CN102177384A - 内部约束装置 - Google Patents

Abstract

一种用于在管道的内部锚定的约束或夹持装置包括：一对端板和多个导靴，所述一对端板适于朝向彼此推动，所述多个导靴定位在所述端板之间并且适于当一起推动所述端板时径向向外地移动。在进一步的方面中，提供了一种约束管塞或隔离工具的方法。也提供了一种包括一体形成的约束或夹持机构的用于管道隔离的组件。

Description

内部约束装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年8月28日提交的美国申请号61/092,715的优先权，该申请的全部内容并入此处以供参考。

技术领域

本发明涉及能够被锚定或夹紧在管道的内部的夹紧或约束装置。

背景技术

通常使用测试工具来检测管道或设置在管道上的焊缝的完整性。另外，各种隔离工具是已知的，这些工具用于将管道的特定部分与另一部分隔离开。在美国专利号5,844,127和6,131,441(这些专利的全部内容并入此处以供参考)中提供了这些工具的示例。使用中，将例如这些工具的工具插入管道内且相对于管道的内壁锚定。利用前述专利的工具，通过使弹性环形环变形的螺栓等实现所述锚定步骤，以便所述环相对所述管道壁径向向外地变形。一旦被定位和锚定，所述工具能够承受很高程度的位移压力(displacement pressure)。

尽管由上述工具本身提供的锚定力，但是为了额外的安全性，可能可以建议的是，在所述管道内提供另外的夹具或约束装置，以在与所述工具相邻处的压力积聚的情况下、约束所述工具。如将被本领域的普通技术人员理解的，在所述压力超过所述工具的锚定力的情况下，所述工具可能从所述管道猛烈地射出。这样，在这样的情况下约束装置将提供额外的支撑。

现有技术中也已知的是，提供内夹具以在将这些管道焊接在一起时使两个管道保持轴向对准。在美国专利号4,463,938、5,816,475、和5,875,955(这些专利的全部内容并入此处以供参考)中提供了这样的内夹具的示例。这些专利中描述的装置包括复杂的机械机构，将所述机械机构设计成相对相邻管道的内壁而锚定以让这样的管道保持邻接布置。然后可以使用焊接工艺将所述管道端部结合在一起。

已知的内部夹紧装置面临的另一个问题是，所述内部夹紧装置经常对所述管道的内壁造成损害，所述内部夹紧装置用于所述管道。就是说，许多已知的夹具使用导靴(shoe)，所述导靴偏压所述内部管道壁且设置有齿以接合这样的壁。所述齿提供附加的锚定力以防止所述装置在所述管道内平移运动。然而，如将被理解的，一旦移除所述装置，这样的齿留下的印痕就会对所述管道内部造成损害且在某些情况下导致薄弱区域。

现有技术中已知的装置包括笨重的和/或复杂的机构，或者不能容易地适于与测试工具或隔离工具一起使用，或者对所述管道造成损害。这样，存在有对改进的内部管道夹具或约束装置的需要。

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种约束装置，所述约束装置适于在管道的内部被锚定。

在一个方面，本发明提供了一种用于在管道内锚定的约束装置，所述管道具有内径，所述装置包括：

-第一端板和第二端板，所述端板适于在使用时同轴地对齐；

-推动装置，所述推动装置设置在一个或两个端板上，用于一起推动所述端板；

-多个导靴，所述多个导靴设置在所述端板之间；

-所述导靴适于在一起推动所述端板时径向地向外移动。

在另一个方面，本发明提供了一种约束系统，所述约束系统包括一个或多个本发明的装置，其中所述一个或多个装置定位在管道内与管塞或隔离工具相邻。

在另一个方面，本发明提供了一种用于约束管塞或隔离工具的方法，包括：将所述管塞或隔离工具在所需的位置处紧固在管道内；以及将根据权利要求1至10中任一项所述的约束装置紧固在与所述管塞或隔离工具相邻的所述管道之内。

在另一个方面，本发明提供了一种用于隔离管道的内段的组件，所述组件包括：

-轴，所述轴具有第一端和第二端；

-第一凸起，所述第一凸起连接至所述轴的所述第一端；

-套筒，所述套筒可滑动地且同轴地套设在所述轴上，所述套筒具有第一端和第二端，其中所述套筒的所述第一端指向所述轴的所述第一端；

-第二凸起，所述第二凸起紧固到所述套筒的第一端；

-第一环形体和第二环形体，所述第一环形体和第二环形体设置在所述第一凸起和第二凸起之间，所述第一环形体与所述第一凸起相邻地定位，并且所述第二环形体与所述第二凸起相邻地定位；

-第一弹性密封部件和第二弹性密封部件，所述第一弹性密封部件定位在所述第一凸起和所述第一环形体之间，所述第二弹性密封部件定位在所述第二凸起和所述第二环形体之间；

-多个导靴，所述多个导靴设置在所述第一环形体和所述第二环形体之间，所述导靴适于在使用所述装置时被径向向外地推动；

-螺母，所述螺母设在所述轴的第二端，用于朝向所述轴的所述第一端推动所述套筒。

在另一个方面，本发明提供了一种用于隔离管道的内段的组件，所述组件包括：

-第一凸起和第二凸起；

-环形体，所述环形体设在所述第一凸起和第二凸起之间；

-第一弹性密封部件和第二弹性密封部件，所述第一弹性密封部件和第二弹性密封部件定位在所述环形体的相对端上并定位在各个第一凸起或第二凸起之间；

-多个拉杆，所述多个拉杆从所述第一凸起朝向所述第二凸起延伸，所述拉杆适于延伸通过所述环形体的内径以及设置在所述第二凸起上的多个螺栓孔；

-板，所述板相邻于与所述环形体相对的侧面上的第二凸起设置，所述板包括多个螺栓孔，所述拉杆可延伸通过所述多个螺栓孔；

-多个导靴，所述多个导靴设置在所述第二凸起和所述板之间；以及

-多个第一螺母，所述多个第一螺母设置用于接合与所述导靴相对的板的一侧上的拉杆，所述导靴用于沿着朝向所述第一凸起的方向推动所述板。

附图说明

本发明的这些和其他特征从下面参考附图的详细描述中将变得更明显，其中：

图1是定位在管道内的根据本发明的一个方面的约束装置的横截面视图。

图2是图1的装置沿线2-2的端视图。

图3是根据本发明的一个方面的约束装置的横截面视图，所述约束装置定位在管道内且示出与现有技术中已知的隔离工具一起使用。

图4是在管道内串联使用的两个图1的约束装置的横截面视图。

图5是定位在管道内的根据本发明的另一个方面的约束装置的横截面视图。

图6是图5的装置沿线6-6的端视图。

图7是根据本发明的一个方面的约束装置的横截面视图，所述约束装置定位在管道内且示出与现有技术中已知的管塞一起使用。

图8和9是并入管道隔离和夹持机构的本发明的另一个实施例的局部横截面视图。

图10和13是并入管道隔离和夹持机构的本发明的另一个实施例的局部横截面视图。

图11是图10的装置的分解图。

图12是图10的装置沿线12-12的端视图。

具体实施方式

如此处所使用，术语“夹具”或“约束装置”或“限制装置”将理解为具有相同的含义。就是说，这些术语将用于指本发明，本发明适于插入管道内且相对于该管道的内壁上摩擦地锚定-且锚定在其内。将参考本发明的各个方面描述本发明。可以理解，就所述装置的尺寸而言，所述装置的多种修改是可能的，所述装置的尺寸顺序地与该装置将被使用的管道的尺寸相关联。

图1中说明了本发明的一个方面。如图所示，本发明的装置10设置在管道12内。示出了装置10处于接合位置，其中装置10相对于所述管道的内壁锚定。所述装置分别包括通常圆形的第一端板14和第二端板16。在使用所述装置时，如图1所示，端板14和16与管道12的纵轴共轴对准布置。端板14和16分别具有朝向彼此的内面18a和18b、以及分别相反指向的外面20a和20b。端板14和16分别设置有外边缘22a和22b。在端视图(例如如图2所示)中外边缘22a和22b通常是圆形的。如图1所示，内面18a和18b的直径小于外面20a和20b的直径。这通过使外边缘22a和22b分别设置有斜面21a和21b而实现，斜面21a和21b分别从或者靠近外面20a和20b朝向内面18a和18b延伸。

如将被理解的，且如图1所示，调整装置10的端板14和16的尺寸以便被可滑动地引入将被测试的管道12中。就是说，所述端板的最大直径小于管道12的内径。

本发明的装置10进一步包括多个圆周地间隔开的导靴或“夹持板”24。在图1和2所示的本发明的实施例中，示出了六个这样的导靴24a到24f。然而，本领域的普通技术人员可以理解的是可以设置任何数量的这些导靴并且该数量可能与所述导靴的尺寸和所述装置本身的圆周的尺寸有关。例如，在一些情况下，根据需要可以使用两个或三个导靴或夹持板。例如，如将被理解的，与更小直径的装置相比，更大直径的装置可能需要更大数量的导靴。也可以理解的是，在这些更大直径的装置中，尽管具有更大直径，但是可以使用相同数量的导靴。可以理解的是本发明不限于任何数量的导靴。

如图1和2所示，导靴24通常是弯曲结构，所述弯曲结构具有外表面26和相对指向的内表面28，外表面26适于与管道12的内壁邻接，内表面28朝向管道12的内部指向。导靴24也包括相对的侧边沿30，侧边沿30包括斜面并且与设置在端板14和16上的斜面21a和21b互补或适于与设置在端板14和16上的斜面21a和21b配合。所述导靴上的斜边沿30导致外表面26具有比内表面28更大的宽度(即，在使用时沿着所述装置的纵轴测量的从一边沿到相对的边沿的尺寸)。

在一个方面，如图1所示，导靴24的外表面26可以设置有凹槽32。如将被本领域的普通技术人员理解的，如以下进一步描述的，这些凹槽32将用于帮助所述装置相对于所述管道内壁摩擦接合。也如将被本领域的普通技术人员在阅读本说明书时理解的，导靴24的外表面26也可以设置有任何类型的涂层、添加物、覆盖物等等，所述涂层、添加物、覆盖物等等将在所述装置使用且接合在管道内时帮助增强所述导靴与所述管道内壁的摩擦接合。在一个示例中，上述凹槽32中的一些或全部可以设置有O型环或其他类型的装置或材料。另外，通过增加导靴24的外表面26的表面积也可以增加摩擦接触的程度。

导靴或夹持板24可以由任何材料制成。在一个示例中，为了减轻所述装置的重量，导靴24由铝制成。板14和16优选由更强的材料形成。因为所述导靴将最小化对管12的内壁的印痕或损害，所以将铝用作形成导靴24的材料也是优选的。可以理解的是本发明包括形成导靴24和/或板14和16的各种材料。例如，如果所述装置将用于塑料管道，那么因为有关的锚定力的量将通常小于金属管道遇到的锚定力的量，所以可以使用较轻的材料。这样，例如，当约束装置10与塑料管道一起使用时，所述整个装置可以由铝形成。

如图1和2所示，装置10进一步包括多个螺栓34。在一个方面，螺栓34通常绕着所述装置的圆周(例如绕着端板16)周向地间隔开。所述螺栓通过在第二端板16内设置的螺栓孔36设置并且延伸到在第一端板14内设置的螺纹孔38。在示出的实施例中，孔38包括与螺栓34上设置的螺纹互补的螺纹，藉此可以通过接合孔38而使螺栓34紧固。可以理解的是可以通过使用板14的相对面20a上的固定螺母(未示出)而代替孔38内的螺纹。在另一个实施例中，可以用永久地固定到板14的螺纹轴(未示出)代替螺栓34，其中这些轴的螺纹端插入板16上的螺纹孔并且其中单独的螺母用于接合所述轴。在这些示例的任一个中，可以理解的是所述螺栓的目的是朝向彼此推动两个板14和16。因此，本发明不限于实现这个目的的任何一种手段。另外，可以理解的是可以设置各种这样的推动装置。如图所示，第二端板16内的螺栓孔36可以包括井以容纳螺栓34的头部。在这种情况下，端板16的外面20b将具有平面表面。如以下进一步描述，在测试或隔离工具将与相对邻接时，这种平面表面可能是优选的。

现在将讨论与图1和2中所示的本发明的所述方面的装置的使用方法。在使用时，可以将所述装置的部件，即，端板14和16、导靴24和螺栓34单独地插入所述管道中并且随后结合。然而，在一个优选的方面中，这些部件首先在所述管道的外面松散地组合或结合。在这种布置中，端板14和16相对地彼此分开。如将被理解的，在这种松散布置中，导靴24可径向移动以便装置10的最大外径小于管道12的内径。以这种方式，装置10可以可滑动地引入管道12中并且在其中定位在所需的位置。一旦在位，螺栓34就紧固，藉此将端板14和16朝向彼此推动。如将被理解的并且如图1所示，该过程导致导靴24从装置10径向向外并朝向管道12的内表面推动。这种径向向外的力归因于所述端板和所述导靴上的协作和相对指向的斜面。如将被理解的，当将端板14和16朝向彼此推动时，所述板的各个斜边沿21a、21b承载在导靴24a-d的相对的斜边沿30上。由于所述斜面的相对定向，将端板14和16朝向彼此推动(通过紧固螺栓34而实现)使导靴24a-d径向向外地推动。当进一步紧固螺栓34时，所述导靴紧紧地偏压所述管道内壁，从而于其间形成紧密的摩擦接触。

在本发明的一个优选实施例中，螺栓34以通常相等的、圆周地间隔开的方式围绕板14、16设置。该布置用于均匀地分布施加到端板14和16上的推动力，从而导致所述导靴沿着径向向外的方向均匀地移动。在本发明的方法的一个进一步优选的实施例中，螺栓34以周向相对成对地紧固，以便实现施加到所述端板上的力的均匀圆周分布。以这种方式，一起均匀地推动板14和16，从而防止一个或两个板在所述管道内“倾斜”。即，将板14和16保持在相对于管道12的纵轴的通常垂直的布置。可以理解的是这种布置不是对本发明的限制而仅仅是优选。也可以理解的是，与准确垂直布置的至少一些偏离将是会出现的。

如将被理解的，螺栓34提供了用于将板14和16朝向彼此推动的装置。因此可以理解的是虽然螺栓34提供了这种推动装置的简单和有效的实施例，但是本发明不被这个实施例限制。例如，在另一个实施例中，可以用也用于相同的目的的液压或气压装置代替螺栓34。在一个示例中，可以使用液压顶或千斤顶以将所述板用力在一起。在另一个示例中，可以使用磁性装置将所述板推动在一起。在后面的情况下，板14、16中的一个或两个可以设置有磁性装置，例如电磁铁，当装置10在位时可以致动所述磁性装置。这些磁性装置(未示出)将以与螺栓34相同的方式迫使板14和16在一起。在一个进一步的实施例中，可以将螺纹杆或轴连接到所述端板的一个例如所述第一端板上，并且这些杆可以延伸通过并且超出所述第二端板。然后，无论有没有支承板，可以使用配合螺母将所述端板推动在一起。本发明不限于在此公开的具体推动装置。这些推动装置的特征是能够使板14和16、或装置10的相对端一起推动，从而使导靴或夹持板24径向向外地移动。

图1说明了当具有通常环形环的形状时的第一端板14。就是说，第一端板14包括中心开口31。以类似的方式，也可以环形环的形式设置第二端板16。如将被理解的，使用这些环将减轻所述装置的总重量，在将装置10设计成与具有大直径的管道一起使用时这将是特别需要的。

如图2所示，端板14和16中的一个或两个可以设置有一个或多个槽40，槽40适于容纳或保持在测试或隔离工具等等上设置的螺栓。在一个方面，槽40设置有键孔形，藉此可以将一个或多个螺栓(未示出)的头部插入槽40的较大的部分并且一旦圆周地绕着装置10的轴线旋转，所述头部容纳在槽40的较小的部分内。以这种方式，将所述螺栓保持在槽40内并且防止所述螺栓与其轴向分离。因此，防止连接在所述螺栓上的任何工具或其他这样的设备与所述约束装置轴向分开。如将被理解的，这种类型的接合是普通的并且各种相同的修改将对本领域的普通技术人员是显而易见的。也可以理解的是所述约束装置与其他设备的这种连接只是本发明的一个方面并且本发明不限于任何这种连接的布置。

图3说明了根据一种使用的约束装置10。如图所示，约束装置10定位在管道12内并且以以上描述的方式与其锚定。通过示例，在50处示出了例如在美国专利号6,131,441(该申请的全部内容并入此处以供参考)中教导的测试或隔离工具。在图3所示的示例中，工具50用于使管道12的内部部分与管道的一端52隔离开，凸缘54通过焊接56连接在管道的一端52上。可以理解的是因为任何各种其他原因隔离管道的特定的部分或段可能是所需的或必要的。主要地，例如在50处示出的隔离工具可以用于防止管道12内包含或产生的烟雾、可燃蒸气等等到达所述焊接区域，来自焊接工艺的热在焊接区域处可能引起这些烟雾着火并且导致爆炸。在另一个方面，隔离工具50也或者可选地可以用于防止焊接工艺产生的热在管道12的长度上传导。例如，如在US 6,131,441中教导的，所述隔离工具可以设置有冷却水流以充当热障。为了增加对操作者、职员和周围设备的安全性，约束装置10可以与这样的测试或隔离工具一起使用，以便在所述管道内提供锚定器(anchor)，以将这种测试或隔离工具保持在适当的位置。例如，在一些情况下，在使用测试或隔离工具50的过程中，管道12内的烟雾可能被加压到危险的程度，由于这个原因，本发明的约束装置10可以提供作为工具50的另外的锚定器或约束装置。换言之，装置10用于限制工具50在所述管道内轴向移动。

可以理解的是，本发明的约束装置10可以与如将对本领域的普通技术人员已知的任何类型的隔离或测试工具一起使用。提供在此描述具体工具(例如US6,131,441的工具)的例子仅仅是为了说明可以如何使用本发明的目的。本发明的方法的设备不限于任何隔离或测试工具。显然地，如将被理解的，在一个方面，本发明用于在使用这些测试或隔离工具的地方提供附加的安全性。

如将被理解的，将所述约束装置设置在测试或隔离工具50的上游(即，与所述管道开口相反)用于防止工具50沿着所述上游方向轴向移动。在一些情况下，可以将测试或隔离工具50连接到约束装置10，由此也防止工具50沿着所述上游方向轴向移动。例如，在一个方面，如图3所示，测试或隔离工具50可以设置有锁定板56，锁定板56从所述工具朝向所述管道的内部延伸。所述锁定板可以设置有轴向延伸的螺栓51，螺栓51的头部53可以容纳并且锁定在装置10的端板上设置的上述槽40内。如前面所讨论的，在这种布置中，将工具50和约束装置10连接或锁定在一起，从而防止轴向分离。如以上所讨论的，将螺栓头部53连接到槽40中是通过以下步骤实现的：首先将约束装置10定位或紧固在所述管道内，接着是插入工具50，锁定板56连接到工具50。然后，将锁定板56的螺栓头部53插入槽40的宽部分，并且工具50和锁定板56被周向旋转，以便使螺栓51容纳在槽40的窄部分内，从而将工具50锁定到约束装置10。此时，然后可以通常的方式将测试或隔离工具50紧固到所述管道。可以理解的是可以使用任何其他的装置以将工具50固定到约束装置10。例如，所述两个装置可以简单地通过链条、钩、线缆等等连接在一起。在任一情况下，可以理解的是这些连接装置有助于防止当两者都安装在管道12内时工具50和约束装置10轴向分离。

图4说明了本发明的另一方面，其中串联地使用两个装置10和110。为了方便，装置110与装置10共有的元件以前缀“1”标识。这样，如图所示，装置10和110分别包括第一端板14和114并且分别包括第二端板16和116。如将被理解的，使用两个约束装置例如10和110使在管道12内提供的锚定力加倍。如以上所讨论的，类似的结果可以通过使用具有更大宽度的导靴24的装置而实现，以便增加所述导靴和所述管道内表面之间的接触面面积。然而，使用两个装置10和110将实现相同的结果，但是最小化每个部件的重量。换言之，不是具有成套的大导靴，而是例如，使用两个装置允许使用较多但是较小的导靴。在使用如图4所示的装置时，可以容易地理解的是首先将一个装置10安装在所述管道内，在此之后，类似地将安装第二装置110。也可以理解的是可以使用任何数量的这种装置以提供累积的锚定力。进一步可以理解的是每个装置10、110(或其他数量，如果适用)可以各自具有不同的尺寸。

图5和6说明了根据另一个方面的本发明的装置。在这些图中，类似的元件将引用相对于图1中如上所使用的参考标记，但是为了清楚起见用数字“2”作为前缀。如图所示，基本上以与以上所描述的装置10的相同的方式构造装置210。然而，如图5所示，装置210设置有凸起300，当装置210处于安装状态时凸起300与端板214和216同轴地对齐并且定位在其间。在一个示例中，如图5所示，凸起300包括通常环形的主体，所述环形主体的外径小于管道12的内径，以便与端板214和216一样，这样凸起300可以在所述管道的内部同轴地对齐并且在其中可滑动地定位在所需的位置。形成其更大直径的凸起300的外端302设置有分别与每个面297和299相邻的相对指向的斜边301和303，藉此凸起300在它的外面上的外径小于在凸起300的中心部分的直径。如图5所示，装置210包括成对地设置的导靴224，其中一对中的一个以“’”标识。因此，第一对导靴在224a和224a’处示出，而第二对导靴在224d和224d’处示出。在凸起300上设置的斜边沿301和303适于与在凸起300的相对侧上设置的导靴的斜面互补。例如，如图5所示，凸起300的斜面301和303分别适于与斜面305和307互补。如图所示，斜面305设置在导靴224a上，而斜面307设置在导靴224a’上。可以理解每个导靴224a和224a’等等具有在与凸起300相反的边沿上的另一斜面，所述斜面用于接合各个端板214和216。

如将被理解的，将以上面所描述的类似的方式将图5和6中说明的约束装置210安装在管道12内。就是说，装置210将包括将端板214和216一起推动的一些装置。在一个实施例中，这样装置包括螺栓234，螺栓234从所述端板中的一个(例如216)延伸到设置在所述端板中的另一个(例如214)上的相互协作的带螺纹的螺栓孔。如将被理解的，当紧固螺栓234时，将板214和216沿着轴向方向朝向彼此推动。为了协助这个过程，可以按照以下顺序紧固所述螺栓：其中紧固彼此周向相对的螺栓，以便防止一个板在所述管道内倾斜。当紧固螺栓234时，端板214和216使各种导靴224和224’一起推动，且由此“夹入”凸起300。在这个过程中，以上所描述的相对指向并且互补的斜面导致导靴224和224’径向向外地推动，且由此靠着管道12的内壁。可以继续紧固螺母234，直到在约束装置210和管道12的壁之间达到所需的锚定力。如以上所讨论的，将螺母234用作所述推动装置仅仅是本发明的一个实施例，并且可以使用各种其他这样的推动装置，例如液压顶或千斤顶、磁性装置等等。

如将被理解的，图5的装置210用于通过增加、即加倍、所述导靴或夹持板的接触面积而提供相对所述管道的内表面的附加的锚定力。这样，由“双”装置210提供的有效力将大于由图1所示的“单”装置10提供的有效力。可以理解的是，本发明的装置的各种其他修改可能得到类似的结果。例如，可能提供“三元”装置。可选地，根据需要的锚定力可以进行以上所描述的本发明的各种形式的任何组合。

在另一个方面，在附图中未示出，根据在以上所提及的专利中描述的方法，如图5中所示的装置可以用于将相邻的管道段对接焊在一起。例如，可以将图5的约束装置210设置在两个管道的接合处，其中所述装置定位在每个管道部分的内部。可以理解的是所述管道将轴向对齐，以便被焊接在一起。约束装置210将被定位成使所述管道之间的接头位于凸起300之上。一旦约束装置210在适当的位置，就可以紧固螺栓234，以便将装置210锚定在每个管道段内。一旦这样锚定装置210，就可以进行焊接操作，以将所述管道的相邻端连接在一起。在这个示例中，因此，装置210将用于将所述管道段保持在所需的取向，直到完成所述焊接工艺。这时，可以松开并移开所述装置。

图7说明了本发明的约束装置的另一种用途。如图所示，如以前所描述的约束装置10设置在管道12内。如图所示，约束装置10包括与图1所示的约束装置相同的结构，包括一对相对的端板14和16，其中多个导靴或夹持板24设置在其间。推动装置，例如多个螺栓34，用于朝向彼此轴向地推动板14和16。图7所说明的一个方面是细长形式的导靴24。如将被理解的，并且如以上所讨论的，本发明不限于任何尺寸的装置的元件。在图7中，可以看到的是，为了容纳更长的导靴或夹持板24，也使螺栓34更长。

以与以上关于图3讨论的类似的方式，与其他管道测试或隔离工具结合使用图7所示的约束装置10。如图所示，图7说明了与现有技术中已知的管塞51一起使用约束装置10。例如，这种塞可以与以前描述的隔离工具相同。塞51可以是用于将管道的一部分与所述管道的剩余部分密封的任何工具或装置。在图7所示的示例中，塞51用于将管道的端部与它的剩余部密封。为了这个目的，根据适当的方案将塞51插入所述管道中一定距离并且紧固在适当的位置。这种放置形成了管道12的密封部分60。如图所示，如典型地会出现的情况管道12包括凸缘62。然后，将盲板法兰64与凸缘62开口相对设置，并且使用如通常已知的螺栓等等将盲板法兰64紧固到凸缘62开口。盲板法兰64基本上是用于覆盖凸缘62开口的板。如将已知的，垫圈等等可以用于在管道12内产生密封体积63，密封体积63从盲板法兰64延伸到塞51。盲板法兰64优选包括一个或多个端口，例如端口66a和66b，端口66a和66b通过盲板法兰64延伸到密封体积63中。所述端口用于加压密封体积63，藉此进行压力的监测，以便评估焊接处68的完整性，焊接处68将凸缘62紧固到管道12。如将被理解的，在进行这种焊接试验时，密封体积63受到的压力通常是高的。照这样，通过使用此处所描述的约束装置10可以最小化塞51轴向移动的危险。作为进一步的加强，可以使用系链(或者系索，tether)69等等将塞51紧固到盲板法兰64。在一个示例中，系链69包括连接到盲板法兰64和塞51的链。然而，可以理解的是可以使用任何其他形式的系链。由于密封体积63内产生的压力，可以理解的是仅仅推动塞51以在管道12内轴向向上游移动。由于这个原因，使用参考图3所讨论的锁定板将不是必要的，因为不会推动塞51向约束装置10的下游移动。

图8和9示出了本发明的另一方面，其中具有如上描述的特征的夹持机构与测试或隔离工具结合。如图8所示，测试或隔离组件300包括测试或隔离工具302。此后，仅仅为了方便这两个术语将被称为“隔离组件”和“隔离工具”。这种术语的使用不是旨在以任何方式将本发明限制到一种工具或另一种工具。隔离组件300也包括约束机构304，并且整个组件适于插入管道12内。上述隔离组件包括轴306，轴306的第一或上游端305连接到第一凸起308。可以通过任何已知的方法例如焊接、螺纹连接等等将轴306紧固到第一凸起308。第二凸起310可滑动地并且同轴地设置在轴306上并且定位在轴306上的下游，即，远离第一凸起308。如将被理解的，第一凸起308和第二凸起310具有通常圆形的外表面，以便允许插入圆柱状的管道12中。在一个方面，凸起308和310的形状是环形的。然后套筒312同轴地并且可滑动地套设在轴306上，其中套筒312设置在第二凸起310的下游。在一个优选的实施例中，如图8所示，将第二凸起310紧固到套筒312的上游端。在一个实施例中，通过焊接将凸起310紧固到所述套筒。所述隔离组件进一步包括在套筒312的下游设置的螺母314。所述螺母适于接合轴306的第二或下游端307，第二或下游端307设置有与在螺母314上的螺纹互补的螺纹。在一个实施例中，也可以在螺母314和套筒312之间设置套环315。可以理解的是所述套环本身可以形成套筒312的一部分。

所述隔离组件进一步包括两个通常环形体，所述环形体包括第一体316和318。第一环形体316与第一凸起308相邻地定位并且定位在其下游，而第二环形体318定位在第一环形体316和第二凸起310之间。如图8所示，环形体316和318可滑动地套设在轴306上。

隔离组件300进一步包括一对弹性密封部件319和320，例如，弹性密封部件319和320可以包括O型环。如图8所示，第一弹性密封部件319同轴地套设在轴306上并且定位在第一凸起308和第一环形体316之间。第二弹性密封部件320同轴地套设在轴306上并且定位在第一环形体316和第二凸起310之间。调整密封部件319和320的尺寸以具有这样的外径，所述外径小于管道12的内径。由于其弹性，将密封部件319和320设计或适于可膨胀的以在使用时相对于管道12的内壁施力。以下将进一步讨论这个方面。

如将从以上描述和图8理解的，当将螺母314紧固在轴306上时，所述螺母被施力以相对套筒312承载，藉此沿着所述上游方向在轴306上轴向推动套筒312。由于第二凸起310连接到套筒312，类似地沿着朝向第一凸起308的方向推动第二凸起310。当以这种方式朝向彼此推动凸起308和310时，可以理解的是，也将一起推动定位于其间的元件，密封部件319和320以及环形体316和318。一旦使组件300的单个元件接触，螺母314的进一步紧固就导致弹性密封部件319和320的压缩并且因此径向向外变形。特别地，可以注意的是第一密封部件319在第一凸起308和第一环形体316之间压缩，而第二密封部件320在第二环形体318和第二凸起310之间压缩。可以理解的是，组件300的元件适于使密封部件319和320形成相对管道12的内壁所需大小的密封力，以便防止组件300在管道12内轴向移动。如将被理解的，密封部件319和320在所述管道内形成分离，所述分离使在组件300的上游和下游的部分分开。在一个优选的实施例中，第一凸起308可以设置有中心孔(未示出)，所述中心孔开到通过轴306轴向设置的孔(也未示出)。以这种方式，管道12的上游部分中包含或积累的任何烟雾等等可以安全地通过组件300排出。进一步地，尽管未示出，轴306的下游端307可以包括连接到所述孔的计量器，所述计量器用于测量管道12的上游部分的压力。以这种方式，只有当达到临界压力时，才允许排出任何烟雾等等。如将被理解的，在所述烟雾有毒的地方，这个特征为操作者提供了增加的安全性。考虑到申请人的在先专利号US 6,131,441，使用如以上所描述的隔离组件300的另外的细节对本领域的普通技术人员将是显而易见的。

也如美国专利6,131,441教导的，隔离组件300可以适于使用加压的流体产生进一步的密封。在这方面，套筒312可以设置有一个或多个端口321和322，端口321和322开到在轴306的外壁和套筒312的内壁之间形成的环形空间324中。可以理解的是，为了这个目的，相应地将调整所述轴和套筒的尺寸，以提供需要的分离和环形空间324的体积。第二凸起310也将设置有内径，所述内径使环形空间324与管道12内由两个凸起308和310限制的体积323流体连通。在这种布置中，可以将加压流体引入端口321或322中的一个中，以便当在管道12内使用组件300时、填充环形空间324以及凸起308和310之间的体积323。如将被理解的，为了这个目的，优选的是使用两个端口，以便在最初的填充操作过程中允许任何空气排出。在操作中，组件300在管道12内定位在所需的位置，并且使密封部件319和320变形以与管道12一起形成所需的密封。然后，所述凸起之间的体积323充满所述流体(如以前所描述的)，并且在其中的压力升高到需要的水平。如将被理解的，因此加压流体形成进一步的密封，以当在管道12内使用时，防止任何烟雾从组件300的一侧通到另一侧。如现有技术中已知的，例如从美国专利号6,131,441，加压体积323也可以用于对管道12上的焊接处或其他这样的部件进行压力测试。在这种情况下，组件300定位在所述管道内，其中形成体积323的部分定位在将被测试的焊接处的区域。以现有技术中已知的方式，监测体积323内的压力提供了所述焊接处内的任何缺陷的指示。

现在将讨论隔离组件300的约束工具304。如图8所示，环形体316和318优选分别设置有带有斜面的外径326和328。在这个实施例中，第一环形体316的斜面326在其下游端形成有减小的外径，其中直径的减小沿着所述下游方向增加(即环形体316的下游端具有最小的外径)。第二环形体318的斜面328沿着所述上游方向形成有减小的直径(即，环形体318的上游端具有最小的外径)。可以理解的是，环形体316和318的与密封部件319和320相邻的端将具有足够的表面积，以接合所述密封部件。在这方面，如图8所示，所述环形体的与所述密封部件相邻的端可以设置有至少一部分，所述部分在其外径处没有斜面。

组件300优选进一步包括在环形体316和318之间设置的多个导靴或夹持板330。如在前面的公开中所讨论的，导靴330以下面的方式设置在所述组件上：使导靴能够相对管道12的内壁径向向外地推动。通过以这种方式推动所述导靴并且到所需的力，使所述导靴“夹紧”管道12的内壁。如将从图8所示的实施例理解的，借助于斜面326和328径向向外地推动导靴300。更具体地，当紧固螺母314并且朝向彼此推动凸起308和310时，如以上所描述的类似地朝向彼此推动环形体316和318。在这个过程中，由于斜面326和328的定向，将导靴330径向向外地推动，且由此相对管道12的内壁施力。为了进一步协助这个过程，并且如图8所示，导靴330可以在其径向向内的表面上设置有配合的斜面，所述斜面接合环形体316和318上设置的斜面326和328。如将被理解的，根据需要和重量限制等等可以设置任何数量的导靴或夹持板330。换言之，如果需要更大的夹持力或者如果需要减小所述导靴的尺寸以便于操作，那么可以包括更多的导靴。在一个示例中，可以设置三个导靴，每个导靴优选在组件300的圆周上等距地间隔开。

在导靴或夹持板330与体积323的加压结合使用的情况下，可以理解的是所述加压流体也有助于径向向外地推动所述导靴。

在图8中，示出了斜面326和328的角度是不相似的。因此，导靴330上的相应斜面也是不同的。可以理解的是这种布置仅仅是本发明的一个实施例，而不是一种限制。可变的斜面角度导致由导靴330施加的不同的摩擦力。这样，如果需要将所述导靴的一端相对所述管道壁施力到比相反端更大的程度，那么可以使用不同的“升”角。

也如图8所示，导靴或夹持板330可以设置有一个或多个周向槽332，密封部件例如O型环333可以并入在槽332内。如以前所讨论的，提供这些密封部件允许将由所述导靴提供附加的夹持力。

图9说明了与图8相同的组件，但是具有很少的修改，以说明其他一些可能的实施例。在图9中，与图8所示的相同的元件以类似的参考数字标识。类似但是不同的元件以相同的参考数字标识但是具有后缀“a”。

如图9所示，在一个实施例中凸起308a和310a可以设置有具有斜面的外边沿，所述外边沿与各个密封部件319和320的位置相应。以这种方式，将所述密封部件保持在适当的位置并且在变形过程中径向向外地指向。可以理解的是类似的斜面可以设置在环形体316a和318a的外边沿上。图9也说明了一个实施例，其中在环形体316a和318a上设置的斜面326a和328a具有相同的角度。在另一实施例中，图9说明了没有图8所示的配合的有斜面的内径的导靴或夹持板330a。在这种情况下，与以前描述的实施例一样导靴330a的内表面通常是扁平的。然而，可以理解的是，由于在所述环形体上的斜面，导靴330a的功能仍然是相同的。

图10至13说明了适合更大直径的管道的本发明的另一实施例。具体地，图10至13说明了对图8和9所示的组合测试/隔离和夹持组件的变化。如图10和12所示，组件400包括第一上游凸起402和第二下游凸起404。如以前，为了方便使用术语“上游”和“下游”，按照当在管道内安装并且使用时的组件。组件400进一步包括在两个凸起402和404之间定位的环形体406。如图10所示，凸起402、404和环形体406轴向对齐。第一弹性密封部件408和第二弹性密封部件410同轴地设置，其中第一弹性密封部件408设置在第一凸起402和所述环形体之间，而第二弹性密封部件410设置在环形体406和第二凸起404之间。在图10所示的实施例中，环形体406的相反端各自优选地在它的外边沿上设置有斜面，所述斜面用于容纳各个弹性密封部件并且用于指引其径向向外的变形(如以下进一步讨论的)。以类似的方式，斜面可以沿着各个凸起的外圆周边沿设置，用于得到相同的结果。可以理解的是，这样的斜面可以设置在所述凸起和环形体的相对面的一个或两个上。

在第二凸起404的下游侧面(即，与所述环形体相对的侧面)上，设置多个导靴或夹持板。在图10到13所示的实施例中，示出了两个导靴412和414。可以理解的是可以使用任何数量的这样的导靴或夹持板。在导靴412和414的下游，前板416同轴地设置在组件400上。在如图10至13所示的一个优选的实施例中，导靴412和414分别设置有带有斜面的内径418和420，其中所述导靴的较薄的边沿朝向下游，远离第二凸起404。另外，根据一个实施例，前板416设置有带有斜面的外径，其中在所述上游侧面上的外径(即，与导靴412和414相邻)是最小的。具体地如图10所示，斜面在导靴412、414和前板416上的这种布置优选使所述前板在所述导靴的下游部分上滑动。具体地，如图10所示，使前板416的斜面被允许在导靴412、414的有斜面的部分之上通过，藉此所述导靴的这些部分夹在前板416的外径和管道12的内径之间。

第一凸起402设置有多个拉杆(tie rod)422，多个拉杆422通常周向地等距分开。调整拉杆422的尺寸并将其定位，以延伸通过密封部件408、410和环形体406的内径。第二凸起404和前板416设置有多个螺栓孔，所述多个螺栓孔适于容纳穿过其中的杆。杆422的下游端424设置有适于容纳配合的螺母426的带螺纹的部分。

图13说明了另一实施例，其中另外的一套螺母428设置在杆422上，其中将这些螺母428定位以承载在第二凸起404上。

在操作中，将组件400优选以松散方式预组装并且插入管道12内。一旦定位在所需的位置，就将螺母426紧固，由此一起推动所述组件的所有元件。结果，密封部件408和410相对管道12的内壁径向向外地变形。在这方面，可以理解的是如图13所示的另外的螺母428将是优选的，以便首先形成由密封部件408和410形成的密封。

如将被理解的，在图10或13的任一实施例中紧固螺母426将导致前板416相对管道12的内壁径向向外地推动导靴412和414。如以前所讨论的，这种推动产生了在导靴412、414和所述管道内壁之间的夹持力，由此用于将组件400锚定在所述管道内。

组件400也设置有连接到环形体406的至少一个端口。在这个优选的实施例中，如以前所讨论的，组件400设置有以428和430示出的两个端口。所述端口通过环形体406流体地连接到径向延伸的开口432、433，如图11所示。环形体406设置有至少一个部分，所述部分的外径小于管道12的内径。以这种方式，当将组件400定位并且紧固在适当的位置时，受两个密封部件408、410、所述管道内壁、和环形体406的外径限制而产生环形空间。在图10和14中这个环形空间在434处示出。如将被理解的，在这种布置中，端口428和430分别通过开口432和433流体地连接到环形空间434。

在操作中，一旦将至少弹性密封部件408和410紧固在适当的位置，并且优选在将导靴或夹持板412、414紧固之后，就将加压流体引入端口428、430的一个中。所述端口中的另一个用于在所述填充过程中排出空气。然后，这种流体进入并填充环形空间434。然后，环形空间434内的压力增加(通过增加流体压力)，从而如以上所讨论的在所述管道内产生进一步的密封。

在一个优选的实施例中，为了如以上所讨论的相同的目的，即，使在所述管道内在组件400的上游侧面上的任何烟雾等等逸出，设置了通过组件400的通气口。如图11和12所示，为了实现这种排气，第一凸起402可以优选地在它的轴向中心设置有孔436。第二凸起404和前板416优选具有环形形状，从而避免需要任何通气孔等等。尽管未示出，组件400可以包括连接到孔436的通气管，以进一步向下游远离所述组件和任何附近的操作者引导任何排出的气体、烟雾等等。如以上所讨论的，也可以将阀门设置在这种通气管上，藉此只有当管道12内的上游压力达到阈值时才能进行任何排气。

可以理解的是图10到13所示的组件400的“夹持”部分可以与在现有技术中已知的任何已知的塞、测试或隔离工具一起使用。换言之，因为所述“夹持”机构包括多个导靴或夹持板412、414和所述前板，所述前板形成用于将所述导靴推到所述管道壁的推动装置，所以这些元件可以与例如在美国专利号5,884,127和6,131,441中描述的隔离工具结合使用。在这种情况下，可以观察到所述隔离工具形成有凸起402、404、密封部件408、410、环形体496和螺母428。在这种情况下，通过向这种隔离工具加入导靴412、414、前板416和螺母426而形成所述夹持机构。以这种方式，所述夹持机构是对现有的隔离工具的“改进”。

以类似的方式，可以将所述夹持机构并入到任何其他塞子或隔离组件。在没有用于容纳前板416和螺母426的拉杆的情况下，可以暂时或永久地将需要的杆设置在所述塞的下游部分上。例如，可以将这样的杆焊接到任何已知的塞子或隔离工具的面上。

也可以理解的是除以上提及的“改进”之外，类似地将可能的是使用例如如图1到7所示的约束装置以提供需要的“夹持”特征。

尽管已经参考某些具体的实施例描述了本发明，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离如在此所附的权利要求所概述的本发明的目的和范围的情况下可以对这些实施例进行多种修改。在此提供的所有的示例被包括仅仅是为了说明本发明而不是旨在以任何方式限制本发明。在此提供的所有的附图仅仅是为了说明本发明的不同方面而不是旨在按比例绘制或者以任何方式限制本发明。

Claims (19)

1.一种用于在管道内锚定的约束装置，所述管道具有内径，所述装置包括：

-第一端板和第二端板，所述端板适于在使用时同轴地对齐；

-推动装置，所述推动装置设置在一个或两个端板上，用于一起推动所述端板；

-多个导靴，所述多个导靴设置在所述端板之间；

-所述导靴适于在一起推动所述端板时径向地向外移动。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述导靴包括具有外表面的弯板，所述弯板的外表面用于接合所述管道的内壁。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述导靴通常在所述管道的圆周上等距地间隔开。

4.根据权利要求3所述的装置，其中第一端板和第二端板的相对面包括用于接合所述多个导靴的外斜边。

5.根据权利要求3所述的装置，其中所述多个导靴具有径向地离开所述导靴外表面的内表面，并且其中所述内表面包括相对的斜边，以接合所述端板的所述斜边。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中所述用于推动的装置包括机械机构、液压机构、或磁性机构。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述机械机构包括在所述端板之间延伸的多个螺栓。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中所述装置适于接合管塞或隔离工具。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，进一步包括定位在所述端板之间的至少一个环形凸起，并且其中所述导靴设在所述凸起的相对侧上。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述凸起包括具有相对指向的斜面的外径，所述斜面用于接合各个导靴。

11.一种约束系统，所述约束系统包括一个或多个根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中所述一个或多个装置定位在与管塞或隔离工具相邻的管道内。

12.一种用于约束管塞或隔离工具的方法，包括：

-将所述管塞或隔离工具在所需的位置处紧固在管道内；

-以及将根据权利要求1至10中任一项所述的约束装置紧固在与所述管塞或隔离工具相邻的所述管道之内。

13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：将所述约束装置连接到所述管塞或隔离装置。

14.一种用于隔离管道的内段的组件，所述组件包括：

-轴，所述轴具有第一端和第二端；

-第一凸起，所述第一凸起连接至所述轴的所述第一端；

-套筒，所述套筒可滑动地且同轴地套设在所述轴上，所述套筒具有第一端和第二端，其中所述套筒的所述第一端指向所述轴的所述第一端；

-第二凸起，所述第二凸起紧固到所述套筒的第一端；

-第一环形体和第二环形体，所述第一环形体和第二环形体设置在所述第一凸起和第二凸起之间，所述第一环形体与所述第一凸起相邻地定位，并且所述第二环形体与所述第二凸起相邻地定位；

-第一弹性密封部件和第二弹性密封部件，所述第一弹性密封部件定位在所述第一凸起和所述第一环形体之间，所述第二弹性密封部件定位在所述第二凸起和所述第二环形体之间；

-多个导靴，所述多个导靴设置在所述第一环形体和所述第二环形体之间，所述导靴适于在使用所述装置时被径向向外地推动；

-螺母，所述螺母设在所述轴的第二端，用于朝向所述轴的所述第一端推动所述套筒。

15.根据权利要求14所述的组件，进一步包括：用于填充和加压所述管道的一段的装置，所述管道的一段由所述第一密封部件和第二密封部件以及所述第一环形体和第二环形体约束。

16.一种用于隔离管道的内段的组件，所述组件包括：

-第一凸起和第二凸起；

-环形体，所述环形体设在所述第一凸起和第二凸起之间；

-第一弹性密封部件和第二弹性密封部件，所述第一弹性密封部件和第二弹性密封部件定位在所述环形体的相对端上并定位在各个第一凸起或第二凸起之间；

-多个拉杆，所述多个拉杆从所述第一凸起朝向所述第二凸起延伸，所述拉杆适于延伸通过所述环形体的内径以及设置在所述第二凸起上的多个螺栓孔；

-板，所述板相邻于与所述环形体相对的侧面上的第二凸起设置，所述板包括多个螺栓孔，所述拉杆可延伸通过所述多个螺栓孔；

-多个导靴，所述多个导靴设置在所述第二凸起和所述板之间；以及

-多个第一螺母，所述多个第一螺母设置用于接合与所述导靴相对的板的一侧上的拉杆，所述导靴用于沿着朝向所述第一凸起的方向推动所述板。

17.根据权利要求16所述的组件，其中所述板包括用于接合所述导靴的外斜边。

18.根据权利要求17所述的组件，其中所述导靴包括具有用于接合所述板的外斜边的斜面的内表面。

19.根据权利要求16至18中任一项所述的组件，进一步包括：第二螺母，所述第二螺母设置在与所述第二凸起相邻的拉杆上，且用于沿着朝向所述第一凸起的方向推动所述第二凸起。

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