УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКРЫТИЯ ТРУБОПРОВОДА
DEVICE FOR SHUTTING OFF PIPELINE

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для перекрытия трубопровода в технологических целях (монтаж, ремонт, испытания и т. п.).
Известно устройство для перекрытия трубопровода (Гуревич Д.Ф, Шпаков О.Н., Заринский О.Н. Защитно-предохранительные устройства нефтегазового оборудования / Справочное пособие. – Л.: Недра, Ленингр. отд-ние, 1991. – 576 с. ил., с. 47, 48.) представляет собой доработанное фланцевое соединение, содержащее два фланца с бобышками и глухой вкладыш, который зажимается между фланцами стяжными болтами. В бобышках одного фланца выполнены резьбовые отверстия под установку отжимных болтов с возможностью упора в глухие бобышки второго фланца и разведения фланцев при отпущенных стяжных болтах.
В технологических целях возникает необходимость перекрытия действующих трубопроводов по фланцевым соединениям, не имеющим доработки. Доработка фланцевого соединения в полевых условиях требует дополнительных эксплуатационных затрат, а иногда и трудновыполнима, что является недостатком известной конструкции.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является устройство для перекрытия трубопровода (УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКРЫТИЯ ТРУБОПРОВОДА. RU 2307282 МПК F16L 55/00.  Приоритет: 27.01.2006 г.), содержащее охватывающие трубопровод сборные захваты и установленные между захватами поворотные вкладыши для перекрытия и пропускания потока транспортируемой среды. Захваты выполнены П-образного сечения под посадку и крепление на наружных поверхностях сопрягаемых фланцев трубопровода и связаны монтажными шпильками, каждая из которых размещена параллельно трубопроводу и установлена в захватах на резьбовых соединениях противоположного направления. Поворотные вкладыши посажены на одну из монтажных шпилек и выполнены в виде глухого и кольцевого дисков.  В рабочем состоянии фланцы и один из вкладышей сжаты через уплотнительные кольца стяжными шпильками и гайками. Устройство собирается на фланцах трубопровода без их доработки.
Известное устройство перекрытия имеет следующие недостатки.
Сборка захватов на фланцах достигается совместной затяжкой по меньшей мере двух резьбовых соединений, что затрудняет центрирование захватов и выравнивание нагрузки на их посадочной поверхности.
Монтажные шпильки обеспечивают разведение и сведение фланцев при смене вкладышей за счет деформаций прилегающих участков трубопровода и самих фланцев. При этом в резьбовых соединениях возникают перекосы и значительные нагрузки, которые затрудняют работу персонала и создают опасность повреждения трубопровода.
Уплотнительные кольца, установленные на фланцах, труднодоступны для ревизии и замены.
При разведении фланцев вкладыши залипают на уплотнительных кольцах фланцев и при последующем выводе вкладыша и уплотнительных колец из фланцевого соединения последние подвергаются разрушению.
Для замены вкладышей в условиях эксплуатации требуется полная переборка устройства перекрытия, что существенно увеличивает трудоемкость и сроки ремонтных работ.
Устройство не имеет грузоподъемного механизма для смены вкладышей во фланцевом соединении, что затрудняет обслуживание трубопроводов большого диаметра (>400 мм).
Устройство перекрытия не оснащено средствами контроля наличия среды и снижения давления в трубопроводе, что может стать причиной аварийной ситуации при смене вкладышей между фланцами.
Вкладыш, находящийся вне фланцевого соединения, не защищен от атмосферного воздействия и подвергается коррозии, что снижает надежность устройства перекрытия.
Задача, решаемая изобретением, - улучшить эксплуатационные свойства устройства перекрытия трубопровода:
- обеспечить самоцентрирование захватов и выравнивание нагрузки на их посадочной поверхности;
- исключить перекосы и значительные нагрузки в резьбовых соединениях;
- обеспечить доступность уплотнительных колец для ревизии и замены;
- исключить повреждение уплотнительных колец при выводе вкладышей из фланцевого соединения;
- обеспечить установку и удаление вкладышей без переборки устройства;
- обеспечить устройство грузоподъемным механизмом смены вкладышей;
- обеспечить контроль наличия транспортируемой среды в трубопроводе и снижение ее давления перед сменой вкладышей;
- обеспечить защиту вкладыша, находящегося вне фланцевого соединения, от атмосферного воздействия.
Технический результат от использования изобретения заключается в снижении трудоемкости обслуживания трубопровода, повышении надежности и безопасности устройства перекрытия.
Предлагаемое устройство перекрытия трубопровода содержит охватывающие трубопровод захваты и установленные между захватами поворотные вкладыши для перекрытия и пропускания потока транспортируемой среды. Захваты выполнены с П-образным сечением под посадку и крепление на наружных поверхностях фланцев трубопровода и связаны монтажными шпильками, каждая из которых размещена параллельно трубопроводу. Поворотные вкладыши установлены на одной из монтажных шпилек и выполнены в виде глухого и кольцевого дисков. В рабочем состоянии фланцы и один из вкладышей сжаты через уплотнительные кольца стяжными шпильками и гайками.
Для достижения указанного технического результата предлагаются следующее техническое решение.
Захваты выполнены в виде раздвижного хомута, собранного из двух полуколец. Противоположные концы полуколец соединены осью и болтом с возможностью разведения полуколец, их посадки на фланец и равномерного натяга в посадке.
Раздвижной хомут обеспечивает самоцентрирование захватов и выравнивание нагрузки на их посадочной поверхности.
Одна монтажная шпилька закреплена в одном из захватов по цилиндрической поверхности с возможностью вращения относительно своей оси, вторая монтажная шпилька закреплена в одном из фланцев с возможностью вращения в плоскости радиального сечения трубопровода, противоположные стороны этих шпилек и третья монтажная шпилька введены в резьбовые соединения с гайками, которые закреплены в захватах посредством сферических подшипников.
Применение сферических подшипников и заданная подвижность монтажных шпилек исключают перекосы и значительные нагрузки в резьбовых соединениях.
Устройство снабжено поворотным кронштейном, который посажен на одну из монтажных шпилек между фланцами, а вкладыши закреплены на кронштейне так, что при использовании в соединении одного из вкладышей, второй удерживается кронштейном вне фланцевого соединения. Уплотнительные кольца закреплены на вкладышах.
Уплотнительные кольца доступны для ревизии и замены на вкладыше, удерживаемом вне фланцевого соединения.
Поворотный кронштейн установлен на монтажной шпильке посредством втулочной гайки, а резьбовое соединение втулочная гайка – монтажная шпилька выполнено с шагом меньшим, чем шаг других резьбовых соединений.
Резьбовое соединение втулочная гайка – монтажная шпилька обеспечивает равномерный отвод вкладышей с уплотнительными кольцами от фланцев и последующий вывод их из фланцевого соединения без повреждений.
Поворотный кронштейн выполнен с разъемом по оси посадочного отверстия и состоит из двух частей, которые стянуты между собой болтами или шпильками.
Разъемная конструкция кронштейна обеспечивает установку и удаление кронштейна и вкладышей без переборки устройства перекрытия трубопровода.
Дальнейшее улучшение эксплуатационных свойств может быть достигнуто следующими исполнениями устройства перекрытия, которые применяются для последовательной доработки ранее изготовленных изделий.
Второе исполнение. Устройство перекрытия в первом исполнении, отличающееся тем, что уплотнительные кольца выполнены в виде тонкого, плоского кольца-основания с канавками на плоских поверхностях. В канавках закреплен уплотнительный графитовый материал, выступающий над плоской поверхностью кольца. Кольцо крепится к вкладышу винтами. Ревизия и замена кольца производятся вне фланцевого соединения и не вызывают повреждений.
Третье исполнение. Устройство перекрытия в первом исполнении, отличающееся тем, что оснащено грузоподъемным механизмом смены вкладышей, который содержит стойку, закрепленный на стойке блок и проходящую через блок цепь с такелажной скобой. Стойка закреплена на одном из захватов так, что блок расположен над вкладышем, находящимся вне фланцевого соединения, с возможностью закрепления такелажной скобы в рым-болте, установленном на вкладыше. Грузоподъемный механизм позволяет снизить физические нагрузки обслуживающего персонала при смене вкладышей во фланцевом соединении.
Четвертое исполнение. Устройство перекрытия в первом исполнении, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один из вкладышей оснащен клапаном для контроля наличия среды и снижения давления в трубопроводе. Применение клапана повышает безопасность обслуживания устройства перекрытия.
Пятое исполнение. Устройство перекрытия в первом исполнении, отличающееся тем, что вкладыш, находящийся вне фланцевого соединения, оснащен кожухом или чехлом для защиты от атмосферного воздействия.
Предпочтительный вариант устройства перекрытия трубопровода, включает признаки всех исполнений. Общий вид устройства показан на фиг. 1, на фиг. 2 - разрез  А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез  Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - выносной элемент В на фиг. 2.
Устройство перекрытия трубопровода собрано на фланцах 1, 2 трубопровода и содержит охватывающие трубопровод захваты 3, 4, установленные между захватами поворотные вкладыши 5, 6 для перекрытия и пропускания потока транспортируемой среды. Захваты выполнены П-образного сечения под посадку и крепление на наружных поверхностях фланцев трубопровода. П-образное сечение захватов образовано сборкой трех деталей для облегчения механической обработки и снижения затрат на производство. Захваты связаны монтажными шпильками 7, 8, 9, каждая из которых размещена параллельно трубопроводу. Вкладыши, выполненные в виде глухого и кольцевого дисков, закреплены на поворотном кронштейне 10, который посажен на монтажную шпильку 7. В рабочем состоянии фланцы и один из вкладышей сжаты через уплотнительные кольца 11 стяжными шпильками 12 и гайками 13.
Захваты 3, 4 выполнены в виде раздвижного хомута, собранного из двух полуколец 14, 15. Противоположные концы полуколец соединены осью 16 и болтом 17 с возможностью разведения полуколец, их посадки на фланец и натяга в посадке.
Поворотный кронштейн 10 выполнен с разъемом по оси посадочного отверстия и состоит из двух частей, которые стянуты между собой шпильками 18 и гайками 19. Разъемная конструкция обеспечивает установку и удаление кронштейна без переборки устройства перекрытия трубопровода.
Поворотный кронштейн 10 посажен на одну из монтажных шпилек между фланцами, а вкладыши закреплены на кронштейне так, что при использовании в соединении одного из вкладышей, второй удерживается кронштейном вне фланцевого соединения.
Монтажная шпилька 7 закреплена в захвате 1 по цилиндрической поверхности с возможностью вращения относительно своей оси, монтажная шпилька 8 закреплена в захвате 1 с возможностью вращения в плоскости радиального сечения трубопровода, противоположные стороны шпилек 7, 8 и монтажная шпилька 9 введены в резьбовые соединения с гайками 20, которые закреплены в захватах посредством сферических подшипников 21.
Поворотный кронштейн установлен на монтажной шпильке посредством втулочной гайки 22, а резьбовое соединение втулочная гайка – монтажная шпилька выполнено с шагом меньшим, чем шаг в других резьбовых соединениях монтажных шпилек.
Уплотнительные кольца выполнены в виде тонкого, плоского кольца-основания 23 с канавками на плоских поверхностях. В канавках закреплен уплотнительный графитовый материал 24, выступающий над плоской поверхностью кольца. Кольцо крепится к вкладышу винтами 25.
Устройство перекрытия оснащено грузоподъемным механизмом смены вкладышей, который содержит стойку 26, закрепленный на стойке блок 27 и проходящую через блок цепь 28 с такелажной скобой 29. Стойка закреплена на одном из захватов так, что блок расположен над вкладышем, находящимся вне фланцевого соединения, с возможностью закрепления такелажной скобы в рым-болте 30, установленном на вкладыше.
Вкладыш 5 оснащен клапаном 31 для контроля наличия среды и снижения давления в трубопроводе.
Вкладыш 5, находящийся вне фланцевого соединения, оснащен кожухом 32 для защиты от атмосферного воздействия.
Устройство работает следующим образом.
При необходимости перекрыть трубопровод с вкладыша 5 снимают защитный кожух 32 и в рым-болте 29 вкладыша крепят такелажную скобу 29. Цепь 28 фиксируют, чтобы предотвратить падение вкладыша. Демонтируют гайки 13 и шпильки 12. Вращением монтажных шпилек 7, 8, и гайки 20 на шпильке 9 разводят фланцы 1, 2, уплотнительные кольца 11 и вкладыш 6. При этом сферические подшипники 21 компенсируют перекос резьбовых соединений монтажных шпилек и их гаек 20, а между вкладышем 6 и уплотнительными кольцами 11 образуются одинаковые зазоры. Зазоры образуются за счет меньшего шага резьбы в соединении шпильки 7 и втулочной гайки 22 относительно шага резьбы в соединении монтажных шпилек 7, 8, 9 с гайками 20.
Далее снимают фиксацию цепи и, удерживая вкладыш 5 цепью, приводят поворотный кронштейн 10 в положение равновесия. Затем такелажную скобу крепят в рым-болте вкладыша 6, натяжением цепи приводят вкладыш 5 в место его сопряжения с уплотнительными кольцами и фиксируют цепь повторно. Вращением монтажных шпилек сводят фланцы 1, 2 уплотнительные кольца 11 и вкладыш 5. Фланцы, уплотнительные кольца и вкладыш стягивают шпильками 12 и гайками 13.
После завершения работ на перекрытом трубопроводе посредством клапана 31 проверяется наличие среды и давления в трубопроводе. Клапан 31 открывают и снижают давление в трубопроводе до атмосферного. Затем клапан закрывают.  Замену вкладыша 5 на вкладыш 6 для пропускания потока транспортируемой среды и производят теми же действиями, что и при перекрытии трубопровода. После завершении работ на устройстве перекрытия трубопровода устанавливают защитный кожух 32 на вкладыш 5.
Производство устройства перекрытия трубопровода реализовано в условиях металлообрабатывающего завода. Промышленная применимость предлагаемого изобретения подтверждена эксплуатацией установочной серии.
Предлагаемое изобретение позволяет снизить эксплуатационные затраты на технологическое перекрытие трубопроводов.