ЭЛАСТИЧНАЯ ОБОЛОЧКА ДЛЯ ГЕРМЕТИЧНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ ТРУБОПРОВОДА
RESILIENT SHELL FOR PIPELINE SHUTDOWN

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для перекрытия нефтепроводов и нефтепродуктопроводов.
В настоящее время применяются герметизаторы и пневмозаглушки, представляющие собой замкнутую цилиндрическую резинокордную оболочку с вентилем для подключения к источнику сжатого воздуха.
Известна эластичная оболочка для герметичного перекрытия трубопровода, содержащая цилиндрическую и две торцевые части, штуцер оболочки и пневмопровод для накачивания сжатым воздухом, соединенный со штуцером (см. патент РФ №102742, опубл. 10.03.2011).
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является эластичная оболочка для герметичного перекрытия трубопровода, содержащая цилиндрическую и две торцевые части, штуцер для подачи сжатого воздуха, при этом на наружной поверхности цилиндрической части выполнена группа уплотняющих кольцевых выступов (см. патент РФ №90526, опубл. 10.01.2010).
Недостатком известного технического решения является неполная герметизация относительно крупных неровностей на внутренней поверхности трубопровода - сварных швов, раковин и наростов, размеры которых соизмеримы с высотой уплотнительных выступов. Особенно это проявляется, когда неровность пересекает несколько уплотнительных выступов подряд.
Из-за того, что кольцевые канавки выполнены между выступами неидеально (в пределах допуска) по диаметру, дефектов материала пресс-формы, усадки резины после вулканизации, а также условий эксплуатации самого герметизатора, перепад высот уплотнительных выступов вдоль оси трубы может достигать 1,5 мм, что при деформации уплотнительных выступов, равной 2-3 мм, и высоте сварного шва до 4 мм создает возможность местного отсутствия герметизации и, соответственно, прорыва горючих газов или жидкости в зону проведения ремонта трубопровода, приводящего к возникновению аварийной ситуации.
Кроме того, при негерметичном перекрытии внутренней полости трубы происходит проникновение перекрываемой среды в пространство между уплотнительными выступами и внутренней поверхностью трубы, что приводит к уменьшению степени деформации выступов за счет отжатия стенки оболочки от внутренней стенки трубы, уменьшению силы трения между оболочкой и трубой и, соответственно, к уменьшению величины давления перекрываемой среды, которое может удержать оболочка.
Уменьшение силы трения приводит к сдвигу оболочки в зону проведения ремонтных работ. Уменьшение степени деформации приводит к разгерметизации заглушающего устройства и прорыву заглушаемой среды и ее паров в зону проведения ремонтных работ. Оба фактора чреваты аварийной ситуацией.
Задачей изобретения является не допустить проникновение транспортируемой жидкости и ее паров в зону проведения ремонтных, сварочных и других огневых и строительных работ.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение качества герметизации относительно крупных неровностей на внутренней поверхности трубопровода.
Технический результат изобретения достигается за счет того, что эластичная оболочка для герметичного перекрытия трубопровода, содержащая цилиндрическую и две торцевые части и штуцер для подачи сжатого воздуха, при этом на наружной поверхности цилиндрической части выполнена группа уплотняющих кольцевых выступов, согласно изменению на наружной поверхности содержит отдельный кольцевой выступ, расположенный ближе, чем группа выступов, к торцевой части, подвергающийся в рабочем состоянии воздействию давления, отстоящий от крайнего выступа группы на расстояние большее, чем расстояния между выступами группы, и имеющий высоту, превышающую высоту выступов группы.
Предпочтительно, каждый кольцевой выступ группы имеет сечение в форме равнобедренного треугольника, а отдельный кольцевой выступ имеет сечение в форме треугольника или трапеции, стороны которого, обращенные к торцевой части оболочки и к группе кольцевых выступов, расположены под углами к радиусу цилиндрической части оболочки α и β соответственно, при этом α<β.
Предпочтительно угол γ выбирать от 50° до 90°, угол α - от 5° до 15°, угол β - от 30° до 50°.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 показана известная эластичная оболочка, вид спереди;
на фиг.2 показана предлагаемая эластичная оболочка, вид спереди;
на фиг.3 показан фрагмент предлагаемой эластичной оболочки (вид А на фиг.2);
на фиг.4 показана предлагаемая эластичная оболочка, установленная в трубопроводе, вид спереди;
на фиг.5 показан фрагмент предлагаемой эластичной оболочки с уплотнительными выступами после ее деформации в трубопроводе (вид Б на фиг.5);
на фиг.6 показан фрагмент поперечного сечения оболочки в месте герметизации сварного шва отстоящим кольцевым выступом.
Предлагаемая эластичная оболочка для герметичного перекрытия трубопровода содержит цилиндрическую часть 1 и две торцевые части 2, 3, на одной из которых закреплен хвостовик 4 сцепного устройства. Штуцер для подачи сжатого воздуха на чертежах не показан.
На наружной поверхности цилиндрической части 1 оболочки выполнено уплотнение в виде группы уплотняющих кольцевых выступов 5 треугольного сечения. Также на наружной поверхности цилиндрической части 1 оболочки выполнен отдельный кольцевой выступ 6, расположенный ближе, чем группа выступов 5, к торцевой части 2, подвергающийся в рабочем состоянии воздействию давления, отстоящий от крайнего выступа 5 группы на расстояние большее, чем расстояние между выступами 5 группы, и имеющий высоту, превышающую высоту выступов 5 группы (см. фиг.3).
Оболочку устанавливают таким образом, что торцевая часть 2, ближе к которой находится отдельный выступ 6, подвергается давлению транспортируемой среды.
На чертежах обозначены:
на фиг.1, 2:
исх.
L - длина оболочки в исходном состоянии;
конт.
L - длина пятна контакта оболочки с внутренней поверхностью трубы;
упл.
L - длина зоны кольцевых уплотнительных выступов 5;
исх.
D - исходный диаметр эластичной оболочки;
на фиг.3:
а - расстояние между выступами в группе уплотнительных выступов 5;
б - расстояние между отдельно стоящим уплотнительным выступом 6 и первым уплотнительным выступом 5 в группе;
1
l - длина зоны давления сжатого воздуха в оболочке на один уплотняющий выступ 5 в группе;
2
l - длина зоны давления сжатого воздуха в оболочке на отдельно стоящий уплотнительный выступ 6;
1
H - исходная высота уплотнительного выступа 5 в группе выступов;
2
Н - исходная высота отдельного уплотнительного выступа 6;
на фиг.4:
конт.
L - длина пятна контакта оболочки с внутренней поверхностью трубы;
среды
Р - давление среды на эластичную оболочку;
раб.
Р - рабочее давление в эластичной оболочке;
раб.
D - рабочий диаметр эластичной оболочки;
трубы
d - внутренний диаметр трубопровода 7;
на фиг.5:
1
l - длина зоны давления сжатого воздуха в оболочке на один уплотняющий выступ 5 в группе;
2
l - длина зоны давления сжатого воздуха в оболочке на отдельно стоящий уплотнительный выступ 6;
1
h - высота уплотнительного выступа 5 в группе после деформации;
2
h - высота отдельного уплотнительного выступа 6 после деформации (заглушка в рабочем состоянии);
1
Δh - величина деформации уплотнительного выступа в группе выступов;
2
Δh - величина деформации отдельного уплотнительного выступа;
на фиг.6:
св.шва
h - высота сварного шва;
упл.макс.
h - максимальная высота отдельного уплотнительного выступа 6 после деформации в зоне сварного шва.
Эластичная оболочка работает следующим образом.
Эластичную оболочку для герметичного перекрытия трубопровода 7 перемещают вдоль трубопровода 7 с помощью сцепного устройства 4 до места ремонта. Угловой штуцер (не показан) закрепляют в отверстии, выполненном в верхней части стенки трубопровода 7, и закачивают в оболочку через пневмопровод сжатый воздух. Оболочка раздувается, прилегает своей цилиндрической частью 1 к стенке трубопровода 7 и герметично перекрывает внутреннюю полость трубопровода 7.
Герметизацию относительно крупных неровностей на внутренней поверхности трубопровода 7 - сварных швов, раковин и наростов - обеспечивает отдельный кольцевой выступ 6, первый со стороны транспортируемой среды, отстоящий от крайнего выступа группы 5 на расстояние, большее, чем расстояние между выступами группы 5, и имеющий высоту, превышающую высоту выступов группы 5.
2
1
2
раб
2
2
Поскольку отдельный кольцевой выступ 6 отстоит от крайнего выступа 5 на расстояние 6 большее, чем расстояние а между выступами 5, длина l зоны давления сжатого воздуха в оболочке на отдельно стоящий уплотнительный выступ 6 превышает длину l зоны давления сжатого воздуха в оболочке на один уплотняющий выступ 5 в группе. Это позволяет значительно увеличить площадь стенки оболочки по длине l, передающей давление Р сжатого воздуха в оболочке, и, соответственно, силу давления на этот отдельный выступ 6, что приводит к увеличению степени деформации Δh уплотнительного выступа 6 при достаточной жесткости стенки оболочки, по толщине соизмеримой с высотой H отдельно стоящего кольцевого выступа 6, и обеспечивает надежное перекрытие и герметизацию зоны углубления, находящейся между поверхностью сварного шва и внутренней цилиндрической поверхностью трубы (см. фиг.6).
Это относится также и к дефектам трубы в виде наростов или раковин.
Предпочтительно, каждый кольцевой выступ 5 группы имеет сечение в форме равнобедренного треугольника, а отдельный кольцевой выступ 6 имеет сечение в форме треугольника или трапеции, стороны которого, обращенные к торцевой части оболочки и к группе кольцевых выступов 5, расположены под углами к радиусу цилиндрической части 1 оболочки α и β соответственно, при этом α<β.
Угол γ при вершине равнобедренного треугольника, форму которого предпочтительно имеет сечение каждого кольцевого выступа 5, предпочтительно выбирать от 50° до 90°, угол α - от 5° до 15°, угол β - от 30° до 50°.
среды
Предпочтительно, отдельный кольцевой выступ 6 имеет сечение в форме треугольника или трапеции. Такая геометрия выступа 6 позволяет дополнительно противостоять давлению Р транспортируемой жидкости на эластичную оболочку, проникновению транспортируемой жидкости и ее паров в зону проведения ремонтных, сварочных и других огневых строительных работ, что повышает качество герметизации относительно крупных неровностей на внутренней поверхности трубопровода 7.