СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ, ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ, С ОДНОЙ ТРУБОЙ
CONNECTING DEVICE FOR CONNECTION WITH AT LEAST ONE TUBE

Изобретение относится к соединительному устройству для соединения, по меньшей мере, с одной трубой, в частности с трубой, расположенной в неблагоприятной окружающей среде; устройство содержит, по меньшей мере, одну телескопическую соединительную систему, смонтированную на опорном кожухе, и может приводиться в действие вдоль оси линейного перемещения исполнительным механизмом для выдвижения и соединения с указанной трубой.
Соединительное устройство этого типа известно из патента FR 1536180, в котором описана система из двух противолежащих телескопических трубных элементов, приводимых в действие гидравлическим или пневматическим исполнительным механизмом. Исполнительный механизм содержит поршни, установленные в отверстиях опорного кожуха и предназначенные для перемещения трубчатых элементов к наружной стороне кожуха. Трубчатые элементы соединены друг с другом таким образом, что они обеспечивают уплотнение, когда приводится в действие сильфон. Система может обеспечивать сообщение между удаленными друг от друга трубами, которые устанавливаются и контролируются с помощью робота, который может нагнетать текучую среду под давлением к исполнительному механизму. Таким образом, соединение двух труб может выполняться без вмешательства оператора, что является преимущественным в неблагоприятной окружающей среде, например в радиоактивной окружающей среде в оболочке ядерного реактора.
Тем не менее, это известное соединительное устройство имеет некоторые недостатки. В частности, исполнительный механизм является сложным, поскольку в нем необходимо использовать четыре пары противоположно движущихся поршней, распределенных по окружности между двумя зажимами, соединенными пружинами растяжения таким образом, что векторная сумма сил, действующих на телескопический элемент, направлена вдоль оси поступательного перемещения элемента. Кроме того, поддержание соединительного положения зависит от давления в гидравлическом или пневматическом контуре исполнительного механизма, что представляет проблемы в отношении надежности, уже не говоря о том, что возможная утечка нагнетаемой среды представляет риск загрязнения окружающей среды рядом с устройством. Кроме того, устройство такой конструкции требует, чтобы трубы имели отверстия с раструбом для получения герметичного соединения, и не пригодно для соединения более чем двух удаленных друг от друга труб.
Задача изобретения состоит в устранении указанных недостатков за счет создания соединительного устройства, имеющего более простой и более надежный исполнительный механизм, который может исключить риск загрязнения окружающей среды.
Поставленная задача решена в соединительном устройстве, определенном выше, в котором согласно изобретению указанная телескопическая соединительная система соединяется с первым участком указанного исполнительного механизма внутри указанного опорного кожуха и указанный исполнительный механизм содержит регулирующую штангу, которая проходит сквозь, по меньшей мере, одну стенку опорного кожуха и соединяет указанный первый участок исполнительного механизма с системой управления снаружи указанного опорного кожуха.
С помощью этих конфигураций в опорном кожухе получают соединение между телескопической системой и исполнительным механизмом. По этой причине участок исполнительного механизма может быть расположен в направлении осевого удлинения телескопической системы, тем самым обеспечивая получение относительно компактного исполнительного механизма, который может выдвигать или убирать телескопический элемент посредством прикладывания к нему усилий, которые, по существу, направлены вдоль оси поступательного движения элемента. Кроме того, за счет использования регулирующей штанги больше не требуется гидравлический или пневматический исполнительный механизм, что, в частности, исключает риски, связанные с утечкой среды для регулирования, и повышает надежность поддержания соединительного положения.
В предпочтительных вариантах осуществления соединительного устройства по изобретению могут использоваться любые конфигурации из следующих конфигураций:
по меньшей мере, одна указанная телескопическая соединительная система содержит внутренний канал, пригодный для прохождения среды между трубой, с которой она соединяется, и внутренним пространством указанного опорного кожуха, что обеспечивает функциональное сообщение между указанной трубой и внутренней стороной кожуха, и в случае, когда необходимо соединить несколько труб, обеспечивается, что трубы могут сообщаться друг с другом с помощью соединительного устройства;
по меньшей мере, одна указанная телескопическая соединительная система пригодна, по существу, для блокирования трубы, с которой она соединяется, что позволяет получить соединительное устройство, которое может полностью или частично блокировать, по меньшей мере, одну трубу, с которой соединяется устройство;
указанный исполнительный механизм содержит один указанный первый участок, пригодный для совместного приведения в действие нескольких указанных телескопических соединительных систем, что упрощает конструкцию исполнительного механизма и уменьшает его размеры;
указанная регулирующая штанга герметично проходит сквозь, по меньшей мере, одну стенку, ограничивающую указанное внутреннее пространство опорного кожуха, что предотвращает вытекание среды, циркулирующей внутри опорного кожуха, из трубы в окружающую атмосферу;
указанная регулирующая штанга продолжается вдоль оси штанги, по существу, перпендикулярно оси поступательного перемещения каждой телескопической соединительной системы и свободно вращается вокруг оси штанги, что является преимуществом с учетом объема механизма и возможности герметичного прохождения сквозь стенку кожуха;
указанный первый участок исполнительного механизма содержит втулку, которая вращается совместно с указанной регулирующей штангой, при этом указанная втулка механически соединена с поступательно перемещающимися элементами указанной телескопической соединительной системы шарнирными соединительными штангами, что является преимуществом с учетом простой конструкции и объема механизма;
по меньшей мере, одна указанная телескопическая соединительная система содержит трубчатый элемент, который перемещается поступательно и оборудован надувным уплотнением, которое обеспечивает герметичное соединение между телескопическим трубчатым элементом и соответствующей трубой вне зависимости от конфигурации входного конца трубы; например, необязательно, чтобы труба имела конец с раструбом, как в случае с известным устройством, упомянутым во введении;
указанный трубчатый элемент имеет наружный диаметр меньше внутреннего диаметра трубы, с которой он может быть соединен, и указанное надувное уплотнение устанавливается на наружной поверхности указанного трубчатого элемента, что является пригодным для множества конфигураций входного конца трубы;
в указанное надувное уплотнение подается среда из трубопровода, содержащего гибкий участок, расположенный в указанном опорном кожухе или рядом с ним, при этом указанный трубопровод также содержит наружный участок, расположенный снаружи указанного опорного кожуха и, по существу, продолжающийся параллельно указанной регулирующей штанге, что позволяет накачивать уплотнение газом или средой, поступающими от насоса, который может быть установлен на расстоянии от опорного кожуха;
соединительное устройство также содержит систему позиционирования и направления, содержащую раму, пригодную для поддерживания указанного опорного кожуха;
указанная система управления содержит узел с электродвигателем, который поддерживается указанной рамой и пригоден для приведения во вращение указанной регулирующей штанги;
указанная система позиционирования и направления содержит телескопические стойки, поддерживающие указанную раму и оборудованные исполнительными механизмами с дистанционным управлением, которые могут перемещать указанную раму, по существу, в вертикальном направлении.
Другие отличительные характеристики и преимущества станут понятными из последующего описания неограниченных примеров вариантов осуществления со ссылкой на чертежи, на которых:
На фиг.1 схематично показано соединительное устройство по первому варианту осуществления изобретения, при этом устройство подготовлено для выдвижения с целью соединения двух труб, частичный вид сверху в горизонтальном разрезе;
на фиг.2 схематично показано устройство, изображенное на Фиг.1 в выдвинутом положении, в котором устройство герметично соединено с двумя трубами;
на фиг.3 схематично показан первый вариант осуществления соединительного устройства, установленного на баке ядерного реактора, вид сбоку в разрезе, при этом устройство подготовлено для соединения с трубами в первичном контуре охлаждения реактора;
на фиг.4 схематично показано соединительное устройство согласно второму варианту осуществления изобретения, где устройство может быть соединено с четырьмя трубами частичный вид сверху в горизонтальном разрезе.
Соединительное устройство 1, схематично показанное на Фиг.1, установлено между двумя расположенными на расстоянии друг от друга трубами 100, которые требуется соединить друг с другом или, по существу, заблокировать. Оно содержит две телескопические соединительные системы 10, которые продолжаются вдоль одной и той же продольной оси A1 в противоположных направлениях и смонтированы в одном и том же опорном кожухе 2. Каждая телескопическая соединительная система 10 содержит неподвижный трубчатый опорный элемент 12, объединенный с кожухом 2, и подвижный трубчатый элемент 11, который может поступательно скользить внутри трубчатого направляющего элемента 12 вдоль оси A1. Герметичный контакт между трубчатыми элементами 11 и 12 телескопической системы 10 обеспечивается с помощью уплотнений 12G, установленных на внутренней поверхности трубчатого направляющего элемента 12.
Подвижный трубчатый элемент 11 каждой телескопической системы 10 может перемещаться скольжением вдоль оси A1 исполнительным механизмом 3, который содержит первый участок 30, расположенный внутри опорного кожуха 2. Этот первый участок 30 содержит совместно используемую втулку 32 и два шарнирных соединительных плеча 33, которые механически соединяют втулку 32 с каждым подвижным трубчатым элементом 11. Исполнительный механизм 3 содержит второй участок, который содержит систему 35 управления, расположенную с наружной стороны кожуха 2 и управляющую штангу 31, проходящую сквозь стенку кожуха 2 для соединения первого участка 30 с системой 35 управления (Фиг.3).
Управляющая штанга 31 продолжается вдоль оси Z штанги, по существу, перпендикулярно оси A1 поступательного перемещения каждой телескопической соединительной системы 10 и может свободно вращаться вокруг оси штанги (Фиг.3). Система 35 управления пригодна для приведения во вращательное движение регулирующей штанги 31 с целью вращения втулки 32 и перемещения шарнирных соединительных плеч 33 и, следовательно, подвижных трубчатых элементов 11. В первом показанном варианте осуществления регулирующая штанга 31 крепится в центре втулки 32, при этом последняя жестко соединена во вращении со штангой, но также возможно непрямое соединение штанги и втулки, например, с помощью шестерней.
Каждый подвижный трубчатый элемент 11 преимущественно имеет передний участок 11A, наружная поверхность которого, в общем, имеет форму усеченного конуса, и основной участок 11B, в общем, с цилиндрической поверхностью. Наибольший диаметр переднего участка 11A до некоторой степени превышает наружный диаметр основного участка 11B и до некоторой степени меньше внутреннего диаметра D трубы 100, с которой может быть соединен трубчатый элемент 11. Таким образом, передний участок каждого трубчатого элемента 11 может быть введен в соответствующую трубу 100. Для получения герметичного соединения каждый трубчатый элемент 11 снабжен, по меньшей мере, одним надувным уплотнением 15, плотно установленным по окружности на наружной поверхности основного участка 11B рядом с передним участком 11A.
Преимущественно, в ненакачанном состоянии, как показано на Фиг.1, наружный диаметр надувного уплотнения 15 не превышает наибольший диаметр переднего участка 11A и, таким образом, уплотнение не трется или фактически не трется о внутреннюю стенку трубы 100, когда трубчатый элемент 11 вставляется в трубу. В каждое надувное уплотнение 15 подается текучая среда с помощью трубопровода 16. Среда может быть жидкостью или газом, и газ может быть более предпочтительным, чем жидкость, в частности, во избежание загрязнения окружающей среды жидкостью в случае утечки в уплотнении.
В первом показанном варианте осуществления каждая телескопическая соединительная система 10 содержит внутренний канал 11H, образованный в трубчатом элементе 11 и пригодный для прохождения среды между трубой 100, с которой соединяется телескопическая система, и внутренним пространством опорного кожуха 2. Это позволяет трубам 100, с которыми соединяется соединительное устройство 1, сообщаться друг с другом. Однако по другому варианту осуществления, который не показан, по меньшей мере, одна из телескопических соединительных систем 10 может считаться пригодной для фактического закупоривания трубы 100, с которой соединяется телескопическая система. Например, передний участок 11A трубчатого элемента 11 может иметь глухую переднюю стенку. По существу, под закупориванием трубы понимается закупоривание, которое может быть полным или частичным. В случае частичного закупоривания может быть предусмотрен небольшой проход для выпуска воздуха, что позволяет жидкости выходить из трубы 100, например, рядом с зоной надувного уплотнения 15, содержащей выпускное отверстие.
Как схематично показано на Фиг.2, втулка 32 была повернута на 90° или даже немного больше чем на 90°, посредством поворачивания регулирующей штанги 31, которая позволяет каждому из подвижных трубчатых элементов 11 выдвигаться для введения в отверстие соответствующей трубы 100. По завершении введения каждое надувное уплотнение 15 накачивается посредством подачи сжатого воздуха по соответствующему трубопроводу 16 от насосной установки 36, расположенной снаружи кожуха 2 опоры, как показано стрелками циркуляции воздуха на Фиг.2.
Каждый трубопровод 16 содержит гибкий участок 161, который может следовать за выдвижением трубчатого элемента 11. Продолжением этого гибкого участка 161 является прямой участок 160, прикрепленный к трубчатому элементу 11 и герметично соединенный с надувным уплотнением 15. Каждый участок гибкого трубопровода 161 может быть расположен в опорном кожухе 2 или даже снаружи и рядом с опорным кожухом. Два трубопровода 16 сообщаются друг с другом через соединительный трубопровод 162 и содержат общий наружный участок 163, расположенный снаружи кожуха 2 и продолжающийся, по существу, параллельно регулирующей штанге 31 до насосной установки 36. Таким образом, надувные уплотнения 36 накачиваются почти одновременно.
Каждое надувное уплотнение 15 предназначено для герметичного контакта с внутренней стенкой трубы 100 и обеспечивает герметичное соединение между соединительным устройством 1 и трубами 100. В первом показанном варианте осуществления трубы 100 функционально связаны друг с другом с помощью соединительного устройства 1. Устройство 1 может быть полностью герметичным во избежание утечки в окружающую среду жидкости или газа, транспортируемого по трубам 100, и в этом случае регулирующая штанга 31 должна герметично проходить сквозь, по меньшей мере, одну стенку, ограничивающую внутреннее пространство опорного кожуха 2.
Как схематично показано на Фиг.3, соединительное устройство 1 по первому варианту осуществления из Фиг.1 преимущественно может использоваться для установки в бак 4 ядерного реактора для соединения с трубами первичного контура. Первичный контур охлаждения реактора, охлаждаемого водой под давлением, обычно содержит несколько петель охлаждения, каждая из которых содержит парогенератор 5, а также горячую ветвь и холодную ветвь, соединенные с баком. На Фиг.3 показаны трубы 100 двух горячих ветвей, входные концы которых, соединенные с баком 4, расположены напротив друг друга и выровнены по одной оси A1. Соединительное устройство 1 обеспечивает сообщение, по меньшей мере, двух горячих ветвей, так чтобы они могли наполняться водой посредством нагнетания воды в одну горячую ветвь.
Соединительное устройство 1 содержит систему 20 позиционирования и направления, содержащую раму 21, пригодную для поддерживания кожуха 2. Рама 21 содержит отверстия для ее углового позиционирования относительно бака. Эти отверстия позиционно соответствуют вертикальным штырям 45, установленным на баке 4 для крепления крышки бака. Откидной мостик, предусмотренный на верхней части оболочки реактора, может использоваться для позиционирования крышки бака с целью углового позиционирования соединительного устройства 1, так чтобы оно соответствовало вертикальному опусканию рамы 21 за счет контроля ее положения по высоте для осевого выравнивания трубчатых элементов 11 с входными концами труб 100.
Система 35 управления, пригодная для приведения во вращение регулирующей штанги 31, содержит узел с электродвигателем, поддерживаемый рамой 21. Насосная установка 36 также может поддерживаться рамой 21, но как вариант, она может быть перемещена на платформу, расположенную рядом с баком, во избежание риска утечки смазки насоса в бак.
Соединительное устройство согласно изобретению не ограничивается одной или двумя телескопическими системами 10, расположенными вдоль одной оси. На различных осях могут быть предусмотрены не только две телескопические системы 10, но и более двух телескопических систем, по меньшей мере, на двух различных осях. Как схематично показано на Фиг.4, соединительное устройство 1 согласно второму варианту осуществления изобретения пригодно для соединения с четырьмя трубами, расположенными вдоль двух перпендикулярных осей A1 и A2. Соединительное устройство содержит исполнительный механизм, первый участок которого, расположенный внутри опорного кожуха, преимущественно содержит общую втулку 32' и четыре шарнирные штанги 33', которые механически соединяют втулку с каждой телескопической системой 10.
Телескопическая система соединительного устройства согласно изобретению необязательно должна вставляться внутрь трубы, с которой она соединяется. Наоборот, может быть предусмотрена телескопическая система, содержащая подвижный трубчатый элемент, пригодный для напрессовывания на трубчатый край трубы. Если для обеспечения герметичного соединения используется надувное уплотнение, то уплотнение устанавливается на внутреннюю поверхность подвижного трубчатого элемента для образования герметичного контакта с наружной поверхностью трубчатого края трубы.
Разумеется, изобретение не ограничивается до использования надувного уплотнения, и может быть предусмотрено уплотнение любого типа, включая сюда уплотнение с жесткими выдвижными элементами. Кроме того, регулирующая штанга 31 необязательно должна быть поворотной, даже если эта конфигурация обеспечивает преимущества в отношении обеспечения уплотнения рядом со стенкой кожуха 2, через которую проходит штанга. Как вариант, предусматривается штанга 31, которая может перемещаться поступательно с шарнирными штангами исполнительного механизма, каждая из которых расположена, например, в плоскости, образованной осью Z штанги и осью поступательного перемещения соответствующей телескопической системы 10.
Кроме того, в случае соединительного устройства, которое соединяется с одной трубой и, следовательно, содержит одну телескопическую систему, можно предусмотреть опорный кожух, сообщающийся с гибким или жестким каналом для транспортирования среды, чтобы, например, изменить направление среды, выходящей из трубы, к удаленному устройству для восстановления среды. Такой вариант осуществления может использоваться в подводной среде, например, для сбора нефти, вытекающей из разрушенной подводной трубы танкера, при этом соединительное устройство может быть установлено на подводной трубе с помощью дистанционно управляемых роботов.