СПОСОБ ВВЕДЕНИЯ ПЛЕТИ ПЛАСТМАССОВЫХ ТРУБ В ВОССТАНАВЛИВАЕМЫЙ НЕГЕРМЕТИЧНЫЙ ТРУБОПРОВОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК F16L55/00 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, конкретно к бестраншейной технологии восстановления изношенных, потерявших герметичность трубопроводов методом «труба в трубе».

Известен способ введения в ремонтируемый участок трубопровода через открытый котлован полиэтиленовых труб с последовательным наращиванием с помощью сварки полиэтиленового рабочего трубопровода путем проталкивания полиэтиленовых труб в полость восстанавливаемого трубопровода и последовательной их сварки друг с другом. Способ осуществляют устройством, включающим гидравлический домкрат, тележку, переключатель, электронагреватель и зажимные хомуты (Агапчев В.И., Виноградов Д.А., Фаттахов М., Бестраншейные технологии восстановления и сооружения трубопроводов. - Уфа: изд-во Уфимского государственного нефтяного технического университета, 2005. - С.17-18, рис.2.2).

Недостатком известного способа является то, что он рассчитан на применение при ремонте относительно коротких участков восстанавливаемого трубопровода.

Это объясняется следующим образом: продольное сжимающее усилие проталкивания превышает предел продольной устойчивости полиэтиленового рабочего трубопровода, который при потере устойчивости изгибается и касается враспор в местах изгиба стенок ремонтируемого трубопровода. Чем больше усилие проталкивания, тем больше усилие распора, тем больше сила трения полиэтиленового трубопровода о стенки ремонтируемого трубопровода в местах распора.

С увеличением длины протолкнутого полиэтиленового трубопровода нарастает число мест изгиба его, мест распора и так вплоть до стопорения проталкиваемого трубопровода в ремонтируемом или же пока усилие проталкивания не превысит предел прочности полиэтиленовой трубы. Это явление резко ограничивает длину участков восстановления трубопровода по сравнению с участками, осваиваемыми методом «длинной протяжки».

Недостатком известного устройства является повышенная трудоемкость вспомогательных операций при сварке полиэтиленового рабочего трубопровода в котловане.

Известен способ «длинной протяжки» плети полиэтиленовых труб в полость восстанавливаемого трубопровода, включающий прокладку в полости тягового троса, крепление конца плети через тяговый трос к тяговому механизму, протягивание плети тяговым усилием через полость восстанавливаемого трубопровода.

Способ осуществляется устройством, включающим защитные элементы полиэтиленовых труб (лепестки), операционную камеру, оголовок, калибр, вертлюг, тяговый трос и тяговый механизм (Агапчев В.И., Виноградов Д.А., Фаттахов М., Бестраншейные технологии восстановления и сооружения трубопроводов. - Уфа: изд-во Уфимского государственного нефтяного технического университета, 2005. - С.17-35, рис.2.7).

Недостатком известного способа является трудоемкость прокладки тягового троса. На коротких участках это можно осуществить с помощью подручных средств типа: сборно-разборных шестов или упругой стальной проволоки. На длинных участках способ (рис.2.4, стр.23, 24) предусматривает протяжку тягового троса с помощью операционной камеры очистным поршнем давлением рабочей среды, закачиваемой через операционную камеру в полость восстанавливаемого трубопровода.

При негерметичном и сильно изношенном трубопроводе это становится невозможным.

Известен способ, наиболее близкий к заявляемому изобретению

Недостатком известного устройства является невозможность использования его на длинных участках негерметичного сильно изношенного трубопровода из отсутствия технических средств для прокладки тягового троса.

Известно устройство для протягивания троса внутрь трубопровода, содержащее разделитель с тросом, дополнительный разделитель, центратор и тягу, при этом основной разделитель выполнен со сквозным каналом и клапаном и снабжен узлом для автоматического зацепа и стопором обратного хода, а дополнительный разделитель снабжен вспомогательным тросом и узлом для автоматического зацепа, прикрепленным к разделителю посредством соединенных между собой центратора и тяги (патент RU №2053431 С1, 20.07.92; F16L 55/18).

Это устройство совершенно неприменимо для трубопровода с многочисленными сквозными повреждениями по длине. Решением проблемы может быть применение внутритрубного самоходного устройства для протягивания троса или плети в полости негерметичного трубопровода.

Известно самоходное устройство для транспортировки диагностической аппаратуры и инструмента внутри трубопровода, содержащее несущие аппаратуру и/или инструмент секции, связанные с возможностью взаимного перемещения и снабженные элементами распирания опорных поверхностей относительно внутренних поверхностей трубопровода, равномерно распределенными по периметру корпусов секций, и приводами для относительного перемещения секций, а также выдвигания опорных поверхностей элементов распирания, при этом привод для относительного перемещения секций выполнен в виде пневматического и/или гидравлического привода с осевым перемещением рабочего органа, связанного с соседней секцией гибким сочленением, приводы для выдвигания опорных поверхностей выполнены в виде пневматических и/или гидравлических приводов с центральной камерой для рабочей среды, а элементы распирания снабжены радиально перемещающимися рабочими элементами (патент RU №2076261 С1, 10.11.93; F16L 55/16).

Недостатками известного устройства являются:

- недостаточная его энерговооруженность, вызванная тем, что источник энергии для приводов размещен на самом устройстве;

- невозможность применения его в сильно изношенном, с истончившимися стенками, трубопроводе из-за больших величин удельных давлений, оказываемых локальными опорными поверхностями на стенку трубопровода и могущих стать причиной разрушения стенки.

Известно устройство для перемещения в трубопроводе, содержащее двухзвенный механизм с приводом тягового перемещения одного звена относительно другого посредством силового цилиндра, каждое из которых имеет средство его фиксации в трубопроводе в виде опорных элементов с силовым цилиндром и систему управления силовыми цилиндрами, пару центрирующих элементов с силовыми цилиндрами и дополнительными цилиндрами осевого перемещения звеньев, при этом силовые цилиндры центрирующих и опорных элементов закреплены в корпусах соответствующих звеньев посредством взаимно перпендикулярных к продольной оси устройства пазов в корпусе, а каждый центрирующий и опорный элемент размещен на свободном конце штока соответствующего силового цилиндра, причем основной и дополнительные силовые цилиндры осевого перемещения звеньев закреплены в корпусе второго по ходу перемещения устройства звена вдоль оси устройства, а их штоки взаимодействуют с боковой стенкой силовых цилиндров опорных элементов для поочередного перемещения звеньев (патент RU №2080945 С1; 11.05.89; В08В 9/04).

Недостатком известного устройства является: высокие удельные давления локальных поверхностей опорных и центрирующих элементов, оказываемые ими на стенку трубопровода и могущих стать причиной разрушения стенки.

Данное устройство является наиболее близким к заявляемому изобретению.

Технической задачей изобретения являются способ введения плети пластмассовых труб в восстанавливаемый негерметичный трубопровод и устройство для его осуществления, обеспечивающие протягивание плети пластмассовых труб в полости сильно изношенного, негерметичного, подлежащего восстановлению трубопровода тяговым усилием, создаваемым тяговым механизмом, перемещающимся внутри трубопровода в результате силового взаимодействия его со стенками трубопровода, не нарушающего их целостности.

Техническая задача по способу введения плети пластмассовых труб в восстанавливаемый негерметичный трубопровод, включающему крепление плети к тяговому механизму, протягивание плети в полости трубопровода тяговым усилием решается согласно изобретению тем, что тяговое усилие создают перемещением тягового механизма внутри трубопровода в результате силового взаимодействия его со стенками трубопровода.

Техническая задача по устройству для осуществления способа введения плети пластмассовых труб в восстанавливаемый негерметичный трубопровод, содержащему защитные элементы пластмассовых труб, оголовок, калибр и тяговый механизм, состоящий из двух звеньев с приводом шагового перемещения одного звена относительно другого посредством установленного между ними силового пневмоцилиндра осевого перемещения звеньев, каждое из которых имеет средство его фиксации в трубопроводе, решается согласно изобретению тем, что устройство включает дополнительно компрессор, пневмопровод, сообщающий компрессор с тяговым механизмом, средства фиксации звеньев которого выполнены в виде тороидальных пневмокамер с оболочкой из армированного эластомера, управляемых вместе с силовым пневмоцилиндром инерционным пневмораспределительным золотником с магнитной фиксацией его в крайних положениях, подпружиненным с двух сторон.

Сущность изобретения поясняется чертежами: фиг.1 - общий вид устройства; фиг.2 - общий вид тягового механизма в сечении А-А; фиг.3 - сечение Б-Б задней пневмокамеры; фиг.4 - сечение В-В силового пневмоцилиндра.

Устройство для осуществления способа введения плети пластмассовых труб в восстанавливаемый негерметичный трубопровод содержит: оголовок 1, скрепленный с помощью калибра 2 со специально сформованным концом плети 3 пластмассовых труб, протягиваемой в восстанавливаемый негерметичный трубопровод 4, на входе которого плеть 3 защищена защитными элементами 5 от повреждения. Конец плети 3 зажат между коническими поверхностями калибра 2 и конической шайбы 6 гайкой 7 и контрогайкой 8. В оголовок 1 ввернут пневмопровод 9, проложенный в полости плети 3 и сообщающий компрессор (условно не показан) с тяговым механизмом 10. Оголовок 1 ввернут на резьбе в тяговый механизм 10 и законтрен контрогайкой 11. Тяговый механизм 10 содержит два звена: переднее - 12 по ходу движения, заднее - 13; с приводом шагового перемещения одного звена 12 относительно другого - 13 посредством установленного между ними силового пневмоцилиндра 14 осевого перемещения. Звенья 12, 13 имеют средства фиксации их в трубопроводе 4, выполненные в виде тороидальных пневмокамер: передняя - 15, задняя - 16; с оболочками из армированного эластомера: 17, 18 закрепленными на корпусах 19, 20 звеньев 12, 13 соответственно. Корпус 19 переднего звена 12 посажен с возможностью перемещения на корпус 20 заднего звена 13 и скреплен с многосекционным разборным корпусом 21 силового многокамерного пневмоцилиндра 14, в камерах 22 которого установлены поршни 23, закрепленные на корпусе 20 заднего звена 13 с помощью стопорных колец 24. Пневмоцилиндр 14 выполнен многокамерным с целью наращивания его рабочего усилия (на фиг.2 пневмоцилиндр 14 условно изображен двукамерным).

В корпус 20 запрессована гильза 25, в которой с возможностью свободного перемещения установлен пневмораспределительный газодинамически уравновешенный полый золотник 26, жестко связанный с подвижным толкателем 27, оборудованным тремя шайбами 28 из магнитного материала. Между шайбами 28 в корпусе 20 заднего звена 13 установлены двусторонние магнитные блоки 29 с кольцевыми постоянными магнитами 30, разделенные гильзами 31 из магнитного материала, жестко скрепленными с корпусом 20. Внутри гильз 31 с незначительным радиальным зазором находятся шайбы 28 толкателя 27, посаженного в магнитных блоках 29 как в направляющих. Свободный конец толкателя 27 подпружинен с двух сторон пружинами 32 относительно диафрагмы 33 полого носка 34 корпуса 19 переднего звена 12.

Ход золотника 26 - S₀ больше хода толкателя 27 - S₁ относительно диафрагмы 33 на величину Z:S₀=S₁+Z. Величина Z составляет не более 5-10% от S₀ и определяется из следующего условия: М - магнитная сила магнитных блоков 29, действующая на шайбы 28, Р - сила сжатой пружины 32, М>Р; при смещении магнитных блоков 29 от шайб 28 на величину Z величина М в начале хода Z уравнивается с величиной Р и далее превышает ее.

Шайбы 28 в крайних положениях плотно примыкают к соответствующим магнитным блокам 29.

Полости камер 22 пневмоцилиндра 14 по обеим сторонам поршней 23 поочередно сообщаются с полостью золотника 26, в свою очередь сообщенной с пневмопроводом 9 с помощью нагнетательных каналов 35. Каналами 36 эти же полости камер 22 поочередно сообщаются с выхлопным каналом 37, который выходит в полый носок 34 и образован в сопряжении корпуса 20 и гильзы 25. Каналами 38, 39 пневмокамера 16 поочередно сообщается с полостью золотника 26 или с выхлопным каналом 37. Каналом 40 пневмокамера 15 поочередно сообщается то с нагнетанием, то с выхлопом.

За носок 34 может крепиться очистной снаряд 41.

Способ введения плети пластмассовых труб в восстанавливаемый негерметичный трубопровод осуществляют устройством следующим образом: на фиг.1, 2 тяговый механизм 10 изображен в состоянии начала цикла протягивания плети 3 в полости трубопровода 4. Передняя пневмокамера 15 накачана сжатым воздухом, и оболочка 17 плотно прижата к стенкам трубопровода 4, тем самым фиксируется переднее звено 12 относительно трубопровода 4. Удельное давление, оказываемое оболочкой 17 на стенки трубопровода 4, не превышает предела остаточной прочности изношенных, истончившихся стенок и не может нарушить их целостность. Большая площадь контакта пневмокамеры 15 и стенок трубопровода обеспечивает большую удерживающую силу, достаточную для протягивания плети 3, а армирование оболочек 17, 18 позволяет воспринимать эту силу, задняя пневмокамера 16 спущена. Золотник 26 стоит в крайнем переднем по ходу положении и сообщает: пневмокамеру 15 с нагнетанием, пневмокамеру 16 с выхлопом, левые полости камер 22 пневмоцилиндра 14 с нагнетанием, а правые - с выхлопом. Передние по ходу магнитные блоки 29 удерживают шайбы 28, а значит и золотник 26, в этом положении, преодолевая усилие сжатой пружины 32, передней по ходу. Пневмоцилиндр 14 подтягивает относительно трубопровода 4 заднее звено 13, а вместе с ним и плеть 3, на один шаг. Пружина 32, задняя по ходу, сжимается, поскольку корпус 20 вдвигается в корпус 19, пружина 32, передняя по ходу, разжимается. Толкатель 27 упирается в диафрагму 33 и сдвигается на величину Z, магнитная сила М становится сначала равной и затем больше силы пружины Р. Золотник 26 под воздействием задней пружины 32 разгоняется и по инерции пролетает нейтральное положение и шайбы 28 попадают под воздействие задних по ходу магнитных блоков 29. Золотник 26 фиксируется в крайнем заднем по ходу положении.

Передняя пневмокамера 15 соединяется золотником 26 с выхлопом и спускается, задняя пневмокамера 16 соединяется с нагнетанием и накачивается, левые полости камер 22 пневмоцилиндра 14 соединяются с выхлопом, правые - с нагнетанием. Заднее звено 13 фиксируется накаченной пневмокамерой 16 относительно трубопровода 4. Пневмоцилиндр 14 сдвигает переднее звено 12 относительно трубопровода 4 на один шаг, если есть очистной снаряд 41, то и его, производя попутно очистку внутренней поверхности трубопровода 4, отходы которой продуваются выхлопом с носка 34.

Передний корпус 19 сдвигается с заднего корпуса 20, при этом производятся расфиксация и перемещение инерционного пневмораспределительного золотника 26 в крайнее переднее положение аналогично описанному выше процессу. Тяговый механизм 10 возвращается к исходному положению, началу цикла протягивания плети 3, и цикл раз за разом повторяется, осуществляя протягивание плети 3. Проходные сечения каналов 35, 36 намного меньше проходных сечений каналов 38; 39 и 40. Это сделано с целью того, чтобы фиксация и расфиксация звеньев 12 и 13 производилась прежде, чем начнется их взаимное перемещение.

При прекращении подачи сжатого воздуха в тяговый механизм 10 все его пневматические полости по зазорам сопряжения: золотник 26 и гильза 25, освобождаются от сжатого воздуха, звенья 12, 13 расфиксируются и тяговый механизм 10 при необходимости можно вытащить за плеть 3 из трубопровода 4.

Использование изобретения позволит осуществлять протягивание плети пластмассовых труб в восстанавливаемый негерметичный изношенный трубопровод с истончившимися стенками, значительно облегчить технологический процесс восстановления трубопроводов, исключив из него предварительную протяжку тягового троса.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, и используется при бестраншейной технологии восстановления изношенных негерметичных трубопроводов методом "труба в трубе". Протягивают плети в изношенный негерметичный трубопровод, внутритрубным устройством - тяговым механизмом с пневматическим автоматическим приводом шагового перемещения. Способ уменьшает трудоемкость работ в технологическом процессе восстановления трубопроводов, исключает предварительную прокладку троса в трубопроводе. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ введения плети пластмассовых труб в восстанавливаемый негерметичный трубопровод, заключающийся в креплении плети к тяговому механизму, протягивании плети в полости трубопровода тяговым усилием, отличающийся тем, что тяговое усилие создают в результате силового взаимодействия со стенками трубопровода перемещаемого внутри него тягового механизма, состоящего из двух звеньев с приводом шагового перемещения одного звена относительно другого посредством установленного между ними силового пневмоцилиндра осевого перемещения звеньев, каждое из которых имеет средство его фиксации в виде тороидальных пневмокамер.2. Устройство для осуществления способа введения плети пластмассовых труб в восстанавливаемый негерметичный трубопровод, содержащее защитные элементы пластмассовых труб, оголовок, калибр и тяговый механизм, состоящий из двух звеньев с приводом шагового перемещения одного звена относительно другого посредством установленного между ними силового пневмоцилиндра осевого перемещения звеньев, каждое из которых имеет средство его фиксации в трубопроводе, отличающееся тем, что устройство включает дополнительно компрессор, пневмопровод, сообщающий компрессор с тяговым механизмом, средства фиксации звеньев которого выполнены в виде тороидальных пневмокамер с оболочкой из армированного эластомера, управляемых вместе с силовым пневмоцилиндром инерционным пневмораспределительным золотником с магнитной фиксацией его в крайних положениях, подпружиненным с двух сторон.