ЗАГЛУШАЮЩЕЕ РЕЗИНОКОРДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКРЫТИЯ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 1999 года по МПК F16L55/128 

Изобретение относится к устройствам для перекрытия трубопроводов, в частности, на период ремонта и может найти применение в устройствах для перекрытия труб водопроводов, нефтепроводов и в других трубопроводных системах.

Известно заглушающее резинокордное устройство для перекрытия трубопроводов (см. патент ФРГ N 3715645 кл. F 16 L 55/12, опубл. в 1988 г), содержащее цилиндрическую резинокордную оболочку и соединенные с ней путем вулканизации две торцевые стенки из прорезиненного материала, образующие внутреннюю камеру. Одна из торцевых стенок снабжена трубным штуцером для подвода сжатого воздуха. Внутри камеры трубный штуцер переходит в кольцевой диск, который соединен с торцевой стенкой через резиновую прослойку.

Это устройство вводится внутрь подлежащей перекрытию трубы и в него подается сжатый газ, под давлением которого цилиндрическая резинокордная оболочка устройства увеличивается в диаметре и перекрывает все внутреннее сечение трубы.

Недостатками указанного устройства являются недостаточная прочность торцевых стенок и соединение их с цилиндрической оболочкой.

Перечисленные недостатки не допускают использования в устройстве большого давления газа, особенно при большом диапазоне диаметров перекрываемых труб, следовательно, устройство не может быть использовано для перекрытия труб, в которых после перекрытия возникают большие давления.

Известно также заглушающее резинокордное устройство для перекрытия трубопроводов (см. патент РФ N 2037729 кл. F 16 L 55/16, заявл. 04.02.92), содержащее армированную нитями корда цилиндрическую оболочку, ограниченную по концам с образованием внутренней камеры армированными торцевыми стенками, одна из которых снабжена трубным штуцером, переходящим внутри камеры в кольцевой диск, соединенный с внутренней поверхностью торцевой стенки камеры через резиновую прослойку, а концевые участки расположенных в цилиндрической части слоев нитей корда отогнуты в радиальном направлении и сгруппированы в полосы, которые заходят на ось вращения устройства и армируют торцевые стенки устройства, причем полосы, идущие от противоположных концов диаметра цилиндрической части устройства, соединены непосредственно внахлест в области оси вращения устройства.

Эта конструкция благодаря армированию цилиндрической и торцевых частей устройства едиными неразрезанными нитями корда устраняет соединение указанных частей устройства. Однако она имеет недостаточную прочность торцевых стенок, так как соединение полос, идущих от противоположных концов диаметра цилиндрической части, непосредственно внахлест на торцевой стенке в области оси вращения устройства приводит к значительному увеличению толщины торцевой стенки и сложности ее конструкции, которая практически не обеспечивает равномерного распределения усилий между нитями, особенно между нитями, лежащими ближе к наружной поверхности, и нитями, лежащими ближе к внутренней поверхности устройства.

Кроме того, в такой сложной толстостенной конструкции с увеличивающимися при приближении к оси вращения толщиной и количеством слоев нитей корда при изгибании торцевой стенки под действием подаваемого внутрь устройства сжатого газа нити корда в наружных слоях торцевой стенки растягиваются, а во внутренних - сжимаются, что приводит к большой неравномерности в натяжении нитей и может вызвать их разрушение.

Кроме указанного в рассмотренном выше патенте предусмотрена возможность выполнения торцевой стенки такой формы, которую она должна иметь в процессе эксплуатации при действии давления газа. Но указанная форма торцевой стенки не может обеспечить равномерность натяжения нитей корда, т.к. в процессе эксплуатации давление газа в устройстве изменяют от 0 до максимальной величины, что приводит к изменению формы толстостенной торцевой стенки и неравномерности в натяжении нитей.

Указанные недостатки также не допускают использования в устройстве большого давления газа, поэтому такая конструкция не может быть использована для перекрытия труб с большим давлением и большим диапазоном диаметров перекрываемых труб.

Известно также заглушающее резинокордное устройство для перекрытия трубопроводов (прототип, см. патент РФ N 2037727 М кл. 6 F 16 L 55/12 заявл. 04.02.92), содержащее герметизированную цилиндрическую камеру с резиновыми стенками, одна из торцевых стенок которой снабжена расположенными по оси камеры трубным штуцером, переходящим внутри камеры в кольцевой диск, соединенный с торцевой стенкой камеры через резиновую прослойку, выполненный из армированного нитями корда прорезиненного материала и охватывающий герметизированную цилиндрическую камеру силовой каркас, включающий цилиндрическую оболочку и соединенные с ней расположенные на торцевых стенках камеры торцевые стенки силового каркаса, выполненные из отдельных радиально направленных и частично перекрывающих одна другую полос с отогнутыми вдоль оси камеры концами, при этом нити корда в полосах направлены вдоль полос, и размещенный на силовом каркасе резиновый покровный слой.

Кроме названных элементов в указанном патенте предусмотрено соединение цилиндрической оболочки с торцевыми стенками силового каркаса. Это соединение частей силового каркаса осуществлено за счет того, что отогнутые вдоль оси устройства концы полос расположены под цилиндрической оболочкой и выполнены утолщенными, и, кроме того, перекрыты в области цилиндрической оболочки армирующими слоями оболочки так, что крайние наружные и внутренние слои оболочки и полос плавно обогнуты соседними слоями, имеющими меньшую длину.

Однако такое устройство не может быть использовано для перекрытия труб с большим давлением и диапазоном диаметров перекрываемых труб, так как не позволяет подавать внутрь оболочки газ с большим давлением из-за недостаточной прочности соединений цилиндрической части силового каркаса с торцевыми стенками силового каркаса.

Стремление увеличить прочность соединения частей силового каркаса за счет увеличения числа слоев нитей корда в полосах, образующих торцевые стенки силового каркаса, а также в цилиндрической оболочке, приводит к увеличению толстостенности конструкции, к снижению работоспособности устройства, т. к. большая часть подаваемого внутрь устройства давления сжатого газа будет затрачиваться на увеличение диаметра устройства и, следовательно, на увеличение нагрузки на нити корда.

Кроме того, при изгибе такой многослойной и разностенной резинокордной торцевой стенки в процессе увеличения диаметра устройства под действием давления газа нити корда в наружных слоях стенки растягиваются, а во внутренних - сжимаются, что приводит к большой неравномерности в натяжении нитей и может вызвать их разрушение.

Названные недостатки не позволяют использовать устройство для перекрытия трубопроводов с большим диапазоном диаметров труб и давлением в них.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. создание заглушающего резинокордного устройства для перекрытия трубопроводов с большим диапазоном диаметров труб и давлением в них за счет повышения прочности устройства и обеспечения увеличения давления сжатого газа, подаваемого внутрь устройства.

Указанная задача решается тем, что в заглушающем резинокордном устройстве для перекрытия трубопроводов, содержащем герметизированную цилиндрическую камеру с резиновыми стенками, одна из торцевых стенок которой снабжена расположенными по оси камеры трубным штуцером, переходящим внутри камеры в кольцевой диск, соединенный с торцевой стенкой камеры через резиновую прослойку, выполненный из армированного нитями корда прорезиненного материала и охватывающий герметизированную цилиндрическую камеру силовой каркас, включающий цилиндрическую оболочку и соединенные с ней расположенные на торцевых стенках камеры торцевые стенки силового каркаса, выполненные из отдельных радиально направленных и частично перекрывающих одна другую полос с отогнутыми вдоль оси камеры концами, при этом нити корда в полосах направлены вдоль полос, и размещенный на силовом каркасе резиновый покровный слой, согласно изобретению цилиндрическая оболочка выполнена с отогнутыми к оси камеры концевыми участками, кромки которых расположены на торцевых стенках камеры, а отогнутые вдоль оси камеры концы полос расположены на наружной поверхности цилиндрической оболочки.

При осуществлении данного изобретения может быть получено заглушающее резинокордное устройство для перекрытия трубопроводов с техническим результатом, выражающимся в повышении прочности устройства, обеспечивающей увеличение давления сжатого газа, подаваемого внутрь устройства, и перекрытия труб с большим диапазоном диаметров и давлением в них.

Дополнительное улучшение обеспечиваемого изобретением технического результата за счет уменьшения давления сжатого газа, необходимого для разжима устройства до рабочего положения, достигается тем, что армирующие цилиндрическую оболочку нити корда параллельны между собой и расположены под углом в пределах от 0^o до 20^o к образующей цилиндрической оболочке.

Кроме того, дополнительное улучшение технического результата, получаемого при осуществлении изобретения, может быть получено за счет обеспечения повышения равномерности натяжения нитей корда от совершенствования соединения цилиндрической оболочки с торцевыми стенками силового каркаса, достигается тем, что отогнутые концевые участки цилиндрической оболочки расчленены вдоль нитей корда на полоски, которые частично расположены одна на другой.

Указанное выше дополнительное улучшение технического результата, получаемого при осуществлении изобретения, - обеспечение возможности повышения равномерности натяжения нитей корда, может быть еще улучшена тем, что между цилиндрической оболочкой и полосами каждой торцевой стенки силового каркаса расположен дополнительный резиновый слой.

Указанная задача решается с достижением улучшенного технического результата за счет более равномерного расположения полос по толщине торцевых стенок силового каркаса тем, что образующие торцевые стенки силового каркаса полосы расположены попарно, причем полосы каждой пары расположены под углом 90^o друг к другу и под острым углом к соответствующим полосам соседних пар.

Кроме того, задача повышения надежности устройства за счет уменьшения вероятности его повреждения в эксплуатации при монтажно-демонтажных операциях, а также облегчения их проведения решается тем, что устройство снабжено смонтированным на торцевой стенке камеры оппозитно трубному штуцеру кронштейном, выполненным с фланцем, который расположен внутри камеры и через резиновую прослойку соединен с торцевой стенкой камеры.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с выявленными аналогами показывает, что аналога, характеризующегося признаками, идентичными всем существенным признакам изобретения, не имеется.

Таким образом, заявляемое изобретение является новым, т.к. оно не известно из уровня техники.

Вся совокупность существенных признаков изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как из последнего не выявляется влияние предписываемых этим изобретением преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками на достижение технического результата, обеспечиваемого изобретением.

На фиг. 1 показан общий вид заглушающего устройства с частичным разрезом; на фиг. 2 - вид на торцевую стенку силового каркаса устройства по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел 1 на фиг. 1; на фиг. 4 - вид на часть торцевой стенки камеры с расположенными на ней полосками по стрелке B на фиг. 3; на фиг. 5 - сечение C-C на фигуре 3; на фиг. 6 показано исходное и рабочее положение заглушающего устройства в трубе после подачи в него сжатого газа.

Заглушающее резинокордное устройство для перекрытия трубопроводов содержит герметизированную цилиндрическую камеру 1 (см. фиг. 1), образованную резиновыми стенками: цилиндрической 2 и торцевыми 3 и 4. Одна торцевая стенка 3 снабжена расположенными по оси камеры, являющейся также осью заглушающего устройства, трубным штуцером 5, который служит для подачи и выпуска из камеры сжатого газа. Внутри камеры 1 трубный штуцер 5 переходит в кольцевой диск 6, соединенный с торцевой стенкой 3 через резиновую прослойку 7.

Герметизированную камеру 1 охватывает силовой каркас 8, который выполнен из армированного нитями корда прорезиненного материала. Силовой каркас 8 включает в себя три части: цилиндрическую оболочку 9, расположенную на цилиндрической стенке 2 камеры 1, и соединенные с ней расположенные на торцевых стенках 3 и 4 камеры 1 торцевые стенки 10 и 11 силового каркаса 8. Торцевые стенки 10 и 11 силового каркаса аналогичны по конструкции. Торцевая стенка 10 силового каркаса 8 выполнена из отдельных радиально направленных и частично перекрывающих одна другую полос 12, 13, 14, 15, 16 и 17 (см. фиг. 2, 3).

Концы каждой полосы отогнуты вдоль оси камеры 1. На фиг. 3 показан один отогнутый вдоль оси камеры 1 конец 18 полосы 12. Аналогично отогнуты концы и других полос.

Армирующие материал полос нити корда 19 (см. фиг. 2) направлены вдоль полос.

На силовом каркасе размещен резиновый покровный слой 20. Наружная цилиндрическая поверхность устройства может быть снабжена кольцевыми выступами 21 (см. фиг. 1), которые в процессе работы способствуют лучшему уплотнению и сцеплению с перекрываемой трубой.

Важными элементами конструкции являются соединения частей силового каркаса 8, от которых в значительной мере зависят прочность и надежность работы устройства.

Соединение цилиндрической оболочки 9 с торцевой стенкой 10 силового каркаса (см. фиг. 3) осуществлено за счет того, что цилиндрическая оболочка 9 выполнена с отогнутым к оси камеры 1 концевым участком 22, кромка 23 которого расположена на торцевой стенке 3 камеры 1, а отогнутый вдоль оси камеры 1 конец 18 полосы 12 и концы других полос 13, 14, 15, 16 и 17 расположены на наружной поверхности 24 цилиндрической оболочки 9 по всей ее окружности.

Часть цилиндрической оболочки 9, противоположная концевому участку 22, также выполнена с отогнутым к оси камеры 1 концевым участком и соединение оболочки 9 с торцевой стенкой 11 силового каркаса 8 выполнено аналогично ее соединению с торцевой стенкой 10 силового каркаса 8.

Цилиндрическая оболочка 9 выполнена из прорезиненного материала, который представляет из себя параллельно расположенные нити корда 25 с впрессованной между ними резиной 26 (см. фиг. 1 и 5).

Нити корда 25 расположены под углом α к образующей цилиндрической оболочки, которая параллельна оси оболочки. Угол α выбирается в пределах от 0^o до 20^o включительно, предпочтительнее от 2^o до 5^o, при этом цилиндрическая оболочка 9 обладает значительной эластичностью, что облегчает монтаж устройства, и, главное, снижается величина необходимого давления сжатого газа, подаваемого внутрь устройства и затрачиваемого на увеличение наружного диаметра устройства от исходного положения до рабочего в перекрываемой трубе (см. фиг. 6).

При угле α более 20^o в разжимаемой оболочке возникают силы, которые могут "раскрутить" оболочку и создать опасные напряжения в резиновых элементах.

Отогнутый концевой участок 22 (см. фиг. 3) по всей окружности цилиндрической оболочки 9 может быть расчленен вдоль нитей корда 25 (см. фиг. 1 и 5) на полоски 27 (см. фиг. 4).

Полоски 27 частично расположены одна над другой и на торцевой стенке 3 камеры.

Аналогичен по конструкции и другой концевой участок цилиндрической оболочки.

Между цилиндрической оболочкой 9 (см. фиг. 1, 2 и 3) и всеми полосами каждой торцевой стенки 10 и 11 силового каркаса 8 расположен дополнительный резиновый слой 28. На фиг. 3, например, показано расположение дополнительного резинового слоя 28 между цилиндрической оболочкой 9 и одной полосой 12 торцевой стенки 10 силового каркаса 8. Аналогично расположение слоя 28 между оболочкой 9 и другими полосами 13, 14, 15, 16 и 17 торцевой стенки 10 силового каркаса 8.

Между оболочкой 9 и полосами торцевой стенки 11 силового каркаса 8 также расположен дополнительный резиновый слой.

В устройстве образующие торцевые стенки 10, 11 силового каркаса 8 полосы (см. фиг. 2 и 3) расположены попарно, то есть каждые два соседние по оси устройства полосы, например 12 и 13, 14 и 15, 16 и 17 расположены под углом β одна к другой. Угол β равен 90^o.

Угол β выбран из условия обеспечения более равномерного расположения полос по толщине торцевых стенок 10, 11 силового каркаса 8 и, следовательно, обеспечения более равномерного натяжения нитей корда 19.

Полосы каждой пары расположены под углом ϕ к соответствующим полосам соседних пар. Например, полоса 17 пары 16 и 17 (см. фиг. 2) расположена по отношению к соответствующей полосе 12 пары 12-13 под углом.

Угол ϕ зависит от количества пар полос, из которых выполнена торцевая стенка.

Угол ϕ является острым углом и практически не превышает 45^o.

Устройство может быть снабжено смонтированным на торцевой стенке 4 камеры (см. фиг. 1) оппозитно трубному штуцеру 5 кронштейном 29, выполненным с фланцем 30, который расположен внутри камеры 1 и через резиновую прослойку 31 соединен с торцевой стенкой 4 камеры 1.

Устройство изготавливают следующим образом.

Сначала изготавливают герметизированную цилиндрическую камеру 1 путем склеивания резиновых заготовок, причем на заготовки торцевых стенок производят монтаж трубного штуцера 5 и при необходимости кронштейна 29. Затем камеру, т.е. ее резиновые стенки 2, 3, 4 (см. фиг. 1), вулканизуют в пресс-форме.

Дальнейшую сборку устройства ведут также путем склеивания заготовок.

На поддутую камеру 1 (на ее цилиндрическую стенку 2) накладывают заготовку (в виде слоя) цилиндрической оболочки 9 и отгибают ее концевые участки 22 (см. фиг. 3) к оси камеры 1. Перед отгибанием концевые участки 22 могут быть расчленены вдоль нитей корда, т.е. между нитями корда на полоски 27 (см. фиг. 4).

При выполнении цилиндрической оболочки 9 из нескольких слоев расчленение концевых участков 22 и их отгибание может быть произведено последовательно при наложении каждого слоя.

На те части наружной поверхности 24 цилиндрической оболочки 9, через которые оболочка 9 будет соединена с полосами торцевых стенок 10 и 11 силового каркаса 8, могут быть наложены охватывающие по окружности оболочку 9 дополнительные резиновые слои 28.

Торцевые стенки 10 и 11 силового каркаса 8 образуют путем наложения на торцевые стенки 3 и 4 камеры 1 полос 12, 13, 14, 15 и др. Полосы пересекают ось камеры, т.е. радиально направлены, и частично перекрывают одна другую, а концы 18 полос отгибают вдоль оси камеры и соединяют с цилиндрической оболочкой 9. При наличии на цилиндрической оболочке 9 дополнительных резиновых слоев 28 соединения полос производят с ними, точнее - через них.

Полосы 12, 13, 14 и другие могут быть наложены попарно, т.е. каждые две соседние полосы 12 и 13 одной пары располагают с углом между ними, равным 90^o. Последующие пары 14 и 15, 16 и 17 (см. фиг. 2) располагают так, чтобы полосы каждой пары были под острым углом к соответствующим полосам соседних пар.

После завершения сборки силового каркаса 8 на него накладывают резиновый покровный слой и устройство вулканизируют в пресс-форме.

Работа заглушающего резинокордного устройства осуществляется следующим образом.

К трубному штуцеру 5 (см. фиг. 1) присоединяют шланг (на фиг. не показан) и устройство вводится в заглушаемую трубу 32 (см. фиг. 6) через отверстие 33 или через отверстие, выполненное в стенке трубы.

Для облегчения этой операции, а также при последующем демонтаже устройства может быть использован кронштейн 29.

Исходное положение 34 устройства на фиг. 6 условно показано пунктиром.

От источника сжатого газа (на фиг. не показан) по шлангу и трубному штуцеру 5 в устройство подают сжатый газ, при этом диаметр заглушающего устройства увеличивается, а длина устройства сокращается и устройство переходит в рабочее положение 35. В рабочем положении заглушающее устройство полностью перекрывает трубу и устраняет возможность движения в ней жидкости 36.

Благодаря новой конструкции соединения цилиндрической оболочки с торцевыми стенками силового каркаса, при которой отогнутые вдоль оси камеры концы полос расположены на наружной поверхности цилиндрической оболочки, а концевые участки цилиндрической заготовки отогнуты к оси камеры и расположены на торцевых стенках камеры, стало возможным перераспределить нагрузки между элементами устройства, снизить концентрацию напряжений, повысить равномерность нагрузки нитей корда. В результате повышается прочность и надежность устройства.

Использование в цилиндрической оболочке устройства только параллельных нитей корда под углом к оси цилиндра не более 20^o позволяет значительно повысить эластичность цилиндрической оболочки и снизить величину давления сжатого газа, необходимого для увеличения наружного диаметра устройства.

Это позволяет снизить нагрузку на нити корда, возникающую при разжиме оболочки, и повысить полезную нагрузку, которая необходима для удержания давления жидкости в перекрытой трубе.

Прочность устройства также повышена за счет более равномерного расположения нитей корда в полосах, обеспечиваемого исключением складок на концевых участках цилиндрической оболочки, за счет расчленения на полоски отгибаемых к оси камеры концевых участков цилиндрической оболочки.

Это повышает равномерность нагрузки нитей корда.

Кроме того, равномерность нагрузки нитей корда повышается и за счет применения дополнительных резиновых слоев между цилиндрической оболочкой и полосами торцевых стенок силового каркаса.

Повышает равномерность нагрузки нитей корда и попарное расположение полос на торцевых стенках силового каркаса, которое позволяет более равномерно расположить полосы по толщине торцевых стенок силового каркаса.

Все это позволяет наиболее полно использовать прочностные свойства материала и в итоге повысить прочность и надежность устройства.

Изобретение позволяет получить заглушающее резинокордное устройство для перекрытия труб, диапазон диаметров которых может быть увеличен, а также может быть увеличено допускаемое давление в перекрытых трубах на 20 - 30%.

Устройство предназначено для перекрытия трубопроводов, в частности на период ремонта, и может найти применение для перекрытия водопроводов, нефтепроводов и в других трубопроводных системах. Задача изобретения - расширение эксплуатационных возможностей устройства за счет перекрытия трубопроводов с большим диапазоном диаметров труб и давлением в них. В герметизированной цилиндрической камере с резиновыми стенками одна из торцевых стенок снабжена расположенным по оси камеры трубным штуцером, переходящим внутри камеры в кольцевой, соединенный с торцевой стенкой камеры через резиновую прослойку диск. Цилиндрическая оболочка соединена торцевыми стенками, выполненными из отдельных радиально направленных и частично перекрывающих одна другую полос с отогнутыми вдоль оси камеры концами, при этом нити корда в полосах направлены вдоль полос. На силовом каркасе размещен резиновый покровный слой. 5 з.п. ф-лы. 6 ил.

1. Заглушающее резинокордное устройство для перекрытия трубопроводов, содержащее герметизированную цилиндрическую камеру с резиновыми стенками, одна из торцевых стенок которой снабжена расположенным по оси камеры трубным штуцером, переходящим внутри камеры в кольцевой диск, соединенный с торцевой стенкой камеры через резиновую прослойку, выполненный из армированного нитями корда прорезиненного материала и охватывающий герметизированную цилиндрическую камеру силовой каркас, включающий цилиндрическую оболочку и соединенные с ней расположенные на торцевых стенках камеры торцевые стенки силового каркаса, выполненные из отдельных радиально направленных и частично перекрывающих одна другую полос с отогнутыми вдоль оси камеры концами, при этом нити в полосах направлены вдоль полос, и размещенный на силовом каркасе резиновый покровный слой, отличающееся тем, что цилиндрическая оболочка выполнена с отогнутыми к оси камеры концевыми участками, кромки которых расположены на торцевых стенках камеры, а отогнутые вдоль оси камеры концы полос расположены на наружной поверхности цилиндрической оболочки. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что армирующие цилиндрическую оболочку нити корда параллельны между собой и расположены под углом от 0 до 20^o к образующей цилиндрической оболочке. 3. Устройство по п.1 и 2, отличающееся тем, что отогнутые концевые участки цилиндрической оболочки расчленены вдоль нитей корда на полоски, которые частично расположены одна на другой. 4. Устройство по п.1 - 3, отличающееся тем, что между цилиндрической оболочкой и полосами каждой торцевой стенки силового каркаса расположен дополнительный резиновый слой. 5. Устройство по п.1 - 4, отличающееся тем, что образующие торцевые стенки силового каркаса полосы расположены попарно, причем полосы каждой пары расположены под углом 90^o друг к другу и под острым углом к соответствующим полосам соседних пар. 6. Устройство по п.1 - 4 и 5, отличающееся тем, что снабжено смонтированным на торцовой стенке камеры оппозитно трубному штуцеру кронштейном, выполненным с фланцем, который расположен внутри камеры и через резиновую прослойку соединен с торцовой стенкой камеры.