叶映芳 杨小乐（等同于第一作者）

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州215000）

1 概述

清管器清洗技术是一项由防腐专业引申为管道防护、维持的技术，主要用于管道内表面除锈、除垢、脱水、干燥及涂敷，清管器清管时管道不需要停输，适于清洗各种管道包括长线管道的清洗，且对管道无腐蚀，相对于化学清洗和高压水冲洗，其优势不言而喻，已经成为管道清洗的常用工具。为保证长线管道的输送安全，需要定期对管道进行清管和内部检测，但是由于管道修复、经济性等方面原因，管道的部分甚至整条管段被设计成了变径管线。目前普遍采用机械式清管器进行清管，如果管线存在变径段，普通清管器的皮碗没有足够的变径能力，在经过管径较大的管段时无法有效与管内壁接触，导致清洗效果不佳，在经过管径较小的管段时容易发生卡堵而严重影响清洗。因此，设计适应不同管径的清管器（即变径清管器）是清管器研究的重要分支之一。

2 变径清管器的技术发展路线

变径清管器需要在一定程度上实现径向的自行伸缩才能使其适应不同大小的管径，而伸缩的实现体现在清管器的材料和结构两方面。

2.1 变径清管器的材料改进

从材料选用方面而言，变径清管器需要采用具有弹性的材料以满足其伸缩性。最初，人们采用柔软的塑料制作清管器的皮碗（AP：US19790090628A），聚氨酯材料的皮碗在变径清管器中 使 用 得 较 多（AP：RU2004133622A、RU2004134862A、CN200620091102），聚氨酯泡沫材质较软，因而变形能力强，但其支撑性、密封性以及抗磨损性能较差；聚氨酯弹性体的耐磨性相对较好，但在伸缩性方面又较难满足变径量大的管线。在材料的限制下，人们开始从弹性皮碗的外形上作改进，如采用2 个以上的皮碗交叠布置以增加皮碗的支撑能力和密封性能；将弹性皮碗的外形改为锯齿状或花瓣状，从而提高皮碗的伸缩性，这几类改进沿用至今。

综上，由于新材料研发的限制，单从材料方面改进清管器的变径功能有较大的局限性，对于清管器的变径功能，还是较多地从结构上进行改进。

2.2 变径清管器的结构改进

最初，变径清管器的结构改进体现在采用弹性支架方面。1967 年，美国逖帝威廉森公司提出了一种带有弹片支架的变径清管器（PN：US3496588A），其在清管器主体外周上均匀设置了多个弹性片，在弹性片末端设置清洁部件，由于弹性片可沿清管器径向伸缩，因而可适应管线中管径的变化。弹性片的伸缩性能较好，且其端部的清洁部件可根据清洗需求选用钢刷、刮片或摩擦片等，方便更换；不足之处在于弹性片的伸缩是靠其自身的弹性变形而实现的，如果长时间在较小管径中被挤压，有可能因压力过大而造成弯折，影响其伸缩性能。

表1

1988 年，前苏联石油公司提出了一种采用连杆机构配合弹簧进行变径操作的清管器（PN：SU1574289A1），其将连杆机构铰接在清管器主轴上，连杆机构与轴向设置的弹簧相连，当管径变小时，连杆机构被压缩，同时带动弹簧使其被拉伸或压缩；当管径变大时，借助弹簧的回复力使连杆张开以贴合管内壁。这种连杆机构与之前的弹性支架相比，铰接的方式是连杆机构容易伸缩，不容易被损坏，且弹簧便于更换，不像弹性支架失去弹性后需要整体更换。后来，这种连杆结构的变径清管器得到了广泛的应用并沿用至今。

2004 年，加拿大管道公司在之前的连杆结构的变径清管器上做了改进，提出了一种带有滚轮导向的变径清管器（PN：CA2480534A1），其主体结构与之前的连杆结构的变径清管器大体相同，主要在连杆机构的末端增设了滚轮，并将清洁皮碗设在连杆机构后部。带有滚轮的连杆机构在伸缩时减小了与管内壁的摩擦，避免了在清管器行进过程中连杆机构被扭转，起到了较好的导向作用，在一定程度上提高了清管器的寿命。

2010 年，捷克申请人提出了一种具有履带导向的变径清管器（PN：EP2456578A2），其在滚轮导向的变径清管器的基础上将滚轮替换为带有驱动机构的履带，每个履带都内设驱动装置以带动履带的转动前进，使履带保持贴附管内壁。这种履带的设置极大地提高了清管器在管线中行进的稳定性，有效避免了清管器卡堵的情况。另一方面，该种清管器为了保证履带行进的自由性而取消了弹簧结构，连杆机构依靠其端部设置的履带实现伸缩，由于取消了弹簧，其贴壁性有所降低，因此不适合采用贴壁皮碗等清洁部件，而是采用了喷嘴喷射清洗。

综上，变径清管器在结构方面的改进经历了从弹性支架到连杆结构，再到滚轮导向和履带导向这几方面的发展，但是这种改进路线并非是完全替换型的，每种结构都有其优缺点，人们也大多根据实际的清洗需求、成本方面考虑而选择合适的变径清管器。

3 变径清管器的国内外典型专利申请分析（表1）