УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКРЫТИЯ БОКОВЫХ ОТВОДОВ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 2009 года по МПК F16L55/18 

Изобретение относится к средствам выполнения ремонтных работ в трубопроводах.

Известно устройство для перекрытия боковых отводов трубопровода, содержащее гидравлический запорный узел, установленный на штоке цилиндрической головки, закрепленной на подвижном корпусе, перемещаемого по трубе с помощью тяги. Вход отводного канала, предназначенного для перекрытия, находят с помощью телекамеры, установленной на подвижном корпусе, перемещаемой с помощью тяги и вводимой с противоположной стороны трубы относительно места ввода вышеуказанного подвижного корпуса с гидравлическим запорным узлом. После визуального нахождения входа бокового отвода, намеченного к перекрытию, с помощью телекамеры, с противоположной стороны трубы, с помощью тяги, к набюдаемому входу отвода подводят корпус с гидравлическим запорным узлом. С помощью дистанционного управления гидравлический запорный узел перекрывает намеченный боковой отвод (патент Япония 62016127, МКВ: B05D 7/22, опубл. 1985 г.).

К недостаткам данного устройства относятся:

- сложность конструкции и низкая надежность;

- повышенная сложность эксплуатации из-за необходимости введения телекамеры с противоположной стороны трубы и необходимости 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, состоящее из корпуса, на задней части которого закреплена тяга, а на передней - запорный узел и телекамера, установленные 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 нее через открытый конец вводят корпус устройства и путем его продольного перемещения тягой с помощью телекамеры находят намеченный для перекрытия боковой отвод. Запорный узел поворачивается 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, опубл. 1990 г.).

Недостатками данного устройства являются:

- сложность конструкции и низкая надежность;

- повышенная сложность эксплуатации из-за необходимости 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 20...100 мм;

- невозможность перекрытия входного отверстия бокового отвода с неровными необработанными краями.

Задачей изобретения является упрощение конструкции и ее эксплуатации, повышение надежности работы и расширение технологических возможностей устройства.

Поставленная задача решается за счет того, что устройство для перекрытия боковых отводов трубопроводов, состоящее из корпуса, на задней части которого закреплена тяга, а на передней - запорный узел, содержащий механизм перекрытия с приводом и съемную телекамеру для нахождения в трубопроводе входного отверстия бокового отвода, который выполнен в виде емкости, в передней части которой выполнены окна и установлена заглушка, при этом на передней части наружной боковой поверхности емкости расположен трубчатый эластичный элемент, края которого загерметизированы относительно емкости, в задней части которой установлен толкатель с уплотнителем и возможностью продольного перемещения внутри емкости, кроме того, во внутренней полости емкости располагается быстротвердеющий материал, а трубчатый эластичный элемент расположен срединной частью напротив бокового отвода, кроме того, форма сечения емкости повторяет форму сечения трубопровода.

Новые существенные признаки:

- механизм перекрытия выполнен в виде емкости;

- в передней части емкости выполнены окна и установлена заглушка;

- на передней части наружной боковой поверхности емкости расположен трубчатый эластичный элемент;

- края трубчатого эластичного элемента загерметизированы относительно емкости;

- в задней части емкости установлен толкатель с уплотнителем и возможностью продольного перемещения внутри емкости;

- во внутренней полости емкости располагается быстротвердеющий материал;

- трубчатый эластичный элемент расположен срединной частью напротив бокового отвода;

- форма сечения емкости повторяет форму сечения трубопровода.

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. К корпусу поочередно крепятся либо съемная телекамера, либо емкость, что обеспечивает возможность не ограниченного по времени поиска бокового отвода с помощью съемной телекамеры, т.к. если бы телекамера и емкость устанавливались одновременно, то время поиска определялось временем твердения быстротвердеющего материала в емкости, что составляет 5...8 мин.

2. В передней части емкости выполнены окна, а на торце установлена съемная заглушка, что обеспечивает наиболее полное использование всего объема емкости для размещения в ней быстротвердеющего материала, идущего на перекрытие бокового отвода, т.к. при перемещении толкателя с уплотнителем до упора в заглушку через упомянутые выше окна из внутренней полости емкости можно выдавить практически весь быстротвердеющий материал. Кроме того, съемность заглушки обеспечивает легкость восстановления работоспособности емкости для следующего перекрытия путем ее снятия, проталкивания толкателя в заднюю часть корпуса, заполнения внутренней полости емкости новой порцией быстротвердеющего материала и установки заглушки опять на емкость.

3. На передней части наружной боковой поверхности емкости расположен трубчатый эластичный элемент, что позволяет:

- исключить необходимость кругового поиска бокового отвода, т.к. при поступлении из внутренней полости емкости через окна быстротвердеющий материал поступает в пространство между наружной поверхностью емкости и внутренней поверхностью трубчатого эластичного элемента, который, раздуваясь, прижимается к внутренней стенке трубопровода, а в месте входа бокового отвода при дальнейшей подаче материала продолжает раздуваться в боковой отвод пока не лопнет и таким образом быстротвердеющий материал поступает в боковой отвод как бы автоматически без фугового поиска;

- увеличить погрешность позиционирования исполнительной части запорного узла при перекрытии, т.к. перекрытие бокового отвода при данной конструкции может быть произведено в любом месте по длине трубчатого эластичного элемента, которая для труб, например с внутренним диаметром 23 мм, может составлять 100...150 мм;

- минимизировать попадание быстротвердеющего материала в полость трубопровода, так как до и после прорыва трубчатого эластичного элемента в полости бокового отвода он плотно прижимается к краям входного отверстия бокового отвода и препятствует попаданию материала из бокового отвода в трубопровод;

- обеспечить перекрытие бокового отвода с неровными (необработанными) краями входного отверстия, т.к. быстротвердеющий материал, находящийся в пастообразном состоянии, под действием толкателя найдет входное отверстие бокового отвода, а трубчатый эластичный элемент за счет своей высокой эластичности, определяемой толщиной стенки и выбором материала элемента, достаточно плотно и герметично обожмет края входного отверстия бокового отвода независимо от его конфигурации и качества обработки, что обеспечит надежное и качественное перекрытие отвода. Решение этой задачи особенно важно при проведении перекрытий трубопроводов с малыми сечениями, с внутренними диаметрами в диапозоне 20...100 мм, где обработка внутренних сварных швов привариваемых боковых отводов не производится и внутренние края входного отверстия бокового отвода имеют неправильную форму со следами сварки в виде капель металла и шлака. Кроме того, края входного отверстия, как и вся внутренняя поверхность трубопровода, подвержена коррозии и зашлаковыванию, что также ухудшает качество краев входного отверстия бокового отвода, делает его перекрытие известными средствами весьма затруднительным, иногда и невозможным.

4. Края трубчатого эластичного элемента загерметизированы относительно емкости, что обеспечивает при подаче быстротвердеющего материала из емкости раздувание трубчатого эластичного элемента по его длине между загерметизированными участками до прижатия к внутренней стенке трубопровода и последующее направление его в полость бокового отвода, где в месте входного отверстия бокового отвода нет внутренней поверхности стенки трубопровода и быстротвердеющий материал, раздувая тонкую стенку трубчатого эластичного элемента, устремляется в полость бокового отвода.

5. В задней части емкости установлен толкатель с уплотнителем и возможностью продольного перемещения внутри емкости, что обеспечивает возможность дистанционного управления процессом перекрытия путем воздействия на толкатель различными типами приводов: механическим (трос, винт и т.п.), гидравлическим (цилиндр, поршень, шланг), пневматическим и т.п. При этом уплотнитель разделяет зону внутренней полости емкости, где расположен быстротвердеющий материал (перед толкателем), от зоны (за толкателем), где различными возможными средствами (приводами) производится воздействие на толкатель.

6. Во внутренней полости емкости располагается быстротвердеющий материал, что позволяет заполнить ее этим материалом, который в начальный момент после его приготовления имеет пастообразное состояние и обладает достаточно высокой текучестью, чтобы быть залитым в емкость и в последующем выдавленным из нее под действием толкателя в боковой отвод, после чего сам исполнительный элемент перекрытия удаляется из трубопровода, а материал, впрыснутый в боковой отвод, образовав герметичную пробку, постепенно твердеет и в течение короткого времени (30...60 мин) приобретает достаточную прочность, чтобы выдержать рабочее давление жидкости в трубопроводе, например 4...6 техн. атм.

7. Трубчатый эластичный элемент расположен срединной частью напротив бокового отвода, что позволяет в процессе перекрытия бокового отвода на первом этапе работ найти с помощью съемной телекамеры входное отверстие бокового отвода с погрешностью ±10...15 мм, после чего это положение фиксируется, например, путем установки метки на тяге. На втором этапе, после снятия телекамеры с корпуса, на ее место устанавливается емкость, которая выполнена так, что после введения корпуса с емкостью в трубопровод до упомянутой выше метки на тяге, установленной на первом этапе, размешенный на емкости трубчатый эластичный элемент гарантировано расположен по обе стороны от входа бокового отвода, а это обеспечивает гарантированное введение в боковой отвод быстротвердеющего материала путем раздутия трубчатого эластичного элемента поступающим из емкости быстротвердеющим материалом и впрыскивания его в полость бокового отвода после разрыва эластичного элемента.

8. Форма сечения емкости повторяет форму сечения трубопровода, позволяет сократить расход быстротвердеющего материала за счет уменьшения зазора между наружной боковой поверхностью емкости и внутренней поверхностью трубопровода, который заполняется быстротвердеющим материалом при раздутии трубчатого эластичного элемента.

К достоинствам данной конструкции можно отнести следующее:

- конструкция механизма перекрытия устройства, выполненного в виде емкости, и, в частности, в виде цилиндра с поршнем - проста, т.к. может состоять всего из 6...7 деталей (цилиндр, поршень, заглушка, трубчатый эластичный элемент и герметизирующие кольца), и технологична в изготовлении, т.к. детали данной конструкции: цилиндр, поршень и заглушка - могут быть изготовлены на универсальном токарном станке; трубчатый эластичный элемент может быть изготовлен, например, из латексного «напальчника», «воздушного шарика» продолговатой формы и т.п., а герметизирующие кольца - из узких полос «скотча». Простота конструкции приводит к повышению ее надежности в работе, т.к. из теории надежности известно, что чем меньше деталей содержит механизм, тем меньше вероятность его отказа и выше надежность;

- принятое техническое решение позволяет изготовить механизм перекрытия с малыми диаметральными размерами, меньшими, чем размеры съемной телекамеры, т.к. его детали (емкость, корпус, тяга и др.) могут представлять из себя тела вращения и трубки, изготовление которых с малыми диаметральными размерами в диапазоне 5...20 мм не является технологически сложной задачей. С другой стороны, минимальный размер съемных телекамер, поставляемых на рынок, по нашим данным, составляет 11 мм в диаметре. Таким образом, минимальный наружный диаметр механизма перекрытия определяется диаметральным размером съемной телекамеры (11 мм), что позволяет производить перекрытия в трубопроводах с минимальным внутренним диаметром основного трубопровода до 14 мм, где разница величиной в 3 мм задается для создания зазора, обеспечивающего свободный проход механизма перекрытия внутри трубопровода. В случае применения съемной телекамеры с еще меньшими диаметральными размерами размер внутреннего диаметра основного трубопровода, где возможно перекрытие бокового отвода устройством с предлагаемой конструкцией, может быть соответственно уменьшен.

На фиг.1 изображено устройство для перекрытия боковых отводов трубопровода с установленной съемной телекамерой; на фиг.2 - устройство для перекрытия боковых отводов трубопровода с установленным механизмом перекрытия; на фиг.3 - механизм перекрытия в разрезе в исходном состоянии; на фиг.4 - механизм перекрытия в конечном состоянии; на фиг.5 - примеры возможных вариантов сечений трубопровода и соответствующих им форм сечений емкости.

На задней части корпуса 1 (см. фиг.1-4) закреплена тяга 2, а на передней части поочередно крепятся либо съемная телекамера 3, либо емкость 4, в передней части которой выполнены окна 5, а на торце установлена заглушка 6, при этом на передней части наружной боковой поверхности емкости 4 расположен трубчатый эластичный элемент 7, края 8 и 9 которого загерметизированы относительно емкости 4, в задней части которой установлен толкатель 10 с уплотнителем 11. Во внутренней полости емкости 4 располагается быстротвердеющий материал 12, трубчатый эластичный элемент 7 расположен срединной частью 13 напротив бокового отвода 14. Форма сечения емкости 4 повторяет форму сечения трубопровода 15. В качестве примера емкость 4 на фиг.1-4 изображена в виде цилиндра с уплотнителем 11 в виде резинового кольца круглого сечения, привод перемещения толкателя 10 изображен в виде гидроцилиндра 16 со штоком и поршнем 17, а их связь осуществляется шлангом 18. На тяге 2 устанавливается метка 19 в плоскости среза 20 трубопровода 15. Задний конец тяги 2 жестко закреплен на раме 21, на которой укреплены гидроцилиндр 16, монитор 22 и блок питания 23, обеспечивающий электропитанием съемную телекамеру 3, монитор 22 и осветители 24 с помощью кабеля 25. Расстояние от метки 19 до срединной части 13 бокового отвода 14 равно

L=А+К+Т+Ф=А+К+В,

где А - расстояние от задней части корпуса 1 до метки 19 на тяге 2;

К - длина корпуса 1;

Т - длина съемной телекамеры 3;

Ф - расстояние от объектива съемной телекамеры 3 до срединной части 13 бокового отвода 14, при максимальной резкости изображения на мониторе 22. Это расстояние определяется экспериментально на стенде, где путем продольного перемещения съемной телекамеры 3 добиваются максимально резкого изображения заданной метки на мониторе 22 и затем замеряют расстояние (Ф) от объектива до метки;

В - расстояние от передней части корпуса 1 до срединной части 13 бокового отвода 14 и середины трубчатого эластичного элемента 7.

Устройство для перекрытия работает следующим образом.

При необходимости отключения какого-либо бокового отвода 14 от трубопровода 15 через его внутреннюю полость из трубопровода 15 вырезается доступный участок трубы и через плоскость среза 20 в ее внутреннюю полость вводят съемную телекамеру 3 с осветителями 24, закрепленную на корпусе 1. Затем с помощью тяги 2, наблюдая по экрану монитора 22, к искомому боковому отводу 14 подводят съемную телекамеру 3 таким образом, чтобы на мониторе 22 получить наиболее резкое изображение бокового отвода 14 трубопровода 15. На тяге 2 в плоскости среза 20 трубопровода 15 ставится метка 19, например, маркером или цветной изолентой. Далее устройство выводят из внутренней полости трубопровода 15. Съемная телекамера 3 с осветителями 24 снимается с корпуса 1 и на ее место устанавливается емкость 4. В исходном положении толкатель 10 находится в крайнем заднем положении, трубчатый эластичный элемент 7 с загерметизированными на поверхности емкости 4 краями 8 и 9 надет на наружную боковую поверхность емкости 4. Заглушка 6 снимается с емкости 4 и в нее заливается быстротвердеющий материал 12. Заглушка 6 устанавливается на емкость 4. Корпус 1 и емкость 4 с помощью тяги 2 вводят во внутреннюю полость трубопровода 15 до совмещения установленной на тяге 2 метки 19 с плоскостью среза 20 трубопровода 15. При этом условии трубчатый эластичный элемент 7 своей срединной частью 13, расположенной между двумя загерметизированными краями 8 и 9, встанет напротив бокового отвода 14, намеченного для перекрытия. При нажатии на шток с поршнем 17 гидроцилиндра 16 усилие через жидкость по шлангу 18 передается на толкатель 10, который, перемещаясь, выдавливает через окна 5 быстротвердеющий материал 12 в пространство между наружной боковой поверхностью емкости 4 и внутренней поверхностью трубчатого эластичного элемента 7 между загерметизированными краями 8 и 9. Раздуваясь, трубчатый эластичный элемент 7 прижимается к внутренней поверхности трубопровода 20, а на месте входного отверстия бокового отвода 14 - дальнейшее раздувание трубчатого эластичного элемента 7 до момента его прорыва внутри бокового отвода 14. Через место прорыва при дальнейшей подаче быстротвердеющего материала 12 он выдавливается в боковой отвод 14. Под давлением быстротвердеющего материала 12 края трубчатого эластичного элемента 7 в месте прорыва прижимаются к краям входного отверстия в трубчатый эластичный элемент 7 бокового отвода 14 и препятствуют проникновению быстротвердеющего материала 12 в трубопровод 15. Когда толкатель 11 доходит до упора в заглушку 6, подача быстротвердеющего материала 12 прекращается. Емкость 4 с остатком быстротвердеющего материала 12 и разорванным трубчатым эластичным элементом 7 определенное время выдерживается в трубопроводе 15 в неподвижном состоянии до перехода быстротвердеющего материала 12 из жидкого состояния в пастообразное, это составляет 3...5 мин, зависит от концентрации раствора быстротвердеющего материала 12 и определяется экспериментально. После указанной выдержки емкость 4 с помощью тяги 2 извлекают из трубопровода 15. При этом происходит зачистка трубопровода 15 от остатков быстротвердеющего материала 12, проникшего в него через разрыв в трубчатом эластичном элементе 7, т.к. сечение емкости 4 хоть и повторяет форму сечения трубопровода 15, но имеет с ним небольшой зазор (1,5...3 мм). Следует напомнить, что в момент извлечения емкости 4 из трубопровода 15 быстротвердеющий материал 12 находится в пастообразном состоянии, что позволяет трубчатому эластичному элементу 7 вновь прижаться к наружной поверхности емкости 4 и вновь создать зазор между запорным узлом и внутренней поверхностью трубопровода 15. Вытекший в трубопровод быстротвердеющий материал 12 размазывается по внутренней поверхности трубопровода 15. После извлечения устройства из трубопровода 15 производится освобождение герметизированных краев 8 и 9 трубчатого эластичного элемента 7 путем снятия намоток пластикового «скотча», который по характеру конструкции заявляемого устройства является одноразовым и требует замены после каждого перекрытия. Быстротвердеющий материал 12, набитый в боковой отвод 14, окончательно твердеет, перекрывая отвод 14 и через 30...60 мин способен выдержать давление воды 3...6 техн. атм. Для перекрытия других боковых отводов перечисленные выше операции повторяются, при этом на емкость 4 надевается новый трубчатый эластичный элемент 7.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и используется при выполнении ремонтных работ в трубопроводах. На задней части корпуса устройства закреплена тяга, а на передней - запорный узел, содержащий механизм перекрытия с приводом и съемную телекамеру. К корпусу крепится емкость с быстротвердеющим материалом. В передней части емкости выполнены окна и установлена заглушка. На передней части наружной поверхности емкости расположен трубчатый эластичный элемент, края которого герметизированы относительно емкости. В задней части емкости установлен толкатель с уплотнителем и возможностью продольного перемещения внутри емкости. Трубчатый эластичный элемент располагается по обе стороны от центра входного отверстия бокового отвода. Форма сечения емкости повторяет форму сечения трубопровода. Толкатель, перемещаясь, выдавливает быстротвердеющий материал в пространство между наружной боковой поверхностью емкости и внутренней поверхностью трубчатого эластичного элемента, который прижимается к внутренней поверхности трубопровода, обеспечивает введение в боковой отвод быстротвердеющего материала. Расширяет арсенал технических средств. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для перекрытия боковых отводов трубопровода, состоящее из корпуса, на задней части которого закреплена тяга, а на передней - запорный узел, содержащий механизм перекрытия с приводом и съемную телекамеру для нахождения в трубопроводе входного отверстия бокового отвода, отличающееся тем, что механизм перекрытия выполнен в виде емкости, в передней части которой выполнены окна и установлена заглушка, при этом на передней части наружной боковой поверхности емкости расположен трубчатый эластичный элемент, края которого загерметизированы относительно емкости, в задней части которой установлен толкатель с уплотнителем и возможностью продольного перемещения внутри емкости, кроме того во внутренней полости емкости располагается быстротвердеющий материал, а трубчатый эластичный элемент расположен срединной частью напротив бокового отвода.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что форма сечения емкости повторяет форму сечения трубопровода.