устройство для перекрытия действующего трубопровода

Формула изобретения

1. Устройство для перекрытия действующего трубопровода, включающее перекрывающий элемент, выполненный в виде расширяющейся эластичной камеры, одна из торцевых стенок которой соединена с механизмом ввода-вывода в трубопровод - из трубопровода и снабжена штуцером для заполнения камеры и опорным раздвижным средством для предотвращения осевого перемещения камеры, отличающееся тем, что опорное раздвижное средство выполнено в виде группы соприкасающихся друг с другом лепестков, размещенных по окружности с возможностью поворота и подвижно закрепленных одним концом на центральном элементе, соединенном с механизмом ввода-вывода через поворотный узел, которым дополнительно снабжен указанный механизм.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лепестки опорного раздвижного средства размещены по окружности равномерно веерообразно с возможностью образования при раздвижении в радиальном направлении сплошной тарельчатой поверхности.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лепестки опорного раздвижного средства выполнены с возможностью их взаимодействия с внутренней поверхностью трубопровода при их полном развороте в радиальном направлении.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лепестки опорного раздвижного средства выполнены подпружиненными и шарнирно закреплены на центральном элементе, связанном с поворотным узлом механизма ввода-вывода.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перекрывающий элемент снабжен эластичной прокладкой, выполненной в виде манжеты и размещенной между перекрывающим элементом и опорным раздвижным средством.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что расширяющаяся эластичная камера выполнена в виде полого цилиндра с вогнутой внутрь камеры торцевой стенкой, обращенной к заглушаемому участку трубопровода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и может быть использовано при эксплуатации и ремонте трубопроводов для их перекрытия при замене поврежденных участков.

Известны устройства для перекрытия сечения трубопроводов, например заглушка для трубопроводов (1), содержащая перекрывающий элемент, выполненный в виде надувной подушки, закрепленной на шарнирном приспособлении, связанном с плунжером, с помощью которого надувная подушка вводится в сложенном состоянии через боковое отверстие в трубопровод.

В данном устройстве основным недостатком является его низкая эксплуатационная способность при перекрытии трубопроводов с повышенным давлением. Это объясняется тем, что перекрывающий элемент имеет опору только в центре трубы и, поскольку для его введения в трубопровод через боковое отверстие в сложенном состоянии он должен быть достаточно тонкостенным, по прочности он не может противостоять повышенному давлению в трубопроводе, что зачастую приводит к его перемещению вдоль трубопровода, а значит - к потере герметичности перекрытия.

Известно также «заглушающее резино-кордное устройство для перекрытия трубопроводов» (2), содержащее наружную цилиндрическую оболочку, выполненную из армированного нитями прорезиненного материала, а также армированные нитями две торцевые стенки, соединенные с оболочкой с образованием внутренней камеры, при этом торцевая стенка снабжена трубным штуцером.

Недостатком этого устройства является то, что при такой конструкции цилиндрическая оболочка не может быть достаточно эластичной, чтобы ее можно было сложить и ввести в трубу через малое боковое отверстие. То есть для ее введения в трубопровод требуется боковое отверстие с диаметром, равным диаметру самого трубопровода. А для прорезания такого отверстия и его последующего глушения требуется дорогостоящее оборудование.

Также известно устройство для перекрытия внутренней полости трубопровода (3), содержащее перекрывающий элемент, выполненный в виде расширяющейся эластичной камеры, расположенной на катушке с фланцами и снабженной фрикционными накладками, шарнирно связанными с помощью рычагов с катушкой, и штуцером для заполнения камеры, а также механизмом ввода и удаления камеры из трубопровода.

Недостатком данного устройства является отсутствие опоры для эластичной камеры по всему сечению трубопровода. Фрикционные накладки удерживают эластичную камеру от осевого перемещения, но торцевые стенки камеры должны быть значительной толщины, чтобы воспринимать давление в трубопроводе. Увеличение толщины стенок камеры ведет к увеличению диаметра бокового отверстия, через которое вводится камера, что в свою очередь повышает стоимость оборудования и трудоемкость при монтаже бокового патрубка и вырезке отверстия в стенке трубопровода. Кроме того, увеличение диаметра бокового отверстия снижает прочность стенки самого трубопровода.

Известно устройство для перекрытия полости газопровода под давлением (4), содержащее пробку с герметизирующей заглушкой и привод перемещения пробки. Герметизирующая заглушка выполнена в виде металлических разжимных секторов, из которых два сектора наружные и два сектора внутренние, и каждый из них снабжен эластичным уплотнительным элементом.

Однако в указанном известном устройстве уплотнительные элементы расположены только на периферийной части секторов, а зазоры между секторами остаются не уплотненными. Кроме того, при наличии эллиптической внутренней полости трубопровода жесткие металлические сектора не могут его полностью перекрыть. Таким образом, данным известным устройством невозможно достичь полной герметичности перекрытия трубопровода.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по совокупности признаков является устройство для перекрытия действующего трубопровода, описанное в патенте РФ (5). Известное устройство состоит их перекрывающего элемента, выполненного в виде расширяющейся эластичной камеры (надуваемого газом гибкого мешка), одна из торцевых стенок которой соединена с механизмом ее ввода-вывода в трубопровод - из трубопровода и снабжена штуцером для заполнения камеры газом, и дополнительно снабжена опорным раздвижным средством для предотвращения осевого перемещения камеры в виде раздвижной рамки. Наличие раздвижной рамки, берущей на себя часть механической нагрузки при перекрытии трубопровода, позволяет уменьшить объем эластичной камеры, а также уменьшить ее стоимость.

Недостатком указанного известного устройства является то, что опорное раздвижное средство в виде раздвижной рамки не может создать опору для всей торцевой поверхности эластичной камеры, следовательно, при использовании устройства в трубопроводе с высоким давлением или при пульсирующем режиме в нем требуется усиление этой торцевой стенки, что может быть достигнуто только увеличением ее толщины при снижении эластичности. При этом неизбежно растет диаметр бокового отверстия, через который вводится камера в трубопровод. А увеличение диаметра бокового отверстия ведет к увеличению расходов на врезку в трубопровод и к снижению прочности самого трубопровода.

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в повышении надежности перекрытия трубопровода за счет обеспечения гарантированной герметизации в любых условиях, а именно при высоком давлении, при различных диапазонах диаметров трубопроводов и формах их поперечного сечения, путем исключения перемещения расширенной эластичной камеры вдоль трубопровода в этих условиях, при одновременном снижении затрат по врезке в трубопровод за счет уменьшения диаметра бокового отверстия, необходимого для введения эластичной камеры в трубопровод.

Указанный технический результат достигается предлагаемым устройством для перекрытия действующего трубопровода, включающим перекрывающий элемент, выполненный в виде расширяющейся эластичной камеры, одна из торцевых стенок которой соединена с механизмом ввода-вывода в трубопровод - из трубопровода и снабжена штуцером для заполнения камеры и опорным раздвижным средством для предотвращения осевого перемещения камеры, при этом опорное раздвижное средство выполнено в виде группы соприкасающихся друг с другом лепестков, размещенных по окружности с возможностью поворота и подвижно закрепленных одним концом на центральном элементе, соединенном с механизмом ввода-вывода через поворотный узел, которым дополнительно снабжен указанный механизм.

Лепестки опорного раздвижного средства размещены по окружности равномерно веерообразно с возможностью образования при раздвижении сплошной тарельчатой поверхности.

Лепестки опорного раздвижного средства выполнены с возможностью их взаимодействия с внутренней поверхностью трубопровода при их полном развороте.

Лепестки опорного раздвижного средства выполнены подпружиненными и шарнирно закреплены на центральном элементе, связанном с поворотным узлом механизма ввода-вывода.

Перекрывающий элемент снабжен эластичной прокладкой, выполненной в виде манжеты и размещенной между перекрывающим элементом и опорным раздвижным средством.

Расширяющаяся эластичная камера выполнена в виде полого цилиндра с вогнутой внутрь камеры торцевой стенкой, обращенной к заглушаемому участку трубопровода.

Задача, поставленная при создании предлагаемого изобретения, решается за счет следующего.

Благодаря выполнению опорного раздвижного средства в виде группы соприкасающихся друг с другом лепестков, размещенных по окружности с возможностью поворота, обеспечивается при его раздвижении создание надежной диаметральной (фактически по всему поперечному сечению трубопровода) опоры для перекрывающего элемента, что гарантирует герметизацию в любых условиях, а именно при высоком, а также пульсирующем давлении, при различных диапазонах диаметров трубопроводов и формах их поперечного сечения. Конструкция опорного раздвижного элемента, выполненная в виде подпружиненных лепестков, шарнирно закрепленных на центральном элементе, связанном с поворотной частью механизма ввода-вывода, обеспечивает их раздвижение и возврат в сложенное положение с возможностью удерживания в этом исходном положении. При этом положении эластичная камера также размещается внутри сложенных лепестков, что позволяет выполнять диаметр бокового отверстия в трубопроводе, для введения в него устройства, минимальным. Это обеспечивает сохранение прочности стенки трубопровода и снижает затраты по врезке бокового отверстия.

Опорное раздвижное средство воспринимает осевое усилие, которое возникает от давления в трубопроводе и действует на эластичную камеру. Эластичная прокладка, размещенная в предлагаемом устройстве между лепестками и эластичной камерой, предохраняет последнюю от соприкосновения с лепестками и соответственно от ее преждевременного износа. Кроме того, выполнение эластичной прокладки в виде манжеты создает дополнительный уплотняющий эффект.

Конструкция эластичной камеры в виде полого цилиндра с выгнутой во внутрь камеры торцевой стенкой, обращенной к заглушаемому участку трубопровода, обеспечивает надежное уплотнение камеры в трубопроводе, т.к. прижатие цилиндрической поверхности к внутренней поверхности трубопровода обеспечивает не только давление внутри эластичной камеры, но и давление в трубопроводе, которое при вогнутой во внутрь торцевой стенке дополнительно прижимает камеру к уплотняемой поверхности наподобие манжетного уплотнения.

Благодаря таким особенностям конструктивных признаков и достигается указанный технический результат.

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен схематично общий вид устройства, на фиг.2 - вид А - опорное раздвижное средство в рабочем (раскрытом) положении, на фиг.3 - вид А - опорное раздвижное средство в сложенном положении.

Предлагаемое устройство для перекрытия действующего трубопровода содержит эластичную камеру 1, закрепленную на центральном штыре 2 поворотного узла 3, и опорное раздвижное средство, состоящее из соприкасающихся друг с другом лепестков 4, размещенных по окружности и шарнирно соединенных одним концом при помощи оси 5 с центральным элементом в виде фланца 6 и опирающихся в раскрытом положении на внутреннюю поверхность трубопровода 7. Лепестки 4 могут взаимодействовать с фланцем 6, который является центральным элементом, и без применения оси 5, например размещением концов лепестков 4 в канавке на торце фланца 6. При этом возможно закрепление лепестков 4 на торцевой стенке эластичной камеры 1, противоположной перекрываемому потоку, которая в свою очередь закреплена на фланце 6. Лепестки 4 находятся во взаимодействии с пружинами 8, расположенными на фланце 6. Вместо изображенных на фиг.1 плоских пружин 8 может быть применена одна охватывающая лепестки 4 пружина: либо резиновый жгут, либо жгут из другого эластичного материала. Для удержания лепестков 4 в исходном (сложенном) положении может быть также применена нить расчетной прочности, которая при расширении эластичной камеры 1 рвется, освобождая лепестки 4.

Между лепестками 4 и эластичной камерой 1 расположена эластичная прокладка 9, выполненная в виде манжеты. Поворотный узел 3 с помощью оси 10 шарнирно соединен с плунжером 11, подвижно и герметично расположенном в трубе 12 с фланцем 13. Герметичность плунжера 11 в трубе 12 обеспечивают уплотнители 14. В плунжере 11 расположена реечная передача, состоящая из шестерни 15 и рейки 16 с уплотнением 17. Рейка 16 шарнирно связана посредством тяги 18 с поворотным узлом 3. Ось шестерни 15 снабжена рукояткой с фиксатором (не показана) с возможностью фиксации ее на плунжере 11 в двух положениях - исходном и рабочем. Вместо реечной передачи может быть применен винтовой или другой механизм. Плунжер 11 снабжен винтом 19 и гайкой 20, установленной в крышке стакана 21, имеющего продольный паз 22, через который проходит ось шестерни 15, и закрепленного на трубе 12. На трубопровод 7 установлена задвижка 23 через патрубок 24, соосно с которым в стенке трубопровода 7 прорезано отверстие. Для заполнения эластичной камеры 1 в плунжере 11 имеется штуцер 25 и гибкий рукав 26, соединенный с эластичной камерой через канал в поворотном узле 3. Нижняя часть плунжера 11 имеет диаметр меньше диаметра бокового отверстия трубопровода 7, а диаметр верхней части плунжера 11 больше диаметра этого отверстия, поэтому между верхней и нижней частями плунжера 11 имеется торцевой уступ.

Работа предлагаемого устройства для перекрытия действующих трубопроводов происходит следующим образом. На закрытую задвижку 23, закрепленную на патрубке 24, который соединен сваркой с трубопроводом 7 и через который соосно прорезано отверстие в стенке трубопровода 7, устанавливают устройство, герметично соединив фланец 13 с фланцем задвижки 23. Предварительно проводят следующие подготовительные работы. Поворотом шестерни 15 рейку 16 с тягой 18 опускают в нижнее положение. При этом эластичная камера 1 с центральным штырем 2, вместе с поворотным узлом 3 поворачиваются вокруг оси 10 на 90° и занимают вертикальное положение. Через штуцер 25 гибкий рукав 26 и канал в поворотном узле 3 снимают давление в эластичной камере 1. Пружины 8 поворачивают на осях 5 относительно фланца 6 лепестки 4, которые складываются в исходное (сложенное) положение, не выходя из соприкосновения друг с другом, при этом образуют внутреннюю полость, в которой размещается сложенная эластичная камера 1 с эластичной прокладкой 9. Вращением гайки 20 винт 19 с плунжером 11 и, соответственно, с эластичной камерой 1 выводят в верхнее (исходное) положение. После проведения указанных подготовительных работ и закрепления фланца 13 на задвижке 23, открывают указанную задвижку 23 и вращением гайки 20 винтом 19 перемещают плунжер 11 вместе с поворотным узлом 3 и эластичной камерой 1, размещенной внутри сложенных лепестков 4, через отверстие в стенке трубопровода 7. При этом герметичность устройства обеспечивают уплотнения 14 и 17. По мере перемещения сложенных лепестков 4 с эластичной камерой 1 через отверстие в стенке трубопровода 7, начинают поворот шестерни 15, перемещая рейку с тягой 18 вверх и поворачивая поворотный узел 3 на оси 10 вправо. Ось шестерни 15 перемещается при этом по пазу 22 стакана 21, закрепленного на трубе 12. Плунжер 11 перемещают до упора его торцевого уступа в наружную поверхность трубопровода 7 (это рабочее положение устройства). Доворачивают шестерню 15 до фиксированного положения, при этом рейка 16 займет верхнее положение, а эластичная камера 1 с центральным штырем 2 и осью 10 расположится по оси трубопровода 7. Далее подают давление через штуцер 25, гибкий рукав 26 и канал в поворотном узле 3 во внутрь эластичной камеры 1. Величина подаваемого давления несколько больше, чем давление в трубопроводе 7, поэтому эластичная камера 1 расширяется и заполняет сечение трубопровода 7, при этом она воздействует через эластичную прокладку 9 на лепестки 4 опорного раздвижного средства, поворачивает их на осях 5 относительно фланца 6 до упора во внутреннюю поверхность трубопровода 7. При этом лепестки 4 не выходят из соприкосновения друг с другом и создают опору для эластичной камеры 1 в виде жесткой сплошной торцевой стенки тарельчатой формы. После этого снимают давление в левой (относительно эластичной камеры 1) части трубопровода 7. Давление жидкости в заглушаемой части трубопровода 7 (правой части трубопровода 7 относительно эластичной камеры 1) воздействует на вогнутую торцевую стенку эластичной камеры 1 и дополнительно прижимают ее к внутренней поверхности трубопровода 7, повышая герметичность перекрытия. Повышению герметичности и способствует выполнение эластичной прокладки 9 в виде манжеты. Кроме того, возможно выполнение лепестков 4 в опорном раздвижном средстве различной длины, а также размещение таких лепестков определенными группами, которые при раздвижении позволили бы получить диаметральную опору в виде эллипса или в виде другой фигуры, что гарантированно обеспечит герметичность перекрытия трубопроводов, имеющих как эллипсоидное поперечное сечение, так и поперечное сечение другой формы. После выполнения указанных работ трубопровод 7 будет перекрыт и можно производить ремонтные работы на дефектном участке, расположенном слева от патрубка 24. После проведения ремонтных работ выравнивают давление слева и справа от устройства, снимают давление в эластичной камере 1, при этом пружины 8 поворачивают лепестки 4 к центру, складывают их вместе с эластичной прокладкой 9 и эластичной камерой 1 в исходное сложенное положение. Вращением гайки 20 и одновременным поворотом шестерни 15 приводят поворотный узел 3 описанным выше способом в вертикальное положение, выводят его из трубопровода 7 и закрывают задвижку 23. После этого снимают устройство с задвижки 23. И его можно использовать на другом трубопроводе.

Предлагаемое устройство позволяет быстро и гарантированно герметично перекрыть внутреннюю полость трубопровода и надежно удерживать в неподвижном состоянии без осевого перемещения перекрывающий элемент даже при возможном увеличении давления в перекрытой полости. При этом благодаря небольшому диаметру отверстия в боковой стенке трубопровода не будет происходить ослабление этой стенки и не изменится ее прочность. Все это позволит повысить надежность перекрытия и снизить расходы.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент США №3842864, кл. F 16 L 58/12, от 1973 г.

2. Авт. свидетельство СССР. №1499049, кл. F 16 L 55/10, от 1987 г.

3. Патент РФ №2187744, кл. F 16 L 55/32, от 1998 г.

4. Патент РФ №2173 810, кл. F 16 L 55/124, от 1999 г.

5. Патент РФ №2226640, кл. F 16 L 55/16, от 2001 г.