EA021333B1

EA021333B1 - Заглушка для временной закупорки трубы и способ двойной блокировки трубы

Info

Publication number: EA021333B1
Application number: EA201100532A
Authority: EA
Inventors: Кеннет Л. Йезел; Грегори Л. Пакетт; Ричард Л. Госуик
Original assignee: ТиДиДаблъю ДЕЛАВЕР, ИНК.
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2015-05-29
Also published as: CO6390017A2; US8307856B2; EP2350515A1; DK2350515T3; MX2011004148A; CY1119045T1; WO2010047846A1; US20090114302A1; MX342780B; ES2621323T3; EA201100532A1; EP2350515B1; CA2740868A1; JP5507571B2; AU2009308027A1; PE20100211A1; JP2012506524A; CN103470907B; AU2009308027B2; ZA201102972B

Abstract

В изобретении предлагается заглушка трубы, которая содержит две или более шарнирно соединенные заглушающие головки, которые работают в комбинации для создания заглушки для двойной блокировки и выпуска. По меньшей мере одна из заглушающих головок имеет растяжимый уплотняющий элемент, который сообщается с источником нагнетаемой среды. Уплотняющим элементом может быть надувной уплотняющий элемент или компрессионный пакерный уплотняющий элемент. Проход, секции которого могут проходить через шарнирное соединение и в заглушающую головку, переносит нагнетаемую среду от источника в уплотняющий элемент. Также предусмотрен проход выпускного отверстия, который идет через заглушающую головку. Передняя заглушающая головка может иметь чистящий элемент для удаления мусора впереди от заглушки. Заглушающие головки также могут иметь пластину на салазках, которая со скольжением входит в зацепление с внутренней поверхностью трубы, чтобы надлежащим образом ориентировать заглушающие головки внутри трубы.

Description

Настоящее изобретение в общем имеет отношение к заглушкам для труб, в частности к заглушкам, предназначенным для использования с трубопроводами, в которых протекают флюиды под высоким или низким давлением, имеющие высокую или низкую температуру жидкости, пар, опасные жидкости и вредные для окружающей среды жидкости.

Предпосылки к созданию изобретения

Термин двойная блокировка и выпуск является хорошо известным термином, который относится к установке двух уплотнений в трубе и к открыванию выпускного отверстия между уплотнениями для того, чтобы удержать первое уплотнение. Любая утечка после первого уплотнения задерживается при помощи второго уплотнения и принудительно направляется для выхода через выпускное отверстие. Такая конфигурация обеспечивает полное уплотнение трубы, делая ее безопасной для работы ниже по течению от двух уплотнений.

Однако обеспечение двойной блокировки и выпуска в настоящее время требует использования единичного, металл с металлом, заглушающего уплотнения или использования двух независимых заглушек и фитингов. Оба эти подхода являются дорогими. Использование относительно больших, тяжелых компонентов требует применения различного оборудования для надлежащей установки. Кроме того, подход с использованием металл с металлом заглушающего уплотнения не позволяет продукту трубопровода обходить фитинг. Если требуется байпас, то второй фитинг должен быть установлен выше по течению от заглушающего уплотнения. Таким образом, существует необходимость в создании заглушки для двойной блокировки и выпуска, которая является дешевой, небольшой и легкой, а также более простой для установки, чем устройства в соответствии с известными подходами. Ни одно из известных в настоящее время технических решений не отвечает этой потребности и не делает настоящее изобретение очевидным.

Дополнительная информация относительно заглушек для труб может быть получена из следующих патентов США: 386446; 411978; 1181984; 1221733; 2279257; 2812778; 2886068; 2906295; 3154106; 3442294; 3665966; 3774646; 3774647; 3902528; 4040450; 4064912; 4202377; 4505295; 4682631; 5029614; 5082026; 5297581; 5844127; 6062262; 6289935; 6601437; 6659133; 7240697; 7270139; 7281543, а также из заявок США 2007/0018452 и 2008/0017390 и таких документов, как ЕР 0488966 А1 и \\'О 2007/117154.

Сущность изобретения

Заглушка трубы в соответствии с настоящим изобретением содержит первую заглушающую головку с уплотняющим элементом, шарнирно присоединенным при помощи хомута к держателю, и вторую заглушающую головку с уплотняющим элементом, шарнирно присоединенным при помощи хомута к первой заглушающей головке. После опускания через боковое соединение доступа в трубу и установки в окончательное положение уплотнения внутри трубы первый уплотняющий элемент предотвращает поток продукта в трубу, а второй уплотняющий элемент перехватывает любую утечку после первого уплотняющего элемента и принудительно направляет эту утечку наружу через фитинг. Фитинг может быть соединен с втулкой, приваренной вокруг трубы и расположенной ниже по течению от соединения доступа в трубу. Втулка требуется только в том случае, когда приложенные к трубе силы от стабилизирующей прокладки являются чрезмерными.

Для того чтобы помочь установке каждого уплотняющего элемента в заданное положение внутри трубы, заглушка трубы содержит набор роликов, соединенных с каждой заглушающей головкой. Каждый ролик из набора роликов упирается в участок трубы в некоторой точке во время установки заглушки трубы внутри трубы, что побуждает уплотняющие элементы вращаться (поворачиваться) в их окончательное положение уплотнения внутри трубы. Стабилизирующая прокладка, соединенная с носовой частью каждой заглушающей головки, предотвращает деформацию уплотняющих элементов.

Подпружиненный поворотный кронштейн, шарнирный палец и шарнирный ролик, соединенные со второй заглушающей головкой, позволяют хомуту, который соединяет две заглушающие головки, свободно поворачиваться в свое надлежащее положение внутри трубы. Поворотный кронштейн также имеет обращенный наружу конический выступ, расположенный позади шарнирного ролика, который помогает исключить захват (заедание) шарнирного ролика в соединении доступа в трубу при установке заглушки трубы в трубу или при удалении заглушки трубы из трубы. Направляющий ролик, соединенный с первой заглушающей головкой, помогает исключить захват (заедание) первой заглушающей головки и хомута, соединенного с держателем, в процессе установки или удаления.

Шарнирная схема расположения заглушающих головок может быть расширена для включения в нее третьей заглушающей головки. Третья, или ведущая, головка содержит поворотный кронштейн. Все три заглушающие головки могут содержать уплотняющие элементы. Альтернативно, только первая и вторая заглушающие головки могут иметь уплотняющие элементы, а третья заглушающая головка может иметь чистящий элемент, такой как проволочная щетка. Проволочная щетка служит для удаления мусора перед заглушкой трубы.

Направляющий ролик, соединенный с первой заглушающей головкой, может быть заменен пластиной на салазках, которая со скольжением входит в соединение доступа и помогает исключить захват (заедание) первой заглушающей головки и хомута, соединенного с держателем, в процессе установки или

- 1 021333 удаления. Аналогично, направляющий ролик на второй заглушающей головке может быть заменен пластиной на салазках, которая помогает исключить захват (заедание) и также со скольжением входит в зацепление с участком трубы в некоторой точке при установке заглушки трубы в заданное положение. Пластины на салазках также могут быть использованы вместо направляющих роликов, когда используют три заглушающие головки.

Использованные уплотняющие элементы могут быть растяжимыми уплотняющими элементами, такими как надувной уплотняющий элемент или компрессионный (сжимаемый) пакерный уплотняющий элемент. Система накачивания подает нагнетаемую среду, которая протекает вдоль прохода и наполняет (надувает) растяжимый уплотняющий элемент. Участок прохода может находиться снаружи от заглушающей головки и может быть трубой. Другой участок прохода может находиться внутри заглушки трубы и проходить через детали держателя, хомута и пальца хомута (в случае первого уплотняющего элемента) и входить в заглушающую головку. Палец хомута может иметь кольцевую канавку, которая обеспечивает неразрывность прохода при его выходе из держателя и входе в хомут. Аналогичный проход также может быть предусмотрен для накачивания второго или третьего растяжимого уплотняющего элемента. Третий проход, который также может проходить через держатель, хомут и палец хомута, образует выпускное отверстие для любой утечки после первого надувного уплотняющего элемента.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания его предпочтительных вариантов, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана изометрическая проекция заглушки трубы.

На фиг. 2 показана перевернутая изометрическая проекция заглушки трубы.

На фиг. 3 показана изометрическая проекция заглушки трубы в ее окончательном положении уплотнения внутри трубы, имеющей выпускное отверстие.

На фиг. 4 показан вид заглушки трубы в ее окончательном положении уплотнения внутри трубы.

На фиг. 5 показан вид заглушки трубы после ее опускания через соединение доступа в трубу.

На фиг. 6 показан вид заглушки трубы после начала ее перехода в трубу.

На фиг. 7 показан вид заглушки трубы при ее перемещении вдоль трубы.

На фиг. 8 показан вид заглушки трубы, когда ее заглушающие головки и их уплотняющие элементы начинают поворачиваться в окончательное положение уплотнения внутри трубы.

На фиг. 9 показан вид заглушки трубы с дополнительной заглушающей головкой, в окончательном положении уплотнения внутри трубы. Пластина на салазках на каждой головке помогает исключить захват (заедание) хомута и головки в соединении доступа в трубу во время установки и удаления.

На фиг. 10 показан вид заглушки трубы с дополнительной головкой, которая содержит проволочные щетки для удаления мусора перед заглушкой.

На фиг. 11 показан вид заглушки трубы, имеющей две заглушающие головки с надувными уплотняющими элементами. Связка стальных труб образует часть двух проходов для каждого источника нагнетаемой среды в один из уплотняющих элементов. Третий проход образует выпускное отверстие.

На фиг. 12 показан разрез по линии 12-12 на фиг. 11. Фитинги перегородки соединяют подводящие участки проходов с участками проходов в стальной трубе, расположенными внутри кожуха.

На фиг. 13А и 13В показаны схемы провешивания для заглушки трубы, оборудованной надувными уплотняющими элементами. Проходы идут через различные участки заглушки трубы, чтобы подавать нагнетаемую среду в надувные уплотняющие элементы и образовывать выпускное отверстие.

На фиг. 14 показан вид заглушки трубы, имеющей две заглушающие головки с компрессионными пакерными уплотняющими элементами. Связка стальных труб образует часть двух проходов, каждый из которых подает рабочую жидкость для приведения в действие уплотняющих элементов. Третий проход образует выпускное отверстие.

На фиг. 15 показан вид заглушки трубы в готовом для уплотнения положении внутри трубы (не показана). Каждый пакерный уплотняющий элемент находится между подвижной поршневой пластиной и неподвижной носовой частью. Поршневая пластина и носовая часть защищают уплотняющие элементы во время установки и удаления.

На фиг. 16 показана схема провешивания для заглушки трубы, оборудованной пакерными уплотняющими элементами. Предусмотрены два независимых прохода, каждый из которых подает рабочую жидкость в одну из двух заглушающих головок. Каждый проход образует средство гидравлического сжатия цилиндрической полости, имеющей связь с подвижной поршневой пластиной.

На фиг. 17 показано поперечное сечение задней заглушающей головки с пакерным уплотнением во втянутом положении. Пакерное уплотнение имеет две пружины против выдавливания. Подвижная поршневая пластина имеет цилиндрический выступ, который позволяет поршневой пластине действовать аналогично штоку гидравлического цилиндра.

На фиг. 18 показано поперечное сечение задней заглушающей головки, с пакерным уплотнением в выдвинутом положении.

- 2 021333

На фиг. 19 показано частично поперечное сечение задней заглушающей головки. Заглушающая головка удерживается в правильной ориентации за счет шпильки предотвращения вращения, которая ввинчена в наконечник, поршневую пластину и хомут.

На фиг. 20 показано частично поперечное сечение передней заглушающей головки.

На фиг. 21 показана изометрическая проекция заглушки трубы с альтернативным расположением отверстий, которая не содержит сверления пальца хомута, действующего как канал, как в показанном на фиг. 13А конструктивном варианте. Вместо этого, кронштейн хомута содержит фитинги, которые имеют связь с проходами нагнетания и с выпускным проходом.

На фиг. 22 показана перевернутая изометрическая проекция заглушки трубы с альтернативным расположением отверстий.

Подробное описание предпочтительных вариантов изобретения

Следует иметь в виду, что описанное далее изобретение не ограничено при его применении деталями конструкции и расположением компонентов, показанных на сопроводительных чертежах. Возможны и другие варианты практического осуществления настоящего изобретения. Использованные в описании фразеология и терминология применены здесь только для описания, а не для ограничения.

Элементы, показанные на чертежах, имеют следующие позиционные обозначения:

Заглушка трубы

Держатель

Заглушка

Хомут

Торцевая пластина

Палец хомута

Кольцевая канавка

Стойка хомута

Уплотнительное кольцо

Заглушающая головка

Уплотняющий элемент

Установочная плита

Впуск

Наконечник Носовая часть

30 32	Стабилизирующая прокладка Ролик	53 54
34	Ролик	55
36	Направляющий
	ролик	56
37	Пластина на
	салазках	57
38	Хомут
		58
39	Торцевая пластина	59
40	Палец хомута	60
41	Кольцевая канавка	62
43	Уплотнительное	63
	кольцо	64
45	Торцевая пластина
50	Пакерное	65 66
	уплотнение	68
51	Поршневая	70
	пластина
52	Наклонная	72
	поверхность

Наклонная поверхность

Цилиндрический выступ

У плоти ите л ьн ое кольцо

Уплотнительное кольцо

Заглушка

Заглушающая головка

Уплотняющий элемент

Установочная пластина

Впуск

Наконечник

Носовая часть

Стабилизирующая прокладка

Поворотный кронштейн

- 3 021333

73	Выступ	118	Клапан	198	Открытый конец
74	Ролик поворотного	119	Клапан	200	Цилиндрическая
	кронштейна	120	Проход нагнетания		полость
76	Шпилька поворотного	205	Выпускной фитинг
	кронштейна	122	Фитинг	210	Ось с резьбой
78	Пружина
80	Упор поворотного	124	Колено	220	Цилиндрический
82	кронштейна Ролик	126	Фитинг	225	выступ Шпилька
84	Ролик	128	Боковой проход		предотвращения опсзти антлсг
86	Ролик	130	Продольный проход	230	врстцсми л Поршневая пластина
87	Пластина на салазках	141	Кольцевая канавка	232	Ось с резьбой
90	Втулка	143	У плотнительное	234	Цилиндрический
92	Фитинг		кольцо	235	выступ
160	Проход нагнетания	Цилиндрическая
94	Канал	162	Фитинг	240	полость
164	Колено	Пакерное
102	Чистящий элемент	166	Фитинг	242	уплотнение Наклонная
104	Щетка	168	Боковой ход		поверхность
108	Фитинг внешнего			243	Наклонная
	канала	170	Боковой ход		поверхность
ПО	Система накачивания/			244	Пружина против
	Флюидный контур	180	Тройник		выдавливания
112	Источник		245	Пружина против
	нагнетаемой среды	181	Тройник		выдавливания
113	Источник	246	Пружина против
114	нагнетаемой среды Связка труб	190	Проход выпускного отверстия	247	выдавливания Пружина против
115	Клапан	192	Фитинг	250	выдавливания Кронштейн хомута
116	Клапан	194	Колено	255	Кронштейн хомута
117	Клапан	196	Фитинг

Обратимся теперь к рассмотрению чертежей, а сначала к рассмотрению фиг. 1 и 2, на которых показана заглушка 10 трубы, которая содержит заглушающую головку 20 и заглушающую головку 60, которые шарнирно соединены друг с другом при помощи хомута 38, который вращается относительно пальца 40 хомута. Заглушающая головка 20, в свою очередь, шарнирно соединена с держателем (поддерживающим компонентом, сатег) 12 при помощи хомута 14. Хомут 14 вращается относительно пальца 16 хомута, имеющегося в стойке 18 хомута, соединенной с держателем 12. Держатель 12 хорошо известен специалистам в данной области и его типично используют для управления головкой, которую типично используют для вертикального опускания, вращения и установки в заданное положение заглушающей головки внутри трубы Р, для временного блокирования трубы Р. Аналогично, заглушающая головка 20 и заглушающая головка 60 также хорошо известны специалистам в данной области и их типично используют для временного блокирования трубы Р.

Заглушающая головка 20 содержит уплотняющий элемент 22, наконечник 26 и носовую часть 28. Стабилизирующая прокладка 30 установлена на носовой части 28 в местоположении, в основном параллельном и смещенном от пальца 16 хомута. Стабилизирующая прокладка 30 помогает предотвратить деформацию уплотняющего элемента 22 за счет противодействия крутящему моменту, генерируемому за счет силы уплотнения относительно пальца 16 хомута. Носовая часть 28 также содержит направляющий ролик 36, который помогает исключить захват хомута 14 и заглушающей головки 20 в соединении доступа в трубу Р во время их установки в трубу и удаления из трубы Р.

Заглушающая головка 60 содержит уплотняющий элемент 62, наконечник 66 и носовую часть 68. Для того чтобы хомут 38 мог при своем вращении свободно встать в нужное положение внутри трубы Р, поворотный кронштейн 72 прикреплен с возможностью вращения к носовой части 68. Поворотный кронштейн 72 содержит ролик 74 поворотного кронштейна, палец 76 поворотного кронштейна и пружину 78. Пружина 78, вместе с двумя упорами 80 поворотного кронштейна, установленными на носовой части 68, позволяет поворотному кронштейну 72 совершать поворот наружу и сохранять свое положение. Обращенные наружу выступы 73 на поворотном кронштейне 72, расположенные в основном сразу позади ролика 74 поворотного кронштейна, помогают исключить захват ролика 74 поворотного кронштейна в соединении доступа в трубу во время установки второй заглушающей головки 60. Стабилизирующая прокладка 70 установлена на носовой части 68 в местоположении, расположенном в основном напротив местоположения поворотного кронштейна 72. Стабилизирующая прокладка 70 помогает предотвратить деформацию уплотняющего элемента 62 за счет противодействия крутящему моменту, генерируемому за счет силы уплотнения относительно пальца 40 хомута.

- 4 021333

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 3 и 4, на которых показана заглушка 10 трубы, которая перемещается вниз через соединение доступа, типично содержащее кожух Н, трехслойный клапан V и фитинг Р, пока стойка 18 хомута не упрется в нижний участок трубы Р, при этом заглушающая головка 20 и заглушающая головка 60 в основном совмещены друг с другом, а уплотняющие элементы 22 и 62 находятся в их окончательном положении уплотнения. Когда уплотняющий элемент 22 находится в его окончательном положении уплотнения, тогда внешняя поверхность уплотняющего элемента входит в зацепление с внутренней стенкой трубы Р и ролики 32А, 32В и 34, так же как и направляющий ролик 36, не имеют контакта ни с одним участком трубы Р. В этом положении уплотняющий элемент 22 предотвращает поток продукта в трубу Р. Когда уплотняющий элемент 62 находится в его окончательном положении уплотнения, тогда его внешняя поверхность входит в зацепление с внутренней стенкой трубы Р и ролики 82, 84 и 86 не имеют контакта ни с одним участком трубы Р. Поворотный кронштейн 72 и ролик 74 поворотного кронштейна удерживаются в обращенном наружу положении относительно трубы Р при помощи пружины 78.

Уплотняющий элемент 62 собирает любую утечку после уплотняющего элемента 22 и принудительно направляет эту утечку наружу через фитинг 92. Фитинг 92 может быть соединен с втулкой 90, приваренной вокруг трубы и расположенной ниже по течению от соединения доступа в трубу Р. Фитинг 92 хорошо известен специалистам в данной области и имеет выпускное отверстие.

Как это показано на фиг. 5 и 6, заглушка 10 трубы перемещается вниз через кожух Н, трехслойный клапан V и фитинг Р, пока ролик 74 поворотного кронштейна не упрется в нижний участок трубы Р, что побуждает хомут 38 начать поворот относительно пальца 40 хомута. Когда заглушка 10 трубы дальше опускается в фитинг, хомут 38 продолжает поворот относительно пальца 40 хомута, пока ролик 82 не упрется в нижний участок трубы Р. Как это показано на фиг. 7, поворот хомута 38 продолжается, пока ролик 84 и затем ролик 86 не упрутся в нижний участок трубы. Когда ролик 86 упрется в нижний участок трубы Р, тогда заглушающая головка 20 начинает свой вход в трубу Р. Как это показано на фиг. 7 и 8, в некоторой точке этого процесса поворота заглушающей головки 60 ролик 74 поворотного кронштейна упирается в верхний участок трубы Р, что побуждает поворотный кронштейн 72 поворачиваться в другом направлении.

Как это показано на фиг. 8, когда заглушающая головка 60 будет в основном совмещена с внутренним диаметром трубы Р, заглушка 10 трубы продолжает свое движение вниз и заглушающая головка 20 начинает свой переход в положение внутри трубы Р, когда ролики 32А и 32В упираются в нижний участок трубы Р, побуждая хомут 14 вращаться относительно пальца 16 хомута. При продолжении поворота хомута 14 заглушающая головка 20 в основном совмещается с внутренним диаметром трубы Р. Ролик 34 затем упирается в нижний участок трубы Р, что побуждает хомут 14 продолжать свой поворот, пока уплотняющий элемент 22 при повороте не займет окончательное положение уплотнения. Когда стойка 18 хомута упирается в нижний участок трубы Р, уплотняющие элементы 22 и 62 находятся в их окончательных положениях уплотнения (см. фиг. 3 и 4) и заглушка 10 трубы является устойчивой и способной выдерживать нагрузки давления трубопровода.

На фиг. 9 и 10 показаны другие предпочтительные конструктивные варианты заглушки 10 трубы. Дополнительная заглушающая головка 21 может быть шарнирно соединена с первой заглушающей головкой 20, при этом вторая заглушающая головка 60 шарнирно соединена с дополнительной заглушающей головкой 21. Вторая заглушающая головка 60 может содержать уплотняющий элемент 62 или чистящий элемент 102. Чистящий элемент 102 преимущественно представляет собой элемент 104 в виде проволочной щетки, позволяющий удалять грязь и мусор впереди скребка заглушки 10 трубы. За счет использования уплотняющего элемента 62 любая утечка позади заглушающей головки 20 или 21 принудительно направляется наружу через канал 94 и фитинг 92. Если используют чистящий элемент 102, то любая утечка позади заглушающей головки 20 может быть принудительно направлена наружу через канал 94 и фитинг 92.

Пластина 37 на салазках может заменять направляющий ролик 36 на заглушающих головках 20 и 21. Пластина 37 на салазках установлена напротив ролика 34 на угловой поверхности носовой части 28. Пластина 37 на салазках может быть изготовлена из любых подходящих материалов, таких как термопластичные материалы или латунь. Когда заглушку 10 трубы опускают в соединение доступа в трубу Р, пластина 37 на салазках входит в контакт с внутренними поверхностями соединения доступа и со скольжением движется по ним, что исключает заедание хомута 14 и заглушающих головок 20 и 21.

Аналогично, пластина 87 на салазках может заменять ролик 86 на заглушающей головке 60. Пластина 87 на салазках установлена на угловой поверхности носовой части 68, напротив поворотного кронштейна 72. Пластина 87 на салазках может быть изготовлена из любых подходящих материалов, таких как термопластичные материалы или латунь. При начале входа заглушки 10 трубы в трубу Р пластина 87 на салазках входит в контакт с нижним участком трубы Р и затем со скольжением движется по нему. Когда пластина 87 на салазках входит в контакт с нижним участком трубы Р, тогда заглушающая головка 21 и затем заглушающая головка 20 начинают входить в трубу Р. В некоторой точке этого процесса поворота заглушающей головки 60 ролик поворотного кронштейна 74 упирается в верхний участок трубы Р, что побуждает поворотный кронштейн 72 поворачиваться в другом направлении. Это позволяет

- 5 021333 заглушающим головкам 20, 21 и 60 затем занять окончательное положение уплотнения, аналогично описанному здесь выше.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 11-13В, на которых показана заглушка 10 трубы, которая может содержать надувные уплотняющие элементы 23 и 63 на соответствующих заглушающих головках 20 и 60. Альтернативно, может быть использована компоновка, аналогичная показанной на фиг. 9 и 10, с одной или несколькими головками 20, 21 и 60, имеющими надувные уплотняющие элементы. Уплотняющие элементы 23 и 63 имеют связь с системой 110 накачивания. Система 110 накачивания преимущественно содержит один или несколько источников 112 и 113 нагнетаемой жидкой или газообразной среды. Источниками 112 и 113 нагнетаемой среды может быть компрессор, бак со сжатым газом или насос. Два прохода 120 и 160 соединяют источники 112 и 113 нагнетаемой среды с соответствующими уплотняющими элементами 23 и 63, а третий проход 190 образует выпускное отверстие. Клапаны 115 и 117 являются средством изоляции и регулирования давления нагнетания среды от соответствующих источников 112 и 113 нагнетаемой среды. Клапан 116 является средством контроля любой утечки, выпускаемой наружу из выпускного отверстия.

Как уже было указано здесь выше, каждый проход 120, 160 и 190 содержит различные фитинги и соединители, причем некоторые участки проходов 120, 160 и 190 идут через элементы заглушки 10 трубы. Для упрощения описания и ссылки различные секции каждого прохода 120, 160, и 190 имеют добавочное буквенное обозначение. Например, позицией 120А обозначен внешний подводящий участок прохода 120.

После надлежащего ориентирования заглушки 10 трубы внутри трубы Р надувают надувные уплотняющие элементы 23 и 63, одновременно или последовательно, так что они входят в уплотняющий контакт с внутренней поверхностью трубы Р. Источники 112 и 113 подают нагнетаемую среду, а преимущественно воздух, инертный газ или жидкость в уплотняющие элементы 23 и 63 через проходы 120 и 160. Проход 190 образует выпускное отверстие. В зависимости от продукта трубопровода, выпускное отверстие может быть соединено с резервуаром (не показан) или с окружающей средой.

Если рассматривать проход 120 нагнетания первым, то его подводящий участок 120А идет от источника 112 нагнетаемой среды через клапан 115 и тройник 181 к фитингу 122 перегородки, расположенному на внешней поверхности кожуха Н. Тройник 181 имеет связь с выпускным клапаном 119 и с выпускным отверстием. Фитинг 122 имеет связь с угловым соединителем 124, который присоединен к верхнему концу трубной секции 120В. Трубная секция 120В преимущественно представляет собой стальную трубу в виде пружины сжатия. Нижний конец трубной секции 120В присоединен к фитингу 126 на держателе 12. Внутри держателя 12 находится участок 120С прохода. Участок 120С прохода выполнен так, что он совмещен с одной из кольцевых канавок 17 в пальце 16 хомута. Уплотнительные кольца 19, которые установлены на каждой стороне кольцевой канавки 17, обеспечивают герметичность и помогают поддерживать целостность прохода 120 при входе в палец 16 хомута.

Внутри пальца 16 хомута находится участок 120Ό прохода. За счет физической схемы расположения держателя 12, хомута 14 и заглушающей головки 20 участок 120Ό прохода делает два резких угловых поворота, когда он проходит через палец 16 хомута. Каждый такой угловой поворот преимущественно представляет собой поворот на 90°. Образование одного из угловых поворотов в пальце 16 хомута требует сверления в торце пальца 16 хомута и создания бокового прохода 128. Заглушка 13 уплотняет открытый конец бокового прохода 128 и поддерживает целостность прохода 120 при его прохождении через палец 16 хомута. Продольный проход 130, который пересекает боковой проход 128, совмещен со второй кольцевой канавкой 17. Участок 120Ό прохода выходит из пальца 16 хомута и входит в хомут 14 как участок 120Е прохода.

Торцевая пластина 15 помогает закрепить палец 16 хомута в его надлежащем положении и обеспечивает надлежащее совмещение кольцевых канавок 17 с участками 120С, 120Ό и 120Е проходов. Участок 120Е прохода проходит через участок хомута 14 и в заглушающую головку 20, где участок 120Е прохода делает резкий угловой поворот и соединяется с впуском 25 уплотняющего элемента 23. За счет описанной здесь выше схемы расположения и неразрывности (герметичности) прохода 120 нагнетаемая среда может протекать от источника 112 нагнетаемой среды в уплотняющий элемент 23, что позволяет надувать уплотняющий элемент 23. До удаления заглушки 10 трубы из трубы уплотняющий элемент 23 может быть откачен (спущен) за счет открывания выпускного клапана 119, который соединен с тройником 181 на участке 120А прохода.

Проход 160 нагнетания может быть образован аналогично проходу 120 нагнетания. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления подводящий участок 160А прохода идет от источника нагнетаемой среды 113 через клапан 117 и тройник 180 к фитингу 162 перегородки, который имеет связь с угловым соединителем 164. Тройник 180 имеет связь с выпускным клапаном 118 и с выпускным отверстием. Угловой соединитель 164 присоединен к верхнему концу трубной секции 160В. Трубная секция 160В преимущественно представляет собой стальную трубу в виде пружины сжатия, образованной относительно трубной секции 120В. Трубная секция 160В, вместе с секциями 120В и 190В, образует связку 114 труб в виде пружины. Нижний конец трубной секции 160В соединен с фитингом 166 на держателе

12.

- 6 021333

Внутри держателя 12 расположен участок 160С прохода. Аналогично участку 120С прохода, участок 160С прохода образован так, что он совмещен с одной из кольцевых канавок 17 в пальце 16 хомута. Уплотнительные кольца 19 обеспечивают герметичность прохода 120, когда он идет через кольцевую канавку 17. Внутри пальца 16 хомута расположен участок 160Ό прохода. Как и в случае участка 120Ό прохода, участок 160Ό прохода делает два резких угловых поворота при его прохождении через палец 16 хомута. Каждый угловой поворот преимущественно представляет собой поворот на 90°. Заглушка 13 уплотняет открытый конец бокового прохода 168 и поддерживает целостность прохода 160 при его прохождении через палец 16 хомута.

При выходе из пальца 16 хомута участок 160Ό прохода совмещен со второй кольцевой канавкой 17. Кольцевая канавка 17 обеспечивает неразрывность между участками 160Ό и 160Е проходов. Участок 160Е прохода затем идет через участок хомута 14 и носовую часть 28 заглушающей головки 20. За счет физической связи между хомутом 14 и носовой частью 28 участок 160Е прохода делает два резких угловых поворота при его прохождении к уплотняющему элементу 63. И в этом случае указанные угловые повороты, как и все другие описанные здесь угловые повороты, преимущественно представляют собой повороты на 90°. Кольцевая канавка 141 и уплотнительные кольца 143 обеспечивают неразрывность участка 160Е прохода между заглушающей головкой 20 и хомутом 28. Кольцевая канавка 141 расположена в цилиндрическом участке, соединенном с носовой частью 28.

Участок 160Е прохода выходит из заглушающей головки 20 при совмещении с кольцевой канавкой 41 в пальце 40 хомута. Уплотнительные кольца 43 обеспечивают уплотнение кольцевой канавки 41. Проход 160 затем продолжается через палец 40 хомута как участок 160Р прохода. Участок 160Р прохода выполнен аналогично участкам 120Ό и 160Ό проходов. Заглушка 45 герметизирует боковой проход 170. При выходе участка 160Р прохода из пальца 40 хомута он совмещен со второй кольцевой канавкой 41 и затем входит в хомут 38 как участок 1600 прохода. Торцевая пластина 39 помогает закрепить палец 40 хомута в его надлежащем положении и обеспечивает надлежащее совмещение кольцевых канавок 41 с участками 160Р и 1600 проходов. Участок 1600 прохода входит в заглушающую головку 60 и делает резкий угловой поворот для соединения с впуском 65 уплотняющего элемента 63.

За счет описанной здесь выше схемы расположения и неразрывности прохода 160 нагнетаемая среда может протекать от источника 113 нагнетаемой среды в уплотняющий элемент 63, что позволяет надувать уплотняющий элемент 63. До удаления заглушки 10 трубы из трубы уплотняющий элемент 63 может быть откачен (спущен) за счет открывания выпускного клапана 118, который соединен с тройником 180 на участке 160А прохода.

Выпускной проход 190 имеет вентиляционную секцию 190А и трубную секцию 190В. Вентиляционная секция 190А идет от фитинга 192 перегородки, расположенного на внешней поверхности кожуха Н, к выпускному клапану 116. Фитинг 192 имеет связь с угловым соединителем 194, который присоединен к верхнему концу трубной секции 190В. Трубная секция 190В преимущественно представляет собой стальную трубу в виде пружины сжатия. Нижний конец трубной секции 190В присоединен к фитингу 196 на держателе 12. Внутри держателя 12 расположен участок 190С прохода. Участок 190С прохода выполнен так, что он совмещен с одной из кольцевых канавок 17 в пальце 16 хомута.

Внутри пальца 16 хомута находится участок 190Ό прохода, который делает два резких угловых поворота, когда он проходит через палец 16 хомута. Заглушка 13 герметизирует открытый конец продольного прохода. Аналогично участкам 120Ό и 160Ό прохода, участок 190Ό прохода совмещен со второй кольцевой канавкой 17 и входит в хомут 14 как участок 190Е прохода. Участок 190Е прохода идет через участок хомута 14 и в заглушающую головку 20, так что его открытый конец 198 открыт во внутреннее пространство между заглушающими головками 20 и 60. Любая утечка после заглушающей головки 20 может быть отведена при помощи прохода 190, через его открытый конец 198.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 14 и 15, на которых показаны заглушающие головки 20 и 60, каждая из которых может иметь компрессионное пакерное уплотнение, имеющее пакерное уплотнение 50, 240, которое имеет связь с системой 110 рабочей жидкости. Пакерные уплотнения работают в более широком диапазоне внутренних диаметров труб, чем стандартные уплотняющие элементы, потому что стандартные уплотняющие элементы шлифуют под конкретный внутренний диаметр трубы. Вариант заглушки 10 трубы с пакерным уплотнением сам ориентируется в положение уплотнения внутри трубы Р, главным образом аналогично варианту со стандартным уплотнением (показанному на фиг. 1-10) и с надувным уплотнением (показанному на фиг. 11-13), причем в этом конструктивном варианте использованы многие компоненты этих вариантов. Например, заглушка 10 трубы содержит держатель 12, хомуты 14 и 38, пальцы 16 и 40 хомутов, которые могут иметь другую физическую конфигурацию, чем держатель 12, хомуты 14, 38 и пальцы 16, 40 хомутов, использованных в вариантах со стандартным и надувным уплотнением, а также носовые части 28 и 68, пластины 37 и 87 на салазках, ролики 34, поворотный кронштейн 72, ролик 74 поворотного кронштейна, палец 76 поворотного кронштейна, пружину 78, проходы 120, 160 и 190 и подобранные гидравлические фитинги. Каждая носовая часть 28, 68 содержит стабилизирующую прокладку 30, 70, воспринимающую ротационные нагрузки и совершающую поворот относительно соответствующего пальца 16, 40 хомута, как уже было указано здесь выше. Использование стандартных управляющих элементов головки для противодействия сжимающим нагрузкам, генерируе- 7 021333 мым за счет давления в трубопроводе, позволяет исключить приложение основных изгибающих нагрузок к фитингу Р. Это осуществлено за счет реакции изгибающих нагрузок через основание стойки 18 хомута с основанием трубы Р и через держатель 12 с отверстием доступа в трубу Р.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления заглушающие головки 20 и 60 вводят в трубу Р с пакерными уплотнениями 50 и 240 во втянутом или ненапряженном положении. В ненапряженном положении внешние диаметры пакерных уплотнений 50, 240 типично меньше, чем внутренний диаметр трубы Р. Впоследствии пакерное уплотнение 50 сжимают между двумя наклонными поверхностями 52 и 53, образованными соответственно при помощи неподвижного наконечника 26 и подвижной поршневой пластины 51, на заглушающей головке 20. Аналогично, пакерное уплотнение 240 сжимают между двумя наклонными поверхностями 242 и 243, образованными соответственно при помощи неподвижного наконечника 66 и подвижной поршневой пластины 230, на заглушающей головке 60. Пакерные уплотнения 50, 240 сжимают для их принудительного расширения наружу в радиальном направлении, так чтобы они упирались во внутреннюю поверхность трубы Р и создавали барьер.

Заглушающая головка 20 образует первичный механизм уплотнения, а заглушающая головка 60 образует вторичный механизм уплотнения. Положение двух пакерных уплотнений 50, 240 ниже по течению от отверстия доступа в трубу Р позволяет направлять продукт трубопровода через канал в боковой стенке кожуха Н и создает средство обхода потока продукта вокруг заглушки 10 трубы и позволяет трубе Р работать. Как и в других описанных здесь конструктивных вариантах, одна или несколько дополнительных заглушающих головок 21 могут быть использованы в комбинации с заглушающими головками 20 и 60 (см., например фиг. 9 и 10). Альтернативно, одна заглушающая головка 20 или 60 может быть использована как единственная заглушка, однако эта единственная заглушка не позволяет обеспечивать двойную блокировку, выпуск и безопасность, которые обеспечивают две или несколько заглушающих головок 20, 60.

Как это показано на фиг. 17 и 18, поршневая пластина 51 на заглушающей головке 20 содержит цилиндрический выступ 54, имеющий две канавки для уплотнительных колец 55 и 56 (или других аналогичных элементов уплотнения, хорошо известных специалистам в данной области). Задачей цилиндрического выступа 54 является создание возможности для поршневой пластины 51 действовать как шток гидравлического цилиндра. Цилиндрический выступ 54, вместе с уплотнительными кольцами 55 и 56, скользит внутри цилиндрической полости 200 в торце хомута 14 и, таким образом, завершает конструкцию базового гидравлического цилиндра простого действия. Как это показано на фиг. 16, хомут 14 имеет внутренние проходы 120, 160 и 190, обеспечивающие гидравлическое повышение давления в цилиндрической полости 200, а также образующие вентиляционный канал 198. Проходы 120, 160 и 190 могут быть образованы в хомуте 14 в основном аналогично описанному здесь выше. Заглушка 59 герметизирует конец участка 190Е прохода.

После установки заглушки 10 трубы в ее окончательное положение уплотнения в трубе Р гидравлически прикладывают давление к поршневой пластине 51 и побуждают ее двигаться к пакерному уплотнению 50. Пакерное уплотнение 50 преимущественно представляет собой эластомерное уплотнение, которое может быть упруго прижато к стенке трубы Р. Пакерное уплотнение 50 имеет две пружины 244 и 245 против выдавливания. Рабочую жидкость нагнетают в цилиндрическую полость 200, расположенную у конца участка 120Е прохода в хомуте 14, за счет чего поршневые пластины 51 прижимаются к пакерному уплотнению 50. Пакерное уплотнение 50 зажато между наклонными поверхностями 52 наконечника 26. Когда поршневая пластина 51 прижимается к пакерному уплотнению 50, наклонная поверхность 53 поршневой пластины 51 и наклонная поверхность 52 наконечника 26 деформируют пакерное уплотнение 50 и побуждают его расширяться в наружном радиальном направлении, пока оно не упрется в стенку трубы Р. Пружины 244 и 245 против выдавливания не позволяют эластомеру выдавливаться между трубой Р и поршневой пластиной 51 и наконечником 26. Таким образом, пакерное уплотнение 50 создает барьер внутри трубы Р.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 19, на которой показано, что заглушающая головка 20 удерживается в правильной ориентации относительно хомута 14 при помощи наконечника 26 и шпильки 225 предотвращения вращения. Наконечник 26 навинчен на ось 210 с резьбой, которая является частью хомута 14. Шпильку 225 предотвращения вращения, которая ввинчена в наконечник 26 и герметизирована в нем, затем используют для надлежащей ориентации носовой части 28 относительно хомута 14. Уплотнение между шпилькой 225 предотвращения вращения и наконечником 26 может быть трубной резьбой, кольцевым уплотнением 57, 58 (см. фиг. 17) или другим хорошо известным уплотнением. Шпилька 225 предотвращения вращения проходит через отверстие в наконечнике 26, через отверстие в поршневой пластине 51 и входит в отверстие в хомуте 14, за счет чего эти компоненты удерживаются в надлежащей ориентации друг относительно друга.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 20, на которой показана заглушающая головка 60, очень похожая на заглушающую головку 20, но не имеющая таких же гидравлических каналов. Только проход 160 идет через хомут 38 (см. фиг. 16). Проход 160 обеспечивает гидравлическое повышение давления в цилиндрической полости 235, которая имеет связь с поршневой пластиной 230. Цилиндрический выступ 234 на поршневой пластине 230 позволяет поршневой пластине 230 действовать аналогично штоку гид- 8 021333 равлического цилиндра. За счет отдельной системы каналов заглушающей головки 60 пакерное (раекшд) уплотнение 240 действует независимо от пакерного уплотнения 50. Это позволяет создать систему с резервированием, которая по своей природе является более надежной, чем система с использованием единственного флюидного контура для приведения в действие двух или нескольких уплотнений. Таким образом, отказ одной из гидравлических систем 120, 160 не приводит к потере герметичности и целостности заглушки 10 трубы внутри трубы Р. Эта избыточность также является характеристикой конструкций с надувным уплотнением (фиг. 11-13)

После того как заглушка 10 трубы установлена в ее окончательное положение уплотнения в трубе Р, гидравлически прикладывают давление к поршневой пластине 230 и побуждают ее перемещаться к пакерному уплотнению 240. Аналогично пакерному уплотнению 50, пакерное уплотнение 240 преимущественно представляет собой эластомерное уплотнение, которое может быть упруго прижато к стенке трубы Р. Пакерное уплотнение 240 имеет две пружины 246 и 247 против выдавливания, которые выполняют такие же функции, что и пружины 244 и 245 (описанные здесь выше). Рабочую жидкость нагнетают в цилиндрическую полость 235, расположенную у конца участка 1600 прохода в хомуте 38, за счет чего поршневые пластины 230 прижимаются к пакерному уплотнению 240. Пакерное уплотнение 240 прижато к наклонной поверхности 242 наконечника 66. Наконечник 66 навинчен на ось 232 с резьбой. Носовая часть 68 удерживается в положении правильной ориентации относительно хомута 38 аналогично описанному для носовой части 28. Когда поршневая пластина 230 прижимается к пакерному уплотнению 240, тогда наклонная поверхность 243 поршневой пластины 240 и наклонная поверхность 242 наконечника 66 деформируют пакерное уплотнение 240 и побуждают его расширяться наружу в радиальном направлении, пока оно не упрется в стенку трубы. Таким образом, пакерное уплотнение 240 создает барьер, когда заглушка 10 трубы установлена внутри трубы.

Нагрузки, приложенные за счет пластин 37, 87 на салазках к расточкам (отверстиям) кожуха Н, клапана V и фитинга Р при установке и удалении заглушающих головок 20, 60, могут быть снижены. Снижение нагрузок обеспечивается за счет того, что пакерные уплотнения 50, 240 зажаты между двумя соответствующими стальными элементами 26, 51 и 66, 230, а не открыты к расточкам, как стандартные уплотняющие элементы (например, уплотняющий элемент 22). Стандартные уплотняющие элементы деформируются за счет указанных расточек в ходе процесса установки и удаления, что создает нагрузки реакции, приложенные к пластинам 37, 87 на салазках. Так как пакерные уплотнения 50, 240 защищены, то каждое из них можно использовать при последующих операциях заглушения.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 21 и 22, на которых показано, что флюидный контур для использования с надувными уплотнениями или с пакерными уплотнениями может быть образован специалистами в данной области различным образом. Например, могут быть использованы гидравлические шланги (не показаны) вместо каналов, проходящих через хомуты 14, 38. Предпочтительный конструктивный вариант, который не исключает возможности сверления пальца 16 хомута для образования канала, как это показано на фиг. 13А, предусматривает механическое изготовление кронштейна 250 хомута для приема фитингов 166 и 196. Может быть предусмотрено также механическое изготовление кронштейна 255 хомута для приема фитинга 126. Выпускные фитинги 205 служат для выпуска воздуха из цилиндрических полостей 200 и 235 (см. также фиг. 17 и 20).

Несмотря на то что была описана имеющая некоторую специфичность усовершенствованная заглушка с двойной блокировкой и выпуском, следует иметь в виду, что различные изменения могут быть введены в детали ее конструкции и схему расположения компонентов, не выходя за рамки настоящего изобретения и в соответствии с его духом. Следует иметь в виду, что усовершенствованная заглушка с двойной блокировкой и выпуском не ограничивается описанными здесь конструктивными вариантами, приведенными в качестве примера, а ограничивается только объемом приложенной формулы изобретения, с использованием полного диапазона возможных эквивалентов для каждого из элементов.

- 9 021333

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Заглушка трубы для временной закупорки трубы через боковое соединение доступа в трубу, содержащая держатель;

первую заглушающую головку, которая имеет первый уплотняющий элемент и шарнирное соединение с указанным держателем, обеспечивающее возможность вращения головки относительно держателя и поворота, для получения доступа к внутреннему пространству трубы;

вторую заглушающую головку, которая имеет второй уплотняющий элемент и шарнирное соединение с первой заглушающей головкой, обеспечивающее возможность ее вращения и поворота для получения доступа к внутреннему пространству трубы.
2. Заглушка трубы по п.1, которая дополнительно снабжена системой накачивания, которая имеет первый и второй проходы, причем каждый из указанных проходов может пропускать нагнетаемую среду к одному из указанных первого и второго уплотняющих элементов соответственно.
3. Заглушка трубы по п.2, которая дополнительно содержит поршневую пластину, которая имеет связь с указанным первым проходом и указанным первым уплотняющим элементом, причем указанная поршневая пластина выполнена с возможностью перемещения между первым положением и вторым положением, при этом указанный растяжимый уплотняющий элемент расположен между указанной поршневой пластиной и наконечником указанной по меньшей мере одной заглушающей головки.
4. Заглушка трубы по п.3, у которой указанный растяжимый уплотняющий элемент содержит по меньшей мере одну пружину против выдавливания.
5. Заглушка трубы по п.2, которая дополнительно содержит третий проход, причем открытый конец указанного третьего прохода расположен ниже по течению от указанной первой заглушающей головки и имеет связь с внутренним участком трубы.
6. Заглушка трубы по п.2, у которой указанные первый и второй проходы проходят через участок указанных первого и второго шарнирных соединений соответственно.
7. Заглушка трубы по п.1, которая дополнительно содержит третью заглушающую головку, имеющую чистящий элемент, и третье шарнирное соединение с указанной второй заглушающей головкой.
8. Заглушка трубы по п.7, у которой указанный чистящий элемент представляет собой проволочную щетку.
9. Заглушка трубы по п.7, у которой третья заглушающая головка имеет пластину на салазках, направляющий ролик и поворотный кронштейн.
10. Заглушка трубы по п.1, у которой указанные первая и вторая заглушающие головки имеют пластину на салазках и направляющий ролик, причем как каждая указанная пластина на салазках, так и каждый указанный направляющий ролик ориентированы для того, чтобы облегчить установку первой и второй заглушающих головок внутри трубы.
11. Заглушка трубы по п.10, у которой вторая заглушающая головка имеет поворотный кронштейн.
12. Способ двойной блокировки трубы, который включает в себя следующие операции: опускание первой заглушающей головки, которая шарнирно соединена с держателем, и второй заглушающей головки, шарнирно соединенной с первой через боковое соединение доступа в трубу;

вращение первой заглушающей головки и второй заглушающей головки, по мере того как держатель перемещается вниз через боковое соединение доступа в трубу;

установка первой заглушающей головки и второй заглушающей головки в окончательное положение уплотнения внутри трубы;

вхождение внутренней стенки трубы в уплотняющий контакт по меньшей мере с одной из первой и второй заглушающих головок.
13. Способ двойной блокировки трубы по п.12, в котором по меньшей мере одну указанную операцию вращения и установки в заданное положение осуществляют при помощи по меньшей мере одной пластины на салазках, которая со скольжением входит в зацепление с внутренним участком, по меньшей мере, бокового соединения доступа в трубу.
14. Способ по п.12, который дополнительно включает в себя операцию вентилирования внутреннего пространства трубы через выпускное отверстие, причем участок выпускного отверстия объединен по меньшей мере с одной из заглушающих головок.
15. Способ по п.12, который дополнительно включает в себя операцию выпуска среды из уплотняющего элемента через выпускной клапан.
16. Заглушка трубы для временной закупорки трубы через боковое соединение доступа в трубу, содержащая держатель;

переднюю заглушающую головку;

заднюю заглушающую головку, соединенную с держателем и вращающуюся относительно него, при этом передняя заглушающая головка соединена с задней заглушающей головкой с возможно- 10 021333 стью вращения относительно нее, причем при вращении во время линейного перемещения держателя через боковое соединение доступа в трубу передняя и задняя заглушающие головки принимают различные угловые ориентации по отношению друг к другу.