устройство для перекрытия трубопровода

Формула изобретения

1. Устройство для перекрытия трубопровода, содержащее эластичную герметизирующую оболочку, отличающееся тем, что эластичная оболочка выполнена в виде цилиндра с одним днищем, при этом на открытом торце цилиндра с внутренней стороны имеется эластичная торовая надувная оболочка.

2. Устройство для перекрытия трубопровода по п. 1, отличающееся тем, что в нем имеется механизм стягивания краев открытого торца герметизирующей оболочки к центру трубы при сбросе давления из торовой надувной оболочки.

3. Устройство для перекрытия трубопровода по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено регулятором перепада давления между полостью торовой надувной оболочки и полостью перекрываемого трубопровода.

4. Устройство для перекрытия трубопровода по п. 1, отличающееся тем, что в нем имеется клапан сброса и труба перепуска газа (жидкости) из перекрываемого трубопровода.

5. Устройство для перекрытия трубопровода по п. 1, отличающееся тем, что длина боковой поверхности цилиндра L_ц определяется по формуле L_цD/4k, где D - внутренний диаметр трубопровода, k - коэффициент трения между материалом наружной поверхности герметизирующей оболочки и внутренней поверхностью трубы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трубопроводному транспорту жидкостей и газов и предназначено для перекрытия трубопровода при его ремонте или во время аварийной ситуации.

Из технической литературы и патентных источников известны конструкции устройств для перекрытия трубопроводов (заглушек), представляющие из себя сферические или цилиндрические надувные оболочки, например заглушки фирм "Hollmatro" (Нидерланды), "Vetter" (ФРГ), "ОРКО" (г. Омск).

Основными недостатками этих заглушек являются невысокое рабочее давление (0,15...0,3 МПа), что, соответственно, ограничивает давление в перекрываемом трубопроводе, а также малая площадь поверхности контакта с трубой (особенно характерно это для заглушек в трубопроводах большого диаметра), что зачастую приводит к перемещению заглушки вдоль трубы под действием давления в перекрытом трубопроводе. Кроме того, учитывая их значительный объем и давление внутри, эти заглушки являются энергоемким, весьма небезопасным объектом, непредвиденное разрушение (прокол, разрыв) которого может привести к достаточно неприятным последствиям, включая разлетающиеся части, повреждение оборудования и т.п.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение надежности перекрытия трубопровода, исключение сдвижки трубопроводной заглушки вдоль трубопровода под действием давления, повышение безопасности работ за счет уменьшения энергоемкости самой заглушки и за счет обеспечения регулируемого стравливания или перекачки рабочей среды из перекрытого трубопровода.

Технический результат достигается тем, что эластичная герметизирующая оболочка заглушки выполнена в виде цилиндра с одним днищем и устанавливается в трубопровод открытым торцом в сторону заглушаемого участка. На открытом торце цилиндра с внутренней стороны имеется эластичная торовая надувная оболочка, которая обеспечивает прижатие края эластичной оболочки заглушки к стенкам перекрываемого трубопровода. В заглушке имеется механизм, обеспечивающий стягивание краев открытого торца герметизирующей оболочки к центру трубы при сбросе давления из торовой надувной оболочки. Заглушка снабжена регулятором перепада давления между полостью торовой надувной оболочки и полностью перекрываемого трубопровода, а также клапаном сброса и трубой перепуска газа (жидкости) из перекрываемого трубопровода.

На чертеже представлено устройство для перекрытия трубопровода (заглушка). Эластичная герметизирующая оболочка 1 с расположенной на открытом торце торовой надувной оболочкой 2 установлена в трубопровод 8 через отверстие 9 для заведения заглушки и заглушает участок А трубопровода. Данная схема установки заглушки является типичной, например при проведении ремонтных работ на участке Б газопроводов большого диаметра. На заглушке установлен механизм 3, обеспечивающий стягивание краев открытого торца герметизирующей оболочки к центру трубы. Наддув торовой оболочки проводится через шланг наддува 5 с установленным на нем регулятором перепада давления 4. На заглушке имеется также клапан сброса 6 и труба перепуска газа (жидкости) 7 из перекрываемого трубопровода.

При подаче воздуха через шланг наддува 5 в торовую надувную оболочку она прижимает край герметизирующей оболочки к стенке трубопровода и перекрывает поступление газа (жидкости) из полости А в полость Б трубопровода. При отсутствии избыточного давления в полости А этого достаточно для разделения участков А и Б трубопровода. При наличии избыточного давления в полости А цилиндрическая часть эластичной герметизирующей оболочки 1 прижимается этим давлением к стенкам трубопровода 8 и фиксируется в нем. Для обеспечения надежной фиксации заглушки в трубопроводе необходимо, чтобы удерживающая заглушку сила трения

F_тр = DL_цkp

была не меньше силы, проталкивающей заглушку вдоль трубы

F_в = D²p/4,

где D - диаметр трубопровода;

L_ц - длина цилиндрической части эластичной герметизирующей оболочки;

k - коэффициент трения между герметизирующей оболочкой и стенкой трубопровода;

р - избыточное давление в полости А трубопровода.

Таким образом, необходимым условием для обеспечения надежной фиксации заглушки в трубопроводе будет достаточная длина L_ц цилиндрической части герметизирующей оболочки:

L_ц D/4k.

При наличии избыточного давления в полости А трубопровода проблемным является также извлечение заглушки после окончания работы. Даже при сбросе давления из надувной торовой оболочки заглушка останется на месте, так как она прижата к стенкам трубопровода избыточным давлением. Для решения этой проблемы заглушка снабжена механизмом 3, который обеспечивает стягивание краев открытого торца герметизирующей оболочки к центру после сброса давления из торовой надувной оболочки. Этот механизм может запускаться как дистанционно, так и по времени. Усилие для первоначального отрыва краев герметизирующей оболочки от стенок требуется небольшое, а последующее складывание оболочки обеспечивается при помощи самого избыточного давления в трубопроводе, после чего заглушка или извлекается через отверстие 9, или в случае закрытия этого отверстия продвигается потоком жидкости или газа по трубопроводу до приемной камеры ближайшей перекачивающей станции.

Избыточное давление в полости А трубопровода может достигать значительных величин. Предварительные расчеты показывают, что достаточно удобная в обращении заглушка будет выдерживать рабочее давление 0,8...1,0 МПа (для диаметра трубопровода 1000...1200 мм), а дальнейшее повышение рабочего давления приводит к неудобству при установке, транспортировке и других работах с заглушкой. Возникает проблема обеспечения безопасности при повышении давления в полости А выше рабочего давления заглушки. Кроме того, иногда возникает необходимость в перекачке или сливе рабочей среды из перекрытого трубопровода. Эти проблемы решаются установкой на заглушке клапана 6 с трубой перепуска 7 жидкости (газа) из трубопровода. Причем клапан может быть как управляемым, так и работающим в режиме предохранительного при повышении давления в полости А трубопровода выше рабочего давления заглушки.

Для обеспечения прижатия края герметизирующей оболочки к стенкам трубопровода достаточно весьма небольшого избыточного давления (р до 0,1 МПа) в торовой надувной оболочке заглушки. В то же время повышение давления в полости А трубопровода приводит к необходимости повышения рабочего давления в торовой надувной оболочке до превышающего рабочее давление заглушки на величину p, что приводит к увеличению веса и энергоемкости заглушки. Чтобы избежать этого, на магистрали наддува (шланг наддува 5) торовой надувной оболочки установлен регулятор перепада давления 6, который обеспечивает требуемое избыточное давление в торовой надувной оболочке заглушки по отношению к полости А трубопровода. Этим обеспечивается снижение веса заглушки, а также уменьшение ее энергоемкости, что повышает безопасность работы с ней.

Таким образом, использование изобретения позволит улучшить рабочие и эксплуатационные характеристики устройств для перекрытия трубопроводов.