УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКРЫТИЯ ТРУБОПРОВОДА Российский патент 2005 года по МПК F16L55/12 

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта преимущественно нефтепродуктов и предназначено для перекрытия действующего трубопровода для последующего ремонта, испытаний, производства врезок различного назначения и т.п.

Известно заглушающее резинокордное устройство для перекрытия трубопроводов, содержащее цилиндрическую камеру с резиновыми стенками, при этом цилиндрическая оболочка выполнена с отогнутыми к оси камеры концевыми участками, кромки которых расположены на торцевых стенках камеры (RU №2131078 С1, МПК⁶ F 16 L 55/128, 1999).

Технический недостаток подобных устройств: ограниченные функциональные возможности - использование устройства возможно только при остановленной перекачке и отрезанном дефектном участке трубы, что требует предварительного опорожнения большого участка трубопровода, увеличивает трудоемкость и экологическую напряженность технологических процессов ремонта трубопровода; устройство является изделием разового пользования.

Известно также устройство для перекрытия трубопровода, содержащее полый цилиндрический корпус с эластичным надувным герметизатором, средство для стопорения, центральный перепускной элемент, источник сжатого газа, винтовые лопасти по оси корпуса, источник электроэнергии, блок управления и распределительную аппаратуру (SU №1328634 А1, МПК⁴ F 16 L 55/18, 1987, с дополнительным изобретением SU №1560888 А2, МПК⁵ F 16 L 55/18, 1990; приведенные признаки отобраны из формул и описаний этих изобретений).

Технический недостаток данного устройства: усложнение конструкции и увеличение ее габаритов и массы, недостаточно надежные средства стопорения в трубе, в том числе из-за нерациональной рычажной структуры привода стопорных башмаков и необходимости приведения в действие перепускного элемента под нагрузкой, повышенная энергоемкость устройства.

Техническая задача: упрощение и повышение надежности конструкции, снижение ее габаритов и массы, снижение энергоемкости устройства.

Согласно изобретению эластичный надувной герметизатор и средство для стопорения совмещены и выполнены в виде наружной цилиндрической, отбортованной по краям к центру, эластичной обечайки, совместно с корпусом образующей замкнутый кольцевой объем, заполненный, например, перекачиваемым продуктом, источник сжатого газа выполнен в виде пневмогидравлического разделителя сред, гидравлическая полость которого соединена с названным кольцевым объемом, при этом центральный перепускной элемент снабжен дополнительным запорным средством с автономным приводом, устройство снабжено баком для рабочей жидкости, электроприводным насосом, гидролиниями и электроуправляемым гидрораспределителем, соединенным с указанной гидравлической полостью и посредством вентиля - с кольцевым объемом.

Наряду с этим корпус устройства выполнен с выпукло-вогнутыми по краям отбортовками, концы которых скреплены с соответствующими отбортовками эластичной обечайки; пневмогидравлический разделитель сред выполнен цилиндрическим с плавающим поршнем.

На фиг.1 изображен общий вид устройства для перекрытия трубопровода в разрезе; на фиг.2 - электрогидравлическая схема устройства.

Устройство для перекрытия трубопровода включает полый цилиндрический корпус 1 с эластичным надувным герметизатором и средством для стопорения. Последние совмещены и выполнены в виде наружной цилиндрической эластичной обечайки 2 с отбортовками 3 и 4 по краям к центру. Эластичная обечайка и корпус совместно образуют замкнутый кольцевой объем 5, заполненный рабочей жидкостью, в качестве которой может применяться очищенный перекачиваемый продукт, нефть в частности. Для герметизации кольцевого объема 5 края корпуса 1 выполнены с выпукло-вогнутыми отбортовками 6 и 7. Направленные радиально к центру концы отбортовок 3, 4 (обечайки 2) и 6, 7 (корпуса 1) скреплены между собой с помощью наружных торцевых накладок 8 и 9. Тыльный торец обечайки 2 (на фиг.1 слева) снабжен, по крайней мере, одной манжетой 10, нерабочая часть которой защемлена между отбортовкой 3 обечайки и накладкой 8. Противоположный (фронтальный) торец обечайки 2 армирован Г-образной в сечении кольцевой эластичной накладкой 11, также защемленной между своими отбортовкой 4 обечайки и накладкой 9. Обечайка 2, манжета 10 и накладка 11 выполнены из армированной резины - резинокордных оболочек.

Устройство имеет источник сжатого газа, который выполнен в виде цилиндрического пневмогидравлического разделителя сред 12 с плавающим поршнем. Последний разделяет внутренний объем разделителя на гидравлическую 13 и пневмоническую 14 полости переменного объема. Гидравлическая полость посредством трубки 15 соединена с названным кольцевым объемом 5. Пневматическая полость разделителя содержит заправочное средство 16 с манометром. На выходе из гидравлической полости разделителя установлен специальный вентиль 17. В устройстве для перекрытия трубопровода имеется центральный перепускной элемент 18, состоящий, например, из снабженных сквозными отверстиями неподвижного диска и поворотно-подвижных дисков со своими отверстиями. Поворотно-подвижные диски приводятся в действие электродвигателем 19 посредством привода 20. Центральный перепускной элемент 18 снабжен дополнительным (с меньшим проходным сечением) запорным средством 21 с автономным приводом 22. Дополнительное запорное средство может быть выполнено в виде шарового крана.

Устройство снабжено баком 23 для рабочей жидкости, насосом 24 с электроприводом 25, электроуправляемым гидрораспределителем 26. Бак 23 для рабочей жидкости выполнен в виде пневмогидравлического разделителя сред с пневматической полостью 27 низкого давления. В качестве рабочей жидкости в баке также может применяться очищенный перекачиваемый продукт, нефть в частности. Гидрораспределитель 26 нагнетательной гидролинией 28 соединяется с вентилем 17 разделителя сред 12 и с трубкой 15; посредством вентиля 17 распределитель 26 соединен с гидравлической полостью 13 разделителя. Нагнетательная гидролиния снабжена обратным клапаном 29, установленным на выходе из гидрораспределителя. Параллельно обратному клапану 29 установлен дополнительный противонаправленный обратный клапан 30 и электроуправляемый запорный элемент 31, сблокированный посредством электролинии 32 с электроуправлением гидрораспределителя 26. Гидропривод устройства включает также предохранительный клапан 33, электроконтактный манометр 34 на выходе из насоса 24, регулятор давления 35 в напорной линии 36 между насосом и распределителем, сливную гидролинию 37 с фильтром 38.

Система электроснабжения и электроуправления устройства включает источник электроэнергии 39, например герметичные электрические аккумуляторы, и блок управления 40. Электродвигатели и электроприводы 19, 22, 25, а также электроуправление гидрораспределителя 26 и электроконтактного манометра 34 соединены с блоком управления 40 соответствующими электролиниями 41...45. В устройстве по оси корпуса 1 имеются винтовые лопасти 46, на их валу установлен электрогенератор 47, который с помощью электролинии 48 подключен к источнику электроэнергии 39. Последний линиями 49 соединен с блоком управления 40. Средства электроснабжения и электроуправления, электродвигатели и электроприводы, электроэлементы и электролинии выполнены в герметичном исполнении. Электроэлементы и соединяющие их электролинии показаны в упрощенном виде.

Устройство для перекрытия трубопровода работает следующим образом. Перед запуском устройства в трубопровод заполняют кольцевой объем 5 рабочей жидкостью, например очищенной перекачиваемой нефтью. Заполнение производят через штуцер 50, при этом из объема 5 выпускают воздух посредством резьбовых пробок в корпусе 1 (не показаны). Заполнение кольцевого объема 5 заканчивают при отсутствии в нем избыточного давления. В предпусковую подготовку устройства входит также закачка под давлением сжатого газа (обычно используют нейтральный технический азот N₂) в пневматическую полость 14 разделителя сред посредством заправочного средства 16 (контролируют по манометру заправочного средства). Закачку заканчивают при достижении в пневматической полости 14 давления ρ₀=(0,30...0,33) ρ₁, где ρ₁ - предполагаемое рабочее давление в гидросистеме. После этого плавающий поршень в разделителе сред 12 занимает крайнее правое положение. Пневматическую полость 27 низкого давления бака 23 для рабочей жидкости заполняют газом под давлением 0,05...0,10 МПа, после чего в бак закачивают рабочую жидкость, сжимая посредством плавающего поршня газ в пневматической полости 27. Открывая вентиль 17, гидравлическую полость 13 разделителя сред 12 заправляют под давлением рабочей жидкостью, сжимая посредством плавающего поршня газ в пневматической полости 14 (поршень смещается влево, как показано на фиг.2). Заправку заканчивают при достижении давления как в гидравлической 13, так и в пневматической 14 полостях рабочего давления ρ₁.

Запуск устройства в трубопровод проводят через камеру пуска известным образом, ориентируя направление движения в сторону, показанную стрелкой (фиг.1). Перед перемещением устройства в трубопроводе закрывают центральный перепускной элемент 18, оставляя открытым дополнительное (с меньшим проходным сечением) запорное средство 21 (показано на фиг.1 и 2). При открытом вентиле 17 давление в кольцевом объеме 5 и в гидравлической полости 13 разделителя сред 12 выравнивается - расчетное давление в полости 13 снижается, а в объеме 5 повышается и составляет (0,2...0,3)ρ_т, где ρ_т - расчетное давление в трубопроводе при перекачке продукта. Движение устройства в трубопроводе осуществляется потоком перекачиваемого продукта. При открытом дополнительном запорном средстве 21 продукт проходит в крайний правый отсек устройства и заполняет объем впереди устройства. Вследствие этого давление на центральном перепускном элементе 18 выравнивается - становится одинаковым до и после этого элемента. Это явление может происходить при перемещении (с ограниченной скоростью) устройства в трубопроводе. Далее дистанционной подачей соответствующей команды на блок управления 40 посредством электролинии 42 приводится в действие автономный привод 22, который осуществляет закрытие дополнительного запорного средства (шарового крана) 21, и устройство за счет создавшегося перепада давления и герметичности его поперечного сечения выходит на расчетный режим движения в трубопроводе. Как правило, в трубопровод запускают с определенным интервалом два устройства.

В процессе движения устройства в трубопроводе эластичная обечайка 2 обеспечивает надежное перекрытие всего сечения трубы. При наличии на внутренней поверхности трубы наплывов и определенных неровностей металла, а также некоторого сужения или расширения площади поперечного сечения трубы, искривления ее геометрической формы и т.п. эластичная обечайка за счет изменения кольцевого объема 5 приспосабливается к названным несовершенствам формы трубы. Это достигается наличием упругого передаточного канала между объемом 5 и посредством трубки 15 гидравлической полостью 13 переменного объема разделителя сред 12. Возможные изменения кольцевого объема 5 и, следовательно, полости 13 компенсирует посредством плавающего поршня высокоэластичная пневматическая полость 14 разделителя. Герметизации поперечного сечения трубы способствует также манжета 10 и накладка 11, несущая функции манжеты и усиления обечайки 2.

За 80-150 м до намеченного места фиксации устройства в трубопроводе на блок управления 40 и привод 22 подается команда на открытие шарового крана 21. После этого движение устройства замедляется (происходит торможение) за счет пропуска перекачиваемого продукта через образовавшееся проходное сечение в шаровом кране. Одновременно с этим выравнивается давление на центральном перепускном элементе 18. Далее подается новая команда на блок 40 и посредством электролинии 41 срабатывает электродвигатель 19 и привод 20, которые открывают разгруженный от продольных усилий центральный перепускной элемент 18. Благодаря этому движение устройства практически прекращается за счет существенного сокращения площади поперечного сечения и наличия трения между трубопроводом и эластичной обечайкой. Окончательное стопорение и надежная фиксация устройства в заданном месте производится подачей под давлением дополнительного количества рабочей жидкости в кольцевой объем 5. Это достигается работой насоса 24 от электропривода 25 посредством электролинии 43 и переключением на нагнетание электроуправляемого гидрораспределителя 26 посредством электролинии 44; команды на электроуправление также подаются дистанционно.

Насос 24, забирая рабочую жидкость из бака 23, нагнетает ее по напорной линии 36 через регулятор давления 35 и направляет в гидрораспределитель 26. Последний направляет жидкость в нагнетательную гидролинию 28 (преодолевая “слабую” пружину обратного клапана 29), далее жидкость через открытый вентиль 17 по трубке 15 поступает в кольцевой объем 5 и одновременно в гидравлическую полость 13 разделителя сред 12. Давление в объеме 5 и в полости 13 возрастает до необходимого рабочего давления ρ₁, превышающего давление в трубопроводе. После чего срабатывает электроконтактный манометр 34 и посредством электролиний 45 и 43 отключает электропривод 25 насоса 24. Дублирующим средством манометра 34 является регулятор давления, который не пропускает через себя давление свыше ρ+0,51

МПа. Третьим предохранителем и дублирующим средством, которое может сработать в непредвиденных ситуациях, является предохранительный клапан 33, настроенный на давление (ρ₁+0,5)^+0,5 МПа. При давлении ρ₁ в кольцевом объеме 5 устройство может длительное время удерживаться в трубопроводе. При открытом центральном перепускном элементе 18 или хотя бы шаровом кране 21 образуется переток продукта внутри корпуса 1, что приводит во вращение лопасти 46, которые, в свою очередь, задействуют электрогенератор 47. Последний вырабатывает электроэнергию и через электролинию 48 дополнительно заряжает источник электроэнергии 39. Источник 39 и блок управления 40 электролиний 49 постоянно соединены между собой. Для выполнения ремонта и испытаний трубопровода, производства врезок в трубу и т.п. прекращают перекачку продукта и закрывают центральный перепускной элемент 18 и шаровой кран 21. Перекрытие дефектного участка трубопровода (с последующей откачкой из него продукта) осуществляют двумя устройствами, которые располагают по краям участка. Герметизации устройства в трубе способствует манжета 10 и накладка 11.

Для расфиксации устройства с целью последующей его транспортировки (потоком продукта) в камеру приема снижают давление в кольцевом объеме 5. Для этого от блока 40 по электролиниям 44 и 32 подают сблокированную команду на электроуправление гидрораспределителя 26 (на слив жидкости) и запорного элемента 31 (на открытие). После этого рабочая жидкость под действием давления в объеме 5 и гидравлической полости 13 и подпора со стороны пневматической полости 14 разделителя сред 12 по трубке 15 и далее по гидролинии 28 проходит через открытый запорный элемент 31 и, преодолевая “слабую” пружину противонаправленного обратного клапана 30, поступает в гидрораспределитель 26. Откуда жидкость сбрасывается в гидролинию 37 и через фильтр 38 возвращается в бак 23. При достижении указанного давления (0,2...0,3)ρ_т расфиксацию устройства прекращают, закрывают центральный перепускной элемент 18 и шаровой кран 21, возобновляют перекачку продукта по трубопроводу и устройство (или оба устройства) отправляют в камеру приема.

Таким образом, за счет совмещения внешнего герметизатора и средства для стопорения, выполнения их в виде кольцевого объема с эластичной обечайкой, наличия пневмогидравлической системы поддерживания и регулирования давления, наличия дополнительного запорного средства и разгрузки центрального перепускного элемента, указанного конструктивного исполнения систем и элементов в предложенном устройстве для перекрытия трубопровода достигается:

1) упрощение конструкции и алгоритма управления процессом торможения и стопорения;

2) снижение габаритов и массы из-за отсутствия указанных громоздких узлов;

3) обеспечение стопорения всей наружной поверхностью обечайки и, как следствие, сокращение длины корпуса;

4) поддержание давления управления до величины, несколько превышающей давление в трубопроводе;

5) повышение быстродействия, надежности и долговечности, снижение энергоемкости устройства;

6) герметичность электрических и гидравлических элементов;

7) высокие демпфирующие и диссипативные свойства пневмогидравлических разделителей сред;

8) безопасность и экологичность как следствие использования перекачиваемого продукта и инертного газа, наличия дублирования;

9) щадящие условия эксплуатации и многократное использование эластичной обечайки.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и предназначено для перекрытия трубопроводов. Устройство содержит полый цилиндрический корпус с эластичным надувным герметизатором, средство для стопорения, центральный перепускной элемент, источник сжатого газа, винтовые лопасти по оси корпуса, источник электроэнергии, блок управления и распределительную аппаратуру. Эластичный надувной герметизатор и средство для стопорения совмещены и выполнены в виде наружной цилиндрической, отбортованной по краям к центру, эластичной обечайки, совместно с корпусом образующей замкнутый кольцевой объем, заполненный, например, перекачиваемым продуктом. Источник сжатого газа выполнен в виде пневмогидравлического разделителя сред, гидравлическая полость которого соединена с указанным кольцевым объемом. Центральный перепускной элемент снабжен дополнительным запорным средством с автономным приводом, устройство снабжено баком для рабочей жидкости, электроприводным насосом, гидролиниями и электроуправляемым гидрораспределителем, соединенным с указанной гидравлической полостью и посредством вентиля - с кольцевым объемом. Устройство в трубопроводе перемещается за счет энергии потока перекачиваемого продукта. Остановка и фиксация устройства в трубопроводе осуществляется посредством подачи рабочей жидкости в замкнутый кольцевой объем, образованный эластичной обечайкой совместно с цилиндрическим корпусом. Расширяет арсенал технических средств. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для перекрытия трубопровода, содержащее полый цилиндрический корпус с эластичным надувным герметизатором, средство для стопорения, центральный перепускной элемент, источник сжатого газа, винтовые лопасти по оси корпуса, источник электроэнергии, блок управления и распределительную аппаратуру, отличающееся тем, что эластичный надувной герметизатор и средство для стопорения совмещены и выполнены в виде наружной цилиндрической, отбортованной по краям к центру эластичной обечайки, совместно с корпусом образующей замкнутый кольцевой объем, заполненный, например, перекачиваемым продуктом, источник сжатого газа выполнен в виде пневмогидравлического разделителя сред, гидравлическая полость которого соединена с названным кольцевым объемом, при этом центральный перепускной элемент снабжен дополнительным запорным средством с автономным приводом, устройство снабжено баком для рабочей жидкости, электроприводным насосом, гидролиниями и электроуправляемым гидрораспределителем, соединенным с указанной гидравлической полостью и посредством вентиля - с кольцевым объемом.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что его корпус выполнен с выпукло-вогнутыми по краям отбортовками, концы которых скреплены с соответствующими отбортовками эластичной обечайки.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пневмогидравлический разделитель сред выполнен цилиндрическим с плавающим поршнем.