УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЛЕГЧЕНИЯ РЕМОНТА ТРУБОПРОВОДОВ
PIPELINE REPAIR FACILITATION DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к ремонту трубопроводов и труб, предназначенных для транспортировки текучей среды или газа под давлением, и, в частности, относится к устройству для облегчения ремонта трубопроводов.
Уровень техники
Трубопроводы или трубы, транспортирующие газ или жидкость под давлением на большие расстояния, повергаются деградациям, таким как внутренняя и наружная коррозия, или ударам. Часто труба оказывается поврежденной до такой степени, что возникает утечка ее содержимого. Для остановки этих локальных утечек были разработаны решения по ремонту. Например, вокруг трубы в месте утечки наматывают усилительную ленту. Для обеспечения эффективности эту ленту наматывают спиралеобразно вокруг трубы, и ее витки перекрывают друг друга по длине трубы, охватывая с запасом место утечки, при этом накладывают друг на друга несколько слоев ленты.
Аппарат для наматывания ленты вокруг трубопровода известен из документа WO2011049668. В этом документе описан аппарат, содержащий наматывающую головку и подающий ленту материала через наматывающую головку, закрепляя один конец ленты материала на существующей трубе. Ленту наматывают по спирали вокруг трубы, вращая наматывающую головку и перемещая ее в осевом направлении относительно трубы. Для осуществления дополнительного прохода наматывающий аппарат направляют в исходное положение на трубе, и второй проход производят аналогично первому. Недостатком этого аппарата является перемещение наматывающей головки в исходное положение, поэтому наматывание ленты вокруг трубы не является непрерывным.
В документе WO2013/182831 описано устройство наматывания предварительно пропитанной и полимеризуемой ленты вокруг подлежащей ремонту зоны трубы. Держатель бобины приводят во вращение вокруг трубы, чтобы намотать предварительно пропитанную ленту вокруг ремонтируемой зоны. После первого прохода держатель бобины приводят во вращение и в поступательное движение в противоположном направлении, что позволяет наматывать ленту равномерно и с регулярным шагом наматывания вторым проходом поверх первого. Каретку приводят в поступательное движение в продольном направлении трубы под действием винта, приводимого в действие от движения вращения устройства и через систему зубчатой передачи. Смену направления движения каретки осуществляет оператор, который управляет коробкой скоростей, меняющей вращение шестерни на обратное. Недостатком такого устройства является то, что изменение направления на обратное происходит вручную. Кроме того, вращение устройства необходимо останавливать в момент изменения направления. Кроме того, иногда в конце винта происходит заклинивание держателя бобины. Действительно, когда операцию ремонта производят под водой, видимость является плохой, и водолазы, не замечающие, что держатель бобины дошел до конца хода, не замедляют движение, и прикладываемое усилие приводит к заклиниванию держателя бобины в конце резьбы. Это требует впоследствии вмешательства оператора и дополнительного усилия со стороны водолазов, если речь идет о подводном ремонте, для высвобождения держателя бобины.
Раскрытие сущности изобретения
Задача изобретения состоит в создании устройства наматывания композитной ленты вокруг трубы, содержащего средства, выполненные так, чтобы держатель бобины автоматически менял направление без вмешательства оператора для этой смены направления и без остановки работы устройства вокруг трубы.
В связи с вышеизложенным, задача изобретения решена в устройстве наматывания усилительной ленты по длине заделки по обе стороны от подлежащей ремонту части трубы, содержащем:
- каретку, неподвижно соединенную с держателем бобины,
- бобину усилительной ленты, намотанной на держатель бобины,
- средства приведения каретки во вращение вокруг окружности трубы и в поступательное движение вдоль продольной оси трубы так, чтобы лента наматывалась вокруг трубы в форме спирали,
- средства изменения направления перемещения поступательным движением каретки таким образом, чтобы при каждой смене направления каретка перемещалась в направлении, противоположном к предыдущему, и чтобы слой усилительной ленты наматывался вокруг трубы с наложением на предыдущий слой.
Согласно главному отличительному признаку изобретения, средства приведения каретки в поступательное движение дополнительно содержат конвейерную цепь, имеющую две ветви, перемещающиеся между первой шестерней и второй шестерней в противоположных направлениях, и содержат подвижные средства сцепления каретки с цепью, выполненные с возможностью взаимодействия с ветвями цепи. Согласно другому главному отличительному признаку изобретения, средства изменения направления перемещают подвижные средства сцепления каретки от одной ветви к другой и наоборот так, чтобы при отсоединении одного из подвижных средств сцепления от одной ветви, другое подвижное средство сцепления взаимодействовало с другой ветвью, и таким образом средства изменения направления приводятся в действие автоматически во время вращения каретки вокруг трубы.
Краткое описание чертежей
Задачи, объекты и отличительные признаки изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 показано заявленное устройство согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения;
на фиг. 2 показана каретка держателя бобины в соответствии с изобретением, вид в перспективе;
на фиг. 3 детально показаны приводные средства держателя бобины при перемещении в первом направлении, вид сверху;
на фиг. 4 детально показаны приводные средства держателя бобины при перемещении во втором направлении, вид сверху.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 представлен общий вид заявленного устройства на подлежащей ремонту трубе 60. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, труба 60 является подводным трубопроводом, содержащим текучую среду под давлением, типа нефтепровода. Ремонтируемой трубой может быть также наземный трубопровод или труба, такая как мачта судна или вертикальная колонна. Ремонтируемая часть 61 трубы может представлять собой трещину, отверстие, появившееся в результате внутренней или наружной коррозии, выемку или след от удара. Все эти причины приводят к ослаблению трубы и даже к вытеканию содержащейся в ней жидкости наружу. Устройство 10 расположено и съемно закреплено на трубе 60 таким образом, чтобы быть центрованным по ремонтируемой части 61. Длина устройства 10 вдоль продольной оси трубы определяет максимальную длину зоны ремонта, на которую будет намотана усилительная лента. На каждом из своих концов устройство 10 содержит шестерни 15 и 17, каждая из которых зацепляется с цепью 65 и 67, при этом обе цепи являются замкнутыми вокруг внешней окружности трубы, расположены с двух сторон от ремонтируемой части трубы и разделены расстоянием, равным длине устройства. Цепи 65 и 67 обеспечивают позиционирование устройства 10 напротив наружной стенки трубы и вращение устройства 10 вокруг окружности трубы 60. Когда устройство приводят в движение вокруг трубы, оно перемещается напротив ее наружной стенки при помощи двух комплектов колес 18 и 19, расположенных с каждой стороны и на каждом из концов устройства. Движение вращения задает либо оператор, который приводит в действие два полуруля 12 или 13, каждый из которых находится на двух концах устройства, либо два оператора, которые находятся, каждый, с одной стороны и согласованно приводят в действие два полуруля 12 и 13. Движение вращения устройства вокруг трубы может также задавать не показанный на фигурах двигатель.
Устройство 10 содержит подвижный держатель 30 бобины, на который намотана усилительная лента 32. Усилительная лента является предварительно пропитанной и полимеризуемой лентой. Не выходя за рамки изобретения, можно использовать ленту любого другого типа. Держатель 30 бобины содержит средства натяжения ленты на трубе, регулируемые по мере наматывания. Держатель 30 бобины неподвижно закреплен на каретке 20, которая может перемещаться скольжением в двух направлениях вдоль направляющих средств, таких как по меньшей мере одна направляющая рейка и предпочтительно две направляющие рейки 28 и 29 квадратного сечения. Направляющие рейки 28 и 29 параллельны относительно продольной оси трубы. Продольная ось трубы определена в дальнейшем тексте описания как ось, параллельная главной локальной оси трубы в месте ремонтируемой части. Каретка ограничена в своем перемещении вдоль направляющих реек двумя упорами 34 и 36, каждый из которых находится соответственно на двух установочных трубках 14 и 16. Вращение устройства 10 вокруг трубы автоматически приводит каретку 20 во вращение вокруг трубы, и усилительная лента 32, удерживаемая на держателе 30 бобины, разматывается и наматывается с натяжением вокруг трубы 60. Полурули 12 и 13, шестерни 15 и 17 и цепи 65 и 67 представляют собой средства приведения каретки во вращение вокруг трубы.
Устройство 10 содержит также средства приведения каретки держателя бобины в поступательное движение вдоль продольной оси трубы по направляющим рейкам. Средства приведения каретки в поступательное движение, детально описанные со ссылками на фиг. 2 и 3, дополнительно содержат конвейерную цепь 40 и соединены по меньшей мере с одной из двух шестерен 15 или 17 через систему зубчатой передачи, не показанную на фигурах. Таким образом, при каждом обороте устройства вокруг трубы каретка продвигается вдоль направляющих реек с равномерным шагом таким образом, чтобы лента наматывалась вокруг трубы по спирали. Однако средства приведения каретки в поступательное движение могут быть отключены от шестерен 15 или 17 при помощи сцепления 41. Предпочтительно размеры шестерен 15 и 17 рассчитаны таким образом, чтобы, когда устройство делает оборот вокруг трубы, каретка держателя бобины продвигалась вдоль направляющих реек на шаг длиной, равной половине ширины усилительной ленты. Таким образом, усилительная лента наматывается вокруг трубы по спирали и с перекрыванием. Когда средства приведения каретки в поступательное движение отключены, оборот устройства вокруг трубы приводит держатель бобины только во вращение. Таким образом, усилительная лента разматывается и укладывается вокруг трубы, не образуя спирали, и возвращается к своей исходной точке с наложением на саму себя. Такой вид позиционирования ленты называют холостым оборотом и используют в начале и, возможно, в конце позиционирования ленты.
Пока каретка перемещается вдоль направляющих реек в первом направлении, лента разматывается в ходе одного прохода. В дальнейшем тексте описания каждый проход определен как соответствующий одному слою ленты. Согласно описанному выше предпочтительному варианту осуществления, лента наматывается вокруг трубы по спирали с перекрыванием, равным половине ширины ленты, то есть каждый слой содержит две толщины ленты. В другом варианте осуществления лента наматывается по спирали без перекрывания, то есть встык, следовательно, в этом случае каждый слой будет соответствовать одной толщине ленты. Чтобы наложить второй слой ленты на первый слой, необходимо привести каретку держателя бобины в поступательное движение вдоль ее направляющих реек в направлении, противоположном к первому. Точно так же, третий слой укладывают, когда каретка держателя бобины, дойдя до конца хода, меняет направление и перемещается поступательным движением в первом направлении, и так далее. В целом, для ремонта на трубе, транспортирующей текучую среду под давлением, каждый слой перекрывает длину трубы, меньшую длины перекрывания предыдущего слоя, и предпочтительно длину, равную половине слоя.
Заявленное устройство обеспечивает наложение друг на друга нескольких необходимых слоев усилительной ленты, когда его приводит в движение вокруг трубы только в одном направлении вращения в течение всей продолжительности операции ремонта непрерывным движением, при этом смена направления в конце каждого слоя происходит автоматически и без вмешательства оператора. Подробности этого существенного отличительного признака устройства, а также приводные средства каретки описаны со ссылками на следующие фигуры.
На фиг. 2 каретка 20 показана без держателя бобины, закрепляемого при помощи двух деталей 21 и 22, и содержит полость 23, которая показана на фигуре пунктиром и в которой перемещается скольжением подвижная деталь 25. Часть полости 23 обеспечивает также прохождение конвейерной цепи 40. Конвейерная цепь 40 является подвижной бесконечной цепью, содержащей первую ветвь 42 и вторую ветвь 43, перемещающиеся между первой шестерней 35 и второй шестерней 37 в противоположных направлениях. В предпочтительном варианте осуществления изобретения конвейерная цепь 40 является роликовой цепью, предпочтительно из нержавеющей стали. В рамках изобретения конвейерная цепь 40 может также обозначать цепь другого типа или бесконечный ремень. В дальнейшем тексте описания конвейерная цепь 40 будет называться просто цепью 40. Когда средства приведения каретки в поступательное движение отключены, средства приведения во вращение, которыми являются шестерни 35 и 37, перестают вращаться.
Подвижная деталь 25 может перемещаться скольжением в полости 23 в направлении, предпочтительно перпендикулярном к цепи 40, между двумя стабильными положениями, детально описанными со ссылками на фиг. 3 и 4. Подвижная деталь 25 содержит два зубчатых элемента 24 и 26, выполненные с возможностью взаимодействия, каждый, с ветвями 42 и 43 цепи. Первый зубчатый элемент 26 выполнен с возможностью взаимодействовать с первой ветвью 42, тогда как второй зубчатый элемент 24 выполнен с возможностью взаимодействовать с второй ветвью 43. Когда подвижная деталь 25 находится в одном из своих двух стабильных положений, по меньшей мере один из двух зубчатых элементов взаимодействует с одной из ветвей цепи таким образом, что, если цепь находится в движении, каретка приводится в движение и перемещается в направлении ветви, с которой зацепляется подвижная деталь. Средства приведения каретки 20 в поступательное движение содержат, таким образом, подвижные средства зацепления каретки с цепью 40, которыми являются зубчатые элементы 24 и 26, закрепленные на подвижной детали 25.
На фиг. 3 и 4 соответственно показана каретка 20, перемещаемая цепью 40 в продольном направлении вдоль трубы справа налево на фиг. 3 и в обратном направлении на фиг. 4. Со ссылками на эти фигуры следует описание средств изменения направления поступательного перемещения каретки. Каретка 20 перемещается вдоль двух направляющих реек, не показанных на фиг. 3 и 4, параллельно первой установочной трубке 14 и второй установочной трубке 16. Обе установочные трубки расположены параллельно относительно двух ветвей цепи, а также параллельно относительно направляющих реек и продольной оси трубы. Шестерни 35 и 37, приводящие цепь в движение, все время вращаются в одном направлении. Установочные трубки 14 и 16 оснащены соответственно упором 34 и 36. Упоры 34 и 36 являются фиксируемыми, но могут перемещаться скольжением вдоль своей соответствующей трубки, и их положение блокируется на трубке в месте заранее определенных отверстий 114 в трубке 14 и 116 в трубке 16, при этом отверстия разделены постоянным расстоянием, предпочтительно равным 25 мм. Для этого упоры 34 и 36 оснащены, каждый, соответственно стопорным штифтом 54 и 56, установленным на пружине, который, когда за него тянет оператор, можно переместить вдоль соответствующей установочной трубки 14 или 16 и, когда его отпускают в положении перед отверстием 114 или 116, блокирует упор на трубке 14 или 16. Подвижная деталь 25 ограничена боковыми стенками полости 23 и может поступательно перемещаться между двумя стабильными положениями, показанными соответственно на фиг. 3 и 4. Оба стабильных положения детали 25 удерживаются, за счет притяжения магнита 45, неподвижно соединенного с деталью 25, и магнита 50, неподвижно соединенного с кареткой 20, но не соединенного с деталью 25. Магнит 45 является подвижным относительно магнита 50, в дальнейшем называемого неподвижным магнитом. Неподвижный магнит 50 находится на каретке 20 таким образом, что удален на одинаковое расстояние от ветвей 42 и 43 цепи 40 и расположен напротив подвижной детали 25. Например, неподвижный магнит 50 имеет радиальное намагничивание, поэтому подвижный магнит 45 притягивается краями неподвижного магнита 50 и отталкивается его центром. На фиг. 3 показано, что подвижная деталь удерживается при помощи магнитов 45 и 50 в первом стабильном положении, поэтому зубчатый элемент 26 взаимодействует с ветвью 42 цепи 40. Следовательно, подвижная деталь приводится в движение цепью 40 и увлекает каретку 20 в первом направлении, справа налево на фигуре. На фиг. 4 подвижная деталь удерживается магнитами 45 и 50 во втором стабильном положении, поэтому в этом положении зубчатый элемент 24 взаимодействует с ветвью 43 цепи 40. Следовательно, подвижная деталь приводится в движение цепью 40 и увлекает каретку 20 в направлении движения, противоположном к первому направлению, слева направо на фигуре. Размеры подвижной детали 25 и ее расположение предусмотрены так, что когда каретка 20 перемещается вдоль своей направляющей рейки в направлении упора 34, подвижная деталь 25 входит в контакт с упором 34, и, наоборот, когда каретка 20 перемещается вдоль своей направляющей рейки в направлении упора 36, подвижная деталь 25 входит в контакт с упором 36. Когда каретка перемещается в первом направлении, она движется от упора 36 к упору 34. Как только подвижная деталь входит в контакт с упором 34, она отталкивается и перемещается скольжением в полости 23 таким образом, что первый зубчатый элемент 26 отходит от первой ветви 42 цепи 40 и отсоединяется от нее, тогда как второй зубчатый элемент 24 приближается ко второй ветви 43 цепи 40 и входит с ней во взаимодействие. Это равносильно тому, что, когда одно из подвижных средств 24 или 26 сцепления отсоединяется от ветви, другое подвижное средство 24 или 26 сцепления взаимодействует с другой ветвью. Когда же каретка 20, наоборот, перемещается вдоль своей направляющей рейки в направлении упора 36, подвижная деталь входит в контакт с упором 36, который ее отталкивает, и она перемещается скольжением в полости 23 таким образом, что зубчатый элемент 24 отходит от ветви 43 цепи и отсоединяется от нее, тогда как зубчатый элемент 26 приближается к ветви 42 цепи, с которой он входит во взаимодействие. Подвижная деталь 25 переходит из одного стабильного положения в другое, когда она входит в контакт с упорами 34 и 36. Для этого и чтобы в момент контакта перемещение цепи 40 не замедлялось, упоры 34 и 36 оснащены соответственно упругой пластинкой 44 и 46, чтобы, когда они входят в контакт друг с другом, усилие между ними увеличивалось постепенно. Кроме того, этот эффект усиливается за счет формы и размеров подвижной детали 25. Для этого сторона подвижной детали, которая входит в контакт с пластинкой, имеет уклон, с которым упор входит в контакт. Упоры 34 и 36, оснащенные своими соответствующими пластинками 44 и 46, обеспечивают изменение направления поступательного перемещения каретки на противоположное, перемещая подвижные средства сцепления каретки от одной ветви 42 к другой ветви 43 цепи и наоборот. Благодаря заявленному устройству, средства изменения направления поступательного перемещения каретки приводятся в действие автоматически во время вращения каретки вокруг указанной трубы без вмешательства оператора.
Далее следует описание работы заявленного устройства. После установки устройства 10 вокруг трубы при помощи средств крепления, дополнительно содержащих две цепи 65 и 67, установленные замкнутыми вокруг окружности трубы с двух сторон от ремонтируемой части, оператор помещает упоры 36 и 34 установочных трубок в отверстия на расстоянии друг от друга, соответствующим максимальной требуемой длине ремонта. Оператор отключает средства приведения каретки в поступательное движение при помощи сцепления 41 и помещает каретку напротив первого упора 36. Каретку можно также поместить сначала напротив упора 34, что не влияет на объем изобретения. Оператор приводит устройство во вращение вокруг трубы на один полный оборот, чтобы осуществить холостой оборот ленты вокруг трубы. Затем он приводит в действие сцепление 41, чтобы включить средства приведения каретки в поступательное движение вдоль ее направляющих реек и в продольном направлении трубы. Шестерни 35 и 37 заставляют цепь 40 вращаться, и каретка приводится в движение зубчатым элементом 26, который взаимодействует с ветвью 42 цепи. При каждом вращении устройства на 360 градусов вокруг трубы каретка продвигается в первом направлении на заранее определенный шаг, предпочтительно равный половине ширины ленты. Лента наматывается вокруг трубы по спирали с перекрыванием, образуя первый слой, пока подвижная деталь 25 каретки 20 не войдет в контакт с упором 36. После этого подвижная деталь 25 перемещается скольжением в полости 23 таким образом, что зубчатый элемент 24 отходит от цепи 40, тогда как зубчатый элемент 26 к ней приближается и начинает взаимодействовать с ветвью 43 цепи. Взаимодействие поддерживается, благодаря притяжению двух магнитов 45 и 50. Вращение устройства вокруг трубы продолжается непрерывно, и каретка, увлекаемая ветвью 43 цепи, движется в направлении, противоположном к первому направлению. Лента наматывается вокруг трубы по спирали с перекрыванием, образуя второй слой, накладываемый на первый слой, пока подвижная деталь 25 каретки 20 не войдет в контакт с упором 34, и так далее для следующих слоев.
Если необходимо произвести наматывание нескольких слоев усилительных лент в виде пирамиды вокруг трубы, каждый слой должен перекрывать длину трубы, меньшую длины перекрывания предыдущего слоя. Эта операция становится возможной, благодаря упорам 34 и 36, которые можно переместить и блокировать в нескольких положениях на установочных трубках 14 и 16 при помощи стопорных штифтов 54 и 56. Таким образом, после каждого изменения направления поступательного перемещения каретки упор 34 или 36, от которого удаляется каретка, перемещают на один шаг в направлении другого упора, при этом расстояние на один шаг соответствует расстоянию, которое разделяет последовательные отверстия на трубке. Перемещение упора необходимо осуществлять, как только каретка удаляется на достаточное расстояние, и в направлении, которое уменьшает расстояние, разделяющее оба упора 34 и 36. Средства для перемещения скольжением и блокировки упоров 34 и 36 после каждого прохода каретки приводятся вручную оператором или автоматически без вмешательства оператора, например, при помощи дистанционно управляемого автомата. Возможность наматывания ленты в виде пирамиды вокруг трубы без демонтажа устройства наматывания и симметрично относительно зоны ремонта является существенным преимуществом заявленного устройства. Действительно, наматывание ленты в виде пирамиды позволяет трубе расширяться под действием давления и температуры и избегать сжатия ленты вокруг трубы на границе зоны наматывания. Этот способ наматывания ленты в настоящее время предусмотрен стандартами ASME PCC-2 и ISO/TS 24.817 в области методики ремонта труб, и заявленное устройство позволяет, таким образом, соблюдать эти стандарты.
Последний слой ленты может тоже заканчиваться холостым оборотом ленты 32 вокруг окружности трубы. Затем устройство 10 снимают с трубы.
Согласно альтернативному варианту осуществления изобретения, не показанному на фигурах, сцепление 41 установлено на каретке и позволяет отключать средства приведения каретки в поступательное движение, прекращая притяжение магнитов 45 и 50 и располагая подвижную деталь 25 таким образом, чтобы ни один из зубчатых элементов 24 и 26 не взаимодействовал с цепью.