CN111819386A - 用于接合管道内部的组件 - Google Patents

Abstract

提供了一种组件，其包括适于在使用时同轴对齐的第一和第二端板。一个或更多个构件从端板或环形圈延伸，所述环形圈设置在端板之间，端板或环形圈中的另一个包括在其一端与第一端板的一个或更多个构件对齐并且用于容纳第一端板的一个或更多个构件的一个或更多个第一槽，以及在其另一端与一个或更多个构件对齐并且用于容纳一个或更多个构件的一个或更多个第二槽。弹性密封构件在端板和环形圈之间围绕一个或更多个构件设置，并且推动机构将第一端板和第二端板推向环形圈，以使第一弹性密封构件和第二弹性密封构件变形以接合管道的内壁。

Description

用于接合管道内部的组件

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年12月20日提交的名称为“用于接合管道内部的组件”的美国临时专利申请第62/608,152号的优先权的权益，其内容通过引用并入本文。

技术领域

以下涉及用于接合管道内部的组件，特别是用于将测试或隔离工具固定在管道内的自定心组件。

背景技术

通常使用测试工具来测试管道或管道上提供的焊缝的完整性。另外，已知各种隔离工具，用于将管道的特定部分与另一部分隔离，例如，用于防止管道内所含或产生的烟雾、可燃蒸汽等进入焊接区域，其中焊接过程产生的热量可能导致这些烟雾的点燃。隔离工具也可以用于防止焊接过程中产生的热量在管道的整个长度上传导，并且能够配备冷却水流以充当隔热层。在美国专利第5,844,127和6,131,441号以及公开号为WO2010/022502的PCT申请(这些参考文献的全部内容通过引用并入本文)中提供了这种工具的示例。

在诸如WO2010/022502中所例示的测试或隔离工具中，前板和后板使用一系列螺杆联接至位于其间的环形圈。为了对管道内壁进行密封，在前板和环形圈之间以及在环形圈和后板之间分别同轴地设置有弹性密封构件(例如，O形圈)。前板和环形圈之一或两者都能够提供斜面，以在紧固时引导密封构件之一的径向向外变形和挤出。类似地，后板和环形圈之一或两者都提供斜面，以在紧固时引导另外的密封构件沿径向向外变形和挤出。

这种布置可能遇到的一个问题是，当板和环形圈松散地联接或以其他方式不与密封构件接合时，密封构件可能移位或滑动从而与斜面错位，从而导致工具周围的密封不一致。另一个相关的问题是，任何这样的错位都能够使得难以将工具插入管道中，或者在将工具定位并固定在其中时在密封构件上造成不适当的应力。

因此，需要一种改进的测试或隔离工具，以解决这些问题中的至少一个。

发明内容

提供一种测试或隔离工具，其中，在前板和后板中的至少一个与居中定位的环形圈之间设置有周向凸缘，以限制或阻止置于板和环形圈之间的密封构件的径向运动。

一方面，提供了一种用于接合管道的内壁的组件，该组件包括：适于在使用时同轴对齐的第一和第二端板，第一和第二端板均包括从其第一表面延伸的一个或更多个构件；设置在端板之间的环形圈，该环形圈包括在其一端与第一端板的一个或更多个构件对齐并且容纳第一端板的一个或更多个构件的一个或更多个第一槽，以及在其另一端与第二端板的一个或更多个构件对齐并且容纳第二端板的一个或更多个构件的一个或更多个第二槽；在第一端板和环形圈之间围绕第一端板的一个或更多个构件设置的第一弹性密封构件；在环形圈和第二端板之间围绕第二端板的一个或更多个构件设置的第二弹性密封构件；以及推动机构，其适于将第一和第二端板推向环形圈，以使第一弹性密封构件和第二弹性密封构件变形以接合管道的内壁。

另一方面，提供了一种包括该组件的隔离工具。

另一方面，提供了一种包括该隔离工具的测试工具。

另一方面，提供了一种使用该组件接合管道内壁的方法，该方法包括：将第一弹性密封构件和第二弹性密封构件放置在第一和第二端板的一个或更多个构件之上；使用推动机构以松散的方式将第一和第二端板联接至环形圈以形成组件；将组件插入管道的内部；操作该推动机构以使第一弹性密封构件和第二弹性密封构件向外变形以与内壁接合。

附图说明

现在将参考附图描述实施例，其中：

图1是组装好的测试或隔离工具的侧视图；

图2是在焊接过程中用于隔离管段的工具的局部剖视示意图；

图3A是处于未拧紧状态的位于工具的环形圈和后板之间的密封构件的放大剖视图；

图3B是处于拧紧状态的位于工具的环形圈和后板之间的密封构件的放大剖视图；

图4是测试或隔离工具的前板的端视图；

图5是图4所示的前板的侧视图；

图6是测试或隔离工具的环形圈的侧视图；

图7是图6所示的环形圈的端视图；

图8是测试或隔离工具的后板的端视图；和

图9是图8所示的后板的侧视图。

具体实施方式

现在转到附图，图1提供了用于接合管道或其他管状结构的内壁的组件10，其能够例如被用作测试工具或隔离工具。组件10包括使用一系列螺纹拉杆18联接至环形圈16的相对端的前板12和后板14。能够理解的是，为了方便起见，术语“前”和“后”在这里用于方便描述被安装在管道中时和使用时的组件10，并且能够使用诸如“第一”和“第二”端板、“上游”和“下游”板等其他术语来指代。如图1所示，前板12、后板14和环形圈16在组装在一起时是轴向对齐的。

第一和第二弹性密封构件22和24被同轴地设置，其中第一密封构件22设置在前板12和环形圈16之间，而第二密封构件24设置在环形圈16和后板14之间。在图1所示的实施例中，环形圈16的相对端分别优选地在其外边缘处设置有斜面34和44，用于接收相应的弹性密封构件22和24，并且用于引导其径向向外变形(如下文进一步讨论)。以类似的方式，可以沿着相应的板12、14的外周边缘设置斜面(未示出)，以实现相同的结果。将理解的是，这样的斜面能够设置在板12、14和环形圈16的相对表面中的一个或两个上。

前板12设置有一系列螺纹拉杆18，其通常在周向上等距地间隔开。杆18的尺寸和位置被确定成延伸穿过密封构件22、24和环形圈16的内径。后板14设置有相应的一系列盲孔20，这些盲孔在其中被扩孔、钻孔或铣削以螺纹地容纳拉杆18。杆18允许周向拉紧，以使用例如拧在杆18的远端上的相应的一系列螺母(未示出)将板12、14和环形圈16推在一起。能够理解的是，拉杆18和盲孔20是推动机构的一个示例，该推动机构通常将板12、14朝着环形圈20推动以使密封构件22、24变形，如下所述。

在操作中，组件10优选地以松散的方式预组装，并插入到如图2所示的管道52或将要使用该组件的其他结构中。一旦定位在期望的位置，就将螺母拧紧，从而将组件的所有元件推在一起。结果，如图2所示，密封构件22、24抵住管道52的内壁在径向上向外变形。如上所述，在该组装过程中遇到的问题是，密封构件22、24能够变得错位或以其他方式被迫在板12、14与环形圈16之间向内挤压。

为了解决这个问题，再次参考图1，环形圈16在其相对端设有周向的第一和第二槽32、42，用于容纳分别从前板和后板12、14延伸的周向的第一和第二凸缘30、40。通常实施为圆形O形圈的密封构件22、24能够被放置在相应的凸缘30、40之上或周围，以限制或禁止密封构件22、24的移位，即使在组件10以松散的方式预组装时也是如此。这是由于凸缘20、30相对于斜面34、44的尺寸和位置，这将在下面更详细地说明。

能够理解的是，凸缘30、40可以替代地从环形圈16延伸，而槽32、42从板12、14延伸。类似地，尽管在该示例中将凸缘30、40和槽32、42示出为连续的周向构件，但在不脱离本文所讨论的原理的情况下，也可以使用具有多种形状或轮廓的多个不连续的凸缘、柱或其他构件(以及用于容纳其的相应槽)。也就是说，可以结合从板12、14或环形圈16延伸的多种一个或更多个构件，以便提供如本文所述的限制密封构件22、24移位的屏障。

在图1和2中还示出了在环形圈16的中心周向表面上的端口46。该端口46与面向后板14的快速联接器70(见图7)连通。尽管未示出，但是能够在环形圈16的相对侧上设置第二端口，并且使其连接到另一个快速联接器70。能够理解的是，快速联接器70能够被连接到介质，以便例如通过使用压力计58将介质通过端口46引入密封件之间的区域，以建立和验证密封。还能够使用该机构引入诸如水的介质，并使其循环通过组件10以形成热交换器，以在诸如焊后热处理的高温事件中冷却密封构件、管壁50和组件10。例如，如图2中的示例所示，通过焊接部56将凸缘50附接到管道52，并且能够使用压力计58来建立和验证由第一和第二弹性密封构件22、24形成的密封，以确保实现期望的隔离。

现在转到图3A和3B，其提供了关于凸缘30、40和槽32、42的进一步的细节。具体来说，在图3A中，示出了环形圈16和后板14之间的界面，其中第二凸缘40从后板14延伸，并且由第二槽42容纳以便为密封构件24提供滑动屏障。可以理解的是，图3A中的尺寸和相对大小仅是示例性的。例如，较大直径的密封构件24可以填充第二凸缘40和后板14之间的整个凹口，而不是如图3A所示具有较松的配合。在任一种情况下，第二凸缘40防止第二密封构件24在环形圈16和后板14之间滑动，并因此维持密封构件24相对于组件的轴向对齐。此外，第二凸缘40和第二槽42的尺寸被确定为允许板12、14和环形圈16的前述松散的预组装，同时仍提供屏障。这通过图3A中的环形圈16和后板14的相对定位来说明。

图3B示出了紧固位置，在该紧固位置中，第二密封构件24被推向和抵靠斜面44，并且如图所示向外变形和突出，例如以便接合管道52的内壁。在图3B中能够看到，当将环形圈16和后板14紧固在一起时，第二凸缘40滑动进入第二环形槽42，以便在允许紧固的同时保持屏障以防止密封构件24向内移动或挤压。可以理解的是，相似的原理也适用于当前板12同时在另一端紧靠环形圈16时的第一凸缘30和第一槽32。

在图4和图5中单独示出了前板12。在图4中，能够看到一系列通孔60，这些通孔允许拉杆18穿过前板12、环形圈16并且用于插入和接合后板14。能够理解的是，这些通孔60的数量和确切间隔将基于组件10的直径而变化。

图4还示出了通孔60的周向等距布置，并且因此示出了拉杆18相对于彼此的定位。图4所示的中心通道62能够用于将管线馈送到快速联接器70(见图7)。在图5中，示出了O形圈型密封构件22的示例，该密封构件被插入第一凸缘30之上以在将密封构件22和前板12与环形圈16和后板14组装在一起时保持轴向对齐。还已经发现，凸缘30、40能够防止或至少减轻密封构件22、24的不均匀膨胀，而无需像在现有技术的测试和隔离工具中所发现的那样要以特定的顺序拧紧螺母。优选地，将建议最大扭矩以避免损坏螺纹或凸缘30、40。这也避免了对安装新工具10时需要进行专门的培训，这能够有利于改善工作现场的安全性。

而且，能够理解的是，密封构件22、24的直径能够被改变以适应不同的管道52的不同表号(schedule)。例如，通过将用作弹性密封构件22、24的O形圈的直径分别从1/2”增大到5/8”以及增大到7/8”，能够使用单个8”工具来隔离或测试8”的80表号、60表号、40表号或20表号的管道。以此方式，仅需要使用一个组件10就能够适应多种表号的管道52。这能够减少或最少化对制造其他表号的组件10的需要。类似地，在此示例中，选择O形圈的尺寸也不需要额外的培训，因为这已经被预先确定为取决于管道52的表号。

在图6和7中单独示出了环形圈16。在图6中，能够观察到第一和第二槽34、44向内延伸的程度。槽34、44围绕中心通道72，该中心通道允许拉杆18从中穿过以与后板14接合。图7示出了快速联接器70，该快速联接器连接到如上所述向外延伸的端口46。图7还示出了第二槽42相对于中心通道72的定位，即第二槽42环绕通道72并且与其轴向对齐。

在图8和9中单独示出了后板14。在图8中，沿周向等距间隔开的盲孔20与中心通道80轴向对齐。在该示例中，中心通道80能够是用于将气体从组件10的后面排放到安全区域的3/4”的NPT孔。这防止了在组件10后面累积压力。在图9中，示出了O形圈型密封构件24的示例，该密封构件被插入第二凸缘40之上以在将密封构件24和后板14与环形圈16和前板12组装在一起时保持轴向对齐。

因此，第二密封构件24能够被放置在第二凸缘40之上，并且拉杆18被拧入如图9所示的盲孔20中。如图5所示，第一密封构件22同样能够被放置在第一凸缘30之上。然后能够使环形圈16在拉杆18之上滑动，然后在前板12上滑动以使组件中的部件轴向对齐。防止密封构件22、24以图3A所示的方式变得错位，使得当使用螺母将板12、14紧固到环形圈16时，密封构件22、24会以一致的方式变形并向外挤出，以对管道52的内壁进行密封。密封构件22、24的这种一致的向外挤压避免了需要以特定顺序拧紧螺母，也避免了为了将组件10安装在管道52中而需要进行特殊培训。

为了图示的简单和清楚起见，在认为适当的情况下，可以在附图之间重复附图标记以标识相应或相似的元件。另外，阐述了许多具体细节以便提供对本文描述的示例的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本文描述的示例。在其他情况下，未详细描述众所周知的方法、过程和部件，以免掩盖本文所述的示例。而且，该描述不应被认为是对本文所述示例的范围的限制。

将理解的是，本文中使用的示例和对应图仅用于说明性目的。在不脱离本文所表达的原理的情况下，能够使用不同的配置和术语。例如，能够在不背离这些原理的情况下添加、删除、修改或布置具有不同连接的部件和模块。

尽管已经参考某些特定示例描述了上述原理，但是如所附权利要求中所概述的，其各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的。

Claims (30)

1.一种用于接合管道的内壁的组件，所述组件包括：

适于在使用时同轴对齐的第一端板和第二端板，所述第一端板和第二端板均包括从其第一表面延伸的一个或更多个构件；

设置在端板之间的环形圈，所述环形圈包括在其一端与第一端板的一个或更多个构件对齐并且用于容纳第一端板的一个或更多个构件的一个或更多个第一槽，以及在其另一端与第二端板的一个或更多个构件对齐并且用于容纳第二端板的一个或更多个构件的一个或更多个第二槽；

在第一端板和环形圈之间围绕第一端板的一个或更多个构件设置的第一弹性密封构件；

在环形圈和第二端板之间围绕第二端板的一个或更多个构件设置的第二弹性密封构件；以及

推动机构，其适于将第一端板和第二端板推向环形圈，以使第一弹性密封构件和第二弹性密封构件变形以接合管道的内壁。

2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述环形圈在其至少一端包括斜边，用于引导第一弹性密封构件和第二弹性密封构件中的相应一个的变形。

3.根据权利要求2所述的组件，其中，所述环形圈包括在其一端用于引导第一弹性密封构件的变形的第一斜边，以及在另一端用于引导第二弹性密封构件的变形的第二斜边。

4.根据权利要求1至3之一所述的组件，其中，所述端板中的至少一个包括用于引导第一弹性密封构件和第二弹性密封构件中的相应一个的变形的斜边。

5.根据权利要求1所述的组件，其中，所述推动机构包括一系列沿周向等距间隔开的拉杆，所述拉杆与一个端板的相应的一系列沿周向等距间隔开的孔接合，并且延伸穿过环形圈和另一个端板，以使用一系列螺母将端板紧固到环形圈。

6.根据权利要求5所述的组件，其中，所述端板之一中的孔是盲孔。

7.根据权利要求1所述的组件，其中，所述环形圈包括至少一个联接器，用于将流体引导至延伸至其表面的端口。

8.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一弹性密封构件和第二弹性密封构件是O形圈。

9.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一端板和第二端板的一个或更多个构件设置为分别从第一端板和第二端板中的每个延伸的周向凸缘。

10.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一端板和第二端板的一个或更多个构件能够适应多个不同尺寸的密封构件。

11.一种隔离工具，包括根据权利要求1至10之一所述的组件。

12.一种测试工具，还包括根据权利要求11所述的隔离工具。

13.一种使用根据权利要求1所述的组件来接合管道的内壁的方法，该方法包括：

将第一弹性密封构件和第二弹性密封构件放置在第一端板和第二端板的一个或更多个构件之上；

使用推动机构以松散的方式将第一端板和第二端板联接至环形圈以形成组件；

将所述组件插入管道的内部；和

操作所述推动机构以使第一弹性密封构件和第二弹性密封构件向外变形以与所述内壁接合。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一弹性密封构件和第二弹性密封构件周向地接合所述内壁，以将管道在所述组件的一侧上的第一段与管道在所述组件的另一侧上的第二段隔离。

15.根据权利要求13所述的方法，还包括根据用于管道的表号选择第一弹性密封构件和第二弹性密封构件，其中，所述第一端板和第二端板的一个或更多个构件能够适应多个不同尺寸的密封构件。

16.一种用于接合管道的内壁的组件，所述组件包括：

适于在使用时同轴对齐的第一端板和第二端板；

设置在端板之间的环形圈；

环形圈的每一端包括从其表面延伸的一个或更多个构件；

第一端板和第二端板中的每一个在其一端包括一个或更多个槽，以与环形圈的相应端的一个或更多个构件对齐并且用于容纳环形圈的相应端的一个或更多个构件；

在第一端板和环形圈之间围绕环形圈的第一端的一个或更多个构件设置的第一弹性密封构件；

在环形圈和第二端板之间围绕环形圈的第二端的一个或更多个构件设置的第二弹性密封构件；和

推动机构，其适于将第一端板和第二端板推向环形圈，以使第一弹性密封构件和第二弹性密封构件变形以接合管道的内壁。

17.根据权利要求16所述的组件，其中，所述环形圈在其至少一端包括斜边，用于引导第一弹性密封构件和第二弹性密封构件中的相应一个的变形。

18.根据权利要求17所述的组件，其中，所述环形圈包括在其一端用于引导第一弹性密封构件的变形的第一斜边，以及在另一端用于引导第二弹性密封构件的变形的第二斜边。

19.根据权利要求16至18之一所述的组件，其中，所述端板中的至少一个包括用于引导第一弹性密封构件和第二弹性密封构件中的相应一个的变形的斜边。

20.根据权利要求16所述的组件，其中，所述推动机构包括一系列沿周向等距间隔开的拉杆，所述拉杆与一个端板的相应的一系列沿周向等距间隔开的孔接合，并且延伸穿过环形圈和另一个端板，以使用一系列螺母将端板紧固到环形圈。

21.根据权利要求20所述的组件，其中，所述端板之一中的孔是盲孔。

22.根据权利要求16所述的组件，其中，所述环形圈包括至少一个联接器，用于将流体引导至延伸至其表面的端口。

23.根据权利要求16所述的组件，其中，所述第一弹性密封构件和第二弹性密封构件是O形圈。

24.根据权利要求16所述的组件，其中，所述环形圈的两端的一个或更多个构件设置为从环形圈的每一端延伸的周向凸缘。

25.根据权利要求16所述的组件，其中，所述第一端板和第二端板的一个或更多个构件能够适应多个不同尺寸的密封构件。

26.一种隔离工具，包括根据权利要求16至25之一所述的组件。

27.一种测试工具，还包括根据权利要求26所述的隔离工具。

28.一种使用根据权利要求16所述的组件来接合管道的内壁的方法，该方法包括：

将第一弹性密封构件和第二弹性密封构件放置在环形圈的两端的一个或更多个构件之上；

使用推动机构以松散的方式将第一端板和第二端板联接至环形圈以形成组件；

将所述组件插入管道的内部；和

操作所述推动机构以使第一弹性密封构件和第二弹性密封构件向外变形以与所述内壁接合。

29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述第一弹性密封构件和第二弹性密封构件周向地接合所述内壁，以将管道在所述组件的一侧上的第一段与管道在所述组件的另一侧上的第二段隔离。

30.根据权利要求28所述的方法，还包括根据用于管道的表号选择第一弹性密封构件和第二弹性密封构件，其中，所述第一端板和第二端板的一个或更多个构件能够适应多个不同尺寸的密封构件。

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