УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКРЫТИЯ БОКОВЫХ ОТВОДОВ ТРУБОПРОВОДА Российский патент 2008 года по МПК F16L55/18 

Изобретение относится к средствам выполнения ремонтных работ в трубопроводах.

Известно устройство для перекрытия боковых отводов трубопровода, содержащее корпус, на задней части которого закреплена тяга, а на передней - запорный узел, телекамера и осветительное устройство, состоящее из двух осветителей. Перечисленные элементы установлены с возможностью вращения относительно продольной оси корпуса. Запорный узел содержит механизм перекрытия, выполненный в виде подпружиненной круглой пластины, на которой жестко закреплены три штыря с пружинными фиксаторами. Между штырями механизма перекрытия укладывается один или несколько запорных элементов, выполненных в виде эластичных пластин с ребрами. Механизм перекрытия имеет привод поперечного перемещения запорных элементов. Для перекрытия бокового отвода трубы в неб через открытый конец вводят корпус устройства и путем его продольного перемещения тягой с помощью телекамеры и осветительного устройства находят намеченный для перекрытия боковой отвод. Наблюдая на мониторе изображение внутренней полости трубопровода, поступающее от телекамеры с осветительным устройством, оператор с помощью дистанционного управления поворачивает запорный узел вокруг продольной оси корпуса таким образом, чтобы запорный элемент, установленный на механизме перекрытия, встал напротив входного отверстия отвода. Оператор с помощью дистанционного управления включает привод поперечного перемещения, и механизм перекрытия устанавливает верхний запорный элемент в отверстие входа бокового отвода трубопровода. После этого устройство передвигается к следующему боковому отводу и операция перекрытия повторяется (патент США №5333649, МКВ: F16L 55/16).

К недостаткам данного устройства относятся

- сложность конструкции и низкая надежность;

- повышенная сложность эксплуатации из-за необходимости точного по углу поворота кругового поиска входа бокового отвода по окружности внутренней цилиндрической поверхности трубы для ориентированной подачи материала, перекрывающего боковой отвод, гидравлическим запорным узлом.

- ограниченные технологические возможности из-за невозможности размещения и работы устройства данной конструкции в трубах малого диаметра, например, с внутренними диаметрами от 20 до 100 мм.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является устройство для перекрытия боковых отводов трубопровода, именуемое «внутритрубный манипулятор» и состоящее из корпуса с телекамерой, установленной в передней части внутренней полости корпуса, тяги, жестко укрепленной в задней части корпуса, и запорного узла, выполненного на наружной поверхности передней части корпуса. Запорный узел состоит из втулки, установленной на корпус с зазором, в который установлен запорный элемент в виде обрезиненной упругой пластины, и привод перемещения втулки вдоль продольной оси корпуса, выполненный в виде троса, расположенного внутри тяги, и кольца надетого на штифт, закрепленный своими концами на втулке и имеющий возможность перемещаться по продольным пазам на корпусе (патент Украины №12716, МКВ: F16L 55/16, 55/18, В05D 7 V 22).

Недостатками данного устройства являются

- ограниченные технологические возможности данного устройства, т.к. оно не оборудовано осветительным устройством и не может работать в отдаленных участках трубопровода, где низкая освещенность не позволяет с помощью самых светочуствительных телекамер найти входное отверстие нужного бокового отвода. Такая конструкция способна обеспечить надежную работоспособность только на краевых участках трубопровода, где имеется достаточная освещенность от места вскрытия трубопровода, или на больших расстояниях от места вскрытия, но в трубопроводе, выполненном из светопрозрачного материала и установленном открыто на освещенной поверхности; кроме того, если данную конструкцию оснастить осветительным устройством, подобным тому, который указан в аналоге, т.е. в зоне вокруг телекамеры, то такое устройство не смогло бы из-за своих больших габаритов обеспечить работу в трубопроводах малого диаметра с диаметрами проходных отверстий 15...20 мм, т.к. при современном уровне развития конструкций телекамер их минимальный размер, по нашим данным, составляет 12...15 мм. Минимальный диаметр осветительных устройств типа светодиод может составлять 3...4 мм, а ламп накаливания - 4...5 мм. Кроме того, для нормального прохождения устройства по внутренней полости трубы необходимо иметь зазор между внутренней поверхностью трубы и наружной поверхностью исполнительного механизма устройства не менее 3...4 мм в зависимости от состояния внутренней поверхности трубы. Сумма указанных выше размеров составляет 18...23 мм. Таким образом, данная конструкция имеет также ограниченные технологические возможности в части обеспечения работоспособности в трубопроводах малого диаметра;

- не обеспечена работоспособность запорного узла, т.к. в данном устройстве имеется две конструктивные недоработки. Первая - на корпусе отсутствует упор для втулки, который небходим для удержания втулки на передней части корпуса, ибо при перемещении запорного узла вперед по каналу трубопровода втулка вследствие трения о внутреннюю поверхность трубопровода и собственного веса, если трубопровод расположен вертикально, будет стремится сместиться к задней части корпуса и выберет тот свободный ход, который необходим для освобождения упругой пластины с помощью привода перемещения втулки вдоль продольной оси корпуса и установки упругой пластины на входное отверстие бокового отвода. Вторая - на корпусе отсутствует упор, ограничивающий ход упругой пластины назад в продольном направлении, который необходим для надежного освобождения ее от втулки, внутри которой она находится в упруго-сжатом состоянии, ибо при перемещении втулки под действием привода перемещения упругая пластина из-за отсутствия упора в корпус будет перемещаться вместе с втулкой, т.к. ее связывает с втулкой значительная по величине сила трения, возникающая вследствие: упругого прижатия пластины ко внутренней поверхности втулки и большого коэффициента трения, т.к. упругая пластина с наружной поверхности, как следует из описания устройства, обрезинивается для более герметичного прилегания к поверхности трубопровода, где она должна быть поставлена;

- устройство с данной конструкцией имеет низкую надежность, т.к. при продольном перемещении запирающего узла вперед по трубопроводу от взаимодействия внутренней поверхности трубопровода и наружной поверхности втулки возникает сила трения, которая стремится сдвинуть втулку к задней части корпуса, что приведет к преждевременному срабатыванию запирающего узла. Таким образом, считаем ошибочной конструкцию, в которой направление действия силы трения совпадает с направлением перемещения втулки при ее освобождении и перекрытии ею входного отверстия бокового отвода.

Задачей изобретения является повышение надежности работы и расширение технологических возможностей устройства.

Поставленная задача решается за счет того, что устройство для перекрытия боковых отводов трубопровода, содержащее корпус с телекамерой, на котором установлена втулка с зазором, в котором расположен запорный элемент, выполненный в виде обрезиненной упругой пластины, и привод втулки продольного перемещения вдоль оси корпуса, выполненный в виде троса, причем втулка выполнена в виде конической упругой цанги с днищем, в котором изготовлено коаксиальное отверстие, с возможностью ее перемещения вдоль оси корпуса, а штифт, установленный в продольных пазах корпуса, жестко закреплен у днища конической упругой цанги, которая задним торцем опирается и центрируется на упоре, жестко закрепленном на корпусе, при этом передний торец запорного элемента установлен на упоре, жестко закрепленном на корпусе за продольными пазами, перед которыми установлен блок, а в корпусе между телекамерой и блоком установлен осветительный прибор. Корпус в зоне осветительного прибора выполнен из светопрозрачного материала или имеет световые окна, а максимальный диаметральный размер всего устройства (D_{y max}) определяется по формуле

D_{y max}=D_Т-2S_П-h;

где D_Т - внутренний диаметр трубопровода. S_П - толщина обрезиненной упругой пластины, h - заданный гарантированный зазор.

Новые существенные признаки

- втулка выполнена в виде конической упругой цанги с днищем;

- в днище конической упругой цанги изготовлено осевое отверстие с возможностью ее перемещения вдоль оси корпуса;

- штифт, установленный в продольных пазах корпуса, жестко закреплен у днища конической упругой цанги;

- коническая упругая цанга задним торцем опирается и центрируется на упоре, жестко закрепленном на корпусе;

- передний торец запорного элемента установлен на упоре, жестко закрепленном на корпусе за продольными пазами;

- перед продольными пазами установлен блок;

- в корпусе между телекамерой и блоком установлен осветительный прибор;

- корпус в зоне осветительного прибора выполнен из светопрозрачного материала;

- корпус в зоне осветительного прибора имеет световые окна;

- максимальный диаметральный размер всего устройства (D_{y max}) определяется по формуле:

D_{y max}=D_T-2S_П-h, где D_Т - внутренний диаметр трубопровода, S_П - толщина обрезиненной упругой пластины, h - заданный гарантированный зазор.

Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными необходимы и достаточны для получения технического результата во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны.

Технический результат

1. Втулка выполнена в виде конической упругой цанги с днищем, что обеспечивает

- повышение надежности работы устройства за счет качественного центрирования конической упругой цанги относительно продольной оси корпуса как в исходном положении, когда коническая упругая цанга находится в крайнем заднем положении и удерживает внутри себя скрученный запорный элемент, так и в конечном положении, когда она находится в крайнем переднем положении, а запорный элемент, освободившись от лепестков цанги и распрямившись, прижат за счет своей упругости к внутренней поверхности трубопровода; повышение надежности работы устройства, т.к. при вынимании устройства из трубопровода, после перекрытия бокового отвода, исключается возможность сдвига вдоль оси установленной обрезиненной упругой пластины за счет того, что после срабатывания устройства упругая коническая цанга смещается в крайнее переднее положение, в результате чего упругие лепестки цанги освобождаются от действия всех элементов, разжимающих их, и вследствие своей упругости принимают свою исходную форму - конуса, который при взаимодействии с обрезиненной упругой пластиной в момент вынимания обеспечивает более плотное ее прижатие ко внутренней поверхности трубопровода, при этом смещение обрезиненой упругой пластины относительно трубопровода исключено из-за значительной разницы коэффициентов трения между стальной или пластиковой конической поверхностью цанги и внутренней поверхностью упругой стальной или пластиковой пластины, а также обрезиненной наружной поверхностью упругой стальной или пластиковой пластины и внутренней поверхностью стального или пластикового трубопровода.

2. В днище конической упругой цанги изготовлено осевое отверстие с возможностью ее перемещения вдоль оси корпуса, что обеспечивает повышение надежности работы устройства за счет обеспечения оптимального зазора между отверстием в днище цанги и наружной поверхностью корпуса в зоне пазов, исключающего перекос и заедание цанги при ее перемещении по корпусу и центрирование цанги в зоне днища на одной оси с корпусом.

3. Штифт, установленный в продольных пазах корпуса, жестко закреплен у днища конической упругой цанги, что обеспечивает повышение надежности работы цанги и всего устройства в целом, т.к. при такой компановке имеется возможность изготовления упругих лепестков цанги дастаточной длины, чтобы при всех их перемещениях в процессе работы материал лепестков цанги не переходил из зоны упругой деформации в зону пластической деформации, и цанга всегда полностью восстанавливала свою первоначальную коническую форму в зоне лепестков.

4. Упругая коническая цанга задним торцем опирается и центрируется на упоре, жестко закрепленном на корпусе, что обеспечивает: повышение надежности работы устройства за счет того, что при проталкивании устройства вперед по трубопроводу для подхода к требуемому боковому отводу наружная поверхность цанги трется о внутреннюю поверхность трубопровода и возникающая, иногда значительная по величине, сила трения воспринимается цангой и передается на упор, от которого далее на корпус и тягу, прочность в осевом направлении которых легко обеспечить правильным подбором материала и размеров;

- расширение технологических возможностей данного устройства, т.к. центрирование цанги в зоне упругих лепестков на центрирующем пояске упора обеспечивает за счет коаксиальности (совмещения осей) корпуса, упора и упругой конической цанги минимизацию максимального диаметрального размера устройства, что позволяет уменьшить величину задаваемого гарантированного зазора между внутрунней поверхностью трубопровода и максимального диаметрального размера всего устройства, а это, в свою очередь, позволяет производить работы в трубопроводах с меньшими диаметрами. Максимальный диаметральный размер устройства - это диаметр описанной окружности по наиболее выступающим элементам устройства в проекции на плоскость, перпендикулярную оси корпуса (D_{y max}).

5. Передний торец запорного элемента установлен на упоре, жестко закрепленном на корпусе за продольными пазами, что обеспечивает повышение надежности работы устройства, т.к. при смещении упругой конической цанги в переднее крайнее положение запорный элемент удерживается упором в неподвижном относительно корпуса положении, несмотря на действие силы трения, возникающей при смещении, и точно устанавливается на намеченное для перекрытия входное отверстие бокового отвода.

6. Перед продольными пазами установлен блок, что обеспечивает повышение надежности работы устройства, т.к. при такой конструкции направление действия силы трения на коническую упругую цангу не совпадает с направлением ее смещения для освобождения запорного элемента при перекрытии бокового отвода, и возникающая сила трения не может привести к преждевременному срабатыванию устройства за счет случайного смещения цанги при продвижении устройства по внутренней полости трубопровода, при этом сила трения воспринимается упором конической упругой цанги. Это происходит вследствие того, что трос привода продольного перемещения конической упругой цанги, перекинутый через блок, при перемещении свободного конца троса с кольцом, расположенного в полой тяге, в направлении «назад», перемещает цангу в направлении «вперед».

- В корпусе между телекамерой и блоком установлен осветительный прибор, что обеспечивает расширение технологических возможностей устройства за счет уменьшения диаметрального габаритного размера устройства и, сответственно, уменьшения минимального внутреннего диаметра трубопровода, где возможно произвести перекрытие бокового отвода. Данное достоинство обеспечивается тем, что, кроме того, если осветительный прибор, один или несколько, разместить в зоне вокруг телекамеры, то такое устройство не смогло бы из-за своих больших габаритов обеспечить работу в трубопроводах малого диаметра с диаметрами проходных отверстий 15...20 мм, т.к. при современном уровне развития конструкций телекамер их минимальный размер, по нашим данным, составляет 12...15 мм. Минимальный диаметр осветительных устройств типа светодиод может составлять 3...4 мм, а ламп накаливания - 4...5 мм. Кроме того, для нормального прохождения устройства по внутренней полости трубы необходимо иметь зазор между внутренней поверхностью трубы и наружной поверхностью исполнительного механизма устройства не менее 3...4 мм в зависимости от состояния внутренней поверхности трубы. Сумма указанных выше размеров составляет 18...23 мм. Таким образом, данная конструкция имеет ограниченные технологические возможности в части обеспечения работоспособности в трубопроводах малого диаметра. В предлагаемой конструкции диаметральный габаритный размер осветительного прибора не суммируется с указанными выше размерами, свет поступает в зону обзора телекамеры путем отражения от внутренней поверхности трубопровода и различных частей устройства, находящихся в зоне телекамеры. Кроме того, такая компоновка позволяет применить более габаритный осветительный прибор со световой мощностью, достаточной для создания нормальной освещенности в зоне наблюдения телекамеры.

7. Корпус в зоне осветительного прибора выполнен из светопрозрачного материала, что обеспечивает повышение надежности работы устройства за счет защиты осветительного прибора от грязи и пыли.

8. Корпус в зоне осветительного прибора имеет световые окна, что обеспечивает повышение надежности работы устройства за счет уменьшения светопотерь и увеличения срока службы лампы из-за улучшенных условий ее охлаждения.

9. Максимальный диаметральный размер всего устройства (D_{y max}) определяется по формуле: D_{y max}=D_T-2S_П-h, где D_Т - внутренний диаметр трубопровода, S_П - толщина обрезиненной упругой пластины, h - заданный гарантированный зазор, что обеспечивает повышение надежности работы устройства, т.к. данное условие позволяет произвести гарантированное вынимание устройства из части трубопровода, где было произведено перекрытие бокового отвода, без повреждения запирающего элемента, трубопровода и самого устройства.

На фиг.1 изображено устройство для перекрытия боковых отводов трубопровода при работе с телекамерой и осветительным прибором; на фиг.2 - устройство для перекрытия боковых отводов трубопровода при работе с запорным элементом; на фиг.3 - устройство для перекрытия боковых отводов трубопровода в исходном положении перекрытия, разрез; на фиг.4 - устройство для перекрытия боковых отводов трубопровода в конечном положении перекрытия, разрез; на фиг.5 - устройство для перекрытия боковых отводов трубопровода, разрез по А-А; на фиг.6 - устройство для перекрытия боковых отводов трубопровода, разрез по Б-Б; на фиг.7 - устройство для перекрытия боковых отводов трубопровода, разрез по В-В; на фиг.8 - устройство для перекрытия боковых отводов трубопровода, разрез по Г-Г; на фиг.9 - устройство для перекрытия боковых отводов трубопровода, разрез по Д-Д; на фиг.10 - устройство для перекрытия боковых отводов трубопровода, разрез по Е-Е.

На задней части корпуса 1 (см. фиг.1-9) жестко закреплены тяга 2 и упор 3, центрирующий поясок 4 которого обжат концами лепестков конической упругой цанги 5, внутри которой в скрученном состоянии расположен запорный элемент в виде обрезиненной упругой пластины 6 и упор 7, жестко закрепленный на корпусе 1. У днища конической упругой цанги 5 жестко закреплен штифт 8, который установлен в продольных пазах 9, выполненных на средней части корпуса 1, во внутренней полости которого перед пазами 9 установлен блок 10, и через него перекинут трос 11, одним концом скрепленный со штифтом 8, а другой располагается во внутренних полостях корпуса 1 и трубчатой тяги 2.

На передней части корпуса 1 закреплена телекамера 12, в пространстве между которыми в корпусе 1 установлен осветительный прибор 13. Стенка корпуса 1 в зоне осветительного прибора 13 может быть выполнена либо из светопрозрачного материала, либо иметь световые окна 14. Световые лучи 15 от осветительного прибора 13, отражаясь от внутренней поверхности трубопровода 16, освещают зону перед телекамерой 12 с фокусным расстоянием (F), которое находится на расстоянии (Н) от середины запорного элемента 6 с шириной (К). Телекамера 12 и осветительный прибор 13 электрокабелем 17, проходящем внутри тяги 2, связаны с блоком питания 18 и монитором 19, которые установлены на раму 20. На тяге 2 устанавливаются: верхняя метка 21 и нижняя метка 22, отстоящая от верхней метки 21 на расстоянии (Н). Трубопровод 16 имеет боковой отвод 23. Трос 11 проходит внутри тяги 2 и своим задним концом скреплен с кольцом 24. Запирающий элемент 6, разжавшись и прилегая к внутренней поверхности требопровода 16, образует «сектор перекрытия» 25 (см. фиг.10).

Устройство для перекрытия работает следующим образом. При необходимости отключения бокового отвода 23 от основного трубопровода 16 через его внутреннюю полость из трубопровода 16 вырезается доступный участок трубы и через срез, с помощью тяги 2, в ее внутреннюю полость вводят корпус 1 с телекамерой 12 и осветительным прибором 13. Затем, наблюдая по экрану монитора 19, к искомому боковому отводу 23 подводят телекамеру 12, таким образом, чтобы фокус объектива телекамеры 12 примерно совпадал с центральной осью входного отверстия бокового отвода 23, что определяется по резкости изображения на мониторе 19. На тяге 2 в плоскости среза трубопровода 16 ставится верхняя метка 21, а ниже ставится нижняя метка 22, которая отстоит от верхней метки 21 на расстоянии (Н). Вращением тяги 2 вокруг своей продольной оси и наблюдая на мониторе 19 положение входного отверстия бокового отвода 23, оператор добивается такого углового положения, чтобы запорный элемент 16 в дальнейшем, при продольном перемещении по трубопроводу 16, встал своей срединной зоной «сектора перекрытия» 25 напротив центральной оси входного отверстия бокового отвода 23. Далее с помощью тяги 2 перемещают корпус 1 на величину (Н), благодаря чему срединная зона запорного элемента 6 по ширине (К) оказывается совмещенной с центральной осью входного отверстия бокового отвода 23. Удерживая тягу 2 в данном положении, оператор за кольцо 24 тянет трос 11, который, будучи перекинут через блок 10, тянет вперед к телекамере по продольным пазам 9 штифт 8 и цангу 5, вследствие чего та сползает с цетрирующего пояска 4 упора 3 и, скользя по запорному элементу 6 и упору 7, перемещается в крайнее переднее положение, где упругие лепестки цанги 5 освобождаются, и она принимает исходную конусообразную форму (см. фиг.4). Упираясь в упор 7 и освободившись от лепестков цанги 5, запорный элемент 6 разжимается и перекрывает боковой отвод 23. Оператор за тягу 2 вынимает корпус 1 и другие элементы устройства из трубопровода 16, при этом цанга 5 своей конусной частью сначала разожмет запирающий элемент 6, а затем плотнее прижмет его к внутренней поверхности трубопровода, в зависимости от величины заданного гарантированного зазора (h). По опыту эксплуатации данный коэффициент может быть задан как с малым «положительным» значением, так и с «нулевым» и со знаком «минус», при этом плотность прижатия запирающего элемента 6 к внутренней поверхности трубопровода по мере уменьшения величины коэффициента увеличивается и может быть произведено прижатие запирающего элемента 6 к внутренней поверхности трубопровода 16 с упругой деформацией обрезиненного слоя запирающего элемента 6, при протаскивании в нем конической упругой цанги. После полного вынимания устройства из внутренней полости трубопровода 16 на корпус 1, в промежуток между упорами 3 и 7, устанавливается новый запирающий элемент 6 в виде обрезиненной упругой пластины, на который после разжатия упругих лепестков надвигают цангу 5 до утыкания в упор 3 и укладкой ее концов на центрирующий поясок 4. Устройство вновь готово к перекрытию нового бокового отвода.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и используется при выполнении ремонтных работ в трубопроводах. На корпусе с телекамерой установлена с зазором втулка в виде цанги, в которой расположен запорный элемент, выполненный в виде свернутой обрезиненной упругой пластины, зафиксированной упругой цангой. В корпусе размещен привод продольного перемещения цанги вдоль оси корпуса, выполненный в виде троса, конец которого закреплен на штифте, установленном в продольных пазах корпуса и закрепленном в упругой цанге у его днища. В корпусе между телекамерой и блоком установлен осветительный прибор. При перемещении упругой цанги запорный элемент освобождается и силами упругости прижимается к стенке трубопровода в зоне отвода. Расширяет арсенал технических средств. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство для перекрытия боковых отводов трубопровода, содержащее корпус с телекамерой, на котором установлена втулка с зазором, в котором расположен запорный элемент, выполненный в виде обрезиненной упругой пластины, и привод втулки продольного перемещения вдоль оси корпуса, выполненный в виде троса, отличающееся тем, что втулка выполнена в виде конической упругой цанги с днищем, в котором изготовлено осевое отверстие, с возможностью ее перемещение вдоль оси корпуса, а штифт, установленный в продольных пазах корпуса, жестко закреплен у днища конической упругой цанги, которая задним торцем опирается и центрируется на упоре, жестко закрепленном на корпусе, при этом передний торец запорного элемента установлен на упоре, жестко закрепленном на корпусе за продольными пазами, перед которыми установлен блок, а в корпусе между телекамерой и блоком установлен осветительный прибор.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус в зоне осветительного прибора выполнен из светопрозрачного материала.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус в зоне осветительного прибора имеет световые окна.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что максимальный диаметральный размер всего устройства D_{y max} определяется по формуле

D_{y max}=D_Т-2S_п-h,

где D_T - внутренний диаметр трубопровода,

S_П - толщина обрезиненной упругой пластины,

h - заданный гарантированный зазор.