Es sei bemerkt, dass der Energiegenerator, im Gegensatz zu einer rein mechanischen Form, einen elektromechanischen Energiegenerator beinhalten könnte. Mit Bezug auf 9 wird ein alternativer Energiegenerator 110 gezeigt, der dem Generator 90 ähnlich, aber elektromechanischer Art ist. In der in 9 gezeigten Ausführungsform umfasst der Energiegenerator 110 Schaufeln 112, die radial auf einem ringförmigen Ring 114 montiert sind. In dem ringförmigen Ring 114 ist in dem Ring 114 ein Draht gewickelt, der als Läuferspule 116 dient. Der ringförmige Ring 114 dreht sich auf den auf dem Ständer 120 bereitgestellten Lagern 118, wobei der Ständer 120 eine Ständerspule 122 umfasst, die mit der Läuferspule 116 zusammen einen elektrischen Generator beinhaltet. Die durch den elektrischen Generator erzeugte Energie kann verwendet werden, um einen Elektromotor (nicht gezeigt) anzutreiben, welcher verwendet werden kann, um den Antriebsmechanismus, der eine Spirale 124 oder den Antriebsmechanismus 36 des Fahrzeugs 10 beinhalten kann, anzutreiben. Außerdem kann die Energie von dem elektrischen Generator verwendet werden, um eine andere Ausrüstung, wie etwa eine Interventionsausrüstung, Inspektionsausrüstung, Kameras, Messgeräte oder eine Reinigungsausrüstung, wie nachfolgend beschrieben wird, mit Energie zu versorgen.
Außerdem kann die durch den Generator erzeugte elektrische Energie in beispielsweise einer Vielzahl von Batterien (nicht gezeigt) gespeichert werden. Dies ist vorteilhaft, wenn, falls der Fluidfluss innerhalb der Pipeline innehält, die in den Batterien gespeicherte Energie verwendet werden kann, um den Elektromotor des Fahrzeugs anzutreiben und es infolgedessen entlang der Pipeline zu treiben, oder jedes beliebige der Zusatzgeräte, die mit dem Fahrzeug in Verbindung stehen, anzutreiben.
Die Antriebsarme können in einem vorgewählten Winkel festgesetzt werden, um die Richtung (vorwärts und rückwärts) und die Geschwindigkeit (durch das Variieren der Steigung) zu regeln. Die Kopplungen können mechanisch oder viskos sein, um die Synchronität mit den Mehrfachantriebrädern zu ermöglichen.
16 zeigt eine Ausführungsform eines Fahrzeugs 200, das eine elektrische Entsprechung des Fahrzeugs 10 ist, weiches in 1 bis 4 gezeigt ist. Das Fahrzeug 200 umfasst einen elektrischen Energiegenerator 202, der eine Turbine oder einen Propeller 204 umfasst. Die Drehung des Propellers 204 erzeugt Elektrizität (im Allgemeinen Gleichstrom), die einen Elektromotor 206 durch ein Getriebegehäuse 208 treibt. Der Elektromotor 206 treibt typischerweise die Antriebsarme oder den anderen Antriebsmechanismus, die hier beschrieben werden, an. Es sei bemerkt, dass möglicherweise erfordert wird, dass das Fahrzeug 200 an sich sicher sein muss, wenn es in einer. Pipeline, die Kohlenwasserstoffe trägt, verwendet wird, um unbeabsichtigte Explosionen zu verhindern.
Nun mit Bezug auf 10 wird eine dritte Ausführungsform eines Fahrzeugs 130 gezeigt. Das Fahrzeug 130 ist dem Fahrzeug 10 ähnlich, mit der Ausnahme, dass zwei Energie erzeugende Turbinen 132, 134 bereitgestellt sind. Diese Verdoppelung der Turbinen stellt eine effizientere Erzeugung von Energie als nur eine einzelne Turbine bereit. Es versteht sich, dass eine beliebige Anzahl Turbinen 132, 134 aneinander gekoppelt werden können, um die Effizienz noch zu verstärken. Die Turbinen 132, 134 können bei Bedarf platziert sein, um sich gegenläufig zu drehen, um die Belastungen auf den Körper des Fahrzeugs 130 zu reduzieren und um die Effizienz zu verstärken.
Die Kopplung von dem Getriebegehäuse an den Antriebsmechanismus kann entweder eine direkte Kopplung sein oder durch eine Viskosekupplung geschehen, um die Synchronisierung mit den anderen Antriebsrädern zu ermöglichen.
Das Fahrzeug 130 umfasst eine eingezogene Düse 136, die den Fluidfluss auf die Turbinen 132, 134 konzentriert und dann das Fluid anschließend sich ausdehnen lässt. Die Düse 136 weist eine Vielzahl von an dieser befestigten Rädern 140 auf, wobei die Räder 140 eine stabilisierende Funktion für das Fahrzeug 130 bereitstellen. Die Düse 136 kann mittels eines beliebigen herkömmlichen Mittels an dem Hauptkörper des Fahrzeugs 130 befestigt werden.
Mit Bezug auf 11 wird eine vierte Ausführungsform eines Fahrzeugs 140 gezeigt, das zwei gegenläufige Antriebsmechanismen 142, 144 aufweist, die durch jeweilige Getriebegehäuse 146, 148 an einem zentralen Energiegenerator 150 befestigt sind. Der Energiegenerator 150 kann entweder ein mechanischer oder ein elektromechanischer Energiegenerator, wie oben beschrieben, sein. Die Getriebegehäuse 146, 148 sind vorzugsweise abgestimmte Getriebegehäuse, die die Antriebsmechanismen 142, 144 gegenläufig drehen. Die Bereitstellung von zwei gegenläufigen Antriebsmechanismen 142, 144 bietet dem Fahrzeug 140 Gleichgewicht und gibt auch erhöhte Leistung. Die Neigung des Fahrzeugkörpers, sich zu drehen, kann auch durch gegenläufige Turbinen gesteuert werden. Eine eingezogene Düse 152 leitet den Fluidfluss wie vorher innerhalb der Pipeline zu den Schaufeln 16 des Energiegenerators 150, wobei die Düse 152 mit Rädern 154 versehen ist, um eine stabilisierende Funktion zu geben. Es versteht sich, dass der Energiegenerator mehr als eine Turbine, wie in 10 gezeigt, beinhalten kann. Die gegenläufigen Antriebe können, wie in der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben, spiralförmig sein.
Mit Bezug auf 14 und 15 wird eine weitere alternative Ausführungsform eines Fahrzeugs 160 gezeigt. Das Fahrzeug 160 umfasst einen spiralförmigen Antriebsarm 162, der auf seiner äußeren Fläche mit Rädern 164 versehen ist, wobei die Räder 164 in die innere Fläche einer Pipeline (nicht gezeigt) eingreifen. Der Arm 162 ist an jedem Ende an einem ringförmigen Bund 166 befestigt, was die Drehung des Arms 162 ermöglicht. Die in 15 gezeigte Ausführungsform hat einen Streifenkontakt auf der Spirale 162 im Gegensatz zu den Rädern 164. Die Spirale kann in der Steigung mittels eines Kolbens (nicht gezeigt) zwischen den beiden Enden der Vorrichtung ausgedehnt und zusammengezogen werden.
Ein Energiegenerator ist innerhalb des Gehäuses 168 eingeschlossen und kann einen beliebigen der hier beschriebenen Energiegeneratoren beinhalten. Das Gehäuse 168 umfasst ein mechanisches Getriebegehäuse oder den vorher beschriebenen elektromechanischen Energiegenerator. Speichen (nicht gezeigt) verbinden den Energiegenerator mit dem spiralförmigen Arm 162. Ein zweites Gehäuse 170 stellt den Fluidfluss aus dem Fahrzeug 160 bereit. Eine Vielzahl von Stabilisatoren 172 ist auf der Außenseite der Gehäuse 168, 170, vorzugsweise in gleichem Abstand um den Umfang angeordnet, bereitgestellt. Die Stabilisatoren 172 inkorporieren typischerweise Stoßdämpfung, wie vorher beschrieben. Es versteht sich, dass die vorher beschriebene mechanische Stoßdämpfung lediglich beispielhaft ist und pneumatische, hydraulische oder andere Arten von Stoßdämpfungskopplungen verwendet werden können. Die Stabilisatoren widerstehen der Drehung des Gehäuses 168, 170 durch den Kontakt der Innenfläche des Rohrs (nicht gezeigt).
Die Innenfläche des Gehäuses 168 kann trichterförmig sein, um Fluidfluss durch das Fahrzeug in die Bahn des darin untergebrachten Energiegenerators zu leiten. Der Energiegenerator und das Gehäuse können das Getriebegehäuse oder den elektrischen Energiegenerator, wie etwa einen bürstenlosen Gleichstrommotor, inkorporieren. Auf Wunsch kann ein Stoßdämpfer inkorporiert werden.
Mit Bezug auf 21 bis 25 wird eine weitere alternative Ausführungsform eines Fahrzeugs 210 gezeigt. Das Fahrzeug 210 beinhaltet einen spiralförmigen Antriebsarm 212, der an jedem Ende an ringförmigen Bünden 216 befestigt ist, die die axiale Drehung des Arms 212 ermöglichen. Die Drehung des Arms 212 gegen die Wand des Rohrs treibt das Fahrzeug 210 in einer axialen Richtung entlang dem Rohr an. Dies kann gegen oder in die Richtung des Flusses in dem Rohr sein. Die Spirale kann zur Änderung der Steigung mittels eines Kolbens (nicht gezeigt) zwischen den beiden Enden der Vorrichtung ausgedehnt und zusammengezogen werden, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 210 anzupassen. Die einfache angetriebene Drehung des spiralförmigen Arms 212 gegen die Rohrwand reicht aus, um die Translokation des Fahrzeugs 210 mit Energie zu versorgen, aber bei gewissen Ausführungsformen können Räder (nicht gezeigt) abwechselnd oder zusätzlich auf den Arm 212 (der optional durch Schneckengetriebe angetrieben wird) montiert werden, um die Drehung anzutreiben.
Es sind zwei Energiegeneratoren 218, 219 bereitgestellt. Der erste versorgt typischerweise die axiale Drehung des spiralförmigen Arms 212 mit Energie, wie nachfolgend beschrieben. Der zweite ist typischerweise zurückgestellt, um einen Anhänger 300 mit Energie zu versorgen, der eine Reinigungs- oder Inspektionsausrüstung, die auch nachfolgend beschrieben werden, beinhalten kann. Das Fahrzeug 210 umfasst ein mechanisches Getriebegehäuse oder den für vorhergehende Ausführungsformen beschriebenen elektromechanischen Energiegenerator. Die Speichen 214 verbinden den Sparalarm 212 mit dem Energiegenerator. Eine Vielzahl von optionalen Stabilisatoren oder Speichen 213 ist auf der Außenseite des Fahrzeugs 210 bereitgestellt. Die Stabilisatoren 213 und Arme 214 inkorporieren typischerweise eine beliebige Art von Stoßdämpfung, wie vorher beschrieben. Optional sind auf dem Fahrzeug 210 Räder 211 bereitgestellt, um die innere Fläche des Rohrs (nicht gezeigt) zu berühren, vorzugsweise in gleichem Abstand um den Umfang angeordnet, um der Drehung des Gehäuses 240, 241 zu widerstehen, und ein Bugkonus 215, der den Fluidfluss innerhalb der Pipeline zu den Schaufeln des Generators leitet.
Andere Merkmale vorhergehender Ausführungsformen, insbesondere vom Fahrzeug 160, können in diese Ausführungsform inkorporiert werden.
Nun mit Bezug auf 26 bis 27 wird eine weitere Alternative eines Fahrzeugs 220 gezeigt. Ein spiralförmiger Arm 222, der auf den Gehäusen 224, 225 mit ringförmigen Ringen (nicht gezeigt) verbunden ist, ist bereitgestellt. Der Energiegenerator ist innerhalb des spiralförmigen Arms 222 untergebracht und kann einen beliebigen der hier beschriebenen Energiegeneratoren beinhalten. Das Fahrzeug 220 umfasst ein mechanisches Getriebegehäuse oder den vorher beschriebenen elektromechanischen Energiegenerator. Die Arme 226, 227 erstrecken sich von der Hauptachse zu dem Spiralarm 222 und verbinden somit den Energiegenerator mit der Spirale 222. Typischerweise ist ein Kolben (nicht gezeigt) bereitgestellt, um die beiden Enden des spiralförmigen Arms 222 auszudehnen und zusammenzuziehen. Stabilisatoren 221 widerstehen der Drehung des äußeren Lagergehäuses 228, 229. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass das zusätzliche Gerät (nicht gezeigt), z. B. eine Reinigungs- oder Überwachungsausrüstung, innerhalb der Gehäuse 228, 229 montiert oder in einem Traktor 300, der nachfolgend beschrieben wird und zweckmäßig am Fahrzeug 220 befestigt ist, bereitgestellt werden kann.
Nun mit Bezug auf 28 bis 31 wird eine weitere alternative Ausführungsform eines Fahrzeugs 230 gezeigt. Das Fahrzeug 230 umfasst zwei spiralförmige Arme 231, 232, die jeweils an einem ringförmigen Ring 233, 234 befestigt sind. Speichen (nicht gezeigt) verbinden einen Energiegenerator 235 mit den spiralförmigen Armen 231, 232. Die ringförmigen Ringe 233, 234 werden von dem Energiegenerator 235, der einen beliebigen der hier beschriebenen Energiegeneratoren und ein mechanisches Getriebegehäuse oder den vorher beschriebenen elektromechanischen Energiegenerator beinhalten kann, mit Energie versorgt, um sich hinsichtlich einander entgegengesetzt zu drehen. Die gegenläufigen spiralförmigen Arme 231, 232 versehen das Fahrzeug mit zusätzlicher Stabilität. Es kann ein Kolben (nicht gezeigt) bereitgestellt werden, um die Länge jedes spiralförmigen Arms 231, 232 auszudehen oder zusammenzuziehen. Mit Bezug auf 32 bis 33 wird das Fahrzeug 230 in Gebrauch gezeigt, wie es sich durch das Rohr 236 bewegt.
Nun mit Bezug auf 17a bis 17c kann die Steigung des spiralförmigen Arms und daher die axiale Geschwindigkeit des Fahrzeugs 160 gesteuert werden. Der spiralförmige Arm 162 beinhaltet typischerweise einen ringförmigen Ring, in dem sich ein Spalt 174 befindet. Wenn der Arm 162 in einem ringförmigen Ring gehalten wird, wird, wie in 17a gezeigt, keine axiale Kraft auf das Fahrzeug übermittelt und es wird untätig bleiben, obgleich sich der Arm 162 drehen kann. Wenn jedoch ein Ende des Arms 162, wie in 17b gezeigt, ortsfest gehalten wird und das andere Ende nach links versetzt wird, nimmt der Arm 162 eine spiralförmige Konfiguration ein und das Fahrzeug bewegt sich nach links. Nun mit Bezug auf 17c bewegt sich das Fahrzeug nach rechts, wenn dasselbe Ende des Arms 162 ortsfest gehalten wird und das andere Ende, wie in 17c gezeigt, nach rechts bewegt wird. Es versteht sich, dass es die Richtung der ursprünglichen Versetzung des Arms 162 ist, welche die Laufrichtung des Fahrzeugs regelt und somit das Fahrzeug unabhängig von der Drehrichtung des Arms 162 bidirektional werden lässt. Zudem kann durch die Variierung der Steigung der Spirale in größerem oder kleinerem Maße die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in die Laufrichtung dementsprechend erhöht oder gesenkt werden. Beispielsweise erhöht das Zwingen des Arms 162 in eine lose Spirale die Geschwindigkeit, und umgekehrt senkt das Zwingen des Arms 162 in eine engere Spirale die Geschwindigkeit, vermindert aber die Gangübersetzung des Fahrzeugs, so dass es sich einfacher gegen zurückhaltende Kräfte fortbewegen kann. Die axiale Geschwindigkeit der Fahrzeuge 210, 220, 230 kann variiert werden, indem ihre spiralförmigen Arme 162, 212, 222, 231, 232 auf ähnliche Weise geändert werden. Zusätzlich zur Bereitstellung eines Antriebsmittels entfernen die spiralförmigen Arme 162, 212, 222, 231, 232 Materialien aus dem Inneren des Rohrs, durch welches sich das Fahrzeug 160, 210, 220, 230 fortbewegt.
Wenn sich das Fahrzeug 160, 210, 220, 230 zudem einer Kurve im Rohr, durch welches es sich fortbewegt, nähert, kann sich der spiralförmige Arm automatisch der Form der Kurve anpassen und so die auf das Fahrzeug angewandten Belastungen reduzieren.
Bei Ausführungsformen, die einen spiralförmigen Arm beinhalten, kann die Steigung der Spirale variiert werden, indem der Abstand zwischen den ringförmigen Bünden vergrößert oder verkleinert wird, was mittels eines hydraulischen Widders oder einer ähnlichen Vorrichtung durchgeführt werden kann. Dies kann ferngesteuert oder durch die bordseitige Steuerung ausgelöst werden.
Ein weiterer alternativer Antriebsmechanismus für das Fahrzeug ist in 19a gezeigt. Eine Raupenketteneinheit 180 ist am Ende des Antriebsarms 38 bereitgestellt, um dem Fahrzeug Antriebskraft bereitzustellen. Die Raupenketteneinheit beinhaltet typischerweise eine Vielzahl von Rädern 182, auf denen sich ein Endlosantriebsriemen 184 drehen kann. Ein Schneckenantrieb, der in 19b dargestellt ist, übersetzt die Drehung von der Abtriebswelle 34 des Getriebes 30 in eine Bewegung, die den Riemen 184 antreibt.
Es sei bemerkt, dass die Stellung der Ketteneinheit 180 unter Verwendung eines Einstellmechanismus, der dem des in 1 bis 4 gezeigten für das Radgehäuse 40 ähnlich ist, eingestellt werden kann. Dies ermöglicht die Steuerung der Geschwindigkeit und der Richtung des Fahrzeugs, an dem die vorher beschriebene Traktoreinheit 180 befestigt ist. Der in 19b gezeigte Schneckenantrieb umfasst eine Welle 186, auf der sich ein spiralförmiger Vorsprung 188 befindet. Eine zweite Welle 190 ist senkrecht zur ersten Welle 186 montiert, wobei die zweite Welle 190 mit einem gewundenen Vorsprung 192, der dem Vorsprung 188 ähnlich ist, zum Eingriff damit bereitgestellt ist. Daher bewirkt die Drehung der ersten Welle 186 das Ineinandergreifen der Vorsprünge 188, 192, was dann die Welle 190 dreht.
Nun mit Bezug auf 20 wird ein Fahrzeug gezeigt, das ein beliebiges der Fahrzeuge 10, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230, an dem ein Anhänger 300 befestigt ist, beinhalten kann. Der Anhänger 300 ist an der Traktoreinheit 10 unter Verwendung einer Kopplung 202 befestigt, wobei die Kopplung 202 vorzugsweise elektrische Verbindungsstücke zur Transferierung der von dem Fahrzeug 10 erzeugten elektrischen Energie auf den Anhänger 300 umfasst. Es sei bemerkt, dass der Anhänger 300 an dem Traktor 10 befestigt werden kann, so dass der Anhänger entweder gestoßen oder geschoben wird. Der Anhänger 300 umfasst typischerweise eine Mess-, Inspektions- und/oder Reinigungsausrüstung für Pipelines. Die Kopplung 202 ist vorzugsweise gelenkig, so dass der Traktor 10 und der Anhänger 200 jegliche Kurven in der Pipeline bewältigen können. Der Traktor 10 kann verwendet werden, um eine beliebige Art von Untertageausrüstung, die erforderlich sein kann, wie etwa eine Interventions-, Reinigungs- oder Inspektionsausrüstung für Pipelines, zu ziehen oder zu stoßen, was sich für den Fachmann auf dem Gebiet versteht. Es sei bemerkt, dass die Interventions-, Reinigungs- oder Inspektionsausrüstung für Pipelines an dem Fahrzeug befestigt werden kann, wodurch kein Anhänger 300 verwendet werden muss.
Die Reinigungsausrüstung wird typischerweise verwendet, um das Innere der Pipeline zu reinigen. Dies erhöht die Effizienz der Fluidbeförderung durch die Pipeline.
Die Überwachungs- und Inspektionsausrüstung kann verwendet werden, um die Integrität und Betriebsfähigkeit der Pipeline zu bewerten.
Die Fahrzeuge 10, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230 können in einer beliebigen Anwendung, die Reinigung, Inspektion oder eine andere innerhalb eines Rohrs durchgeführte Arbeit erfordert, verwendet werden; einige (nicht ausschließliche) Beispiele betreffen die Wasser-, Gas-, Atom- oder Ölindustrie. Das Fahrzeug kann sich in Rohren fortbewegen, die verwendet werden, um Flüssigkeit, Gas oder eine Mischung aus diesen zu befördern.
Das Fahrzeug kann von einer Plattform oder einem fern gelegenen Bohrlochkopf oder einer Bohrsammlung in Steigrohrsträngen ausgesetzt werden, während die Förderung läuft. Inspektion und/oder Reinigung können daher erreicht werden, ohne die Förderung von Kohlenwasserstoffen zu beeinträchtigen.
Das Fahrzeug kann einen Kilometerzähler tragen, der das Lösen eines störsicheren Mechanismus auslösen kann, so dass das Fahrzeug nach einer gewissen Entfernung zurückgeholt werden kann. Der störsichere Mechanismus kann auch extern durch ein Signal, das durch die Rohrwand oder eine darin befindliche Sonde übertragen wird, ausgelöst werden.
Das Fahrzeug kann in einer Pipeline im Leerlauf laufend gelassen werden, bis ein externes Signal auslöst, dass sich das Fahrzeug mit einer gegebenen Geschwindigkeit in eine gegebene Richtung bewegt, um die Pipeline oder dergleichen zu inspizieren oder zu reinigen. Da die Richtung und Geschwindigkeit des Fahrzeugs steuerbar sind, kann das Fahrzeug verwendet werden, um einen anfänglichen Hochgeschwindigkeitsscan der gesamten Pipeline durchzuführen, wobei es Bereiche vermerkt, die weitere und genauere Inspektion oder Reinigung erfordern. Dann kann das Fahrzeug zu diesen Bereichen zurückgeschickt werden, indem seine Richtung umgekehrt wird, und dann kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs für eine gründlichere Inspektion reduziert werden.
Das Fahrzeug ist vorzugsweise mit einem elektronischen Steuermodul versehen, das beispielsweise einen bordseitigen Computer beinhalten kann, um die Geschwindigkeit und Richtung des Fahrzeugs zu steuern. Des Weiteren kann das Steuermodul andere Funktionen wie etwa das Telemetriesystem und/oder die Steuerung und Betätigung der Reinigungs-, Inspektions- oder Interventionsausrüstung, die an diesem befestigt ist, bereitstellen.
Jegliche der hier beschriebenen Fahrzeuge können mit einem störsicheren Mechanismus versehen werden, um zu gewährleisten, dass das Fahrzeug im Falle eines Versagens zurückgeholt werden kann. Der störsichere Mechanismus kann zum Beispiel ein Fallschirm oder ein Windsack sein, der hinten am Fahrzeug entfaltet wird. Der Fallschirm/Windsack öffnet sich, sobald er entfaltet wird, und fängt den Fluss von Fluid in der Pipeline ein, wodurch er das Fahrzeug mit dem Fluss von Fluid bis zu einem beliebigen Punkt in der Pipeline trägt, an dem es zurückgeholt werden kann. Optional kann eine Schnur an dem Fahrzeug befestigt sein, so dass es bei einem Versagen abgeschleppt werden kann.
Das Fahrzeug kann auch ein Telemetriesystem tragen, wobei die darauf getragene Instrumentation oder andere Ausrüstung mit einem Empfänger, der entweder an der Oberfläche oder auf einem ROV, das sich neben dem Fahrzeug bewegt, aber vielleicht außerhalb der Pipeline platziert ist, kommunizieren kann. Das Telemetriesystem kann unter Verwendung eines beliebigen herkömmlichen Mittels, wie etwa der Pipeline, Ultraschall oder anderweitig, kommunizieren.
Bei gewissen Ausführungsformen können die Antriebsräder/-arme für eine bestimmte Geschwindigkeit, die durch das Steuermodul eingestellt werden kann, in einem Winkel festgesetzt sein. im Falle eines elektrischen Antriebsmittels können sich der Winkel und die Drehgeschwindigkeit ändern, um die axiale Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch das Rohr einzustellen. im Falle von mechanischen Kopplungen kann die Geschwindigkeit gemäß dem Kontaktwinkel zwischen dem Rad/Arm und der Rohrwand variiert werden oder indem die Getriebegehäuseverhältnisse geändert werden. Das Getriebegehäuse kann angepasst werden, um die U/min zu reduzieren und das Drehmoment zu erhöhen.
Abwandlungen und Verbesserungen können bei dem Obengenannten verwendet werden, ohne den Bereich der vorliegenden Patentansprüche zu verlassen. Es können Luft- oder hydraulische Widder auf dem Fahrzeug bereitgestellt werden und es kann ein Gelenk hergestellt werden, so dass das Fahrzeug Kurven in der Pipeline bewältigen kann.
Ein Vorteil, der aus der spiralförmigen Form des Antriebsarms hervorgeht, besteht darin, dass ein Fahrzeug mit einem derartigen Arm von Rohren mit schmalem Durchmesser zu Rohren mit weitem Durchmesser bewegt werden kann und sich die Spirale in großem Maße radial erweitern kann, um den Arm in jedem Fall gegen die Wand des Rohrs zu zwingen.

Claims

Ein Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) für ein Rohr (12), das einen Energiegenerator (14, 110, 218, 219), der durch Fluid, das an dem Generator (14, 110, 218, 219) vorbeifließt, angetrieben wird, und ein oder mehrere Antriebsmittel (36, 42, 142, 144) und einen Energieübertragungsmechanismus, der den Generator (14, 110, 218, 219) mit dem Antriebsmittel (36, 42, 142, 144) verbindet, aufweist, wobei die Energie von dem Generator (14, 110, 218, 219) über den Übertragungsmechanismus von dem Generator (14, 110, 218, 219) auf das Antriebsmittel (36, 42, 142, 144) übertragen wird, um das Antriebsmittel mit Energie zu versorgen und um das Fahrzeug axial entlang dem Rohr zu treiben, wobei das Antriebsmittel (36, 42, 142, 144) mindestens einen Antriebskopf (36, 42, 142, 144) umfasst, der von dem Fahrzeug radial nach außen vorgespannt ist, um die Innenfläche des Rohrs zu berühren, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Antriebskopf (36, 42, 142, 144) relativ zu dem Fahrzeug um die Achse des Fahrzeugs drehbar ist, und wobei die Stellung des Antriebskopfs (36, 42, 142, 144) in Bezug auf die Achse des Rohrs auf einen ausgewählten Wert zwischen 0° und 90° festgesetzt werden kann, wobei die Drehung des Antriebsmittels (36, 42, 142, 144) um die Achse des Fahrzeugs den Kopf (36, 42, 142, 144) in einer spiralförmigen Bahn auf der inneren Fläche des Rohrs antreibt, wodurch das Fahrzeug axial entlang dem Rohr getrieben wird.
Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) gemäß Anspruch 1, wobei das Antriebsmittel (36, 42, 142, 144) in Bezug auf die Bewegungsachse des Fahrzeugs (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) in der Stellung variiert werden kann.
Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Generator (14, 110, 218, 219) mindestens eine Turbine beinhaltet, die von dem an ihr vorbeifließenden Fluid gedreht wird.
Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) gemäß Anspruch 3, wobei der Generator (218, 219) eine erste und eine zweite Turbine beinhaltet.
Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) gemäß Anspruch 4, wobei die Turbinen (218, 219) eingerichtet sind, um sich in entgegengesetzte Richtungen zu drehen.
Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) gemäß Anspruch 3, 4 oder 5, wobei der Generator (14, 110, 218, 219) mindestens eine ringförmige Ringturbine (90) beinhaltet, die sich von einem äußeren ringförmigen Ring (94) nach innen erstreckende Leitschaufeln (92) aufweist.
Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) gemäß einem der Ansprüche 3–6, wobei die Stellung der Turbinenleitschaufeln (16, 92) eingestellt werden kann.
Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) gemäß einem der Ansprüche 3–7, wobei eine erste Turbine (218) das Antriebsmittel mit Energie versorgt und eine zweite Turbine (219) Zusatzgeräte mit Energie versorgt.
Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) gemäß einem der Ansprüche 3–8, wobei das Antriebsmittel (36, 42, 142, 144) Räder (52, 164) beinhaltet, die gegen die innere Fläche (121) des Rohrs (12) angeordnet und über ein Getriebegehäuse (30, 98, 146, 148, 208) und eine Weile (28) mit der Turbinenleitschaufel (16, 92) gekoppelt sind, so dass die Drehung der Turbinenwelle (28) die Antriebsräder (52, 164) entlang der Innenfläche (12i) des Rohrs (12) antreibt.
Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energie des Generators (14, 110, 218, 219) an einen elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen oder hydrodynamischen Motor (206) gekoppelt ist.
Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Energiegenerator (14, 110, 218, 219) angepasst ist, um ein Energiespeichermittel auf dem Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) aufzuladen.
Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antriebsmittel (36, 42, 142, 144) angepasst ist, um in die innere Fläche (121) des Rohrs (12) zu greifen oder in diese zu schneiden.
Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ein Mittel zum Entfernen von Ablagerungen von der Rohrwand (12) aufweist.
Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antriebsmittel (36, 42, 142, 144) ein oder mehrere Räder (42, 104, 164) beinhaltet, die in einer Reihe auf einem oder mehreren Antriebsköpfen angeordnet sind, die auf einem oder mehreren Armen (38, 162, 212) auf dem Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) getragen werden.
Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Steuerung aufweist, um die Geschwindigkeit und Richtung des Fahrzeugs (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) durch das Rohr (12) zu regulieren.
Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ein oder mehrere Stabilisierungsmittel (48) aufweist, um die Stellung des Körpers des Fahrzeugs (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) relativ zum Rohr (12) beizubehalten.
Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antriebsmittel (142, 144) einen ersten und einen zweiten Antriebsarm (38) beinhaltet, die angepasst sind, um sich in entgegengesetzte Richtungen zu drehen.
Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antriebsmittel (36, 42, 142, 144) angepasst ist, um bei einer großen Vielfalt von Rohrdurchmessern in die innere Wand (121) des Rohrs (12) einzugreifen.
Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antriebsmittel (36, 42, 142, 144) einen spiralförmigen Arm (162, 212) beinhaltet.
Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) gemäß Anspruch 19, wobei die Steigung des spiralförmigen Arms (162, 212) variabel ist.
Fahrzeug (10, 100, 130, 140,160, 200, 210, 220, 230) gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei der spiralförmige Arm (162, 212) radial komprimiert oder erweitert werden kann, um verschiedene Durchmesser des Rohrs (12) zu berücksichtigen.
Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antriebsmittel (36, 42, 142, 144) angepasst ist, um das Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) selektiv mit und gegen die Fließrichtung des Fluids im Rohr anzutreiben.
Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) gemäß Anspruch 22, wenn von Anspruch 19 abhängig, wobei der spiralförmige Arm (162, 212) selektiv in jede Richtung gedreht werden kann, um das Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) in eine ausgewählte axiale Richtung im Rohr zu bewegen.
Fahrzeug (10, 100, 130, 140, 160, 200, 210, 220, 230) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ein Gelenk aufweist.
Ein Fahrzeug für ein Rohr, das einen Energiegenerator, der durch Fluid, das an dem Generator vorbeifließt, angetrieben wird, mindestens ein Antriebsmittel, das von der Achse des Fahrzeugs radial nach außen vorgespannt ist und angepasst ist, um das Fahrzeug axial entlang dem Rohr zu treiben, und einen Energieübertragungsmechanismus, der den Energiegenerator mit dem Antriebsmittel verbindet, aufweist, wobei die Energie von dem Generator über den Übertragungsmechanismus von dem Generator auf das Antriebsmittel übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel einen spiralförmigen Arm beinhaltet, der um die Achse des Fahrzeugs drehbar ist, und wobei die Drehung des Antriebsmittels um die Achse des Fahrzeugs den Arm in einer spiralförmigen Bahn entlang der inneren Fläche des Rohrs antreibt, wodurch das Fahrzeug axial entlang dem Rohr getrieben wird.