Герметизирующее устройство трубопровода

Полезная модель относится к устройствам для герметизации трубопроводов малого диаметра изнутри и может быть использована для временного перекрытия трубопровода при проведении ремонтно-восстановительных работ или замене дефектного участка.
Известны герметизирующие устройства трубопровода (патенты №RU2241171C2 опубл. 27.11.2004, №RU2293236 C1 опубл. 10.02.2007, №RU2245482C2 опубл. 27.01.2005, №RU2187744C2 опубл. 20.08.2002, №RU207303U1, опубл. 21.10.2021, RU199289U1, опубл 25.08.2020, RU204536U1, опубл. 31.05.2021), недостатком этих устройств является необходимость применения источников газа или жидкости под давлением, перекрытие трубопровода в которых производится за счет увеличения объема запорного элемента.
Известны герметизирующие устройства трубопровода (патенты №2534630C2 опубл. 10.12.2014, №10828U1 опубл. 16.08.1999), содержащие герметизирующий узел и его привод. Недостатками аналогов являются сложность конструкции, эксплуатации и изготовления.
Известно герметизирующее устройство трубопровода (патент RU177026U1, опубл. 06.02.2018), принятое за прототип, включающее герметизирующий узел, содержащий с торцов два одинаковых прижимных диска с возможностью взаимного перемещения вдоль оси вращения, и концентрично установленных между ними уплотнительных колец. Прижимное усилие дисков за счет поступательного перемещения резьбового штока и направляющей втулки создает эффект эластичного выдавливания и пропорционального увеличения диаметра уплотнительных колец и, как следствие, герметичного прилегания последних к внутренней стенке трубопровода.
Достоинством устройства является повышенная надежность работы и удобство эксплуатации благодаря многократности использования и исключения пневматического и гидравлического оборудования.
Устройство характеризуется ограниченными технологическими возможностями, поскольку предназначено для герметизации трубопроводов строго одного диаметра и для своей переналадки требует дополнительных элементов и трудозатрат. При сжатии уплотнительные кольца, упруго деформируясь, незначительно увеличивают диаметр герметизирующего узла относительно исходного диаметра герметизирующего узла, таким образом, для обеспечения герметичного прилегания герметизирующего узла к внутренней стенке необходимо подбирать под каждый диаметр трубопровода соответствующий диаметр прижимных дисков и уплотнительных колец герметизирующего устройства трубопровода.
Здесь и далее термины «герметизирующее устройство трубопровода» и «герметизирующее устройство» используются взаимозаменяемо, если иное не указано прямо.
Задачей настоящей полезной модели является создание герметизирующего устройства трубопровода с узлом герметизации, содержащим упругий элемент, изменяющий поперечное сечение в широком диапазоне при одноосном сжатии.
Техническим результатом является использование одного и того же герметизирующего устройства трубопровода для герметизации различных диаметров трубопроводов при одновременном обеспечении повышенной надежности работы.
Технический результат достигается герметизирующим устройством трубопровода, содержащим герметизирующий узел и его механический привод, выполненный в виде штока с рукояткой на одном его конце, закрепленного в направляющей втулке посредством резьбовой гайки‚ при этом прижимной элемент герметизирующего узла размещен на противоположном конце штока с возможностью осевого перемещения и осевого сжатия упругого элемента, и для фиксации прижимного элемента на конце штока навинчены фиксирующие гайки, дополнительно, прижимным элементом является прижимная чашка, а упругим элементом является втулка с осевым отверстием под шток.
Допускается прижимную чашку изготавливать из стали, поддающейся упрочняющей закалке.
Рекомендуется использовать упругий элемент, выполненный из маслостойкой резины.
Допускается использовать упругий элемент, выполненный из кислотостойкой резины.
Допускается использовать упругий элемент, выполненный из пенополиуретана.
Рекомендуется на упругий элемент нанести герметизирующую смазку.
При одноосном сжатии такого упругого элемента, как втулка (изготовленная из резины или пенополиуретана), происходит упругое деформирование втулки без потери ее первоначальных характеристик, при этом поперечное сечение втулки изменяется в широком диапазоне. При эксплуатации или хранении герметизирующего устройства вблизи и/или в агрессивных средах целесообразно использовать упругий элемент, выполненный из кислотостойкой и/или маслостойкой и/или щелочестойкой резины для предотвращения нарушения целостности упругого элемента. Герметизирующее устройство характеризуется широкими технологическими возможностями, поскольку предназначено для герметизации трубопроводов разных диаметров и не требует переналадки, дополнительных элементов и трудозатрат, так как втулка при сжатии, упруго деформируясь, значительно увеличивает диаметр герметизирующего узла относительно исходного диаметра герметизирующего узла. Таким образом, герметизирующее устройство способно герметизировать ряд диаметров трубопроводов из широкого интервала.
На неограничивающих сущность полезной модели изображениях представлено предложенное устройство, где:
на фиг. 1 показано изометрическое изображение герметизирующего устройства в исходном состоянии (до одноосного сжатия);
на фиг. 2 представлено изометрическое изображение с местным разрезом трубопровода, показывающее герметизирующий узел в рабочем состоянии (во время одноосного сжатия) в трубопроводе, в процессе приваривания фланца;
на фиг. 3 представлено изометрическое изображение с местным разрезом трубопровода, показывающее герметизирующий узел в исходном состоянии (после снятия одноосного сжатия) в трубопроводе, после приваривания фланца;
на фиг. 4 показан продольный разрез герметизирующего устройства в рабочем состоянии (во время одноосного сжатия) в трубопроводе, в процессе приваривания фланца.
в
Внутритрубное герметизирующее устройство для трубопровода содержит шток 1 (фиг.1-4), с одной стороны которого находится герметизирующий узел 2 (фиг.1), включающий в себя установленные последовательно на штоке 1 упругий элемент 3 (фиг.1-4) и металлическую прижимную чашку 4 (фиг.1-4). Упругий элемент 3 и металлическая прижимная чашка 4 расположены концентрично проточной части трубопровода 5 (фиг.2-4). Упругий элемент 3, представляющий собой втулку с осевым отверстием под шток, может быть выполнен из маслостойкой и/или кислотостойкой и/или щелочестойкой резины, или пенополиуретана. Прижимная чашка 4 выполнена конической и может быть изготовлена из стали, поддающейся упрочняющей закалке с последующей термообработкой (например, конструкционные углеродистые и низколегированные стали 34ХН1М, 38ХС, 40Х, 40ХН и т.д.), что обеспечивает повышение показателя временного сопротивления разрыву σ. Для фиксации прижимной чашки 4 и упругого элемента 3 в герметизирующем узле 2 на резьбовом конце штока 1 навинчены фиксирующие гайки 6 (фиг.1-4). С другой стороны штока 1 находится ручной механический привод 7 (фиг.1), состоящий из штока 1, направляющей втулки 8 (фиг.1-4), резьбовой гайки 9 (фиг.1-4), навинченной на резьбовую часть штока 1 и закрепленной на конце штока 1 кривошипной рукоятки 10 (фиг.1-4). Шток 1 вставлен в направляющую втулку 8, находящуюся между резьбовой гайкой 9 и упругим элементом 3, причем диаметр упругого элемента 3 больше, чем диаметр направляющей втулки 8, а резьбовая гайка 9 прикреплена к торцу направляющей втулки 8, например, с помощью сварки. Механический привод 7, обеспечивает подачу герметизирующего узла 2 в трубопровод 5, герметизацию трубопровода 5 и извлечение герметизирующего узла 2 из трубопровода 5.
Работа предложенного устройства осуществляется следующим образом.
Герметизирующее устройство трубопровода вставляется в трубопровод 5 в зону перекрытия трубопровода 5, при этом направляющая втулка 8 со штоком 1 и герметизирующим узлом 2 входит в зону перекрытия трубопровода 5. При вращении против часовой стрелки кривошипной рукоятки 10 происходит поступательное движение штока 1, при этом прижимная чашка 4 движется к упругому элементу 3, который фиксируется в статическом положении посредством упора в торец направляющей втулки 8. За счет осевого усилия сжатия, оказываемого прижимной чашкой 4, на упругий элемент 3 происходит упругое деформирование упругого элемента 3, который сжимается с одной стороны без потери первоначальных характеристик упругого элемента 3. Наружный диаметр упругого элемента 3 при осевом сжатии увеличивается, перекрывая зазор между герметизирующим узлом 2 и трубопроводом 5, что обеспечивает герметизацию трубопровода 5. Вращение кривошипной рукоятки 10 осуществляется до фиксации плотного прилегания упругого элемента 3 к внутренней стенке трубопровода 5. В местах прилегания упругого элемента 3 к трубопроводу 5 может использоваться герметизирующая смазка (на фиг. не показана). Наряду с герметизацией герметизирующая смазка снижает износ упругого элемента 3.
Снятие герметизирующего устройства происходит следующим образом: при вращении кривошипной рукоятки 10 по часовой стрелке вращение штока 1 в резьбовой гайке 9 приводит к поступательному движению штока 1, при этом прижимная чашка 4 отодвигается от упругого элемента 3, и осевое усилие сжатия, действующее на упругий элемент 3, снижается, и он принимает свою первоначальную форму.
Примеры практической реализации.
Пример №1. Заявленное устройство применили на действующем газопроводе диаметром 102 мм при приварке фланца 11 (фиг. 2-4). Использовали герметизирующее устройство трубопровода, диаметр упругого элемента 3 составлял 50 мм. Применение заявленного устройства производят при соответствии диаметров трубопровода 5, указанных ниже в таблице. Как подтверждено данными, приведенными в таблице, заявленное устройство выполняют, преимущественно, с диаметром упругого элемента 3, составляющим 50 мм, для перекрытия (герметизации) трубопроводов с внутренним диаметром в диапазоне 52-100 мм.
Таблица. Конструктивные параметры трубопроводов для установки герметизирующего устройства трубопровода.
№п./п.
Диаметр трубопровода, мм
Толщина стенки трубопровода, мм
Внутренний диаметр трубопровода, мм
Диаметр упругого элемента, мм
1
60±1,0
5
52+1,0
50
2
76±1,0
6
64+1,0
50
3
89±1,0
6
77+1,0
50
4
102±1,2
7
88+1,2
50
5
108±1,2
8
92+1,2
50
6
114±1,2
8
98+1,2
50
Подготовку герметизирующего устройства к работе начали с осмотра его основных узлов, то есть герметизирующего узла 2 и ручного механического привода 7. Проверили целостность упругого элемента 3 и нанесли на его цилиндрическую поверхность герметизирующую смазку. После того, как трубопровод 5 загерметизировали, выполнили сварочные работы. После остывания сварного шва 12 (фиг.2-4) герметизирующее устройство извлекли из трубопровода 5.
Пример №2. Заявленное устройство применили на действующем газопроводе диаметром 76 мм при приварке фланца 11 к газопроводу. Использовали герметизирующее устройство трубопровода, диаметр упругого элемента 3 составлял 50 мм.
Подготовку герметизирующего устройства к работе начали с осмотра его основных узлов, то есть герметизирующего узла 2 и ручного механического привода 7. Проверили целостность упругого элемента 3 и нанесли на его цилиндрическую поверхность герметизирующую смазку. После того, как трубопровод 5 загерметизировали, выполнили сварочные работы. После остывания сварного шва 12 герметизирующее устройство извлекли из трубопровода 5.
Пример №3. Заявленное устройство применили на действующем газопроводе диаметром 60 мм при приварке фланца 11. Использовали герметизирующее устройство трубопровода, диаметр упругого элемента 3 составлял 50 мм. Шток 1 герметизирующего устройства изготовили полым (не цельнометаллическим) и установили манометр (на фиг. не показан) на резьбовой конец штока 1 с рукояткой 10 для контроля давления во внутритрубном пространстве между герметизирующим устройством и отключающей запорной арматурой (на фиг. не показана).
Подготовку герметизирующего устройства к работе начали с осмотра его основных узлов, то есть герметизирующего узла 2 и ручного механического привода 7. Проверили целостность упругого элемента 3 и нанесли на его цилиндрическую поверхность герметизирующую смазку. После того, как трубопровод 5 загерметизировали, выполнили сварочные работы. С установленным манометром обеспечили непрерывный контроль давления при проведении сварочных работ, давление во внутритрубном пространстве между герметизирующим устройством и отключающей запорной арматурой по показаниям манометра не менялось при проведении сварочных работ. После остывания сварного шва 12 герметизирующее устройство извлекли из трубопровода 5.
Пример №4. Заявленное устройство применили на действующем газопроводе при приварке патрубка с запорной арматурой (на фиг. не показаны) к газопроводу диаметром 108 мм. Использовали герметизирующее устройство трубопровода, диаметр упругого элемента 3 составлял 50 мм. Шток 1 герметизирующего устройства изготовили полым (не цельнометаллическим) для присоединения конца штока 1 с рукояткой 10 через шланг (на фиг. не показан) к манометру, при этом манометр установили на опорную стойку (на фиг. не показана).
Подготовку герметизирующего устройства к работе начали с осмотра его основных узлов, то есть герметизирующего узла 2 и ручного механического привода 7. Проверили целостность упругого элемента 3 и нанесли на его цилиндрическую поверхность герметизирующую смазку. После того, как трубопровод 5 загерметизировали, начали выполнять сварочные работы. При выполнении сварочных работ был зафиксирован рост давления во внутритрубном пространстве между герметизирующим устройством и отключающей запорной арматурой, в связи с чем остановили сварочные работы для выяснения причин роста давления. Установлено, что увеличение давления во внутритрубном пространстве между герметизирующим устройством и отключающей запорной арматурой было вызвано неисправностью отключающей запорной арматуры.
Пример №5. Заявленное устройство применили на действующем газопроводе диаметром 89 мм при приварке фланца 11. Использовали герметизирующее устройство трубопровода, диаметр упругого элемента 3 составлял 50 мм. Шток 1 герметизирующего устройства изготовили полым (не цельнометаллическим) и установили тягонапоромер (на фиг. не показан) на резьбовой конец штока 1 с рукояткой 10 для контроля давления во внутритрубном пространстве между герметизирующим устройством и отключающей запорной арматурой.
Подготовку герметизирующего устройства к работе начали с осмотра его основных узлов, то есть герметизирующего узла 2 и ручного механического привода 7. Проверили целостность упругого элемента 3 и нанесли на его цилиндрическую поверхность герметизирующую смазку. После того как трубопровод 5 загерметизировали, выполнили сварочные работы. С установленным тягонапоромером обеспечили непрерывный контроль давления при проведении сварочных работ, давление во внутритрубном пространстве между герметизирующим устройством и отключающей запорной арматурой по показаниям тягонапоромера не менялось при проведении сварочных работ. После остывания сварного шва 12 герметизирующее устройство извлекли из трубопровода 5.
Пример №6. Заявленное устройство применили на действующем газопроводе диаметром 114 мм при приварке фланца 11. Использовали герметизирующее устройство трубопровода, диаметр упругого элемента 3 составлял 50 мм. Беспроводной взрывозащищенный датчик (на фиг. не показан) непрерывного измерения давления закрепили на конце штока 1 рядом с фиксирующими гайками 6 для контроля давления во внутритрубном пространстве между герметизирующим устройством и отключающей запорной арматурой.
Подготовку герметизирующего устройства к работе начали с осмотра его основных узлов, то есть герметизирующего узла 2 и ручного механического привода 7. Проверили целостность упругого элемента 3 и нанесли на его цилиндрическую поверхность герметизирующую смазку. После того, как трубопровод 5 загерметизировали, выполнили сварочные работы. Промышленный ноутбук (на фиг. не показан) с программным обеспечением был подключен к беспроводной сети, к которой также был подключен беспроводной взрывозащищенный датчик непрерывного измерения давления. Промышленный ноутбук был установлен в кузове универсального нулевого (нормального) габарита (КУНГ) автомашины (на фиг.не показана) за пределами опасной зоны огневых работ. Программное обеспечение ноутбука позволяло сохранять в базе данных измеряемые параметры давления во внутритрубном пространстве между герметизирующим устройством и отключающей запорной арматурой и автоматически выполнять сравнение значений измеряемых параметров с уставками и, если они выходят за границы уставок, при снижении или увеличении давления газа во внутритрубном пространстве между герметизирующим устройством и отключающей запорной арматурой, высвечивать на мониторе ноутбука сообщение «предупреждение» или «авария» для незамедлительной приостановки работ до устранения причин изменения параметров, влияющих на взрывопожаробезопасность. Давление во внутритрубном пространстве между герметизирующим устройством и отключающей запорной арматурой по показаниям беспроводного взрывозащищенного датчика непрерывного измерения давления не менялось при проведении сварочных работ.
После остывания сварного шва 12 герметизирующее устройство извлекли из трубопровода 5.
В примерах практической реализации (газопроводы диаметром 60 мм (пример №3), 89 мм (пример №5), 108 мм (пример №4), 114 мм (пример №6)) давление во внутритрубном пространстве между герметизирующим устройством и отключающей запорной арматурой не уменьшалось, следовательно, герметизирующее устройство при герметизации ряда диаметров трубопроводов из широкого интервала обеспечивает повышенную надежность работы.
Новизна полезной модели заключается в том, что разработанная конструкция устройства позволяет обеспечить герметичное прилегание к внутренней поверхности ряда диаметров трубопроводов из широкого интервала упругого элемента 3 за счет его упругого деформирования прижимной чашкой 4, прижимное усилие которой контролируется посредством вращения кривошипной рукоятки 10 резьбовой части штока 1 в резьбовой части гайки 9, что позволяет обеспечить герметизацию ряда диаметров трубопроводов из широкого интервала, достаточную для проведения ремонтно-восстановительных работ с возможностью его многократного использования.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели - использование одного и того же устройства для герметизации ряда диаметров трубопроводов из широкого интервала без переналадки оборудования, дополнительных элементов и трудозатрат.