ЗАКРЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2023 года по МПК F16L55/124 F16L55/132 

Область техники

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта, предназначенного для перемещения газообразных и жидких веществ, включая природный газ, воду, нефть и продукты нефтепереработки. Оно может быть многократно использовано для перекрытия действующего трубопровода под давлением и проведения последующих ремонтно-восстановительных работ. Закрывающее устройство позволяет полностью перекрыть подлежащий аварийному или плановому ремонту участок трубопровода и обеспечить непрерывную транспортировку через байпас отвод. Применение закрывающего устройства возможно практически на любом трубопроводе, находящимся под высоким давлением, в том числе на магистральном трубопроводе с трубой большого диаметра.

Уровень техники

Известно «Запорное устройство для трубопроводов» по патенту на изобретение Российской Федерации RU 2100685, опубликованному 27.12.1997, позволяющее перекрывать концевые участки трубопроводов при гидравлических испытаниях и ремонтных работах. Это перекрытие достигается за счет сжатия и последующего увеличения диаметра муфты из жесткого и эластичного материалов, установленной в трубопроводе между неподвижным и подвижным фланцами, размещенными на осевом стержне и выполненными с возможностью относительного перемещения с помощью резьбового соединения осевого стержня и гайки.

Запорное устройство для трубопроводов содержит подвижный фланец, выполненный заодно с осевым стержнем с резьбой на конце, входящим в отверстие неподвижного фланца, опирающегося на обечайку и дополнительный крепежный фланец, который посредством гайки и стержня удерживается на торцевой части трубопровода. Между подвижным и неподвижным фланцами установлен набор прокладок из эластичного материала, которые заключены между кольцевыми коническими муфтами из жесткого материала.

В установленном в торцевой части трубопровода устройстве за счет вращения гайки подвижный фланец приближается к неподвижному фланцу, обеспечивая сдавливание прокладок, увеличивающихся вследствие этого в диаметре. Одновременно с этим сдавливаются и за счет этого расправляются кольцевые конические муфты, которые также соответственно увеличиваются в диаметре. Относительное перемещение фланцев прекращается, когда кольцевые конические муфты упрутся внешними краями во внутренние стенки трубопровода с одновременным упором в эти стенки эластичных прокладок.

Запорное устройство для трубопроводов невозможно установить на действующий трубопровод, находящийся под давлением, без его предварительного отключения и осушения. Установленное устройство не позволяет осуществить непрерывную транспортировку передаваемого по трубопроводу вещества.

Известен «Инструмент для закрытия трубопровода, сборка и способ применения» по заявке на изобретение США US 2022/0290793, опубликованной 15.09.2022.

Инструмент для закрытия участка трубы включает узел доступа в трубопровод, переходной узел и изолирующий узел. Узел доступа в трубопровод сконфигурирован для введения и извлечения изолирующего узла через отверстие в стенке трубопровода. Переходной узел выполнен с возможностью крепления корпуса узла доступа в трубопровод с трубой, и соединения поршня и хомута узла доступа в трубопровод с изолирующим узлом посредством соединительного узла. Изолирующий узел включает в себя модуль уплотнения, содержащий кольцевые уплотнительные элементы, перемещение и прижатие которых к внутренней стенки трубы производится с помощью жидкости под давлением, подаваемой через камеру, установленную в изолирующем узле.

Инструмент для закрытия трубопровода может быть использован на действующем трубопроводе, находящемся под давлением. Недостатком этого инструмента является низкая надежность, обусловленная возможностью потери герметичности из-за износа кольцевых уплотнительных элементов в результате многократного использования или воздействия на них неоднородных коррозионных отложений на внутренней поверхности трубы. Это может привести не только к снижению изолирующих свойств, но и к попаданию жидкости, создающей давление на кольцевые уплотнительные элементы, в трубопровод, что может вызвать аварийные ситуации.

Известно «Закрывающее трубопровод устройство с использованием надувного элемента» по патенту на изобретение США US 3774647, опубликованному 27.11.1973.

Закрывающее трубопровод устройство содержит узел крепления к трубопроводу в виде приваренного фитинга вокруг предварительно проделанного в трубе отверстия. Узел запорной арматуры реализован с помощью запорного клапана. Узел доступа в трубопровод выполнен в виде несущего корпуса, через который пропущен перемещаемый шток. К его нижнему концу прикреплен закрывающий узел с помощью поворотного узла сочленения. В закрывающем узле, содержащем два параллельных диска, насаженных на один вал, образована герметичная камера с помощью закрепленного между краями дисков кольцеобразного эластичного уплотняющего элемента. В эту камеру посредством шланга, пропущенного через несущий корпус, подается газ под давлением. В исходном состоянии закрывающий узел свободно помещается в трубопровод. В результате подачи газа под давлением в герметичную камеру кольцеобразный эластичный уплотняющий элемент расширяется до состояния его плотного прижатия к внутренней стенке трубопровода по всей его окружности, перекрывая трубопровод. После прекращения подачи газа под давлением и уменьшения диаметра кольцеобразного эластичного уплотняющего элемента закрывающее трубопровод устройство может быть удалено из трубопровода известным способом.

Указанное устройство может быть использовано только для перекрытия трубопроводов низкого давления из-за малой площади соприкосновения кольцеобразного эластичного уплотняющего элемента с внутренней поверхностью трубопровода. Кроме того, устройство имеет существенные ограничения по прочности конструкции закрывающего узла, поскольку давление газа в герметичной камере, распирающее кольцеобразный эластичный уплотняющий элемент изнутри, должно значительно превышать давление в трубопроводе, воздействующее на этот элемент снаружи.

Известно «Устройство для очистки и закупоривания трубопроводов» по патенту на изобретение США US 4202377, опубликованному 13.05.1980.

По совокупности общих существенных признаков техническое решение по этому патенту на изобретение выбрано в качестве прототипа.

Устройство для очистки и закупоривания трубопроводов содержит

- узел крепления к трубопроводу, обеспечивающий жесткое и герметичное присоединение к трубопроводу,

- узел запорной арматуры, жестко и герметично прикрепленный к узлу крепления к трубопроводу,

- узел бурения сквозного отверстия в стенке трубопровода в месте присоединения узла крепления к трубопроводу через узел запорной арматуры и узел крепления к трубопроводу,

- узел доступа в трубопровод, обеспечивающий управляемое проникновение во внутреннюю часть трубопровода через узел запорной арматуры и узел крепления к трубопроводу, включающий шток, выполненный в виде полой трубки, размещенный в узле доступа в трубопровод, частично погруженный во внутренне пространство трубопровода с возможностью перемещения по отношению к узлу крепления к трубопроводу,

- узел уплотнения, обеспечивающий герметичность в узле доступа в трубопровод при перемещении штока,

- узел сброса давления из внутренней части узла доступа в трубопровод,

- узел сочленения, прикрепленный к концу штока, предназначенного для погружения во внутреннее пространство трубопровода,

- закрывающий узел, прикрепленный к узлу сочленения и предназначенный для прохождения через узел доступа к трубопроводу, узел запорной арматуры и узел крепления к трубопроводу во внутреннюю часть трубопровода, состоящий из неподвижного диска и подвижного диска, размещенных параллельно друг другу на валу и выполненных с возможностью осевого перемещения на нем при вращении вала, между которыми установлен кольцевой эластичный уплотняющий элемент,

- узел привода, обеспечивающий управляемое вращение приводного вала от источника, создающего крутящий момент,

- узел передачи, преобразующий вращательное движение приводного вала в поступательное движение подвижного диска относительно неподвижного диска с использованием конических зубчатых вращающихся шестеренок, оси которых закреплены с помощью подшипников.

Устройство для очистки и закупоривания трубопроводов позволяет проводить полное перекрытие трубопровода под давлением, например действующего газопровода, с сохранением его работоспособности без предварительного отключения.

Прототип имеет следующие основные недостатки:

- невозможность его использования для трубопроводов большого давления с большим диаметром трубы, поскольку приложение силы для сближения подвижного и неподвижного дисков закрывающего узла только в одном месте, в центре вдоль продольной оси, недостаточно для необходимого плотного прижатия к внутренней стенке трубопровода кольцевого эластичного уплотняющего элемента, который размещен в периферийной кольцевой области указанных дисков,

- низкая надежность из-за сложности конструкции механического узла привода с карданным сочленением и недостаточности прочностных характеристик узла передачи, использующего только две зубчатые вращающиеся шестеренки, для трубопроводов с большим рабочим давлением,

- низкая безопасность по причине присутствия технического персонала на месте установки указанного устройства на трубопроводе для осуществления ручного механического вращения узла привода, который может пострадать в случае аварии,

- большая трудоемкость использования устройства из-за сложности монтажа его конструкции и работы с ней, а также увеличенные затраты на проведение ремонтных работ.

Сущность изобретения

Использование данного технического решения обеспечивает высокую герметичность закрывающего устройства при высоком давлении транспортируемого вещества в трубопроводах большого диаметра, увеличение надежности и безопасности, а также снижение затрат на проведение ремонтных работ.

Указанный положительный эффект достигается за счет того, что

- узел привода выполнен совмещенным с источником, создающим крутящий момент, в виде гидромотора, запитанного от внешней маслостанции с помощью подводящего и отводящего шлангов и установленного непосредственно на корпусе закрывающего узла, выполненном в виде чаши, кромка которой прижата и прикреплена к задней периферийной поверхности неподвижного диска,

- узел передачи установлен непосредственно на закрывающем узле и выполнен на основе червячной (зубчато-винтовой) передачи, содержащей червяк, установленный внутри корпуса закрывающего узла, выполненного в виде чаши, кромка которой прижата и прикреплена к задней периферийной поверхности неподвижного диска, расположенный соосно с осью гидромотора, верхний конец червяка жестко присоединен к оси гидромотора, противоположные части червяка закреплены внутри корпуса закрывающего узла с помощью подшипников, центральная часть червяка с обеих противоположных сторон приведена в зацепление с левым червячным колесом, насаженным на левый вал, и правым червячным колесом, насаженным на правый вал, левый вал и правый вал расположены перпендикулярно червяку, их верхние части закреплены с помощью подшипников, установленных в корпусе закрывающего узла,

- в неподвижном диске закрывающего узла в противоположно расположенных периферийных областях выполнены два сквозных отверстия, в которых установлены подшипники, являющиеся опорными элементами для размещенных внутри них центральных частей левого вала с насаженным левым червячным колесом и правого вала с насаженным правым червяным колесом узла передачи,

- в подвижном диске закрывающего узла в противоположно расположенных периферийных областях выполнены два отверстия, внутри которых установлены гайки, в которые вкручены снабженные резьбой нижние части левого вала с насаженным левым червячным колесом и правого вала с насаженным правым червяным колесом узла передачи,

- узел доступа выполнен в виде кожуха цилиндрической формы, имеющего нижний открытый конец снабженный фланцем, который жестко и герметично присоединен к узлу запорной арматуры, и верхний закрытый конец, в котором размещены два быстроразъемных соединения, через которые пропущены подводящий шланг и отводящий шланг, присоединенные к маслостанции.

В закрывающем устройстве центральная часть червяка узла передачи с обеих противоположных сторон приведена в зацепление с дополнительным левым червячным колесом, насаженным на дополнительный левый вал, и с дополнительным правым червячным колесом, насаженным на дополнительный правый вал, дополнительный левый вал и дополнительный правый вал расположены перпендикулярно червяку, их верхние части закреплены с помощью дополнительных подшипников, установленных в корпусе закрывающего узла, их центральные части попущены через два дополнительных сквозных отверстия, выполненных в неподвижном диске с установленными в них двумя дополнительными опорными подшипниками, а снабженные резьбой их нижние части вкручены в гайки, установленные в двух дополнительных отверстиях подвижного диска так, что левый вал, правый вал, дополнительный левый вал и дополнительный правый вал образуют попарно симметричную конфигурацию в периферийных областях неподвижного и подвижного дисков закрывающего узла.

В закрывающем устройстве внутренние поверхности неподвижного диска и подвижного диска закрывающего узла снабжены периферийными коническими скосами, кольцевой эластичный уплотняющий элемент выполнен в поперечном сечении трапецеидальной формы, а внешняя сторона его, соответствующая основанию трапеции и примыкающая к внутренней поверхности трубопровода, снабжена наружными кольцеобразными выступами.

В закрывающем устройстве узел сброса давления выполнен в виде штуцера жестко и герметично прикрепленного к верхней боковой части кожуха цилиндрической формы, к которому присоединен шаровой кран.

В закрывающем устройстве в кожухе узла доступа в трубопровод выполнено отверстие с присоединенным к нему жестким и герметичным отводом, реализующим байпас для выхода транспортируемого по трубопроводу вещества в обход перекрытого закрывающим устройством участка трубопровода.

В закрывающем устройстве узел уплотнения выполнен в виде манжеты, вставленной в канавку, выполненную внутри сквозного отверстия в верхней части кожуха цилиндрической формы, имеющей внутренний диаметр меньше по величине, чем диаметр штока.

В закрывающем устройстве узел запорной арматуры выполнен в виде плоской шиберной задвижки, снабженной клапаном выравнивания давления в узле крепления к трубопроводу и узле доступа в трубопровод, верхний конец которой снабжен фланцем, который жестко и герметично прикреплен к фланцу кожуха узла доступа.

В закрывающем устройстве жесткое присоединение верхнего конца червяка узла передачи к оси гидромотора узла привода выполнено в виде вертикально расположенной муфты, один конец которой охватывает ось гидромотора, а противоположный конец охватывает верхний конец червяка.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения со ссылками на прилагаемые рисунок (Фигура 1), на котором представлен общий вид закрывающего устройства в разрезе с закрывающим узлом в рабочем положении, рисунок (Фигура 2), на котором показано вертикальное центральное продольное сечение закрывающего узла, рисунок (Фигура 3), на котором изображено вертикальное поперечное сечение закрывающего узла с левым червячным колесом и правым червячным колесом по стрелкам А-А на Фигуре 2, рисунок (Фигура 4), на котором изображено горизонтальное продольное сечение закрывающего узла по стрелкам Б-Б на Фигуре 3, рисунок (Фигура 5), на котором показано вертикальное поперечное сечение закрывающего узла с левым червячным колесом, правым червячным колесом, дополнительным левым червячным колесом и дополнительным правым червячным колесом, рисунок (Фигура 6), на котором представлено сечение периферийной области неподвижного диска, периферийной области подвижного диска и сечение кольцевого эластичного уплотняющего элемента.

Осуществление изобретения

Закрывающее устройство 1 (Фигура 1) содержит узел крепления к трубопроводу 2, выполненный в виде фитинга 3, первый конец которого приварен снаружи к трубопроводу 2, охватывая предварительно проделанное в нем отверстие в месте ремонта с помощью буровой машины, а на втором конце выполнен фланец.

Узел запорной арматуры реализован в виде плоской шиберной задвижки 4, снабженной клапаном выравнивания давления в узле крепления к трубопроводу и узле доступа в трубопровод, плотно прижатой сверху к фланцу фитинга 3.

Узел доступа в трубопровод содержит кожух цилиндрической формы 5, имеющий нижний открытый конец снабженный фланцем, который жестко и герметично присоединен к плоской шиберной задвижке 4 сверху нее, и верхний закрытый конец, в котором размещены два быстроразъемных соединения 6, через которые пропущены подводящий шланг 7 и отводящий шланг 8, присоединенные к маслостанции 9.

В кожухе цилиндрической формы 5 узла доступа в трубопровод выполнено отверстие с присоединенным к нему жестким и герметичным отводом 10, реализующим байпас для выхода транспортируемого по трубопроводу вещества в обход перекрытого закрывающим устройством участка трубопровода.

Узел сброса давления выполнен в виде штуцера 11, жестко и герметично прикрепленного к верхней боковой части кожуха цилиндрической формы 5, к которому присоединен шаровой кран 12.

Узел доступа в трубопровод, обеспечивающий управляемое проникновение во внутреннюю часть трубопровода через узел запорной арматуры и узел крепления к трубопроводу, включает шток 13, выполненный в виде полой трубки.

Узел уплотнения, обеспечивающий герметичность в узле доступа в трубопровод при перемещении штока 13, выполнен в виде манжеты 14, вставленной в канавку, сделанную внутри сквозного отверстия в верхней части кожуха цилиндрической формы 5, имеющей внутренний диаметр меньше по величине, чем диаметр штока 13.

Узел сочленения, прикрепленный к концу штока 13, предназначенного для погружения во внутреннее пространство трубопровода 2, содержит основание 15, к которому с помощью шарнира 16 присоединен держатель 17 с возможностью вращения вокруг оси шарнира 16. К держателю 17 жестко прикреплен закрывающий узел 18.

Закрывающий узел 18 (Фигура 2) включает корпус 19, выполненный в виде чаши, кромка которой прижата и прикреплена к задней периферийной поверхности неподвижного диска 20, а также подвижный диск 21, между которыми установлен кольцевой эластичный уплотняющий элемент 22. Корпус 19 закрывающего узла поддерживается снизу в рабочем положении с помощью опорного ролика 23. При движении штока 13 вниз разворот закрывающего узла в трубопроводе в рабочее положение производится с использованием нижнего ролика скольжения 24 и верхнего ролика скольжения 25, установленных в нижней части задней крышки, прикрепленной к корпусу 19 закрывающего узла.

Узел привода (Фигура 2) выполнен совмещенным с источником, создающим крутящий момент, в виде гидромотора 26, установленного непосредственно на корпусе 19 закрывающего узла, и запитанного от внешней маслостанции 9 с помощью подводящего шланга 7 и отводящего шланга 8 (Фигура 1).

Узел передачи (Фигура 2 и Фигура 3) установлен непосредственно на закрывающем узле и выполнен на основе червячной (зубчато-винтовой) передачи, содержащей червяк 27, установленный внутри корпуса 19 закрывающего узла, расположенный соосно с осью гидромотора 26. Верхний конец червяка жестко присоединен к оси гидромотора с помощью муфты 28. Противоположные части червяка закреплены внутри корпуса закрывающего узла с помощью верхнего подшипника 29 и нижнего подшипника 30, снабженного крышкой подшипника 31. Центральная часть червяка 27 с обеих противоположных сторон приведена в зацепление с левым червячным колесом 32, насаженным на левый вал 33, и с правым червячным колесом 34, насаженным на правый вал 35. Левый вал 33 и правый вал 35 расположены перпендикулярно червяку 27. Верхняя часть левого вала 33 (Фигура 4) закреплена в корпусе 19 закрывающего узла с помощью подшипника 36. Верхняя часть правого вала 35 закреплена в корпусе 19 закрывающего узла с помощью подшипника 37.

В неподвижном диске 20 (Фигура 4) закрывающего узла в противоположно расположенных периферийных областях выполнены два сквозных отверстия, в которых установлены подшипник 38, являющийся опорным элементом для размещенной внутри него центральной части левого вала 33 червяного колеса 32 и подшипник 39, являющийся опорным элементом для размещенной внутри него центральной части правого вала 35 червяного колеса 34.

В подвижном диске 21 закрывающего узла (Фигура 4) в противоположно расположенных периферийных областях выполнены два отверстия, внутри которых установлена гайка 40, в которую вкручена снабженная резьбой нижняя часть левого вала 33 червяного колеса 32, а также гайка 41, в которую вкручена снабженная резьбой нижняя часть правого вала 35 червяного колеса 34.

В узле передачи (Фигура 5) центральная часть червяка 27 с обеих противоположных сторон приведена в зацепление с дополнительным левым червячным колесом 42, которое насажено на дополнительный левый вал 43 и дополнительным правым червячным колесом 44, которое насажено на дополнительный правый вал 45.

По аналогии с левым валом 33 и правым валом 35 дополнительный левый вал 43 и дополнительный правый вал 45 расположены перпендикулярно червяку 27, их верхние части закреплены с помощью двух дополнительных подшипников, установленных в корпусе закрывающего узла 19, их центральные части попущены через два дополнительных сквозных отверстия, выполненных в неподвижном диске 20 с установленными в них двумя дополнительными опорными подшипниками, а снабженные резьбой их нижние части вкручены в гайки, установленные в двух дополнительных отверстиях подвижного диска 21 так, что все четыре вала червячных колес узла привода образуют попарно симметричную конфигурацию в периферийных областях неподвижного и подвижного дисков закрывающего узла.

Внутренние поверхности неподвижного диска 20 и подвижного диска 21 закрывающего узла (Фигура 6) снабжены периферийными коническими скосами 46 и 47. Кольцевой эластичный уплотняющий элемент 22 выполнен в поперечном сечении трапецеидальной формы, а внешняя сторона его, соответствующая основанию трапеции и примыкающая к внутренней поверхности трубопровода, снабжена наружными кольцеобразными выступами 48.

Способ применения закрывающего устройства для проведения ремонтно-восстановительных работ на трубопроводе под давлением включает следующие действия.

Приваривают нижний конец фитинга 3 снаружи к трубопроводу 2 в необходимом месте (Фигура 1).

Устанавливают плоскую шиберную задвижку 4, снабженной клапаном выравнивания давления в узле крепления к трубопроводу и узле доступа в трубопровод, плотно прижимая ее сверху к фланцу фитинга 3, обеспечивая необходимую жесткость и герметичность.

Монтируют на плоскую шиберную задвижку 4 специализированную буровую машину для врезки и открывают ее.

Сверлят специализированной буровой машиной для врезки сквозное отверстие в трубопроводе 2 корончатой фрезой необходимого диаметра, которая проходит через плоскую шиберную задвижку 4 и фитинг 3.

После извлечения корончатой фрезы перекрывают плоскую шиберную задвижку 4 и демонтируют буровую машину для врезки.

Устанавливают остальные узлы закрывающего устройства в собранном виде (Фигура 1) с плотно закрытым отводом 10 реализующим байпас для выхода транспортируемого по трубопроводу вещества в обход перекрытого закрывающим устройством участка трубопровода, на плоскую шиберную задвижку 4 и открывают ее.

Опускают шток 13 в трубопровод 2 с помощью узла доступа в трубопровод, обеспечивающего управляемое проникновение во внутреннюю часть трубопровода 2 через плоскую шиберную задвижку 4 и фитинг 3.

Разворачивают закрывающий узел 18 из исходного вертикального положения в рабочее горизонтальное положение (Фигура 2) за счет вращения держателя 17 относительно основания 15 с помощью шарнира 16 и упора сначала нижнего ролика скольжения 24, а затем верхнего ролика скольжения 25 в стенку трубопровода 3.

Вводят закрывающий узел 18 в трубопровод 2, так как в исходном состоянии внешний диаметр кольцевого эластичного уплотняющего элемента 22 меньше внутреннего диаметра трубы трубопровода 2.

Фиксируют и поддерживают в рабочем положении снизу корпус 19 закрывающего узла 18 с помощью опорного ролика 23.

Включают маслостанцию 9 и подают через подсоединенные к ней подводящий шланг 7 и отводящий шланг 8 масло под давлением на гидромотор 26.

Вращают червяк 27 с помощью гидромотора 26 (Фигура 3).

Приводят посредством червяка 27 во вращательное движение левое червячное колесо 32 и правое червячное колесо 34, и, таким образом, вращают левый вал червячного колеса 33 и правый вал червячного колеса 35.

Перемещают в закрывающем узле подвижный диск 21 (Фигура 4) в сторону к неподвижному диску 20 за счет резьбового соединения нижней части левого червячного вала 33 и установленной в подвижном диске 21 гайки 40, а также за счет резьбового соединения нижней части правого червячного вала 35 и установленной в подвижном диске 21 гайки 41.

Сжимают кольцевой эластичный уплотняющий элемент 22, расположенный между периферийными внутренними поверхностями неподвижного диска 20 и подвижного диска 21 закрывающего узла за счет их относительного сближения.

Плотно прижимают к внутренней поверхности трубопровода 2 наружную поверхность кольцевого эластичного уплотняющего элемента 22 за счет увеличения его радиального размера в результате его деформации из-за бокового сжатия (Фигура 2).

Отключают маслостанцию 9 с сохранением взаимоположения неподвижного диска 20 и подвижного диска 21 за счет силы трения в резьбовых соединениях и, таким образом, обеспечивают постоянную высокую герметичность закрывающего узла 18 (Фигура 1).

Открывают отвод 10, если необходимо реализовать байпас для выхода транспортируемого по трубопроводу вещества в обход перекрытого закрывающим устройством участка трубопровода.

Снятие закрывающего устройства и его извлечение из трубопровода после окончания ремонтно-восстановительных работ производят за счет выполнения аналогичных действий в обратном порядке.

Закрывают отвод 10, если он был открыт с целью реализации байпаса для выхода транспортируемого по трубопроводу вещества в обход перекрытого закрывающим устройством участка трубопровода.

Меняют направление движения потока масла за счет включения реверсного режима на самой маслостанции 9 или путем перемены местами подводящего шланга 7 и отводящего шланга 8 на быстроразъемных соединениях 6 (Фигура 1).

Включают маслостанцию 9 и подают через подсоединенные к ней подводящий шланг 7 и отводящий шланг 8 масло под давлением на гидромотор 26 в обратном направлении.

Вращают червяк 27 с помощью гидромотора 26 в обратном направлении (Фигура 3).

Приводят посредством червяка 27 во вращательное движение левое червячное колесо 32 и правое червячное колесо 34, и, таким образом, вращают левый вал червячного колеса 33 и правый вал червячного колеса 35 в обратном направлении.

Перемещают в закрывающем узле подвижный диск 21 в сторону от неподвижного диска 20 за счет резьбового соединения нижней части левого червячного вала 33 и установленной в подвижном диске 21 гайки 40, а также за счет резьбового соединения нижней части правого червячного вала 35 и установленной в подвижном диске 21 гайки 41 (Фигура 4).

Разжимают кольцевой эластичный уплотняющий элемент 22, расположенный между периферийными внутренними поверхностями неподвижного диска 20 и подвижного диска 21 закрывающего узла за счет их относительного раздвижения.

Отжимают от внутренней поверхности трубопровода 2 наружную поверхность кольцевого эластичного уплотняющего элемента 22 за счет уменьшения его радиального размера в результате снятия его деформации из-за бокового разжатия и возвращения его в исходное положение, когда внешний диаметр кольцевого эластичного уплотняющего элемента 22 меньше внутреннего диаметра трубы трубопровода 2.

Отключают маслостанцию 9.

Выводят закрывающий узел 18 из трубопровода 2 путем поднятия наверх штока 13.

Разворачивают закрывающий узел 18 из рабочего горизонтального положения в исходное вертикальное положения за счет дальнейшего поднятия штока 13 до его верхнего положения и вращения держателя 17 относительно основания 15 с помощью шарнира 16, а также упора сначала на верхний ролик скольжения 25, а затем на нижний ролик скольжения 24 в стенку трубопровода 3.

Переводят шток 13 в крайнее верхнее положение вплоть до упора во внутреннюю верхнюю поверхность кожуха цилиндрической формы 5,

Перекрывают плоскую шиберную задвижку 4.

Открывают шаровой кран 12 для сброса остаточного давления транспортируемого по трубопроводу вещества во внутренней части кожуха цилиндрической формы 5 узла доступа.

Снимают остальные узлы закрывающего устройства 1 в собранном виде с закрытой плоской шиберной задвижки 4 трубопровода 2.

Разбирают закрывающее устройство для удобства его хранения и транспортировки.

Монтируют на плоскую шиберную задвижку устройство для ввода заглушки в фитинг, в качестве которого может быть использована буровая машина.

Открывают плоскую шиберную задвижку 4.

Устанавливают заглушку в фитинг 3.

Демонтируют устройство для ввода заглушки в фитинг 3.

Снимают плоскую шиберную задвижку 4 с фитинга 3.

Устанавливают крышку на приваренный к трубопроводу 2 фитинг 3.

Закрывающее устройство может быть использовано для трубопроводов большого давления с большим диаметром трубы. Это обеспечивается благодаря приложению силы для сближения подвижного и неподвижного дисков закрывающего узла и бокового сжатия размещенного между ними кольцевого эластичного уплотняющего элемента не в одном месте вдоль центральной оси трубопровода как у прототипа, а в двух местах или даже четырех местах в периферийных областях указанных дисков. Этого вполне достаточно для необходимого плотного равномерного прижатия к внутренней стенке трубопровода внешней поверхности кольцевого эластичного уплотняющего элемента и обеспечения требуемой герметичности в условиях высокого давления в трубопроводе.

Закрывающее устройство может быть использовано для реальных трубопроводов большого давления с большим диаметром трубы, которые имеют не круговую, а эллиптическую форму поперечного сечения, а также в местах сварных швов трубопровода и в условиях наличия коррозионных отложений и дефектов внутри трубопровода. Это достигается не только за счет равномерного периферийного бокового сжатия кольцевого эластичного уплотняющего элемента, но и за счет снабжения внутренних поверхностей неподвижного диска и подвижного диска закрывающего узла периферийными коническими скосами, а также выполнения кольцевого эластичного уплотняющего элемента в поперечном сечении трапецеидальной формы с внешней стороной его, соответствующей основанию трапеции и примыкающей к внутренней поверхности трубопровода, снабженной наружными кольцеобразными выступами. Прижатие такого кольцевого эластичного уплотняющего элемента в относительно широкой полосе внутренней кольцевой поверхности трубопровода и его пластическая деформация позволяют плотно охватывать внутренние выступы и углубления от сварных швов и коррозионных отложений, обеспечивая высокую степень герметизации.

Закрывающее устройство обладает высокой надежностью за счет выполнения узла привода совмещенным с источником, создающим крутящий момент, в виде гидромотора, запитанного от внешней маслостанции и установленного непосредственно на корпусе закрывающего узла. Отказ от использования многочисленных элементов механического привода с карданным соединением от внешнего источника, использованных в прототипе, позволяет полностью исключить вероятность их поломок и повреждений.

Установка узла передачи на закрывающем узле и использование в нем червяка, присоединенного к оси гидромотора и приведенного в зацепление с обеих противоположных сторон в первом варианте исполнения с двумя червячными колесами, а во втором варианте исполнения с четырьмя червячными колесами позволили создать простую, надежную и прочную конструкцию, способную передавать большие усилия для обеспечения бокового равномерного сжатия кольцевого эластичного уплотняющего элемента и эффективно работать в условиях высокого давления в трубопроводе большого диаметра.

Промышленная применимость закрывающего устройства для ремонта трубопровода была подтверждена в ходе проведения заводских и полевых испытаний на трубопроводе диаметром 800 мм. Рабочее давление доходило до 2,4 Мпа. Испытательное давление в полтора раза превышало рабочее давление и достигло 3,6 Мпа. Масса закрывающего устройства равнялась 3550 кг, а габаритные размеры составили 4900×1450×1210 мм.

Закрывающее устройство предназначено для продолжительного многократного использования в процессе проведения ремонтно-восстановительных работ на трубопроводах, применяемых для транспортировки разных газообразных и жидких веществ, включая природный газ, воду, нефть и продукты нефтепереработки. Материал кольцевого эластичного уплотняющего элемента должен быть устойчив к воздействию передаваемого по трубопроводу вещества. В случае перекачки по трубопроводу продуктов нефтепереработки в закрывающем устройстве устанавливается кольцевой эластичный уплотняющий элемент, выполненный из маслобензостойкой резины. При использовании закрывающего устройства на трубопроводах, по которым транспортируются различные вещества, подлежит замене только кольцевой эластичный уплотняющий элемент.

Закрывающее устройство предназначено для перекрытия действующих трубопроводов, по которым транспортируются газообразные и жидкие вещества с сохранением транспортировки через байпас отвод. Перекрытие достигается за счет увеличения радиального размера кольцевого эластичного уплотняющего элемента и его плотного прижатия к внутренней стенке трубопровода в результате равномерного бокового сжатия между неподвижным диском и подвижным диском, которые выполнены с возможностью относительного осевого перемещения. Установка узла привода на основе гидромотора и узла червячно-зубчатой передачи на закрывающем узле, а также выбор трапецеидальной формы поперечного сечения кольцевого эластичного уплотняющего элемента обеспечивают создание надежной и безопасной конструкции для эффективной работы на реальных трубопроводах большого давления с большим диаметром трубы, имеющих эллиптическую форму поперечного сечения, а также в местах сварных швов трубопровода и при наличии коррозионных отложений и дефектов внутри трубопровода. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Закрывающее устройство для перекрытия сечения действующего трубопровода, находящегося под давлением транспортируемого по нему вещества, содержащее

- узел крепления к трубопроводу, обеспечивающий жесткое и герметичное присоединение к трубопроводу,

- узел запорной арматуры, жестко и герметично прикрепленный к узлу крепления к трубопроводу,

- узел бурения сквозного отверстия в стенке трубопровода в месте присоединения узла крепления к трубопроводу через узел запорной арматуры и узел крепления к трубопроводу,

- узел доступа в трубопровод, обеспечивающий управляемое проникновение во внутреннюю часть трубопровода через узел запорной арматуры и узел крепления к трубопроводу, включающий шток, выполненный в виде полой трубки, размещенный в узле доступа в трубопровод, частично погруженный во внутреннее пространство трубопровода с возможностью перемещения по отношению к узлу крепления к трубопроводу,

- узел уплотнения, обеспечивающий герметичность в узле доступа в трубопровод при перемещении штока,

- узел сброса давления из внутренней части узла доступа в трубопровод,

- узел сочленения, прикрепленный к концу штока, предназначенного для погружения во внутреннее пространство трубопровода,

- закрывающий узел, прикрепленный к узлу сочленения и предназначенный для прохождения через узел доступа к трубопроводу, узел запорной арматуры и узел крепления к трубопроводу во внутреннюю часть трубопровода, состоящий из неподвижного диска и подвижного диска, размещенных параллельно друг другу на валу и выполненных с возможностью осевого перемещения на нем при вращении вала, между которыми установлен кольцевой эластичный уплотняющий элемент,

- узел привода, обеспечивающий управляемое вращение приводного вала от источника, создающего крутящий момент,

- узел передачи, преобразующий вращательное движение приводного вала в поступательное движение подвижного диска относительно неподвижного диска с использованием конических зубчатых вращающихся шестерен, оси которых закреплены с помощью подшипников,

отличающееся тем, что с целью повышения герметичности закрывающего устройства при высоком давлении транспортируемого вещества в трубопроводах большого диаметра, увеличения надежности и безопасности, а также снижения затрат на проведение ремонтных работ

- узел привода выполнен совмещенным с источником, создающим крутящий момент, в виде гидромотора, запитанного от внешней маслостанции с помощью подводящего и отводящего шлангов и установленного непосредственно на корпусе закрывающего узла, выполненном в виде чаши, кромка которой прижата и прикреплена к задней периферийной поверхности неподвижного диска,

- узел передачи установлен непосредственно на закрывающем узле и выполнен на основе червячной (зубчато-винтовой) передачи, содержащей червяк, установленный внутри корпуса закрывающего узла, выполненного в виде чаши, кромка которой прижата и прикреплена к задней периферийной поверхности неподвижного диска, расположенный соосно с осью гидромотора, верхний конец червяка жестко присоединен к оси гидромотора, противоположные части червяка закреплены внутри корпуса закрывающего узла с помощью подшипников, центральная часть червяка с обеих противоположных сторон приведена в зацепление с левым червячным колесом, насаженным на левый вал, и правым червячным колесом, насаженным на правый вал, левый вал и правый вал расположены перпендикулярно червяку, их верхние части закреплены с помощью подшипников, установленных в корпусе закрывающего узла,

- в неподвижном диске закрывающего узла в противоположно расположенных периферийных областях выполнены два сквозных отверстия, в которых установлены подшипники, являющиеся опорными элементами для размещенных внутри них центральных частей левого вала с насаженным левым червячным колесом и правого вала с насаженным правым червяным колесом узла передачи,

- в подвижном диске закрывающего узла в противоположно расположенных периферийных областях выполнены два отверстия, внутри которых установлены гайки, в которые вкручены снабженные резьбой нижние части левого вала с насаженным левым червячным колесом и правого вала с насаженным правым червяным колесом узла передачи,

- узел доступа в трубопровод содержит кожух цилиндрической формы, имеющий нижний открытый конец, снабженный фланцем, который жестко и герметично присоединен к узлу запорной арматуры, и верхний закрытый конец, в котором размещены два быстроразъемных соединения, через которые пропущены подводящий шланг и отводящий шланг, присоединенные к маслостанции.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что центральная часть червяка узла передачи с обеих противоположных сторон приведена в зацепление с дополнительным левым червячным колесом, насаженным на дополнительный левый вал, и с дополнительным правым червячным колесом, насаженным на дополнительный правый вал, дополнительный левый вал и дополнительный правый вал расположены перпендикулярно червяку, их верхние части закреплены с помощью дополнительных подшипников, установленных в корпусе закрывающего узла, их центральные части попущены через два дополнительных сквозных отверстия, выполненных в неподвижном диске с установленными в них двумя дополнительными опорными подшипниками, а снабженные резьбой их нижние части вкручены в гайки, установленные в двух дополнительных отверстиях подвижного диска так, что левый вал, правый вал, дополнительный левый вал и дополнительный правый вал образуют попарно симметричную конфигурацию в периферийных областях неподвижного и подвижного дисков закрывающего узла.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренние поверхности неподвижного диска и подвижного диска закрывающего узла снабжены периферийными коническими скосами, кольцевой эластичный уплотняющий элемент выполнен в поперечном сечении трапецеидальной формы, а внешняя сторона его, соответствующая основанию трапеции и примыкающая к внутренней поверхности трубопровода, снабжена наружными кольцеобразными выступами.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел сброса давления выполнен в виде штуцера, жестко и герметично прикрепленного к верхней боковой части кожуха цилиндрической формы, к которому присоединен шаровой кран.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в кожухе узла доступа в трубопровод выполнено отверстие с присоединенным к нему жестким и герметичным отводом, реализующим байпас для выхода транспортируемого по трубопроводу вещества в обход перекрытого закрывающим устройством участка трубопровода.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел уплотнения выполнен в виде манжеты, вставленной в канавку, выполненную внутри сквозного отверстия в верхней части кожуха цилиндрической формы, имеющей внутренний диаметр меньше по величине, чем диаметр штока.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел запорной арматуры выполнен в виде плоской шиберной задвижки, снабженной клапаном выравнивания давления в узле крепления к трубопроводу и узле доступа в трубопровод, верхний конец которой снабжен фланцем, который жестко и герметично прикреплен к фланцу кожуха узла доступа.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что жесткое присоединение верхнего конца червяка узла передачи к оси гидромотора узла привода выполнено в виде вертикально расположенной муфты, один конец которой охватывает ось гидромотора, а противоположный конец охватывает верхний конец червяка.