CN103912758B - 一种不停输膨胀式管道封堵装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高性能不停输管道封堵装置及其封堵方法，该装置是由：1）管道接口装置、2）管道过渡控制接口装置、3）管道开口装置、4）开口遗留铁屑清除装置、5）管道封堵输送装置、6）管道内壁清理装置、7）膨胀式管道封堵装置、8）管道封堵临时维持装置和9）管道开口永久封口装置部分组成，该封堵装置的优异效果是1、能够将管道内壁残留开孔铁屑及密封位置杂物清理干净，2）能够使密封件实现可控膨胀，达到密封件与管道内壁紧密贴合的目的，特别适用于螺旋焊缝管道高压气态输送介质的不停输封堵，安全可靠方便管道的维修，能够实现施工过程零泄漏的密封效果。

Description

一种不停输膨胀式管道封堵装置

技术领域

本发明涉及管道施工技术领域,具体地说是一种高性能不停输管道内壁清理装置和一种不停输膨胀式管道封堵装置。

背景技术

输油、输气管线在正常使用过程中，经常会因生产生活需要在管线上增加若干支线，支线上还会再增加新的支线，由此形成的庞大管线网络如同血管神经网络一样覆盖各大城市，除了正常增加支线外，原有的在用管线因使用寿命等原因会进行维修或更换。通常在正常使用的管线上进行诸如增加支线或对某段管线进行维修、更换都是通过停输的方式进行施工，如果停输施工则会对用户的生产生活造成很大不便，如何在不停输情况下也能对管线进行增支、维修或更换是业内科技人员一直研究的目标，目前在石油管道封堵领域存在一种将密封件直接塞入管道，靠密封件与管道内壁的挤压来实现对管道封堵的装置，如图1、2所示。此种装置最早由国内石油公司自外国引进,一开始应用于石油管道的施工,近几年也有人尝试将该技术应用在燃气管道,实际应用存在的不足是封堵效果不理想,且施工复杂,一直未得到推广，其主要原因：

1)石油、燃气管道内壁情况复杂，常附着有衍生化学物质及其他杂物，此技术单纯靠密封件与管道内壁的挤压,很难实现密封件与管壁的紧密贴合,特别是当应用于压力较高(P＞0.4MPa)的管道或螺旋焊缝管道时,封堵后存在介质泄露问题，尤其是对输送气体介质的管道，泄露的易燃气体很容易引起爆炸和燃烧；

2)此技术原理相对适用于石油介质,因为石油介质呈粘稠状且密度大、为液态,在密封件与管壁贴合不紧密有缝隙时,其泄漏状态并不特别明显,且石油在微漏或较少泄漏状态下,可以进行施工,但对密度小、可燃且为易爆气体的燃气介质，在有漏点状态下无法施工；

3)目前采用此技术在管道封堵施工中，由于封堵效果不理想，通常都在封堵处附近另开两孔(见图1)，一孔用于泄漏部分排出或放散，一孔用于放置封堵气囊用来封堵泄漏部分的介质流出，即如需在维修改造管道的两端封堵,除去两侧旁通孔后另需要开六个孔,导致施工复杂，施工成本增加，非专业人员不易操作。

4)与位于野外的石油管道等长输管线相比,燃气、热力及供水等城市公用管道多数位于城市中心或郊区，这些地区道路发达，建筑物林立，人口密集，利用现有技术，当施工周期较长时，由于施工过程中庞大设备无法拆卸，导致地面开挖后无法临时回填，严重影响城市交通及人们的正常生活，目前还未有好的办法解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种不停输膨胀式管道封堵装置。

本发明的目的是按以下方式实现的，该装置包括：1)管道接口装置、2)管道工艺阀装置、3)管道开口装置、4)开口遗留铁屑清除装置、5)管道封堵输送装置、6)管道内壁清理装置、7)膨胀式管道封堵装置、8)管道封堵临时维持装置和9)管道开口恢复装置，其中：

1)管道接口装置(见图3)，用于管道开口、管道清理和管道封堵各工序的无泄漏连接密封作业，其结构是由鞍型管节、接口法兰和限位锁紧块组成，鞍型管节下部与管道开口处焊接在一起，鞍型管节的上部有接口法兰，接口法兰的侧面水平设置有限位锁紧块；

2)管道工艺阀装置(见图4)，是由闸阀组成，其中，闸阀的下部与管道接口装置的接口法兰密封连接，闸阀的上部与各工序装置设备密封连接；

3)管道开口装置见(见图5)，是由动力设备、壳体和刀具组成，动力设备接在壳体的顶部，壳体的下端连接闸阀的顶部，壳体中间设置有筒形刀具，筒形刀具的上端通过传动轴与动力设备的动力输出轴连接，筒形刀具内设置有强力磁铁；

4)开口遗留铁屑清除装置(见图6)，是由箱体、观察窗、可调球形密封节、操控杆和清理磁铁组成，箱体与闸阀顶部的法兰密封连接，箱体中间设置有密封球形节，操控杆的下端设置有清理磁铁伸至管道的底部，操控杆穿过密封球形节中心向上伸出，箱体上位于密封球形节周边对称两侧还设置有观察窗；

5)管道封堵输送装置(见图7)，是由清理动力设备、输送动力设备、输送壳体、导向连接件、输送轴和传动轴组成，清理动力设备连接于输送动力设备顶部，输送动力设备与输送壳体上部连接，输送壳体下部与闸阀密封连接，输送壳体内部中心置有导向连接件，导向连接件下端连接管道内壁清理装置、膨胀式管道封堵装置或管道开口恢复装置，导向连接件与输送轴连接，输送轴与动力设备输出轴配合，输送轴内部中心位置置有传动轴，传动轴上端可与清理动力设备输出轴连接，下端可与管道内壁清理装置连接轴或与膨胀式管道封堵装置连接螺杆轴连接；

6)管道内壁清理装置(见图8)，是由清理头悬挂件和清理头组成，

①清理头悬挂件上部与管道封堵输送装置连接，清理头悬挂件内部中心位置设置有连接轴和传动软轴，连接轴与管道封堵输送装置内传动轴连接，传动软轴连接清理头与连接轴，清理头与清理头悬挂件通过清理头铰链连接；

②清理头，是由清理头三角形翻转臂、外轴套、清扫轴套、支撑轴、伞齿轮减速器、链条清理盘和清理头三角形引导头组成，清理头三角形翻转臂通过清理头铰链与清理头悬挂件下端连接，外轴套焊接在清理头三角形翻转臂的下端，清扫轴套穿在外轴套之中，支撑轴穿在清扫轴套之中，清扫轴套的上端与伞齿轮减速器的大伞齿轮连接，伞齿轮减速器的小伞齿轮与传动软轴下端连接，链条清理盘固定在清扫轴套的下端，支撑轴的一端与清理头三角形翻转臂固定，另一端连接清理头三角形引导头，清理头三角形引导头上设置有清理头引导轮，清理头三角形引导头与清理头三角形翻转臂处于同一水平，即清理头引导轮的轴与连接清理头三角形翻转臂的清理头铰链的轴相互平行；

7)膨胀式管道封堵装置(见图11、12)，由封堵头悬挂件、封堵头、固定压盘和外部操纵机构组成

①封堵头悬挂件上部与管道封堵输送装置连接，封堵头悬挂件上置有连接螺杆轴、进油口、出油口，上端面的进出油口通过外部油管与外部操纵机构的液压泵连接，下端面的进出油口通过内部油管与封堵头液压缸连接，封堵头悬挂件上部还设有主平衡球阀和辅助平衡球阀，两者可通过软管连接在一起，在封堵头悬挂件上部主平衡球阀对称一侧设有观察窗；

②封堵头是由封堵头三角形翻转臂、液压缸、活塞杆、锥形压盘、封堵盘、密封圈、和封堵头引导头组成，封堵头三角形翻转臂的上端通过封堵头铰链与封堵头悬挂件下端连接，封堵头三角形翻转臂的下端与封堵盘中间垂直焊接在一起，封堵盘的边缘设置有镶嵌密封圈环形台阶，液压缸固定于翻转臂内部，并且有进油口、出油口与内部油管连接，活塞杆置于液压缸内，活塞杆外端与锥形压盘连接，锥形压盘外边缘为锥形结构，其内圆与封堵盘的外圆滑动配合，锥形外圆与密封圈的锥形内圆滑动配合，封堵头三角形引导头与封堵盘连接，封堵头三角形引导头上设置有封堵头引导轮，封堵头三角形引导头与封堵头三角形翻转臂处于同一水平，即封堵头引导轮的轴与连接封堵头三角形翻转臂的铰链的轴相互平行；

③固定压盘为圆环状，外围通过螺栓与管道接口装置法兰密封连接，内边部与封堵头悬挂件通过螺栓连接，再通过螺栓与防护盲法兰密封连接，

④外部操纵机构为手动或电动液压泵；

8)管道封堵临时维持装置(见图13)，是由临时防护盲法兰和安全螺栓组成，临时防护盲法兰通过螺栓与膨胀式管道封堵装置密封连接，安全螺栓置于防护盲法兰顶部；

9)管道开口恢复装置(见图15)，是由塞板、复位切片和法兰盖组成，塞板通过限位锁紧块固定在管道接口装置上，与鞍型管节有密封配合,塞板下部置有开口处复位切片，法兰盖通过螺栓与管道接口装置上的法兰密封固定在一起。

本发明涉及一种高性能不停输管道封堵方法，具体封堵步骤如下：

1)管道接口装置与管道焊接，按规范检验合格后进行下一步管道工艺阀装置与管道接口装置的连接步骤；

2)管道工艺阀装置与管道接口装置通过法兰密封连接在一起；

3)管道开口装置的安装与管道开口步骤，将管道开口装置与管道工艺阀装置的上部通过法兰密封连接在一起，打开闸阀，让筒形刀具下降至管道上并与管道保证一定距离，开启动力设备，传动轴驱动筒形刀具转动并进给，对管道进行切削，当筒形刀具下行至接近管道直径二分之一深度时，管道上部管段被切下形成圆形开口，切割下的管道切片被筒形刀具中间的磁铁吸住，开口完毕后退刀，筒形刀具上行至闸阀上部，关闭闸阀，卸下管道开口装置，进行下一步管道开口后遗留铁屑的清除步骤；

4)管道开口后遗留铁屑的清除步骤，将开口遗留铁屑清除装置通过法兰与管道工艺阀装置密封连接在一起，打开闸阀，通过观察窗观察管道内部状态，将磁铁通过操纵杆伸至管道底部，通过观察窗观察人工操控磁铁将管道内的铁屑吸附干净，再通过操控杆将磁铁上拉到闸阀上方，关闭闸阀，卸下开口遗留铁屑清除装置，进行下一步清理步骤；

5)对管道封堵位置的管道内壁附着物进行机械清理步骤，将管道内壁清理装置与管道封堵输送装置导向连接件连接并置入管道封堵输送装置壳体内，将管道封堵输送装置下部壳体与管道工艺阀装置密封连接，打开闸阀，动力设备驱动管道内壁清理装置下移至管道开口处，清理头下端引导头的引导轮首先触及管道内壁底部，三角形翻转臂在引导轮的引导下产生翻转，当清理头翻转至一定角度时开启清理电机，清理电机的动力输出轴带动传动软轴，传动软轴驱动伞齿轮减速机构，伞齿轮减速机构驱动清扫轴套转动进而带动链盘转动，链盘带动链条旋转，链条在离心力的作用下旋起击打管道内壁上的附着物使其落下，当支撑轴翻转至与管道轴向同心时，关闭电机，反复运行2～3次后，将管道内壁清理装置提至闸阀上方，关闭闸阀，进行下一步封堵步骤；

6)膨胀式管道封堵装置的封堵度步骤：

①将膨胀式管道封堵装置与管道封堵输送装置导向连接件连接并置入管道封堵输送装置壳体内，将管道封堵输送装置下部壳体与管道工艺阀装置密封连接，打开闸阀，动力设备驱动膨胀式管道封堵装置下移并通过管道开口进入管道内部，封堵头下端引导头的引导轮首先触及管道内壁底部，三角形翻转臂在引导轮的引导下产生翻转，当封堵盘与管道轴向同心时，停止输送，启用管道接口装置的限位锁紧块，固定并锁紧膨胀式管道封堵装置，然后解除膨胀式管道封堵装置与管道封堵输送装置的连接；

②拆卸管道工艺阀装置和管道封堵输送装置，安装固定压盘；

③膨胀封堵：

通过外部操纵机构操纵液压泵实现油路运行，液压油进入液压缸内推动活塞杆直线运动，进而带动锥形压盘向封堵盘靠近，锥形压盘外边缘为锥形结构，其内圆与封堵盘的外圆滑动配合，锥形外圆与密封圈的锥形内圆滑动配合，锥形外圆进入密封圈与封堵盘之间，将密封圈向外撑开，密封圈向外膨胀挤压填充密封圈外圆与管道内壁之间的间隙，直至密封圈与管道内壁之间完全密封封堵步骤完毕，当需要置换施工管段内介质或平衡封堵点两侧介质压力时可利用膨胀式管道封堵装置上的两平衡球阀进行置换或平衡；

7)管道封堵临时维持装置的使用，如果管道开口位置正好处于交通要道，管道接口装置以上的设备竖在路中间，必然会给交通带来不便，因此将闸阀以上部分卸下后，为保证安全应安装临时防护盲法兰，并在盲法兰顶部安装安全螺栓用于放出意外泄露介质。

8)管道开口恢复装置的使用，当两个封堵头中间管道的接管、维修或换管施工结束后，卸下管道封堵临时维持装置，重新安装管道工艺阀装置和管道封堵输送装置并连接膨胀式管道封堵装置与管道封堵输送装置，打开闸阀，收回限位锁紧块，通过动力设备将膨胀式管道封堵装置提升至闸阀上方，关闭闸阀，卸下膨胀式管道封堵装置，安装复位装置中的塞板和复位切片，安装管道封堵输送装置，打开闸阀，将塞板输送至管道接口装置内，然后启用限位锁紧块，固定并锁紧塞板，将闸阀以上部分卸下，在管道接口装置上加装法兰盖，管道封堵施工结束。

本发明的有益效果是：

(1)实现了管道内部开口遗留铁屑及密封位置杂物的有效清理，并为密封机构实现平稳顺畅翻转及有效密封做好提前准备工作。

(2)实现了密封件的可膨胀性及膨胀的可控制性，在封堵施工中针对相同规格管道不同壁厚、不同压力及有无焊缝可控制不同膨胀量，并预留足够膨胀行程，提高了封堵的可靠性，通过在4.0MPa压力下对DN400、DN500、DN600螺旋焊缝管道进行封堵试验，证明可达到零泄漏密封效果。

(3)在封堵施工中达到了零泄漏封堵效果，因此在封堵后可直接进行维修改造等施工，如需在维修改造管道两端封堵,可利用膨胀式管道封堵装置上的平衡球阀进行放散,无需另开放散孔，简化了施工过程，降低了施工成本。

(4)实现了封堵设备的可拆卸性，因此在施工周期较长，为不影响交通及人们正常生活需要临时回填时可拆掉设备，为灵活施工、保证城市交通及人们正常生活提供了安全保障。

附图说明

图1是现有管道封堵装置及封堵方法示意图；

图2是现有膨胀式管道封堵装置封堵头结构示意图；

图3是管道接口装置开口前的结构示意图；

图4是管道工艺阀装置的结构示意图；

图5是管道开口装置结构示意图；

图6是开口遗留铁屑清除装置的结构示意图；

图7是管道内壁清理装置未进入管道前的结构示意图；

图8是管道内壁清理装置进入管道后的结构示意图；

图9是膨胀式管道封堵装置未进入管道时的结构示意图；

图10是膨胀式管道封堵装置进入管道后状态结构示意图；

图11是液压传动封堵结构示意图；

图12是液压传动封堵结构左视图示意图；

图13是管道封堵临时维持装置的使用状态结构示意图；

图14是输送管道恢复装置的状态结构示意图；

图15是管道开口恢复装置施工后的封闭状态结构示意图；

图16是膨胀结构局部示意图。

附图标记说明：管道1、鞍型管节2、接口法兰3限位锁紧块4、闸阀5、动力设备6、壳体7、刀具8、箱体9、观察窗10、可调球形密封节11、操控杆12、清理磁铁13、清理动力设备14、输送动力设备15、输送壳体16、导向连接件17、输送轴18、传动轴19、清理头悬挂件20、连接轴21、传动软轴22、清理头铰链23、清理头三角形翻转臂24、外轴套25、清扫轴套26、支撑轴27、伞齿轮减速器28、链条清理盘29、清理头引导头30、清理头引导轮31、封堵头悬挂件32、固定压盘33、外部操纵机构34、螺杆轴35、悬挂进油口36、悬挂出油口37、外部油管38、内部油管39、主平衡球阀40、辅助平衡球阀41、行程观察窗42、封堵头三角形翻转臂43、液压缸44、活塞杆45、锥形压盘46、封堵盘47、密封圈48、封堵头引导头49、封堵头铰链50、液压缸进油口51、液压缸出油口52、封堵头引导轮53、临时防护盲法兰54、安全螺栓55、塞板56、复位切片57、法兰盖58。

具体实施方式

参照说明书附图对本发明的方法作以下详细地说明。

该装置包括：管道接口装置、管道工艺阀装置、管道开口装置、开口遗留铁屑清除装置、管道内壁清理装置、膨胀式管道封堵装置、管道封堵临时维持装置和管道开口恢复装置，其中：

1)管道接口装置(见图3)，用于管道1开口、管道清理和管道封堵各工序的无泄漏连接密封作业，其结构是由鞍型管节2、接口法兰3和限位锁紧块4组成，鞍型管节2下部与管道1开口处焊接在一起，鞍型管节2的上部有接口法兰3，接口法兰3的侧面水平设置有限位锁紧块4；

2)管道工艺阀装置(见图4)，是由闸阀5组成，其中，闸阀5的下部与管道接口装置的接口法兰3密封连接，闸阀5的上部与各工序装置设备密封连接；

3)管道开口装置见图5，是由动力设备6、壳体7和刀具8组成，动力设备6接在壳体7的顶部，壳体7的下端连接闸阀5的顶部，壳体7中间设置有筒形刀具8，筒形刀具8的上端通过传动轴与动力设备6的动力输出轴连接，筒形刀具8内设置有强力磁铁；

4)开口遗留铁屑清除装置(见图6)，是由箱体9、观察窗10、可调球形密封节11、操控杆12和清理磁铁13组成，箱体9与闸阀5顶部的法兰密封连接，箱体9中间设置有密封球形节11，操控杆12的下端设置有清理磁铁13伸至管道1的底部，操控杆12穿过密封球形节11中心向上伸出，箱体9上位于密封球形节11周边对称两侧还设置有观察窗10；

5)管道封堵输送装置(见图7)，是由清理动力设备14、输送动力设备15、输送壳体16、导向连接件17、输送轴18和传动轴19组成，清理动力设备14连接于输送动力设备15顶部，输送动力设备15与输送壳体16上部连接，输送壳体16下部与闸阀5密封连接，壳体内部中心置有导向连接件17，导向连接件17下端连接管道内壁清理装置、膨胀式管道封堵装置或管道开口恢复装置，导向连接件17与输送轴18连接，输送轴18与动力设备输出轴配合，输送轴18内部中心位置置有传动轴19，传动轴19上端可与清理动力设备14输出轴连接，下端可与管道内壁清理装置连接轴21或与膨胀式管道封堵装置连接螺杆轴35连接；

6)管道内壁清理装置(见图8)，是由清理头悬挂件20和清理头组成，

①清理头悬挂件20上部与管道封堵输送装置连接，清理头悬挂件20内部中心位置设置有连接轴21和传动软轴22，连接轴21与管道封堵输送装置内传动轴19连接，传动软轴22连接清理头与连接轴21，清理头与清理头悬挂件20通过清理头铰链23连接；

②清理头，是由清理头三角形翻转臂24、外轴套25、清扫轴套26、支撑轴27、伞齿轮减速器28、链条清理盘29和清理头三角形引导头30组成，清理头三角形翻转臂24通过清理头铰链23与清理头悬挂件20下端连接，外轴套25焊接在清理头三角形翻转臂24的下端，清扫轴套26穿在外轴套25之中，支撑轴27穿在清扫轴套26之中，清扫轴套26的上端与伞齿轮减速器28的大伞齿轮连接，伞齿轮减速器28的小伞齿轮与传动软轴22下端连接，链条清理盘29固定在清扫轴套26的下端，支撑轴27的一端与清理头三角形翻转臂24固定，另一端连接清理头三角形引导头30，清理头三角形引导头30上设置有清理头引导轮31，清理头三角形引导头30与清理头三角形翻转臂24处于同一水平，即清理头引导轮31的轴与连接清理头三角形翻转臂24的清理头铰链23的轴相互平行；

7)膨胀式管道封堵装置(见图11、12)，由封堵头悬挂件32、封堵头、固定压盘33和外部操纵机构34组成

①封堵头悬挂件32上部与管道封堵输送装置连接，封堵头悬挂件32上置有连接螺杆轴35、悬挂进油口36、悬挂出油口37，上端面的进出油口通过外部油管38与外部操纵机构34的液压泵连接，下端面的进出油口通过内部油管39与封堵头液压缸43连接，封堵头悬挂件32上部还设有主平衡球阀40和辅助平衡球阀41，两者可通过软管连接在一起，在封堵头悬挂件32上部主平衡球阀40对称一侧有行程观察窗42；

②封堵头是由封堵头三角形翻转臂43、液压缸44、活塞杆45、锥形压盘46、封堵盘47、密封圈48、和封堵头引导头49组成，封堵头三角形翻转臂43的上端通过封堵头铰链50与封堵头悬挂件32下端连接，封堵头三角形翻转臂42的下端与封堵盘46中间垂直焊接在一起，封堵盘47的边缘设置有镶嵌密封圈环形台阶，液压缸44固定于翻转臂43内部，并且有液压缸进油口51、液压缸出油口52与内部油管39连接，活塞杆45置于液压缸44内，活塞杆45外端与锥形压盘46连接，锥形压盘46外边缘为锥形结构，其内圆与封堵盘47的外圆滑动配合，锥形外圆与密封圈48的锥形内圆滑动配合，封堵头三角形引导头49与封堵盘47连接，封堵头三角形引导头49上设置有封堵头引导轮53，封堵头三角形引导头49与封堵头三角形翻转臂43处于同一水平，即封堵头引导轮53的轴与连接封堵头三角形翻转臂43的封堵头铰链50的轴相互平行；

③固定压盘33为圆环状，外围通过螺栓与管道接口装置法兰3密封连接，内边部与封堵头悬挂件32通过螺栓连接，再通过螺栓与防护盲法兰54密封连接，

④外部操纵机构34为手动或电动液压泵；

8)管道封堵临时维持装置(见图13)，是由临时防护盲法兰54和安全螺栓55组成，临时防护盲法兰54通过螺栓与膨胀式管道封堵装置密封连接，安全螺栓55置于防护盲法兰54顶部；

9)管道开口恢复装置(见图15)，是由塞板56、复位切片57和法兰盖58组成，塞板56通过限位锁紧块4固定在管道接口装置上，与鞍型管节2有密封配合,塞板56下部置有开口处复位切片57，法兰盖58通过螺栓与管道接口装置上的法兰3密封固定一起。

实施例1

高性能不停输管道封堵封堵方法，具体封堵步骤如下：

1)管道接口装置与管道的焊接步骤，如图3所示，将鞍型管节安放在需要开口的钢制管道上，沿鞍型管节与管道外壁连接的边缘用电焊将鞍型管节与管道焊接在一起，按规范对焊缝进行检验后，进行下一步管道工艺阀装置与管道接口装置的连接步骤；

2)管道工艺阀装置与管道接口装置的连接步骤，如图4所示，将管道工艺阀装置的闸阀与管道接口装置上部的法兰用螺栓密封连接在一起，进行下一步管道开口装置的安装与管道开口步骤；

3)管道开口装置的安装与管道开口步骤，如图5所示，将管道开口装置与管道工艺阀装置的上部通过法兰密封连接在一起，打开闸阀，让筒形刀具下降至管道并与管道保证一定距离(10～20mm)，开启动力设备，传动轴驱动筒形刀具转动并进给，对钢制管道进行切削，当筒形刀具下行至管道直径二分之一深度时，管道上部管段被切下形成圆形开口，切割下的管道切片被筒形刀具中间的磁铁吸住，开口完毕后退刀，筒形刀具上行至闸阀上部，关闭闸阀，卸下管道开口装置，进行下一步管道开口后遗留铁屑的清除步骤；

4)管道开口后遗留铁屑的清除步骤，如图6所示,将开口遗留铁屑清除装置通过法兰与管道工艺阀装置密封连接在一起，打开闸阀，通过观察窗观察管道内部状态，将磁铁通过操纵杆伸至管道底部，通过观察窗观察人工操控磁铁将管道内的铁屑吸附干净，再通过操控杆将磁铁上拉到闸阀上方，关闭闸阀，卸下开口遗留铁屑清除装置，进行下一步清理步骤；

5)对管道封堵位置的管道内壁附着物进行机械清理步骤，如图7、8所示，将管道内壁清理装置与管道封堵输送装置导向连接件连接并置入管道封堵输送装置壳体内，将管道封堵输送装置下部壳体与管道工艺阀装置密封连接，打开闸阀，动力设备驱动管道内壁清理装置下移至管道开口处，清理头下端引导头的引导轮首先触及管道内壁底部，三角形翻转臂在引导轮的引导下产生翻转，当清理头翻转至一定角度时开启清理电机，清理电机的动力输出轴带动传动软轴，传动软轴驱动伞齿轮减速机构，伞齿轮减速机构驱动清扫轴套转动进而带动链盘转动，链盘带动链条旋转，链条在离心力的作用下旋起击打管道内壁上的附着物使其落下，当支撑轴翻转至与管道轴向同心时，关闭电机，反复运行2～3次后，将管道内壁清理装置提至闸阀上方，关闭闸阀，进行下一步封堵步骤；

6)膨胀式管道封堵装置的封堵度步骤，如图9、10所示：

①将膨胀式管道封堵装置与管道封堵输送装置导向连接件连接并置入管道封堵输送装置壳体内，将管道封堵输送装置下部壳体与管道工艺阀装置密封连接，打开闸阀，动力设备驱动膨胀式管道封堵装置下移并通过管道开口进入管道内部，封堵头下端引导头的引导轮首先触及管道内壁底部，三角形翻转臂在引导轮的引导下产生翻转，当封堵盘与管道轴向同心时，停止输送，启用管道接口装置的限位锁紧块，固定并锁紧膨胀式管道封堵装置，然后解除膨胀式管道封堵装置与管道封堵输送装置的连接；

②拆卸管道工艺阀装置和管道封堵输送装置，安装固定压盘，如图11、12所示；

③膨胀封堵如图11、12所示：通过外部操纵机构操纵液压泵实现油路运行，液压油进入液压缸内推动活塞杆直线运动，进而带动锥形压盘向封堵盘靠近，锥形压盘外边缘为锥形结构，其内圆与封堵盘的外圆滑动配合，锥形外圆与密封圈的锥形内圆滑动配合，锥形外圆进入密封圈与封堵盘之间，将密封圈向外撑开，密封圈向外膨胀挤压填充密封圈外圆与管道内壁之间的间隙，直至密封圈与管道内壁之间完全密封，封堵步骤完毕，当需要置换施工管段内介质或平衡封堵点两侧介质压力时可利用膨胀式管道封堵装置上的两平衡球阀进行置换或平衡；

7)管道封堵临时维持装置的使用，如图13所示，如果管道开口位置正好处于交通要道，管道接口装置以上的设备竖在路中间，必然会给交通带来不便，因此将闸阀以上部分卸下后，为保证安全应安装临时防护盲法兰，并在盲法兰顶部安装安全螺栓用于放出意外泄露介质。

8)管道开口恢复装置的使用，如图14、15所示，当两个封堵头中间管道的接管、维修或换管施工结束后，卸下管道封堵临时维持装置，重新安装管道工艺阀装置和管道封堵输送装置并连接膨胀式管道封堵装置与管道封堵输送装置，打开闸阀，收回限位锁紧块，通过动力设备将膨胀式管道封堵装置提升至闸阀上方，关闭闸阀，卸下膨胀式管道封堵装置，安装复位装置中的塞板和复位切片，安装管道封堵输送装置，打开闸阀，将塞板输送至管道接口装置内，然后启用限位锁紧块，固定并锁紧塞板，将闸阀以上部分卸下，在管道接口装置上加装法兰盖，管道封堵施工结束。

如果此次施工结束后，两个封堵点之间再有管道施工，管道开口恢复装置还可重新打开，重复步骤6)-8)的施工步骤。

实施例2

本发明要解决的问题是：提供一种高性能不停输管道内壁清理装置，能够将管道内壁残留开孔铁屑及密封位置杂物清理干净；提供一种膨胀式管道封堵装置，能够使密封件实现可控膨胀，达到密封件与管道内壁紧密贴合的目的，特别适用于高压及螺旋焊缝管道封堵，实现零泄漏的密封效果。

具体工作结构及原理如下：

1高性能不停输管道内壁清理装置

1.1管道开口遗留铁屑管道内壁清理装置(如图6所示)

1.1.1结构

是由箱体9、观察窗10、可调球形密封节11、操控杆12和清理磁铁13组成，箱体9与闸阀5顶部的法兰密封连接，箱体9中间设置有密封球形节11，操控杆12的下端设置有清理磁铁13伸至管道1的底部，操控杆12穿过密封球形节11向上伸出，箱体9上位于密封球形节11周边对称两侧还设置有观察窗10；

1.1.2原理

打开闸阀5，通过观察窗10观察管道内部状态，将磁铁13通过操纵杆12伸至管道底部，通过观察窗10观察,人工操控磁铁13将管道内的铁屑吸附干净，再通过操控杆12将磁铁10上拉到闸阀上方,然后关闭闸阀。

1.2管道内壁清理装置(如图8所示)

1.2.1结构

管道内壁清理装置，是由清理头悬挂件20和清理头组成，

①悬挂件上部与管道封堵输送装置连接，悬挂件内部中心位置置有连接轴21和传动软轴22，连接轴21与管道封堵输送装置内传动轴19连接，传动软轴22连接清理头与连接轴21，清理头与悬挂通过铰链23连接；

②清理头是由清理头三角形翻转臂24、外轴套25、清扫轴套26、支撑轴27、伞齿轮减速器28、链条清理盘29、清理头引导头30组成，清理头三角形翻转臂24通过清理头铰链23与清理头悬挂件20下端连接，外轴套25焊接在清理头三角形翻转臂24的下端，清扫轴套26穿在外轴套25之中，支撑轴27穿在清扫轴套26之中，清扫轴套26的上端与伞齿轮减速器28的大伞齿轮连接，伞齿轮减速器28的小伞齿轮与传动软轴22下端连接，链条清理盘29固定在清扫轴套26的下端，支撑轴27的一端固定于清理头三角形翻转臂24，一端连接清理头三角形引导头25，清理头三角形引导头30上设置有清理头引导轮31，清理头三角形引导头30与清理头三角形翻转臂24处于同一水平，即清理头引导轮31的轴与连接清理头三角形翻转臂24的清理头铰链23轴相互平行；

1.2.2原理

将管道内壁清理装置与管道封堵输送装置导向连接件17连接并置入管道封堵输送装置壳体16内，将管道封堵输送装置壳体16下部与闸阀5密封连接，打开闸阀5，开启输送动力设备15驱动管道内壁清理装置下移至管道开口处，清理头下端引导头30的清理头引导轮31首先触及管道内壁底部，清理头三角形翻转臂24在清理头引导轮31的引导下产生翻转，当清理头翻转至一定角度时开启清理动力设备14，清理动力设备14的输出轴带动传动软轴22，传动软轴22驱动伞齿轮减速机构28，伞齿轮减速机构28驱动清扫轴套26转动进而带动链条清理盘29转动，链盘29带动链条旋转，链条在离心力的作用下旋起击打管道内壁上的附着物使其落下，当支撑轴27翻转至与管道轴向同心时，关闭电机，反复运行2～3次，将管道内壁清理装置提至闸阀上方，关闭闸阀；

2膨胀式管道封堵装置

2.1结构(如图11、12所示)

膨胀式管道封堵装置，由封堵头悬挂件32、封堵头、固定压盘33和外部操纵机构34组成

①悬挂件32上部与管道封堵输送装置连接，悬挂件上置有连接螺杆轴35、悬挂进油口36、悬挂出油口37，上端面进出油口通过外部油管38与外部操纵机构34的液压泵连接，下端面进出油口通过内部油管39与封堵头液压缸43连接，悬挂件32上部还设有主平衡球阀40、辅助平衡球阀41，在悬挂件上部主平衡球阀40对称一侧有观察窗42；

②封堵头是由封堵头三角形翻转臂43、液压缸44、活塞杆45、锥形压盘46、封堵盘47、密封圈48、和封堵头引导头49组成，封堵头三角形翻转臂43的上端通过封堵头铰链50与封堵头悬挂32下端连接，封堵头三角形翻转臂43的下端与封堵盘47中间垂直焊接在一起，封堵盘47的边缘设置有镶嵌密封圈环形台阶，液压缸44固定于翻转臂43内部，并且有液压缸进油口51、液压缸出油口52与内部油管39连接，活塞杆45置于液压缸44内，活塞杆45外端与锥形压盘46连接，锥形压盘46外边缘为锥形结构，其内圆与封堵盘47的外圆滑动配合，锥形外圆与密封圈48的锥形内圆滑动配合，三角形引导头49与封堵盘47连接，三角形引导头49上设置有引导轮53，三角形引导头49与三角形翻转臂43处于同一水平，即引导轮53的轴与连接三角形翻转臂43的铰链轴相互平行；

③固定压盘33为圆环状，外围通过螺栓与管道接口装置法兰3密封连接，内边部与封堵头悬挂件32通过螺栓连接，再通过螺栓与防护盲法兰密封连接，

④外部操纵机构34为手动或电动液压泵；

2.2传动原理

通过外部操纵机构34操纵液压泵实现油路运行，液压油进入液压缸44内推动活塞杆45直线运动，进而带动锥形压盘46向封堵盘47靠近，锥形压盘46外边缘为锥形结构，其内圆与封堵盘47的外圆滑动配合，锥形外圆与密封圈48的锥形内圆滑动配合，锥形外圆进入密封圈48与封堵盘47之间，将密封圈48向外撑开，密封圈48向外膨胀挤压填充密封圈48外圆与管道内壁之间的间隙，直至密封圈48与管道内壁之间完全密封，封堵步骤完毕

2.3膨胀设计

2.3.1膨胀局部结构示意(如图16示)

2.3.2膨胀原理设计

在大多数管道制造及应用中，当公称管径大于DN400时，考虑到经济性多采用螺旋焊缝管，螺旋管内壁由于焊接会有焊缝余高，焊缝余高根部与内壁过渡处为密封易漏点，因此特别针对螺旋焊缝管道来确定橡胶圈的膨胀量；

如图当锥形压盘46不断进入密封圈48与封堵盘47配合间隙时,密封圈48由于受到锥形面作用力发生变形,既而不断向管道内壁方向膨胀，当锥形压盘46运动一定距离L,此时密封圈48膨胀量为h＝L×tanα(公式1),要想达到零泄露密封效果应使h≥Ke+K’e’(公式2)，K与K’分别为与管道规格和焊缝高度有关的系数(K与K’由理论设计与封堵试验数据确定)。膨胀量h先由公式2根据经验推出，再由公式1反推得出行程L，通过多次试验总结获得膨胀数据后，再对K与K’进行修正，从而实现膨胀机构的设计。

实施例3

本发明锥形压盘既可以采用上述的液压驱动方式，也可以采用机械传动方式，如：蜗轮蜗杆传动、齿轮传动、螺旋传动、凸轮传动等方式来驱动锥形压盘挤压密封圈膨胀，实现管道的带压封堵。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (2)

1.一种不停输膨胀式管道封堵装置,其特征在于该装置包括：1)管道接口装置、2)管道工艺阀装置、3)管道开口装置、4)开口遗留铁屑清除装置、5)管道封堵输送装置、6)管道内壁清理装置、7)膨胀式管道封堵装置、8)管道封堵临时维持装置和9)管道开口恢复装置，其中：

1)管道接口装置，用于管道开口、管道清理和管道封堵各工序的无泄漏连接密封作业，其结构是由鞍型管节、接口法兰和限位锁紧块组成，鞍型管节下部与管道开口处焊接在一起，鞍型管节的上部有接口法兰，接口法兰的侧面水平设置有限位锁紧块；

2)管道工艺阀装置，是由闸阀组成，其中，管道工艺阀装置的下部与管道接口装置的接口法兰密封连接，闸阀的上部与各工序装置设备密封连接；

3)管道开口装置，是由动力设备、壳体和刀具组成，动力设备接在壳体的顶部，壳体的下端连接闸阀的顶部，壳体中间设置有筒形刀具，筒形刀具的上端通过传动轴与动力设备的动力输出轴连接，筒形刀具内设置有强力磁铁；

4)开口遗留铁屑清除装置，是由箱体、观察窗、可调球形密封节、操控杆和清理磁铁组成，箱体与闸阀顶部的法兰密封连接，箱体中间设置有密封球形节，操控杆的下端设置有清理磁铁伸至管道的底部，操控杆穿过密封球形节中心向上伸出，箱体上位于密封球形节周边对称两侧还设置有观察窗；

5)管道封堵输送装置，是由清理动力设备、输送动力设备、输送壳体、导向连接件、输送轴和传动轴组成，清理动力设备连接于输送动力设备顶部，输送动力设备与输送壳体上部连接，输送壳体下部与闸阀密封连接，壳体内部中心置有导向连接件，导向连接件下端连接管道内壁清理装置、膨胀式管道封堵装置或管道开口恢复装置，导向连接件与输送轴连接，输送轴与动力设备输出轴配合，输送轴内部中心位置置有传动轴，传动轴上端可与清理动力设备输出轴连接，下端可与管道内壁清理装置连接轴或与膨胀式管道封堵装置连接螺杆轴连接；

6)管道内壁清理装置，是由清理头悬挂件和清理头组成，其中：

①清理头悬挂件上部与管道封堵输送装置连接，清理头悬挂件内部中心位置设置有连接轴和传动软轴，连接轴与管道封堵输送装置内传动轴连接，传动软轴连接清理头与连接轴，清理头与清理头悬挂件通过清理头铰链连接；

②清理头，是由清理头三角形翻转臂、外轴套、清扫轴套、支撑轴、伞齿轮减速器、链条清理盘和清理头三角形引导头组成，清理头三角形翻转臂通过清理头铰链与清理头悬挂件下端连接，外轴套焊接在清理头三角形翻转臂的下端，清扫轴套穿在外轴套之中，支撑轴穿在清扫轴套之中，清扫轴套的上端与伞齿轮减速器的大伞齿轮连接，伞齿轮减速器的小伞齿轮与传动软轴下端连接，链条清理盘固定在清扫轴套的下端，支撑轴的一端与清理头三角形翻转臂固定，另一端连接清理头三角形引导头，清理头三角形引导头上设置有清理头引导轮，清理头三角形引导头与清理头三角形翻转臂处于同一水平，即清理头引导轮的轴与连接清理头三角形翻转臂的清理头铰链的轴相互平行；

7)膨胀式管道封堵装置，由封堵头悬挂件、封堵头、固定压盘和外部操纵机构组成，

①封堵头悬挂件上部与管道封堵输送装置连接，封堵头悬挂件上置有连接螺杆轴、悬挂进油口、悬挂出油口，上端面的进出油口通过外部油管与外部操纵机构的液压泵连接，下端面的进出油口通过内部油管与封堵头液压缸连接，封堵头悬挂件上部还设有主平衡球阀和辅助平衡球阀，两者通过软管连接在一起，在封堵头悬挂件上部主平衡球阀对称一侧有行程观察窗；

②封堵头是由封堵头三角形翻转臂、液压缸、活塞杆、锥形压盘、封堵盘、密封圈、和封堵头引导头组成，封堵头三角形翻转臂的上端通过封堵头铰链与封堵头悬挂件下端连接，封堵头三角形翻转臂的下端与封堵盘中间垂直焊接在一起，封堵盘的边缘设置有镶嵌密封圈环形台阶，液压缸固定于翻转臂内部，并且有液压缸进油口、液压缸出油口与内部油管连接，活塞杆置于液压缸内，活塞杆外端与锥形压盘连接，锥形压盘外边缘为锥形结构，其内圆与封堵盘的外圆滑动配合，锥形外圆与密封圈的锥形内圆滑动配合，封堵头三角形引导头与封堵盘连接，封堵头三角形引导头上设置有封堵头引导轮，封堵头三角形引导头与封堵头三角形翻转臂处于同一水平，即封堵头引导轮的轴与连接封堵头三角形翻转臂的封堵头铰链的轴相互平行；

③固定压盘为圆环状，外围通过螺栓与管道接口装置法兰密封连接，内边部与封堵头悬挂件通过螺栓连接，再通过螺栓与防护盲法兰密封连接，

④外部操纵机构为手动或电动液压泵；

8)管道封堵临时维持装置，是由临时防护盲法兰和安全螺栓组成，临时防护盲法兰通过螺栓与膨胀式管道封堵装置密封连接，安全螺栓置于防护盲法兰顶部；

9)管道开口恢复装置，是由塞板、复位切片和法兰盖组成，塞板通过限位锁紧块固定在管道接口装置上，与鞍型管节有密封配合,塞板下部置有开口处复位切片，法兰盖通过螺栓与管道接口装置上的法兰密封固定一起。

2.根据权利要求1所述的不停输膨胀式管道封堵装置，其特征在于具体封堵步骤如下：

1)管道接口装置与管道的焊接步骤，将鞍型管节安放在需要开口的钢制管道上，沿鞍型管节与管道外壁连接的边缘用电焊将鞍型管节与管道焊接在一起，按规范对焊缝进行检验后，进行下一步管道工艺阀装置与管道接口装置的连接步骤；

2)管道工艺阀装置与管道接口装置的连接步骤，将管道工艺阀装置的闸阀与管道接口装置上部的法兰用螺栓密封连接在一起，进行下一步管道开口装置的安装与管道开口步骤；

3)管道开口装置的安装与管道开口步骤，将管道开口装置与管道工艺阀装置的上部通过法兰密封连接在一起，打开闸阀，让筒形刀具下降至管道并与管道保证一定距离10～20mm，开启动力设备，传动轴驱动筒形刀具转动并进给，对钢制管道进行切削，当筒形刀具下行至管道直径二分之一深度时，管道上部管段被切下形成圆形开口，切割下的管道切片被筒形刀具中间的磁铁吸住，开口完毕后退刀，筒形刀具上行至闸阀上部，关闭闸阀，卸下管道开口装置，进行下一步管道开口后遗留铁屑的清除步骤；

4)管道开口后遗留铁屑的清除步骤，将开口遗留铁屑清除装置通过法兰与管道工艺阀装置密封连接在一起，打开闸阀，通过观察窗观察管道内部状态，将磁铁通过操纵杆伸至管道底部，通过观察窗观察人工操控磁铁将管道内的铁屑吸附干净，再通过操控杆将磁铁上拉到闸阀上方，关闭闸阀，卸下开口遗留铁屑清除装置，进行下一步清理步骤；

5)对管道封堵位置的管道内壁附着物进行机械清理步骤，将管道内壁清理装置与管道封堵输送装置导向连接件连接并置入管道封堵输送装置壳体内，将管道封堵输送装置下部壳体与管道工艺阀装置密封连接，打开闸阀，动力设备驱动管道内壁清理装置下移至管道开口处，清理头下端引导头的引导轮首先触及管道内壁底部，三角形翻转臂在引导轮的引导下产生翻转，当清理头翻转至一定角度时开启清理电机，清理电机的动力输出轴带动传动软轴，传动软轴驱动伞齿轮减速机构，伞齿轮减速机构驱动清扫轴套转动进而带动链盘转动，链盘带动链条旋转，链条在离心力的作用下旋起击打管道内壁上的附着物使其落下，当支撑轴翻转至与管道轴向同心时，关闭电机，反复运行2～3次后，将管道内壁清理装置提至闸阀上方，关闭闸阀，进行下一步封堵步骤；

6)膨胀式管道封堵装置的封堵步骤，包括：

①将膨胀式管道封堵装置与管道封堵输送装置导向连接件连接并置入管道封堵输送装置壳体内，将管道封堵输送装置下部壳体与管道工艺阀装置密封连接，打开闸阀，动力设备驱动膨胀式管道封堵装置下移并通过管道开口进入管道内部，封堵头下端引导头的引导轮首先触及管道内壁底部，三角形翻转臂在引导轮的引导下产生翻转，当封堵盘与管道轴向同心时，停止输送，启用管道接口装置的限位锁紧块，固定并锁紧膨胀式管道封堵装置，然后解除膨胀式管道封堵装置与管道封堵输送装置的连接；

②拆卸管道工艺阀装置和管道封堵输送装置，安装固定压盘；

③膨胀封堵，通过外部操纵机构操纵液压泵实现油路运行，液压油进入液压缸内推动活塞杆直线运动，进而带动锥形压盘向封堵盘靠近，锥形压盘外边缘为锥形结构，其内圆与封堵盘的外圆滑动配合，锥形外圆与密封圈的锥形内圆滑动配合，锥形外圆进入密封圈与封堵盘之间，将密封圈向外撑开，密封圈向外膨胀挤压填充密封圈外圆与管道内壁之间的间隙，直至密封圈与管道内壁之间完全密封，封堵步骤完毕，当需要置换施工管段内介质或平衡封堵点两侧介质压力时可利用膨胀式管道封堵装置上的两平衡球阀进行置换或平衡；

7)管道封堵临时维持装置的使用，如果管道开口位置正好处于交通要道，管道接口装置以上的设备竖在路中间，必然会给交通带来不便，因此将闸阀以上部分卸下后，为保证安全应安装临时防护盲法兰，并在盲法兰顶部安装安全螺栓用于放出意外泄露介质；

8)管道开口恢复装置的使用，当两个封堵头中间管道的接管、维修或换管施工结束后，卸下管道封堵临时维持装置，重新安装管道工艺阀装置和管道封堵输送装置并连接膨胀式管道封堵装置与管道封堵输送装置，打开闸阀，收回限位锁紧块，通过动力设备将膨胀式管道封堵装置提升至闸阀上方，关闭闸阀，卸下膨胀式管道封堵装置，安装复位装置中的塞板和复位切片，安装管道封堵输送装置，打开闸阀，将塞板输送至管道接口装置内，然后启用限位锁紧块，固定并锁紧塞板，将闸阀以上部分卸下，在管道接口装置上加装法兰盖，管道封堵施工结束；

如果此次施工结束后，两个封堵点之间再有管道施工，管道开口恢复装置还可重新打开，重复步骤6)-8)。