УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКРЫТИЯ ТРУБОПРОВОДА
PIPELINE SHUT-OFF DEVICE

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и предназначено для перекрытия трубопровода для последующего ремонта, испытаний, производства врезок различного назначения и т.п.
Известно устройство для перекрытия трубопровода, содержащее полый цилиндрический корпус и размещенные на его концах и подвижно установленные манжеты с прижимающими пружинами, действующими от кольцевых упоров, установленные между манжетами и упорами рычажные фиксаторы, поршни за упорами, содержащее также запорный орган с приводом; устройство работает при наличии на трубопроводе четырех патрубков с задвижками и перекрываемых радиальных отверстий в корпусе (см. SU 1024652 А, МПК F16L 55/18, 1983).
Технический недостаток известного устройства для перекрытия трубопровода: ограниченные функциональные возможности вследствие использования в заданном месте предварительно оборудованного трубопровода; недостаточная надежность (предложенные манжеты гарантированно не обеспечивают герметизации устройства, действующие за счет перепада давления фиксаторы на корпусе и задвижки на патрубках могут сработать в строго определенных условиях).
Известно устройство для перекрытия трубопровода, содержащее корпус с эластичными надувными герметизаторами, стопорные башмаки с рычажной системой, центральный перепускной элемент, силовые цилиндры привода башмаков и перепускного элемента, источник электрического тока, блок приема внешних сигналов и передачи исполнительных команд, источники сжатого газа, винтовые лопасти, электромагнитные распределители, электрические и пневматические линии (SU 1328634 А1, МПК F16L 55/18, 1987 с дополнительным изобретением SU 1560888 А2, МПК F16L 55/8, 1990; приведенные признаки отобраны из формул и описаний изобретений).
Технический недостаток данного устройства: недостаточные функциональные возможности (звуковые сигналы за счет ударов кулачков - с приводом от винтовых лопастей - не являются точным средством для определения места установки в трубопроводе); недостаточно высокая надежность (вследствие негерметичности центрального перепускного элемента, отсутствия дублирующих герметизаторов, перемещения устройства с односторонним зазором в трубе и с трением скольжения направляющих по стенкам трубы, отсутствия возможности пополнения энергоносителя - сжатого газа, работы силовых цилиндров от сжатого газа, что превращает цилиндры в эластичные, нестабильно действующие элементы).
6
6
Известно устройство для перекрытия трубопровода, содержащее надувной шар, заключенный в защитные сетки, и поджимную манжету с канавкой, в которой установлена прозрачная трубка (RU 2105299 С1, МПК F16L 55/132, 1998), содержащее герметизированную цилиндрическую камеру с резиновыми стенками и силовым каркасом, армированные кордом торцевые стенки с трубным штуцером (RU 2131078 С1, МПК F16L 55/128, 1999).
Технический недостаток подобных устройств: ограниченные функциональные возможности, отсутствие средств надежного удержания в заданном месте трубопровода, необходимость опорожнения трубопровода при производстве работ и недостаточная надежность, в том числе из-за возможности поломки трубки при сносе устройства.
7
Известно устройство для перекрытия трубопровода, включающее трубчатый корпус, на поверхности которого смонтированы кольцевой ресивер, эластичные надувные герметизирующие узлы и стопорный узел, приводимые в действие пневмоцилиндрами, и размещенные внутри корпуса заслонки (RU 2117851 С1, МПК F16L 55/18, 1998).
Технический недостаток известного устройства: ограниченные функциональные возможности из-за производства врезок в трубопровод только на расстоянии между герметизирующими узлами при условии точной установки устройства в заданном месте; недостаточная надежность из-за негерметичности заслонок примитивной конструктивной схемы, отсутствия средств для регулирования давления воздуха на выходе из ресивера, невозможности восстановления энергоемкости ресивера и трения "нежных" элементов на корпусе о внутреннюю поверхность трубопровода при перемещении устройства.
7
Известно устройство для ремонта трубопроводов, включающее резинокордную оболочку, соединенную шлангом с источником давления газа, манометр, трехходовой вентиль, присоединенный к оболочке участок шланга (RU 2240466 С2, МПК F16L 55/12, 2002).
Технический недостаток подобных устройств: ограниченные функциональные возможности, отсутствие средств надежной фиксации и герметизации, необходимость опорожнения трубопровода при производстве работ.
7
Известно устройство для перекрытия трубопровода, включающее полый цилиндрический корпус с эластичным надувным герметизатором, средство для стопорения, центральный перепускной элемент, источник сжатого газа, винтовые лопасти по оси корпуса, источник электроэнергии, блок управления и распределительную аппаратуру (RU 2245482 С2, МПК  F16L 55/12, 2003).
Технический недостаток известного устройства: ограниченные функциональные возможности из-за ненадежной системы фиксации и герметизации устройства, возможен разрыв обечайки об арматуру, находящуюся внутри трубопроводов, отсутствие контроля за удерживаемой средой.
7
Известно устройство для перекрытия действующего трубопровода, включающее корпус с эластичными надувными герметизаторами, стопорные башмаки, центральный перепускной элемент, источники сжатого газа, стопорные башмаки с рычажной системой, центральный перепускной элемент, силовые цилиндры привода башмаков и перепускного элемента (RU 2220362 С1, МПК F16L 55/18, 2002).
Технический недостаток известного устройства: ограниченные функциональные возможности из-за ненадежной системы фиксации и герметизации устройства, отсутствие контроля за удерживаемой средой, высокая энергоемкость устройства.
7
Устройство (RU 2220362 С1, МПК F16L 55/18, 2002) выбрано за прототип.
Техническая задача: расширение функциональных возможностей, упрощение и повышение надежности конструкции, достижение многоразового использования устройства, что снижает затраты на производство работ по герметизации внутренней полости трубопровода.
Как и прототип, устройство для перекрытия трубопровода, содержащее корпус, снабженный эластичным надувным герметизатором (камерного типа), средство для стопорения, манжеты из эластичного материала, центральный перепускной элемент, оборудование контроля, исполнения технологических операций, включает: источник электрического тока, блок приема внешних сигналов и передачи исполнительных команд, электромагнитный распределитель, электрические и гидравлические линии, электроприводной насос, электроконтактный манометр. В отличие от прототипа корпус выполнен в виде цилиндра, средство для стопорения выполнено в виде силовых гидроцилиндров с поршнями, внешняя поверхность которых выполнена под образующую трубопровода и покрыта антифрикционным материалом, твердость которого меньше твердости материала стенки трубопровода, кроме того, устройство снабжено герметичным отсеком с расположенным внутри оборудованием контроля, исполнения технологических операций, центральный перепускной элемент выполнен в виде надувной эластичной оболочки, смонтированной на герметичном отсеке, внутренние полости герметизаторов и цилиндров заполняются перекачиваемой средой, с обоих торцов устройство снабжено бампером с полукольцом, обеспечивающим безопасное проведение технологических операций, удобства запасовки и выемки, электроконтактный манометр подключен к электромагнитному распределителю, манжеты выполнены из эластичного материала, установлены соосно с корпусом, выполняют роль опор герметизатора и отнесенны друг от друга на расстояние большее, чем ширина подклинового пространства задвижки трубопровода.
На фиг.1 изображен общий вид устройства для перекрытия трубопровода, совмещенный с продольным разрезом; на фиг.2 - принципиальная электрогидравлическая схема устройства.
Устройство для перекрытия трубопровода включает цилиндрический корпус 1, на наружной поверхности которого смонтированы манжеты 2, 3, 4, 5. Ближе к центральной части корпуса, между манжетами 4 и 5, расположен надувной герметизатор (камерного типа) из эластичного материала 6. На обеих сторонах корпуса между манжетами 3, 4 и 5, 2 закреплены силовые цилиндры 7, состоящие из цилиндра 8 и поршня 9, смонтированных на муфте 10. Количество цилиндров с одной стороны, как показано на фиг.1, 8. Не исключается возможность установки и другого количества цилиндров, зависит от удерживаемого давления. К обеим сторонам корпуса 1 прикреплены бамперы 11, 12 с полукольцами 13, 14. Во внутренней части корпуса 1 размещен герметичный цилиндрический отсек 15, прикрепленный к корпусу 1 держателями 16, на внешней поверхности которого, ближе к середине, смонтирован центральный перепускной элемент 17. Перепускной элемент выполнен в виде герметизатора (камерного типа) из эластичного материала. Для управления герметизаторами 6, 17 и силовыми цилиндрами 7, а также для приема внешних сигналов и задействования электропотребителей предусмотрены (фиг.2) маломощный гидронасос 18 с приводом от соответствующего электродвигателя 19, блок приема и передачи исполнительных команд 20, источник электрического тока 21, например электрический аккумулятор постоянного тока, электромагнитный распределитель 22, линии перекачиваемой среды 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32. Гидрораспределитель снабжен электроконтактным манометром 33, на линии 24 находится фильтр 34.
Электродвигатель 19, электрические элементы манометра 33, электромагнитный распределитель 22 соединены электролиниями 35, 36, 37 с блоком приема и передачи исполнительных команд 20, а через него и с источником электрического тока 21 с помощью электролинии 38.
Устройство для перекрытия трубопровода работает следующим образом.
0
т
т
Устройство вводится в трубопровод через камеру запуска очистных устройств. Исходное положение при вводе устройства в трубопровод: центральный перепускной элемент 17 заперт - находятся под действием рабочего давления перекачиваемой среды (р=р+Δр, где р - расчетное давление транспортируемого продукта в трубопроводе; Δр=0,3-0,5 МПа), герметизатор 6 пуст; поверхности силовых поршней 7 не соприкасаются с внутренней поверхностью трубопровода; источник электрического тока 21 электрически заряжен на полную мощность.
До места перекрытия устройство движется потоком транспортируемого продукта, за счет перепада давления до и после устройства. Возможные вмятины, наплывы и различная арматура (не более 15% от Ду) преодолеваются за счет деформации эластичных манжет. Манжеты предотвращают истирание и возможные повреждения герметизатора 6, так как его диаметр меньше диаметра манжеты, а также манжеты берут на себя некоторые функции скребков и увеличивают эффективную поперечную площадь трубопровода. Так как манжеты находятся на расстоянии, большем, чем ширина подклинового пространства задвижки трубопровода, следовательно исключено застревание устройства.
При подходе к месту остановки устройства в трубопроводе - по получении первого внешнего сигнала от антенны, расположенной на трубопроводе на месте остановки устройства, воспринимаемого блоком 20, происходит предварительное торможение устройства и снижение его скорости перемещения за счет опорожнения герметизатора 17. Для этого по соответствующему импульсу блока 20 подается напряжение от источника электротока 21 по электролинии 37 на электромагнитый распределитель 22, который открывает линии 26 и 27, жидкость будет перемещаться от герметизатора 17 к силовым цилиндрам 7 через линию 26, магнитный распределитель 22, линии 27, 29, 30, 31 за счет давления в герметизаторе 17, которое возникает за счет динамического воздействия перепускаемого потока и за счет упругих свойств материала перепускного элемента 17, после того как давления в перепускном элементе и в цилиндрах сравняются, определяется электроконтактным манометром 33, происходит зачистка перепускного элемента 17 электронасосом 18 с приводом от электродвигателя 19. Вследствие этого перекачиваемая среда свободно перетекает внутри корпуса 1 через образовавшийся кольцевой зазор (эффективная поперечная площадь уменьшается), таким образом скорость перемещения устройства снижается.
При подходе устройства к месту остановки, по получении последующих вешних сигналов, воспринимаемых блоком 20, происходит остановка, фиксация и герметизация устройства относительно трубопровода. Для этого по импульсам блока 20 по электролинии 37 подается напряжение на электромагнитный распределитель 22. Электромагнитный распределитель 22 открывает доступ в силовые цилиндры 7 рабочей жидкости, которая по линииям 27, 29, 30, 31 под давлением нагнетается от насоса 18. Вследствие этого поршни 9 с определенным усилием прижимаются к внутренней поверхности трубы и, находясь под действием давления рабочей среды в цилиндрах 8, фиксируют устройство в заданном месте трубопровода.
Вслед за этим электромагнитный распределитель 22 открывает доступ рабочей среде, которая через лини 23, 24, фильтр 34, проходя электромагнитный распределитель 22, после этого по гидролиниям 26 и 28 поступает в полости герметизаторов 6 и 17, они заполняются и герметизируют полость трубопровода. По завершении процесса герметизации устройства электромагнитный распределитель 22 перекрывается, и рабочая жидкость в линиях 26, 27, 28, 29, 30, 31 и в полостях герметизаторов 6, 17, а также в цилиндрах 8 оказываются запертой.
Поступление перекачиваемой среды в устройство обеспечивается гидролиниями 23, 24, фильтром 34 и многосекционным электромагнитным распределителем 22, который позволяет при определенной последовательности работы электромагнитных клапанов перекачивать и направлять поток жидкости по различным направлениям.
Во время производства работ электроконтактный манометр 33 следит за изменением давления во всех полостях, а также после полной герметизации трубопровода измеряет давление удерживаемой среды, что повышает функциональные возможности устройства. При понижении давления в какой-либо полости электроконтактный манометр 33 подает сигнал на блок 20, который включает электродвигатель насоса, таким образом обеспечивается надежность перекрытия.
Технология работ может предусматривать последовательный ввод в трубопровод двух и более устройств с расстоянием между ними. В этом случае, после фиксации в заданном месте, герметизации устройств относительно трубы и прекращения перекачки продукта, отсекают указанный участок от остальной части трубопровода. После этого появляется возможность известным способом откачать транспортируемый продукт, расположенный между устройствами, без опорожнения трубопровода на огромном расстоянии. Этому способствует надежная герметизирующая способность устройств.
После завершения работ на трубопроводе сначала происходит разгерметизация перепускного элемента 17, далее запускают перекачку продукта, заполняют пространство между устройствами. После этого в одном устройстве, ближайшем к камере приема очистных устройств, производят разгерметизацию корпуса 1 относительно трубы и снимают фиксацию корпуса в трубе. Для этого, посредством блока 20 и источника электротока 21, электромагнитный распределитель 22 переводят в положение слива жидкости. Последняя под действием давления в герметизаторах 6, 17 и насоса 18 сбрасывается в трубопровод.
Под действием потока транспортируемого продукта устройство перемещается по трубопроводу в камеру приема очистных устройств. Аналогичным образом выполняют работы на другом устройстве, которое также перемещается по трубопроводу.
Контроль расстояния и прием - передача исполнительных команд до каждого устройства обеспечиваются системой связи между устройством и АРМ - оператором. Обработка информации и принятие решений об остановке и последующей герметизации устройств может быть автоматизирована с применением ЭВМ, что исключит влияние человеческого фактора на процесс герметизации.
Таким образом, за счет того, что корпус устройства выполнен в виде цилиндра, средство для стопорения выполнено в виде силовых гидроцилиндров с поршнями, внешняя поверхность которых выполнена под образующую трубопровода и покрыта антифрикционным материалом, твердость которого меньше твердости материала стенки трубопровода, устройство снабжено герметичным отсеком с расположенным внутри оборудованием контроля, исполнения технологических операций, центральный перепускной элемент выполнен в виде надувной эластичной оболочки, смонтированной на герметичном отсеке, внутренние полости герметизаторов и цилиндров заполняются перекачиваемой средой, с обоих торцов устройство снабжено бампером с полукольцом, обеспечивающим безопасное проведение технологических операций, удобства запасовки и выемки, электроконтактный манометр подключен к электромагнитному распределителю, манжеты выполнены из эластичного материала, установлены соосно с корпусом, выполняют роль опор герметизатора и отнесены друг от друга на расстояние большее, чем ширина подклинового пространства задвижки трубопровода, указанного конструктивного исполнения систем и элементов в предложенном устройстве для перекрытия трубопровода достигается:
1) надежная герметизация трубопровода;
2) упрощение конструкции и алгоритма управления процессом торможения и стопорения;
3) повышение надежности и долговечности устройства;
4) герметичность электрических и гидравлических элементов;
5) безопасность и экологичность как следствие использования перекачиваемого продукта;
6) щадящие условия эксплуатации и многократное использование эластичной обечайки;
7) постоянный контроль за давлением перекачиваемой среды, удерживаемым устройством.