RU2779007C1 - Closing device for large diameter pipes - Google Patents
Closing device for large diameter pipes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2779007C1 RU2779007C1 RU2022100015A RU2022100015A RU2779007C1 RU 2779007 C1 RU2779007 C1 RU 2779007C1 RU 2022100015 A RU2022100015 A RU 2022100015A RU 2022100015 A RU2022100015 A RU 2022100015A RU 2779007 C1 RU2779007 C1 RU 2779007C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- expansion ring
- arms
- expansion
- mounting plate
- ring mechanism
- Prior art date
Links
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 51
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 33
- 239000000565 sealant Substances 0.000 claims description 6
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 7
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 3
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 3
- 229920000459 Nitrile rubber Polymers 0.000 description 2
- 238000010073 coating (rubber) Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004137 mechanical activation Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive Effects 0.000 description 1
- 230000036633 rest Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение раскрывает запорное устройство для труб большого диаметра для остановки потока жидкости внутри требуемой трубы. Соответствующая область техники относится к трубам в целом, точнее к устройствам или вспомогательным элементам для использования в трубах или системах труб или в связи с ними. Раскрытое запорное устройство вводится в трубу в осевом направлении и расширяется in situ для выполнения требуемой задачи. Настоящее изобретение является одним из технических решений, в котором расширение осуществляется радиально, т. е. путем радиального расширения уплотнительного корпуса.The present invention discloses a shut-off device for large diameter pipes for stopping the flow of fluid within a desired pipe. The related art relates to pipes in general, more specifically to devices or accessories for use in or in connection with pipes or pipe systems. The disclosed closure device is axially inserted into the pipe and expanded in situ to perform the required task. The present invention is one of the technical solutions in which the expansion is carried out radially, i.e. by radial expansion of the sealing body.
Техническая задачаTechnical task
Уплотнение систем, находящихся под давлением, является важной частью процессов технического обслуживания, обеспечивающих соответствующее физическое разделение потока жидкости внутри системы, нуждающейся в таком техническом обслуживании. Уплотнение труб – довольно простая задача, если диаметр трубы небольшой, а давление жидкости низкое. Проблемы с уплотнением in situ возникают для труб диаметром более 0,5 м, а также при давлении более 1,5 бар, при этом такие запорные устройства должны выдерживать усилие более 120 кН без изгиба, что в конечном итоге приводит к утечке текучей среды. Последнее чрезвычайно важно, если запорное устройство установлено внутри атомной электростанции или трубопроводной системы нефтяной вышки, где необходимо проводить ремонтные работы. А именно, раскрытое запорное устройство должно обеспечивать безопасную и бесперебойную работу всей проверяемой системы, за исключением той части, которая изолируется для проведения технического обслуживания.The sealing of pressurized systems is an important part of the maintenance process to ensure adequate physical separation of fluid flow within the system in need of such maintenance. Pipe sealing is quite an easy task if the pipe diameter is small and the fluid pressure is low. Sealing problemsin situ occur for pipes with a diameter of more than 0.5 m, as well as at a pressure of more than 1.5 bar, while such shut-off devices must withstand a force of more than 120 kN without bending, which ultimately leads to fluid leakage. The latter is extremely important if the locking device is installed inside a nuclear power plant or an oil rig pipeline system where repairs are required. Namely, the disclosed locking device must ensure the safe and uninterrupted operation of the entire system under test, with the exception of the part that is isolated for maintenance.
Помимо приведенных выше проблем, конкретные проблемы возникают, когда уплотнительное устройство должно проходить через диаметр, который значительно меньше диаметра в участке уплотнения. На практике, когда соотношение между диаметром (d) входа, куда вставляется запорное устройство, и диаметром (D) участка уплотнения, расположенного где-то внутри трубы, составляет (d/D)≈0,5, трудно выполнить уплотнение большого диаметра, которое было бы надежным и могло бы выдерживать значительное давление, оказываемое на указанное устройство.In addition to the above problems, specific problems arise when the sealing device must pass through a diameter that is significantly smaller than the diameter at the sealing region. In practice, when the ratio between the diameter (d) of the inlet where the closure device is inserted and the diameter (D) of the seal portion located somewhere inside the pipe is (d/D)≈0.5, it is difficult to make a large diameter seal which would be reliable and could withstand significant pressure exerted on said device.
Первая техническая задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в образовании запорного устройства для больших труб, которое способное к вставке внутри трубы диаметром более 0,5 м и с давлением текучей среды более 1,5 бар, предпочтительно диаметром до 0,9 м и давлением текучей среды до 2 бар, а также в создании идеального уплотнения, даже если диаметр входа на 50% меньше места уплотнения. Все решения предшествующего уровня техники, используют эластичное уплотнительное средство для окончательного уплотнения внутреннего диаметра трубы. Указанный метод хорошо работает при низком давлении жидкости. При повышении давления или при большом диаметре эластичное уплотнительное средство склонно к деформации, если оно не поддерживается должным образом, что приводит к утечке и растрескиванию под действием давления текучей среды. Указанная техническая задача была решена с помощью специально разработанного набора прижимных лопастей, которые поддерживают эластичное уплотнительное средство, т. е. резину, по всему диаметру уплотнения, тем самым предотвращая любые чрезмерные деформации эластичного уплотнительного средства.The first technical problem solved by the present invention is to provide a closure device for large pipes which is capable of being inserted inside a pipe with a diameter of more than 0.5 m and with a fluid pressure of more than 1.5 bar, preferably up to 0.9 m in diameter and fluid pressure media up to 2 bar, as well as in creating a perfect seal, even if the inlet diameter is 50% smaller than the seal. All prior art solutions use an elastic sealing agent to finally seal the inner diameter of the pipe. This method works well at low liquid pressure. When pressurized or when the diameter is large, the elastic seal is prone to deformation if it is not properly supported, leading to leakage and cracking under the pressure of the fluid. This technical problem has been solved with a specially designed set of pressure paddles that support the elastic sealant, i.e. rubber, over the entire diameter of the seal, thus preventing any excessive deformation of the elastic sealant.
Вторая техническая задача, подлежащая решению настоящим изобретением, заключается в обеспечении того, чтобы указанное запорное устройство для больших труб имело коэффициент расширения, т. е. отношение «минимальный/максимальный диаметр» механизма расширительного кольца, ниже 0,5, предпочтительно близкий к 0,46. The second technical problem to be solved by the present invention is to ensure that said closure device for large pipes has an expansion ratio, i.e. the ratio "minimum/maximum diameter" of the expansion ring mechanism, below 0.5, preferably close to 0, 46.
Легко найти техническое решение с заданным соотношением d/D. Однако в предшествующем уровне техники ничего не говорится о решениях, которые одновременно отвечают желаемому коэффициенту расширения наряду с требованиями к диаметру трубы до 0,9 м и давлению текучей среды до 2 бар внутри указанной трубы. It is easy to find a technical solution with a given d/D ratio. However, the prior art is silent on solutions that simultaneously meet the desired coefficient of expansion along with the requirements for a pipe diameter of up to 0.9 m and a fluid pressure of up to 2 bar inside said pipe.
Вторая техническая задача решается путем тщательно продуманной укладки указанного набора прижимных лопастей, поддерживающих эластичное уплотнительное средство, для достижения желаемого коэффициента расширения приблизительно 0,46.The second technical problem is solved by carefully laying said set of pressure vanes supporting the elastic sealing means to achieve the desired expansion coefficient of approximately 0.46.
Уровень техникиState of the art
В настоящем документе более подробно рассматриваются несколько документов предшествующего уровня техники, относящихся к запорному устройству для труб большого диаметра.This document discusses in more detail several documents of the prior art relating to the shut-off device for large diameter pipes.
Китайский патент CN106523845B на изобретение: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАГЛУШКИ ТРУБОПРОВОДОВ (PIPELINE PLUGGING DEVICE); поданный на имя
Fuzhou Water Pipe Network Maintenance Co., Ltd; раскрывает устройство для заглушки или для уплотнения. Согласно реферату и фигурам, приведенное устройство имеет механизм расширительного кольца, который взаимодействует посредством зеркально установленного набора шарнирных рычагов, соединенных с нижней и верхней монтажными пластинами и расширительным кольцом. Последнее расширительное кольцо взаимодействует со шпиндельным механизмом. Вся механическая система закрыта эластичным средством для защиты от протечек. Система очень прочная, и в соответствии с конструкцией, раскрытой в патентной спецификации, указанная система имеет коэффициент расширения, близкий к 0,57. Более того, наш расчет методом конечных элементов (МКЭ) показывает, что отсутствие прижимных лопастей и случай, при котором приложенное давление составляет более 0,5 бар, приводят к значительным деформациям резины между шарнирными рычагами, при этом эластичное средство не имеет опоры. Последнее ясно демонстрирует, что раскрытое в настоящем документе запорное устройство для труб большого диаметра имеет нетривиальные преимущества перед приведенным документом CN, характеризующим предшествующий уровень техники; например, оно может выдерживать большее давление и имеет лучший коэффициент расширения, чем указанное в CN106523845B решение. Тем не менее, CN106523845B представлен как наиболее близкий документ предшествующего уровня техники для раскрываемого в настоящем документе изобретения.Chinese patent CN106523845B for invention: PIPELINE PLUGGING DEVICE; filed in the name Fuzhou Water Pipe Network Maintenance Co., Ltd; reveals a plug or seal device. According to the abstract and figures, the illustrated device has an expansion ring mechanism that interacts through a mirror mounted set of hinged arms connected to the bottom and top mounting plates and the expansion ring. The last expansion ring interacts with the spindle mechanism. The entire mechanical system is sealed with an elastic anti-leakage agent. The system is very strong and, according to the design disclosed in the patent specification, said system has an expansion coefficient close to 0.57. Moreover, our Finite Element Method (FEM) calculation shows that the absence of pressure paddles and the case in which the applied pressure is more than 0.5 bar lead to significant deformations of the rubber between the hinged arms, while the elastic means is not supported. The latter clearly demonstrates that the large diameter pipe closure disclosed herein has non-trivial advantages over the prior art CN document cited; for example, it can withstand more pressure and has a better coefficient of expansion than the solution specified in CN106523845B. However, CN106523845B is presented as the closest prior art document to the invention disclosed herein.Китайская полезная модель CN202674700U для настоящего изобретения: МЕХАНИЗМ РАСШИРЕНИЯ ЗАКУПОРИВАНИЯ УСТРОЙСТВА ЗАГЛУШКИ (EXPANSION PLUGGING MECHANISM OF PLUGGING DEVICE); поданная на имя Shenyang Wanda Petrochemical Equipment Co Ltd.; раскрывает другой механизм уплотнения трубы, подходящий для труб большого диаметра. Кроме того, присутствует механизм расширительного кольца, а механическая часть закрыта эластичным уплотнительным средством. Преимуществом описанной системы является ее простота по сравнению с CN106523845B и настоящим изобретением. Однако умеренный коэффициент расширения и отсутствие средств поддержки давления делает ее уступающей CN106523845B и настоящему изобретению.Chinese utility model CN202674700U for the present invention: EXPANSION PLUGGING MECHANISM OF PLUGGING DEVICE; filed in the name of Shenyang Wanda Petrochemical Equipment Co Ltd.; reveals another pipe sealing mechanism suitable for large diameter pipes. In addition, an expansion ring mechanism is present, and the mechanical part is closed with an elastic sealing agent. The advantage of the described system is its simplicity compared to CN106523845B and the present invention. However, the moderate expansion ratio and lack of pressure support means it is inferior to CN106523845B and the present invention.
Корейский патент KR100728766B1 выдан на изобретение: ШИБЕРНЫЙ ЗАТВОР ДЛЯ ТРУБОПРОВОДА (THE FLUID-CROSSING GATE FOR PIPELINE); поданный на имя KOREA WATER RESOURCES CORP.; раскрывает еще одно запорное устройство для труб большого диаметра, способное вставляться перпендикулярно в поток текучей среды. В приведенном документе представлено радиально расширяющееся уплотнительное средство, которое использует давление текучей среды для улучшения уплотнения со стенкой внутренней трубы после механической активации указанного уплотнения. Согласно представленным фигурам, можно предположить, что коэффициент расширения близок к 0,6. Уплотнение представляется менее эффективным по сравнению с ранее приведенным предшествующим уровнем техники по причине меньшего радиально прикладываемого усилия уплотнения, приложенного к расширительному элементу. Настоящий документ представляет собой документ, определяющий уровень техники в целом.Korean patent KR100728766B1 issued for the invention: THE FLUID-CROSSING GATE FOR PIPELINE; filed in the name of KOREA WATER RESOURCES CORP.; discloses another closure device for large diameter pipes capable of being inserted perpendicularly into the fluid flow. This document presents a radially expanding sealing means that uses fluid pressure to improve the seal with the wall of the inner pipe after the mechanical activation of the specified seal. According to the presented figures, it can be assumed that the expansion coefficient is close to 0.6. The sealing appears to be less effective than the previously reported prior art due to the lower radially applied sealing force applied to the expansion element. This document is a document defining the state of the art as a whole.
В предшествующем уровне техники ничего не говорится о запорном устройстве для труб с поддерживающими эластичными средствами, которые поддерживают всю поверхность механизма расширительного кольца, предотвращая деформацию эластичных средств, т. е. резины, под воздействием давления жидкости. Кроме того, можно предположить, что коэффициент расширения из ближайшего документа предшествующего уровня техники уступает коэффициенту расширения раскрытого изобретения в следствии усовершенствованной трехслойной конструкции расширительного кольца, реализованной в настоящем изобретении.The prior art is silent on a pipe closure device with supporting elastic means that support the entire surface of the expansion ring mechanism, preventing the elastic means, i.e. rubber, from being deformed by fluid pressure. In addition, it can be assumed that the expansion ratio of the nearest prior art document is inferior to the expansion ratio of the disclosed invention as a consequence of the improved three-layer construction of the expansion ring implemented in the present invention.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
В настоящем изобретении раскрыто запорное устройство для труб большого диаметра с механизмом расширительного кольца, образованным между верхней монтажной пластиной и нижней монтажной пластиной. Верхняя монтажная пластина имеет ряд радиально распределенных шарнирных механизмов, к которым присоединены с возможностью поворота верхние шарнирные рычаги. Аналогично, нижняя монтажная пластина имеет ряд радиально распределенных шарнирных механизмов, к которым присоединены с возможностью поворота соответствующие нижние шарнирные рычаги. Указанные нижние шарнирные рычаги дополнительно оснащены соответствующими лопастями.The present invention discloses a shut-off device for large diameter pipes with an expansion ring mechanism formed between an upper mounting plate and a lower mounting plate. The upper mounting plate has a number of radially distributed hinge mechanisms to which upper hinge arms are rotatably attached. Likewise, the bottom mounting plate has a number of radially distributed hinge mechanisms to which corresponding bottom hinge arms are rotatably attached. Said lower articulated arms are additionally equipped with corresponding paddles.
Механизм расширительного кольца содержит множество кольцевых сегментов, каждый из которых оснащен одним из соответствующих двойных шарнирных механизмов, к которым присоединены с возможностью поворота верхние шарнирные рычаги к верхним сторонам указанных двойных шарнирных механизмов, и к которым присоединены с возможностью поворота нижние шарнирные рычаги к нижним сторонам указанных двойных шарнирных механизмов. Монтажные пластины дополнительно механически соединены с помощью средства привода расширения, которое обеспечивает возможность изменения управляемым образом относительного расстояния между указанными монтажными пластинами. Изменение расстояния между монтажными пластинами изменяет радиус механизма расширительного кольца, расположенного между монтажными пластинами. Изменение расстояния оказывает усилие на набор верхних шарнирных рычагов и набор нижних шарнирных рычагов, благодаря чему кольцевые сегменты толкаются в радиальном направлении, когда расстояние между монтажными пластинами уменьшается, и кольцевые сегменты втягиваются в радиальном направлении, соответственно, когда расстояние между монтажными пластинами увеличивается.The expansion ring mechanism comprises a plurality of annular segments, each of which is equipped with one of the respective double hinge mechanisms, to which the upper hinge levers are rotatably connected to the upper sides of said double hinge mechanisms, and to which the lower hinge levers are rotatably attached to the lower sides of the indicated double swivel mechanisms. The mounting plates are additionally mechanically connected by means of an expansion drive, which makes it possible to change in a controlled manner the relative distance between said mounting plates. Changing the distance between the mounting plates changes the radius of the expansion ring mechanism located between the mounting plates. Changing the distance exerts a force on the set of upper pivot arms and the set of lower pivot arms such that the annular segments are pushed in the radial direction when the distance between the mounting plates decreases and the annular segments are retracted in the radial direction, respectively, when the distance between the mounting plates is increased.
Нижняя монтажная пластина имеет водонепроницаемо установленную полую мачту со сплошным основанием, при этом указанная мачта имеет внутреннее гнездо для приема части или всего средства привода расширения. К нижней монтажной пластине с одной стороны и к верхним шарнирным рычагам через средство крепления с противоположной стороны крепится эластичное уплотнительное средство, которое охватывает все кольцевые сегменты механизма расширительного кольца стеновым уплотнительным участком и образует барьер для текучей среды в трубе. Указанная текучая среда оказывает давление в направлении мачты на указанные эластичные средства после выполнения уплотнения.The bottom mounting plate has a watertight solid base hollow mast, said mast having an internal socket to receive part or all of the expansion drive means. An elastic sealing means is attached to the lower mounting plate on one side and to the upper hinged arms through the fastening means on the opposite side, which covers all the annular segments of the expansion ring mechanism with a wall sealing section and forms a barrier to the fluid in the pipe. Said fluid exerts pressure in the direction of the mast on said elastic means after sealing.
Механизм расширительного кольца состоит из трех слоев, каждый слой образован только из одного типа кольцевых сегментов; при этом все первые кольцевые сегменты оснащены двумя прорезями, при этом все вторые кольцевые сегменты оснащены двумя скользящими штифтами, и при этом все третьи кольцевые сегменты снова оснащены двумя прорезями. Все скользящие штифты используются для скольжения внутри вышеупомянутых прорезей таким образом, что указанные кольцевые сегменты взаимно соединены в соответствии с одной или более повторяющимися схемами. Простейшая схема представляет собой следующее: первый кольцевой сегмент – второй кольцевой сегмент – третий кольцевой сегмент – второй кольцевой сегмент и снова первый кольцевой сегмент. Соединение между прорезями и соответствующее соединение скользящими штифтами обеспечивает жесткое соединение между указанными выше кольцевыми сегментами во время процесса расширения и втягивания указанного механизма расширительного кольца. The expansion ring mechanism consists of three layers, each layer is formed from only one type of ring segments; wherein all first annular segments are provided with two slots, while all second annular segments are provided with two sliding pins, and all third annular segments are again provided with two slots. All sliding pins are used to slide within the aforementioned slots such that said annular segments are mutually connected in accordance with one or more repeating patterns. The simplest circuit is as follows: first annular segment - second annular segment - third annular segment - second annular segment and again the first annular segment. The slot-to-slot connection and the corresponding sliding pin connection provides a rigid connection between the aforementioned annular segments during the expansion and retraction process of said expansion ring mechanism.
Лопасти, которые действуют как несущие давление барьеры, прикреплены к соответствующему набору нижних шарнирных рычагов с помощью соответствующих средств крепления лопасти, что позволяет складывать указанные лопасти одна на другую, когда механизм расширительного кольца полностью втягивается под действием средства привода расширения. Указанные лопасти покрывают всю поверхность механизма расширительного кольца, ориентированную в сторону мачты, когда механизм расширительного кольца полностью разложен, таким образом, что указанная поверхность состоит из лопастей, которые частично перекрываются.The vanes, which act as pressure-bearing barriers, are attached to a respective set of lower pivot arms by appropriate vane attachment means to allow said vanes to stack one on top of the other when the expansion ring mechanism is fully retracted by the expansion drive means. Said vanes cover the entire surface of the expansion ring mechanism oriented towards the mast when the expansion ring mechanism is fully extended, such that said surface consists of vanes that partially overlap.
Внутренняя поверхность эластичного уплотнительного средства, ориентированная в сторону механизма расширительного кольца, прилегает к поверхности, выполненной из лопастей, и передает всю нагрузку давления текучей среды на лопасти, которые закреплены на соответствующих шарнирных рычагах. Это предотвращает экстремальную деформацию эластичного уплотнительного средства, а также утечку и образование трещин под действием вызываемого давления текучей среды.The inner surface of the elastic sealing means, oriented towards the mechanism of the expansion ring, abuts against the surface made of the vanes, and transfers the entire load of the fluid pressure to the vanes, which are fixed on the corresponding hinged arms. This prevents extreme deformation of the elastic sealing means, as well as leakage and cracking due to the fluid pressure caused.
В одном варианте осуществления верхние шарнирные рычаги и соответствующие нижние шарнирные рычаги образованы зеркально друг над другом. Набор первых верхних шарнирных рычагов и первых нижних шарнирных рычагов более узкий, чем вторые верхние шарнирные рычаги и вторые нижние шарнирные рычаги, чтобы освободить место на соответствующих монтажных пластинах и обеспечить плотную упаковку указанных шарнирных рычагов путем установки попеременно каждого первого шарнирного рычага после второго шарнирного рычага.In one embodiment, the upper articulated arms and the corresponding lower articulated arms are formed to mirror each other. The set of first upper articulated arms and first lower articulated arms is narrower than the second upper articulated arms and the second lower articulated arms in order to free up space on the respective mounting plates and ensure that said articulated arms are tightly packed by alternately mounting each first articulated arm after the second articulated arm.
В предпочтительном варианте осуществления каждая первая лопасть образована со своей отогнутой частью лопасти, и каждая первая лопасть свободно прикреплена посредством средства крепления первой лопасти к соответствующему первому нижнему шарнирному рычагу, что позволяет укладывать указанные первые лопасти одна на другую и накладывать их друг на друга на участках их согнутой части во время втягивания механизма расширительного кольца. Во время процесса втягивания каждая вторая лопасть вставляется между двумя соседними первыми лопастями.In a preferred embodiment, each first blade is formed with its bent part of the blade, and each first blade is freely attached by means of the first blade fastening means to the corresponding first lower hinge arm, which allows said first blades to be stacked one on top of the other and superimposed on each other in their sections. bent part while retracting the expansion ring mechanism. During the retraction process, every second vane is inserted between two adjacent first vanes.
В еще одном варианте средство крепления первой лопасти образовано как средство крепления в виде пружинного болта.In yet another embodiment, the first blade attachment means is formed as a spring bolt attachment.
В еще одном варианте осуществления средство привода расширения выбрано в качестве шпиндельного механизма, при этом соответствующая ось шпинделя механически соединяет центры соответствующих монтажных пластин. Указанная ось шпинделя вставляется в мачту, как только механизм расширяющего кольца полностью расширен и когда указанный шпиндельный механизм входит в зацепление посредством механического крутящего момента, приложенного к гнезду вставки, расположенному в верхней части первой монтажной пластины.In yet another embodiment, the expansion drive means is selected as the spindle mechanism, with the corresponding spindle axis mechanically connecting the centers of the respective mounting plates. Said spindle shaft is inserted into the mast as soon as the expansion ring mechanism is fully expanded and when said spindle mechanism is engaged by mechanical torque applied to the insert seat located at the top of the first mounting plate.
В еще одном варианте осуществления средством привода расширения выбран гидравлический цилиндр с соответствующим поршневым штоком, который механически соединяет центры соответствующих монтажных пластин и расширяет или втягивает механизм расширительного кольца указанного устройства для уплотнения труб. В одном из вариантов того же варианта осуществления гидравлический цилиндр расположен внутри мачты.In yet another embodiment, the expansion drive means is selected to be a hydraulic cylinder with a corresponding piston rod that mechanically connects the centers of the respective mounting plates and expands or retracts the expansion ring mechanism of said pipe sealing device. In one embodiment of the same embodiment, the hydraulic cylinder is located inside the mast.
В некоторых вариантах мачта дополнительно оснащена средством выпуска воздуха для удаления остаточного воздуха, скопившегося между наружной поверхностью эластичного уплотнительного средства, ориентированного в сторону текучей среды внутри указанной трубы, где установлено указанное запорное устройство, чтобы остановить поток текучей среды внутри трубы, проходящей техническое обслуживание.In some embodiments, the mast is additionally equipped with an air outlet for removing residual air accumulated between the outer surface of the fluid-oriented elastic sealing means inside said pipe, where said locking device is installed, to stop the flow of fluid inside the pipe being serviced.
Запорное устройство для труб большого диаметра имеет соотношение между минимальным диаметром механизма расширительного кольца и максимальным диаметром механизма расширительного кольца менее 0,5. Устройство способно уплотнять трубы диаметром до 0,9 м, где постоянное давление, оказываемое на лопасти, поддерживающие эластичное уплотнительное средство, составляет до 2 бар.The locking device for large diameter pipes has a ratio between the minimum diameter of the expansion ring mechanism and the maximum diameter of the expansion ring mechanism of less than 0.5. The device is capable of sealing pipes with a diameter of up to 0.9 m, where the constant pressure exerted on the blades supporting the elastic sealant is up to 2 bar.
Описание фигурDescription of figures
На фиг. 1A показан вид сбоку запорного устройства для труб большого диаметра, когда механизм расширительного кольца полностью втянут, и на фиг. 1B показано то же устройство, когда механизм расширительного кольца полностью расширен. На фиг. 2A, 2B показан вид сверху состояний того же самого запорного устройства, изображенного на соответствующих фиг. 1A, 1B. In FIG. 1A is a side view of a large diameter pipe closure when the expansion ring mechanism is fully retracted, and FIG. 1B shows the same arrangement when the expansion ring mechanism is fully expanded. In FIG. 2A, 2B show top views of states of the same closure shown in the respective FIGS. 1A, 1B.
На фиг. 1A, 1B, 2A, 2B показано запорное устройство для труб большого диаметра с установленным эластичным уплотнительным средством. Учитывая, что эластичное уплотнительное средство охватывает механизм запорного устройства, на других фигурах изображен механизм без установленного на нем эластичного уплотнительного средства.In FIG. 1A, 1B, 2A, 2B show a closure device for large diameter pipes with an elastic sealant installed. Considering that the elastic sealing means surrounds the mechanism of the locking device, the other figures show the mechanism without the elastic sealing means installed thereon.
На фиг. 3A, 3B и 3C показано постепенное расширение механизма расширительного кольца, а именно от полностью втянутого положения, изображенного на фиг. 3A, до полностью расширенного положения, изображенного на фиг. 3C. Аналогично, на фиг. 4A, 4B и 4C показаны эквивалентные положения вида сверху.In FIG. 3A, 3B and 3C show the gradual expansion of the expansion ring mechanism, namely from the fully retracted position shown in FIG. 3A to the fully expanded position shown in FIG. 3C. Similarly, in FIG. 4A, 4B and 4C show equivalent plan view positions.
На фиг. 5А показан вид сверху в перспективе полностью развернутого положения, изображенного на фиг. 3С, с увеличенной деталью, представленной на фиг. 5В, что дает представление о конструкции механизма расширительного кольца.In FIG. 5A is a top perspective view of the fully deployed position shown in FIG. 3C, with an enlarged detail shown in FIG. 5B, which gives an idea of the design of the expansion ring mechanism.
На фиг. 6A показан еще один вид в перспективе полностью расширенного положения, изображенного на фиг. 3C, с увеличенной деталью, представленной на фиг. 6B, позволяющей четко увидеть распределение опорных лопастей.In FIG. 6A shows another perspective view of the fully extended position shown in FIG. 3C, with an enlarged detail shown in FIG. 6B to clearly see the distribution of the support vanes.
Подробное описание настоящего изобретенияDetailed description of the present invention
На фиг. 1А показан вид сбоку запорного устройства для труб большого диаметра при полностью втянутом механизме (30) расширительного кольца. В указанном состоянии устройство готово к транспортировке и повторной установке в другом положении, т. е. внутри другой трубы. На фиг. 1B показан механизм (30) расширительного кольца, находящийся в полностью расширенном состоянии и покрытый эластичным уплотнительным средством (90), которое уплотняет трубу, оказывая давление стеновым уплотнительным участком (93) на внутреннюю стенку трубы.In FIG. 1A shows a side view of a large diameter pipe closure with the expansion ring mechanism (30) fully retracted. In this state, the device is ready for transport and re-installation in a different position, i.e. inside another pipe. In FIG. 1B shows the expansion ring mechanism (30) in a fully expanded state and covered with an elastic sealant (90) which seals the pipe by applying pressure against the inner wall of the pipe with the wall seal portion (93).
Запорное устройство для труб большого диаметра имеет механизм (30) расширительного кольца, образованный между верхней монтажной пластиной (10) и нижней монтажной пластиной (60), как показано на фиг. 3A, 3B и 3C. Геометрия верхней монтажной пластины (10) показана на фиг. 5А, а геометрия нижней монтажной пластины (60) частично показана на фиг. 6А, но в основном она такая же, как у соответствующей верхней монтажной пластины (10). Верхняя монтажная пластина (10) может быть оснащена одной или более подъемными проушинами (19), которые облегчают транспортировку и физические манипуляции с устройством, как показано фиг. 1А.The large diameter pipe closure has an expansion ring mechanism (30) formed between the upper mounting plate (10) and the lower mounting plate (60) as shown in FIG. 3A, 3B and 3C. The geometry of the top mounting plate (10) is shown in FIG. 5A, and the geometry of the lower mounting plate (60) is partially shown in FIG. 6A, but is basically the same as the corresponding top mounting plate (10). The top mounting plate (10) may be equipped with one or more lifting lugs (19) that facilitate transport and physical handling of the device, as shown in FIG. 1A.
Согласно предпочтительному варианту осуществления верхняя монтажная пластина (10) имеет ряд радиально распределенных шарнирных механизмов (11, 12) верхней монтажной пластины, как показано фиг. 5B. Каждый шарнирный механизм (11, 12) имеет закрепленный с возможностью поворота соответствующий верхний шарнирный рычаг (21, 22). Фиксация между указанными шарнирными рычагами (21, 22) и соответствующими шарнирными механизмами (11, 12) образована с помощью шарнирных штифтов способом, хорошо известным в данной области техники. Указанное крепление позволяет каждому шарнирному рычагу (21, 22) перемещаться с возможностью поворота вокруг соответствующего шарнирного механизма (11, 12). Согласно предпочтительному варианту осуществления геометрия первого верхнего шарнирного рычага (21) и второго верхнего шарнирного рычага (22) разная, как показано на фиг. 3B и 5A. Соответствующие шарнирные механизмы (11, 12) верхней монтажной плиты также отличаются, как видно на фиг. 5B. Такая конструкция позволяет улучшить упаковку запорного устройства для труб большого диаметра благодаря близкой упаковке указанных шарнирных рычагов (21, 22), которые устанавливаются взаимозаменяемо. А именно, каждый первый верхний шарнирный рычаг (21) следует за вторым верхним шарнирным рычагом (22). Указанная небольшая хитрость улучшает коэффициент расширения механизма (30) расширительного кольца, где каждый второй шарнирный механизм (12) помещен внутри второго верхнего шарнирного рычага (22), который образован значительно шире, чем первый верхний шарнирный рычаг (21), который помещен внутри первого шарнирного механизма (11), фиг. 5B. According to a preferred embodiment, the top mounting plate (10) has a series of radially distributed hinge mechanisms (11, 12) of the top mounting plate, as shown in FIG. 5b. Each articulated mechanism (11, 12) has a corresponding upper articulated arm (21, 22) rotatably fixed. The fixation between said hinge arms (21, 22) and respective hinge mechanisms (11, 12) is formed by means of hinge pins in a manner well known in the art. The specified fastening allows each hinged lever (21, 22) to move with the possibility of rotation around the corresponding hinged mechanism (11, 12). According to a preferred embodiment, the geometry of the first upper articulated arm (21) and the second upper articulated arm (22) is different, as shown in FIG. 3B and 5A. The corresponding hinge mechanisms (11, 12) of the upper mounting plate also differ, as seen in FIG. 5b. Such a construction makes it possible to improve the packing of the closure device for large diameter pipes due to the close packing of said hinge arms (21, 22) which are installed interchangeably. Namely, each first upper articulated arm (21) follows the second upper articulated arm (22). This little trick improves the expansion ratio of the expansion ring mechanism (30), where every second hinge mechanism (12) is placed inside the second upper hinge arm (22), which is formed much wider than the first upper hinge lever (21), which is placed inside the first hinge mechanism (11), fig. 5b.
В предпочтительном варианте осуществления нижняя монтажная пластина (60) имеет ряд радиально распределенных шарнирных механизмов (61, 62), к которым присоединены с возможностью поворота соответствующие нижние шарнирные рычаги (41, 42), таким же образом, как описано выше для верхних шарнирных рычагов (21, 22) и верхней монтажной пластины (10). Конструкция первого шарнирного механизма (61) нижней монтажной пластины идентична конструкции первого шарнирного механизма (11) верхней монтажной пластины. Конструкция второго шарнирного механизма (62) нижней монтажной пластины идентична конструкции второго шарнирного механизма (12) верхней монтажной пластины. Это частично видно на фиг. 5A.In the preferred embodiment, the lower mounting plate (60) has a series of radially distributed hinge mechanisms (61, 62) to which corresponding lower hinge arms (41, 42) are rotatably attached, in the same manner as described above for the upper hinge arms ( 21, 22) and top mounting plate (10). The design of the first hinge mechanism (61) of the lower mounting plate is identical to that of the first hinge mechanism (11) of the upper mounting plate. The design of the second hinge mechanism (62) of the lower mounting plate is identical to that of the second hinge mechanism (12) of the upper mounting plate. This is partly seen in Fig. 5A.
Геометрия всего узла, т. е. монтажных пластин (10, 60) и соответствующих им шарнирных механизмов (11, 12; 61, 62), имеет зеркальную симметрию над плоскостью, в которой расположен механизм (30) расширительного кольца. Каждый первый шарнирный механизм (11) верхней монтажной пластины расположен прямо над соответствующим первым шарнирным механизмом (61) нижней монтажной пластины, а каждый второй шарнирный механизм (12) верхней монтажной пластины расположен прямо над соответствующим вторым шарнирным механизмом (62) нижней монтажной пластины. Аналогичным образом устроены шарнирные рычаги (21, 22; 41, 42). Каждый первый верхний шарнирный рычаг (21) расположен над соответствующим нижним шарнирным рычагом (41), а каждый второй верхний шарнирный рычаг (22) расположен над соответствующим вторым нижним шарнирным рычагом (42). Все шарнирные рычаги (21, 22; 41, 42) присоединены с возможностью поворота к соответствующим шарнирным механизмам (11, 12; 61, 62) с одной стороны – а с другой стороны концы указанных шарнирных рычагов (21, 22; 41, 42) присоединены к соответствующим двойным шарнирным механизмам (37, 38, 39), расположенным на соответствующих кольцевых сегментах (31, 32, 33); фиг. 3B, 5B. Единственное различие между верхним набором элементов, т. е. верхней монтажной пластиной (10), верхними шарнирными механизмами (11, 12) и верхними шарнирными рычагами (21, 22), с одной стороны, и нижним набором элементов, т. е. нижней монтажной пластиной (60), нижними шарнирными механизмами (61, 62) и нижними шарнирными рычагами (41, 42), с другой стороны, заключается в том, что последние шарнирные рычаги (41, 42) дополнительно оснащены соответствующими лопастями (51, 52), как показано на фиг. 3В, 6В.The geometry of the entire assembly, i.e. the mounting plates (10, 60) and their corresponding hinge mechanisms (11, 12; 61, 62), has mirror symmetry above the plane in which the expansion ring mechanism (30) is located. Each first hinge mechanism (11) of the upper mounting plate is located directly above the corresponding first hinge mechanism (61) of the lower mounting plate, and each second hinge mechanism (12) of the upper mounting plate is located directly above the corresponding second hinge mechanism (62) of the lower mounting plate. Hinged levers (21, 22; 41, 42) are arranged in a similar way. Each first upper articulated arm (21) is located above the corresponding lower articulated arm (41), and each second upper articulated arm (22) is located above the corresponding second lower articulated arm (42). All hinged levers (21, 22; 41, 42) are rotatably attached to the corresponding hinged mechanisms (11, 12; 61, 62) on one side - and on the other hand, the ends of the said hinged levers (21, 22; 41, 42) attached to the respective double hinge mechanisms (37, 38, 39) located on the respective annular segments (31, 32, 33); fig. 3B, 5B. The only difference between the upper set of elements, i.e. the upper mounting plate (10), the upper hinge mechanisms (11, 12) and the upper hinge arms (21, 22), on the one hand, and the lower set of elements, i.e. the lower mounting plate (60), lower hinge mechanisms (61, 62) and lower hinge arms (41, 42), on the other hand, lies in the fact that the last hinge levers (41, 42) are additionally equipped with corresponding blades (51, 52) , as shown in FIG. 3V, 6V.
Механизм (30) расширительного кольца состоит из множества кольцевых сегментов (31, 32, 33), как показано на фиг. 5B и 6B. Каждый кольцевой сегмент оснащен только одним из соответствующих двойных шарнирных механизмов (37, 38, 39), к которым шарнирные рычаги (21, 22; 41, 42) присоединены с возможностью поворота известным в данной области техники способом, например, посредством шарнирных штифтов. Указанные двойные шарнирные механизмы (37, 38, 39) всегда принимают и соединяют пару геометрически идентичных шарнирных рычагов; либо пару первых шарнирных рычагов (21, 41), либо пару с другой геометрией, например, пару вторых шарнирных рычагов (22, 42). Двойной шарнирный механизм (37) первого кольцевого сегмента, установленный на первом кольцевом сегменте (31), соединен с первым верхним шарнирным рычагом (21), а также с первым нижним шарнирным рычагом (41), фиг. 5B. Двойной шарнирный механизм (38) второго кольцевого сегмента, установленный на втором кольцевом сегменте (32), соединен со вторым верхним шарнирным рычагом (22), а также со вторым нижним шарнирным рычагом (42), фиг. 5B. Двойной шарнирный механизм (39) третьего кольцевого сегмента, установленный на третьем кольцевом сегменте (33), соединен с первым верхним шарнирным рычагом (21), а также с первым нижним шарнирным рычагом (41), фиг. 5B. Каждый первый кольцевой сегмент (31) оснащен двумя прорезями (34) первого кольцевого сегмента, фиг. 6B. Каждый второй кольцевой сегмент (32) оснащен двумя скользящими штифтами (35) второго кольцевого сегмента, фиг. 5B, 6B. Каждый третий кольцевой сегмент (33) оснащен двумя прорезями (36) третьего кольцевого сегмента, фиг. 6B. Указанные прорези (34, 36) и штифты (35) предназначены для взаимодействия, например, диаметр штифта (35) немного меньше ширины указанных прорезей (34, 36), что позволяет указанным штифтам (35) скользить по прорезям (34, 36), фиг. 6B, в то время как кольцевые сегменты (31, 32, 33) изменяют свои взаимные расстояния.The expansion ring mechanism (30) consists of a plurality of annular segments (31, 32, 33) as shown in FIG. 5B and 6B. Each annular segment is equipped with only one of the respective double hinge mechanisms (37, 38, 39) to which the hinge arms (21, 22; 41, 42) are rotatably connected in a manner known in the art, for example by means of hinge pins. Said double articulated mechanisms (37, 38, 39) always receive and connect a pair of geometrically identical articulated arms; either a pair of first articulated arms (21, 41), or a pair with a different geometry, such as a pair of second articulated arms (22, 42). The double hinge mechanism (37) of the first annular segment mounted on the first annular segment (31) is connected to the first upper hinge arm (21) as well as to the first lower hinge lever (41), FIG. 5b. The double hinge mechanism (38) of the second annular segment mounted on the second annular segment (32) is connected to the second upper hinge arm (22) as well as to the second lower hinge lever (42), FIG. 5b. The double hinge mechanism (39) of the third annular segment mounted on the third annular segment (33) is connected to the first upper hinge arm (21) as well as to the first lower hinge lever (41), FIG. 5b. Each first annular segment (31) is provided with two slots (34) of the first annular segment, FIG. 6b. Each second annular segment (32) is equipped with two sliding pins (35) of the second annular segment, FIG. 5B, 6B. Each third annular segment (33) is provided with two slots (36) of the third annular segment, FIG. 6b. Said slots (34, 36) and pins (35) are designed to interact, for example, the diameter of the pin (35) is slightly less than the width of said slots (34, 36), which allows said pins (35) to slide over the slots (34, 36), fig. 6B while the annular segments (31, 32, 33) change their mutual distances.
Как работает механизм (30) расширительного кольца. Механизм (30) расширительного кольца состоит из трех различных слоев. Каждый слой формируется/выбирается только из одного типа кольцевых сегментов (31, 32, 33); фиг. 5B, 6B. Все скользящие штифты (35) используются для скольжения внутри прорезей (34, 36) таким образом, что указанные кольцевые сегменты (31, 32, 33) взаимно соединяются в соответствии с одной или более повторяющимися схемами. Скользящие штифты (35) закреплены внутри прорезей (34, 36) и зафиксированы, например, болтами, что позволяет указанным штифтам (35) скользить внутри прорезей (34, 36) без существенного трения. Под «повторяющейся схемой» в настоящем документе понимается существенное, например, минимальное количество кольцевых сегментов, которые взаимно соединены: первый кольцевой сегмент (31) – соединен со – вторым кольцевым сегментом (32) – соединен с – третьим кольцевым сегментом (33) – соединен со – вторым кольцевым сегментом (32) и снова – соединен с – первым кольцевым сегментом (31). Указанное минимальное количество сегментов может повторяться произвольное число раз, например, 4 раза, как показано на фиг. 5А. Специалисту в данной области техники очевидно, что больше – лучше, но механические и геометрические ограничения, по-видимому, дают наилучшие результаты для схем, которые повторяются 3–5 раз. Указанная геометрия повторяющейся схемы позволяет механизму (30) расширительного кольца втягиваться, как показано на фиг. 4A, частично расширяться, как показано на фиг. 4B, и, наконец, полностью расширяться, как показано на фиг. 4C. Следует помнить, что на всех фазах указанный механизм (30) расширительного кольца выполнен из прочно соединенных кольцевых сегментов (31, 32, 33), что позволяет указанным сегментам (31, 32, 33) перемещаться только в плоскости механизма (30) расширительного кольца, движение которого определяется направлениями прорезей (34, 36). Более того, кольцевые сегменты (31, 32, 33) скользят один по другому, что особенно хорошо видно на фиг. 6А. Такая трехслойная конструкция позволяет механизму достичь соотношения между минимальным диаметром механизма (30) расширительного кольца и максимальным диаметром механизма (30) расширительного кольца, которое составляет менее 0,5; фиг. 4A, 4C.How the expansion ring mechanism (30) works. The expansion ring mechanism (30) consists of three different layers. Each layer is formed/selected from only one type of annular segments (31, 32, 33); fig. 5B, 6B. All sliding pins (35) are used to slide within slots (34, 36) so that said annular segments (31, 32, 33) are interconnected in accordance with one or more repeating patterns. The sliding pins (35) are fixed inside the slots (34, 36) and fixed, for example, with bolts, which allows said pins (35) to slide inside the slots (34, 36) without significant friction. By "repetitive pattern" in this document is meant a significant, for example, minimum, number of annular segments that are mutually connected: the first annular segment (31) - connected to - the second annular segment (32) - connected to - the third annular segment (33) - connected with - the second ring segment (32) and again - connected to - the first ring segment (31). The specified minimum number of segments may be repeated an arbitrary number of times, such as 4 times, as shown in FIG. 5A. It is obvious to one skilled in the art that more is better, but mechanical and geometric constraints seem to give the best results for circuits that are repeated 3-5 times. This repeating pattern geometry allows the expansion ring mechanism (30) to retract as shown in FIG. 4A to partially expand as shown in FIG. 4B and finally expand fully as shown in FIG. 4C. It should be remembered that in all phases the specified mechanism (30) of the expansion ring is made of firmly connected annular segments (31, 32, 33), which allows these segments (31, 32, 33) to move only in the plane of the mechanism (30) of the expansion ring, the movement of which is determined by the directions of the slots (34, 36). Moreover, the annular segments (31, 32, 33) slide one over the other, as can be seen particularly well in FIG. 6A. Such a three-layer structure allows the mechanism to achieve a ratio between the minimum diameter of the expansion ring mechanism (30) and the maximum diameter of the expansion ring mechanism (30), which is less than 0.5; fig. 4A, 4C.
Для расширения или втягивания механизма (30) расширительного кольца необходим соответствующий привод. В этом смысле указанные монтажные пластины (10, 60) дополнительно механически соединены с помощью средства (80) привода расширения, способного управляемым образом изменять относительное расстояние между указанными монтажными пластинами (10, 60). Специалист в данной области техники сразу поймет, что указанное действие изменяет радиус механизма (30) расширительного кольца, расположенного между монтажными пластинами (10, 60). А именно, набор верхних шарнирных рычагов (21, 22) и набор нижних шарнирных рычагов (41, 42) будут толкать кольцевые сегменты (31, 32, 33) в радиальном направлении, как только расстояние между монтажными пластинами (10, 60) уменьшится, и будут радиально втягивать кольцевые сегменты (31, 32, 33), как только расстояние между монтажными пластинами (10, 60) увеличится. В этом смысле фазы, изображенные на фиг. 3A, 3B, 3C, следует сравнить. Выбор средства (80) привода расширения может быть различным; это может быть шпиндельный механизм с гнездом (81) вставки шпинделя, как показано на фиг. 5A., или вариант с гидравлическим цилиндром и поршневым штоком, который соединяет монтажные пластины (10, 60).An appropriate drive is required to expand or retract the expansion ring mechanism (30). In this sense, said mounting plates (10, 60) are additionally mechanically connected by an expansion drive means (80) capable of changing the relative distance between said mounting plates (10, 60) in a controlled manner. A person skilled in the art will immediately understand that this action changes the radius of the expansion ring mechanism (30) located between the mounting plates (10, 60). Namely, a set of upper articulated arms (21, 22) and a set of lower articulated arms (41, 42) will push the annular segments (31, 32, 33) in the radial direction as soon as the distance between the mounting plates (10, 60) decreases, and will retract the ring segments (31, 32, 33) radially as soon as the distance between the mounting plates (10, 60) increases. In this sense, the phases depicted in FIG. 3A, 3B, 3C should be compared. The choice of expansion drive means (80) may vary; it may be a spindle mechanism with a spindle insertion seat (81) as shown in FIG. 5A., or with a hydraulic cylinder and a piston rod that connects the mounting plates (10, 60).
Если выбран шпиндельный механизм, то естественно, что монтажные пластины (10, 60) будут содержать элементы шпиндельного механизма. На фиг. 5А показан механизм (80) привода шпинделя, расположенный под верхней монтажной пластиной (10), которая входит в зацепление посредством кривошипа, вставленного в соответствующее гнездо (81) вставки. Вращение кривошипа точно регулирует расстояние между монтажными пластинами (10, 60), и во время расширения механизма (30) расширительного кольца шпиндель выступает через нижнюю монтажную пластину (60) и вставляется в полую мачту (100), оснащенную основанием (101) мачты. Указанная мачта (100) прикреплена к нижней монтажной пластине (60) как ее неотъемлемая часть; фиг. 1A, 1B. Все соединения между монтажной плитой (60) и мачтой (100) должны быть образованы водонепроницаемыми.If a spindle mechanism is selected, it is natural that the mounting plates (10, 60) will contain elements of the spindle mechanism. In FIG. 5A shows the spindle drive mechanism (80) located under the top mounting plate (10) which is engaged by a crank inserted into the corresponding socket (81) of the insert. The rotation of the crank finely adjusts the distance between the mounting plates (10, 60), and during the expansion of the expansion ring mechanism (30), the spindle protrudes through the lower mounting plate (60) and is inserted into the hollow mast (100) equipped with the base (101) of the mast. The specified mast (100) is attached to the lower mounting plate (60) as an integral part of it; fig. 1A, 1B. All connections between the mounting plate (60) and the mast (100) must be watertight.
В другом варианте гидравлический цилиндр может быть расположен внутри полой мачты (100) и закреплен на нижней монтажной пластине (60). Затем поршневой шток указанного гидроцилиндра соединяется с верхней монтажной плитой (10), и указанный гидроцилиндр используется для регулирования расширения механизма (30) расширительного кольца. Гидравлические линии в этом случае должны быть пропущены через все запорное устройство. В еще одном варианте гидравлический цилиндр может быть закреплен на верхней монтажной пластине (10) с помощью поршневого штока, который взаимодействует с нижней монтажной пластиной (60). В последнем случае мачта (100) может быть сформирована значительно меньше, учитывая, что привод (80) средства установлен на верхней части запорного устройства. Alternatively, the hydraulic cylinder may be located inside the hollow mast (100) and fixed to the bottom mounting plate (60). Then the piston rod of said hydraulic cylinder is connected to the upper mounting plate (10) and said hydraulic cylinder is used to control the expansion of the expansion ring mechanism (30). Hydraulic lines in this case must be passed through the entire locking device. In yet another embodiment, the hydraulic cylinder may be secured to the top mounting plate (10) by a piston rod that engages with the bottom mounting plate (60). In the latter case, the mast (100) can be formed considerably smaller, given that the means drive (80) is mounted on top of the locking device.
Другие варианты средства (80) привода расширения, например, использование электрических шаговых двигателей или аналогичных, сами по себе понятны специалисту в данной области техники. Однако использование дорогостоящих средств привода может быть проблематичным, если запорное устройство для труб большого диаметра используется на атомных электростанциях только один раз. В случае высоких доз радиации такое устройство после использования должно быть выброшено как вредное для здоровья человека. В этом случае шпиндельный механизм является недорогим и вполне подходящим средством (80) привода для выполнения требуемой задачи.Other variations of the expansion drive means (80), such as the use of electric stepper motors or the like, are themselves clear to a person skilled in the art. However, the use of expensive drive means can be problematic if a large diameter pipe shut-off device is used only once in nuclear power plants. In the case of high doses of radiation, such a device should be discarded after use as harmful to human health. In this case, the spindle mechanism is an inexpensive and quite suitable drive means (80) for the required task.
Для выполнения основной технической функции, т. е. перекрытия потока через трубу, эластичное уплотнительное средство (90) крепится к нижней монтажной пластине (60), например, с помощью соответствующего набора винтов с этой же стороны. Также эластичное уплотнительное средство (90) крепится к верхним шарнирным рычагам (21, 22) с помощью средства (91) крепления с противоположной стороны; фиг. 1A, 1B. На практике эластичное уплотнительное средство (90) обычно представляет собой резиновое покрытие, упрочненное или нет, толщиной около 0,5 см, которое охватывает все кольцевые сегменты (31, 32, 33) механизма расширительного кольца (30), а также стеновой уплотнительный участок (93), который находится в прочном соединении со стенкой трубы. Давление текучей среды воздействует на эластичное уплотнительное средство (90) со стороны мачты (100), и все поверхности, ориентированные в сторону текучей среды, должны быть водонепроницаемыми до давления 2 бар.To perform the main technical function, i.e. shut off the flow through the pipe, the elastic seal (90) is attached to the lower mounting plate (60), for example, using a suitable set of screws on the same side. Also, the elastic sealing means (90) is attached to the upper articulated arms (21, 22) by means of fastening means (91) from the opposite side; fig. 1A, 1B. In practice, the elastic sealing means (90) is usually a rubber coating, hardened or not, about 0.5 cm thick, which covers all the annular segments (31, 32, 33) of the expansion ring (30) mechanism, as well as the wall sealing area ( 93), which is firmly attached to the pipe wall. The fluid pressure acts on the elastic seal (90) from the side of the mast (100) and all surfaces oriented towards the fluid must be watertight to a pressure of 2 bar.
В немалой степени новым и изобретательским в этой конструкции являются опорные лопасти (51, 52), которые действуют как несущие давление барьеры и прикреплены к соответствующему набору нижних шарнирных рычагов (41, 42). Очевидно, что преимущество использования эластичного уплотнительного средства (90) имеет свои ограничения в отношении давления, которое может выдерживать такое устройство, например, конструкция по CN106523845B. В предшествующем уровне техники эластичное уплотнительное средство (90) проходит непосредственно над набором нижних шарнирных рычагов. При приложении значительного давления свыше 0,5 бар происходит деформация эластичного уплотнительного средства между указанными шарнирными рычагами. Одним из довольно непрактичных решений наблюдаемой проблемы деформации является увеличение количества нижних шарнирных рычагов и уменьшение расстояния между указанными рычагами, что в конечном итоге увеличивает поверхность монтажных пластин. Таким образом, указанное решение является достаточно ограниченным, если необходимо достичь коэффициента механизма расширительного кольца, близкого к 0,5. Другой возможный подход, используемый в раскрытом изобретении, заключается в том, чтобы покрыть весь механизм (30) расширительного кольца несущими давление барьерам, т. е. опорными лопастями (51, 52), как изображено на фиг. 6А.Much new and inventive in this design are the support vanes (51, 52) which act as pressure-bearing barriers and are attached to a matching set of lower articulated arms (41, 42). It is obvious that the advantage of using an elastic sealing means (90) has its limitations in terms of the pressure that such a device can withstand, for example, the design according to CN106523845B. In the prior art, the elastic sealing means (90) extends directly over the set of lower articulated arms. When a significant pressure of more than 0.5 bar is applied, the elastic sealing means between said hinged arms is deformed. One rather impractical solution to the observed deformation problem is to increase the number of lower pivot arms and reduce the distance between said arms, which ultimately increases the surface area of the mounting plates. Thus, this solution is quite limited if it is necessary to achieve an expansion ring mechanism ratio close to 0.5. Another possible approach used in the disclosed invention is to cover the entire expansion ring mechanism (30) with pressure-bearing barriers, i.e. support vanes (51, 52), as shown in FIG. 6A.
В предпочтительном варианте осуществления были использованы два вида лопастей: первые лопасти (51), которые имеют частично согнутые части (51'), и вторые лопасти (52). Первые лопасти (51) прикреплены к первым нижним шарнирным рычагам (41) с помощью первого средства (71) крепления. Вторые лопасти (52) прикреплены ко вторым нижним шарнирным рычагам (42) посредством второго средства (72) крепления. Используемые средства (71, 72) крепления позволяют укладывать указанные лопасти (51, 52) одна на другую, когда механизм (30) расширительного кольца полностью втянут, как показано на фиг. 3A. С другой стороны, указанные лопасти (51, 52) покрывают всю поверхность механизма (30) расширительного кольца, ориентированную к мачте (100), после того, как указанный механизм (30) полностью расширен, фиг. 6A, таким образом, что указанная поверхность состоит из лопастей (51, 52), которые частично перекрываются. Важно подчеркнуть, что даже в частично расширенном механизме (30) расширительного кольца, как показано на фиг. 3B, прижимные лопасти (51, 52) достаточно хорошо покрывают всю поверхность механизма (30) расширительного кольца и могут передавать давление на нижние шарнирные рычаги (41, 42). In the preferred embodiment, two types of blades were used: first blades (51) which have partially bent portions (51') and second blades (52). The first blades (51) are attached to the first lower hinged arms (41) by means of the first fixing means (71). The second blades (52) are attached to the second lower hinged arms (42) by means of the second attachment means (72). The fastening means (71, 72) used allow said blades (51, 52) to be stacked one on top of the other when the expansion ring mechanism (30) is fully retracted, as shown in FIG. 3A. On the other hand, said vanes (51, 52) cover the entire surface of the expansion ring mechanism (30) oriented towards the mast (100) after said mechanism (30) is fully expanded, FIG. 6A such that said surface consists of vanes (51, 52) which partially overlap. It is important to emphasize that even in the partially expanded expansion ring mechanism (30) as shown in FIG. 3B, the pressure vanes (51, 52) cover the entire surface of the expansion ring mechanism (30) well enough to transfer pressure to the lower pivot arms (41, 42).
Согласно предпочтительному варианту осуществления каждая первая лопасть (51) свободно прикреплена с помощью средства (71) крепления первой лопасти к соответствующему первому нижнему шарнирному рычагу (41). Каждая вторая лопасть (52) прочно прикреплена с помощью средства (72) крепления второй лопасти к соответствующему второму нижнему шарнирному рычагу (42). Это позволяет укладывать указанные первые лопасти (51) одна на другую и перекрывать их на участках согнутой части (51') во время втягивания механизма (30) расширительного кольца, где указанные участки согнутой части (51') определяют процесс укладки; сравните фиг. 3A и 3B. Во время указанного действия каждая вторая лопасть (52) вложена между двумя соседними первыми лопастями (51); фиг. 3A, 3B и 3C. Средство (71) крепления первой лопасти предпочтительно сформировано как средство крепления в виде пружинного болта, как изображено на фиг. 5B. According to a preferred embodiment, each first blade (51) is freely attached by means of the first blade fastening means (71) to the corresponding first lower hinge arm (41). Each second blade (52) is firmly attached by means (72) of attaching the second blade to the corresponding second lower hinge arm (42). This allows said first blades (51) to be stacked one on top of the other and overlapped in the sections of the folded portion (51') during the retraction of the expansion ring mechanism (30), where said sections of the folded portion (51') determine the stacking process; compare fig. 3A and 3B. During said action, every second vane (52) is nested between two adjacent first vanes (51); fig. 3A, 3B and 3C. The first blade fastening means (71) is preferably formed as a spring bolt fastening means as shown in FIG. 5b.
Очевидно, что внутренняя поверхность эластичного уплотнительного средства (90), ориентированная в сторону механизма (30) расширительного кольца, прилегает к поверхности, выполненной из лопастей (51, 52), как показано на фиг. 6B. Эластичное уплотнительное средство (90) передает всю нагрузку от давления текучей среды на указанные лопасти (51, 52), которые закреплены на соответствующих шарнирных рычагах (41, 42), и, таким образом, предотвращает экстремальную деформацию эластичного уплотнительного средства (90), а также утечку и растрескивание под воздействием давления текучей среды, давления выше 1,5 бар в трубе большого диаметра. С другой стороны, использование лопастей (51, 52) уменьшает количество соответствующих шарнирных рычагов (41, 42), необходимых для поддержания оказываемого давления и предотвращения чрезмерной деформации эластичных средств (90), как это имело место в приведенных решениях предшествующего уровня техники.Obviously, the inner surface of the elastic sealing means (90), oriented towards the expansion ring mechanism (30), is adjacent to the surface made of the vanes (51, 52), as shown in FIG. 6b. The elastic sealing means (90) transfers the entire load from the fluid pressure to said vanes (51, 52) which are fixed on the respective articulated arms (41, 42) and thus prevents the elastic sealing means (90) from extreme deformation, and also leakage and cracking due to fluid pressure, pressure above 1.5 bar in large diameter pipe. On the other hand, the use of vanes (51, 52) reduces the number of corresponding articulated arms (41, 42) required to maintain the applied pressure and prevent excessive deformation of the elastic means (90), as was the case in the above solutions of the prior art.
Раскрытое изобретение было всесторонне испытано. Было установлено, что запорное устройство для труб большого диаметра должно быть дополнительно снабжено средством выпуска воздуха для удаления остаточного воздуха, скопившегося между наружной поверхностью эластичного уплотнительного средства (90), ориентированного в сторону текучей среды внутри указанной трубы, и текучей средой как таковой. Указанное средство выпуска воздуха, образованное в предпочтительном варианте как стандартный клапан, работает дистанционно как электроклапан, установленный внутри мачты (100), которая погружена в текучую среду, предпочтительно рядом с нижней монтажной пластиной (60), или даже образована как часть указанной нижней монтажной пластины (60). Удаление остаточного воздуха необходимо для лучшего распределения давления текучей среды на эластичное уплотнительное средство (90).The disclosed invention has been extensively tested. It has been found that a closure device for large diameter pipes should be additionally provided with an air outlet to remove residual air accumulated between the outer surface of the elastic sealing means (90) oriented towards the fluid inside said pipe and the fluid itself . Said air release means, preferably formed as a standard valve, operates remotely as an electrovalve mounted inside a mast (100) which is immersed in fluid, preferably adjacent to the lower mounting plate (60), or even formed as part of said lower mounting plate (60). Removal of residual air is necessary to better distribute the pressure of the fluid on the elastic sealing means (90).
Что касается материала, из которого изготовлено запорное устройство для труб большого диаметра, раскрытое в настоящем документе, специалист в данной области техники, конечно, будет использовать сталь или соответствующую нержавеющую сталь в качестве материала для формирования элементов или частей, который является прочным и должен выдерживать значительные усилия. В качестве эластичного уплотнительного средства в практике широко распространено использование NBR (нитрил-бутадиенового каучука). With regard to the material of which the large diameter pipe closure disclosed herein is made, the person skilled in the art will, of course, use steel or an appropriate stainless steel as a material to form elements or parts that are strong and must withstand significant efforts. As an elastic sealing agent, the use of NBR (nitrile butadiene rubber) is widespread in practice.
Промышленное применениеIndustrial Application
Промышленное применение указанного изобретения очевидно. Согласно предпочтительному варианту осуществления, изображенному на фиг. 1A и 2A, когда механизм (30) расширительного кольца полностью втянут, устройство вставляется в трубу, которую необходимо уплотнить. Мачта (100) ориентирована в сторону текучей среды, и устройство располагается внутри трубы. В случае, когда средство (80) привода расширения представляет собой шпиндельный механизм, кривошип вставляется в гнездо (81) вставки, и процесс расширения, изображенный на фиг. 3A, 3B, 3C, начинается. Все это время лопасти (51, 52) закрывают внутреннюю поверхность эластичного уплотнительного средства (90), ориентированного в сторону механизма (30) расширительного кольца, и указанные лопасти (51, 52) служат в качестве несущие давление барьеров, способных передавать все давление текучей среды на нижние шарнирные рычаги (41, 42); независимо от того, максимально расширено устройство или нет, фиг. 3B, 3C. Другими словами, устройство способно с одинаковой эффективностью уплотнять трубы различных диаметров, предпочтительно от 0,6 м до 0,9 м. После достаточного расширения уплотнительный участок (93) стенки эластичного средства прилегает к внутренней стенке трубы и уплотняет трубу со стороны мачты (100). При необходимости остаточный воздух, скопившийся между наружной поверхностью эластичного уплотнительного средства (90) и текучей средой, может быть удален через встроенное в устройство средство выпуска воздуха. Указанное устройство было испытано при давлении жидкости до 2 бар и диаметре уплотнения 0,9 м.The industrial application of this invention is obvious. According to the preferred embodiment shown in FIG. 1A and 2A, when the expansion ring mechanism (30) is fully retracted, the device is inserted into the pipe to be sealed. The mast (100) is oriented towards the fluid, and the device is located inside the pipe. In the case where the expansion drive means (80) is a spindle mechanism, the crank is inserted into the insert seat (81), and the expansion process shown in FIG. 3A, 3B, 3C, starts. All this time, the vanes (51, 52) cover the inner surface of the elastic sealing means (90) oriented towards the expansion ring mechanism (30), and said vanes (51, 52) serve as pressure-bearing barriers capable of transmitting all of the fluid pressure. on the lower pivot arms (41, 42); regardless of whether the device is maximally expanded or not, FIG. 3B, 3C. In other words, the device is capable of sealing pipes of different diameters with equal efficiency, preferably from 0.6 m to 0.9 m. After sufficient expansion, the sealing section (93) of the wall of the elastic means rests against the inner wall of the pipe and seals the pipe from the side of the mast (100) . If necessary, residual air accumulated between the outer surface of the elastic sealing means (90) and the fluid can be expelled through the air outlet built into the device. This device has been tested with a fluid pressure of up to 2 bar and a seal diameter of 0.9 m.
Ссылочные номераReference numbers
Claims (20)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2779007C1 true RU2779007C1 (en) | 2022-08-30 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2220362C1 (en) * | 2002-04-22 | 2003-12-27 | Боев Игорь Васильевич | Device for shutting-off pipe lines |
WO2009011543A1 (en) * | 2007-07-16 | 2009-01-22 | Gye Myeong Co., Ltd. | Apparatus for blocking fluid flow in a pipe line and system for forming bypass using the same |
CN106523845A (en) * | 2016-12-15 | 2017-03-22 | 福州市水务管网维护有限公司 | Pipeline plugging device |
CN106499908B (en) * | 2016-12-15 | 2018-06-19 | 福州市水务管网维护有限公司 | A kind of expansion type pipe plugging head and its main body mechanism |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2220362C1 (en) * | 2002-04-22 | 2003-12-27 | Боев Игорь Васильевич | Device for shutting-off pipe lines |
WO2009011543A1 (en) * | 2007-07-16 | 2009-01-22 | Gye Myeong Co., Ltd. | Apparatus for blocking fluid flow in a pipe line and system for forming bypass using the same |
CN106523845A (en) * | 2016-12-15 | 2017-03-22 | 福州市水务管网维护有限公司 | Pipeline plugging device |
CN106499908B (en) * | 2016-12-15 | 2018-06-19 | 福州市水务管网维护有限公司 | A kind of expansion type pipe plugging head and its main body mechanism |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3983714B1 (en) | A large diameter pipe closing device | |
US4535822A (en) | Fitting installation device | |
JP4516842B2 (en) | Sealing and methods for pressure vessels | |
US4153278A (en) | Hydraulically operated misalignment connector | |
US9851852B2 (en) | Downhole apparatus | |
US20070044974A1 (en) | Riser make-up tool | |
RU2779007C1 (en) | Closing device for large diameter pipes | |
KR101330930B1 (en) | Ring cam and fluid-working machine including ring cam | |
JP7019716B2 (en) | Wave power unit | |
KR20120058448A (en) | Ring cam and fluid-working machine including ring cam | |
US10683721B2 (en) | Test tree and actuator | |
EP2716954B1 (en) | Plugging machine for interventions of installation, repair, maintenance on pressure fluids supplying piping | |
US5499890A (en) | Trench shoring device with locking mechanism | |
US20170175700A1 (en) | Energy transfer arrangement of a wave energy recovery apparatus | |
CN209278505U (en) | The rubber seal butterfly valve of high reliability | |
US3672705A (en) | Pipe jack | |
CA3076393C (en) | Downhole apparatus | |
FI76416C (en) | Pipe sealing device and lifting device for the same | |
RU2519627C1 (en) | Gate valve for pipelines and apparatuses operated under pressure | |
RU2786869C1 (en) | Double acting safety valve | |
CN109707906B (en) | Novel double-valve integrated valve capable of being lengthened | |
CN211228387U (en) | Hydropower station metal component gate capable of controlling water discharge | |
WO1988000309A1 (en) | Locking of cover against a flange | |
EP4202264A1 (en) | Actuator arrangement and a method for moving a valve member into a cleaning position | |
SU1247460A1 (en) | Arrangement for testing joints of flare-end pipes of enclosed line |