JP2015148342A - 内部拘束装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】検査ツールまたは隔離ツールとの使用に容易に適合可能な、扱いやすく、かつ、単純な機構を有する拘束装置を備えるアセンブリー提供すること。
【解決手段】本発明のアセンブリーは、パイプの内部のセグメントを隔離し、上流端と下流端を有するアセンブリーであって、シャフトと、第1のボスと、第2のボスと、第1のボスと第2のボスとの間に位置決めされる第1の環状本体および第2の環状本体と、第1のボスと第1の環状本体との間に位置決めされる第1の弾性シール部材および第2のボスと第2の環状本体との間に位置決めされる第2の弾性シール部材と、第1の環状本体と第2の環状本体との間に位置決めされるシューとを備える。
【選択図】図1
【解決手段】本発明のアセンブリーは、パイプの内部のセグメントを隔離し、上流端と下流端を有するアセンブリーであって、シャフトと、第1のボスと、第2のボスと、第1のボスと第2のボスとの間に位置決めされる第1の環状本体および第2の環状本体と、第1のボスと第1の環状本体との間に位置決めされる第1の弾性シール部材および第2のボスと第2の環状本体との間に位置決めされる第2の弾性シール部材と、第1の環状本体と第2の環状本体との間に位置決めされるシューとを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、パイプ内部に固着(anchor)又はクランプすることができるクランプ装置又は拘束装置に関する。
[関連出願の相互参照]
本願は、2008年8月28日に出願された米国特許出願第61/092,715号(該出願の全内容は参照により本明細書に援用される)からの優先権を主張するものである。
本願は、2008年8月28日に出願された米国特許出願第61/092,715号(該出願の全内容は参照により本明細書に援用される)からの優先権を主張するものである。
パイプ又はパイプに設けられる溶接部の完全性を検査するために使用される検査ツールが一般に知られている。加えて、パイプの特定のセクションを別のセクションから隔離するのに使用される種々の隔離ツールが既知である。そのようなツールの例は、特許文献1及び特許文献2(これらの特許の全内容は参照により本明細書に援用される)において提供されている。これらのようなツールは、使用時に、パイプ内に挿入されてパイプの内壁に対して固着される。上記特許のツールを用いる場合、固着するステップは、弾性の環状リングがパイプ壁に対して半径方向外方に変形するように該リングを変形させるボルト等によって達成される。ツールは、位置決めされて固着されると、高い変位圧に耐えることができる。
上記ツール自体によって提供される固着力にもかかわらず、さらなる安全性のために、パイプ内にさらなるクランプ又は拘束装置を設けて、ツールに隣接して圧力が増大する場合にツールを拘束することが望ましい場合がある。当業者には理解されるように、圧力がツールの固着力を超える状態では、ツールはパイプから乱暴に押し出される可能性がある。したがって、そのような状況では拘束装置がさらなる支持を与えることになる。
当該技術分野では、2つのパイプを共に溶接したままそのようなパイプの軸方向整合を維持する内部クランプを提供することも知られている。そのような内部クランプの例が特許文献3、特許文献4及び特許文献5において提供されている(これらの特許の全内容は参照により本明細書に援用される)。これらの特許に記載されている装置は、隣接するパイプの内壁に対して固着され、そのようなパイプを当接構成で保持するように設計される複雑な機械的機構を備える。この場合、溶接工程を適用してパイプ同士の端を共に接合することができる。
既知の内部クランプ装置が抱える別の問題は、内部クランプ装置によって、これらが中で使用されるパイプの内壁に損傷を与えてしまう場合が多いことである。すなわち、既知のクランプの多くは、パイプ内壁に対してバイアスをかけられると共にそのような壁と噛み合う歯が設けられるシューを使用する。歯は、パイプ内の装置の並進運動を防止するさらなる固着力を提供する。しかし、理解されるように、装置を取り外すと、そのような歯によって残される跡によりパイプ内部に損傷を与えることになり、場合によっては脆弱な領域につながる。
当該技術分野において既知の装置は、扱いにくくかつ/若しくは複雑な機構を備えるか、又は検査ツールまたは隔離ツールとの使用に容易に適合可能ではないか、又はパイプに損傷を与える。したがって、改善された内部パイプクランプ又は拘束装置が必要とされている。
本発明のアセンブリーは、パイプの内部のセグメントを隔離し、上流端と下流端を有するアセンブリーであって、ねじ付きのシャフトと、該シャフトの一部を覆うように摺動可能に同軸上に設けられるスリーブであって、該シャフトが該スリーブの端部から突き出るように構成されるスリーブと、該シャフトの上流側端部に接続されている第1のボスと、該シャフト上で摺動可能に設けられ、該スリーブの上流側端部に固定されている第2のボスと、該第1のボスと該第2のボスとの間において、該シャフト上で摺動可能に、離間して設けられている第1の環状本体および第2の環状本体と、該第1のボスと該第1の環状本体との間に位置決めされる第1の弾性シール部材、および該第2のボスと該第2の環状本体との間に位置決めされる第2の弾性シール部材と、該第1の環状本体と第2の環状本体との間に位置決めされ、周方向に離間した湾曲構造のシューと、シャフトの下流端と係合するように構成されているナットとを備え、該第1のボス、該第2のボス、該第1の環状体および該第2の環状本体が、それぞれ平行に配置され、該第1の環状本体および第2の環状本体が、該シューと係合するベベル状の外縁を含み、該シューが、該第1の環状本体および第2の環状本体のベベル状の外縁と係合するベベルを有する内側表面を含み、該ナットが締め付けられると、該スリーブおよび該第2のボスが該第1のボスへ向かう方向に付勢され、該第1の弾性シール部材および該第2の弾性シール部材が半径方向外方に変形して該パイプと封止的に係合し、第1の環状本体と第2の環状本体が互いへ向けて付勢されて、シューが半径方向外方へ付勢され、該シューが該パイプと摩擦係合する。
本発明のこれら及び他の特徴は、添付の図面を参照してなされる以下の詳細な説明においてより明らかとなるであろう。
本明細書において使用する場合、「クランプ」又は「拘束装置(“restraint device” or “restraining device”)」という用語は、同じ意味を有するものとして理解される。すなわち、これらの用語を用いて本発明に言及するが、クランプ又は拘束装置は、パイプ内に挿入され、そのようなパイプの内部でその内壁に対して摩擦によって固着されるように適合可能である。本発明は、その様々な実施形態を参照して説明される。装置のサイズに関して装置の多くの変更が可能であり、この変更はさらに装置が中で使用されるパイプのサイズに関するものであることが理解されるであろう。
本発明の一態様が図1に示される。図示されるように、本発明の装置10はパイプ12内に設けられる。装置10は係合位置で示されており、この場合、装置10はパイプの内壁に対して固着している。装置は、実質的に円形の第1の端部プレート14及び第2の端部プレート16を備える。装置を使用する場合、図1に示されるように、端部プレート14及び16はパイプ12の長手方向軸と同軸上に整合して配置される。端部プレート14及び16は、互いに向かい合った内面18a及び18bそれぞれと、反対向きの外面20a及び20bそれぞれとを有する。端部プレート14及び16には外縁22a及び22bがそれぞれ設けられる。外縁22a及び22bは(図2に示されるような)端面図では実質的に円形である。図1に示されるように、内面18a及び18bの直径は外面20a及び20bの直径よりも小さい。これは、外縁22a及び22bの各々に、外面20a及び20bから又はこの付近から内面18a及び18bに向かってそれぞれ延びるベベル21a及び21bをそれぞれ設けることによって達成される。
理解されるように、また図1に示されるように、装置10の端部プレート14及び16は、検査対象であるパイプ12内に摺動可能に導入されるようなサイズである。すなわち、端部プレートの最大径はパイプ12の内径よりも小さい。
本発明の装置10は、複数の周方向に離間したシュー又は「グリッパープレート」24をさらに含む。図1及び図2に示される本発明の実施形態では、6つのそのようなシュー24a〜24fが示されている。しかし、当業者には、任意の数のそのようなシューを設けることができること、及びそのような数はシューのサイズ及び装置自体の外周のサイズに関連し得ることが理解されるであろう。例えば、場合によっては、必要に応じて2つ又は3つのシュー又はグリッパープレートを使用してもよい。例えば、理解されるように、より大径の装置であればより小径の装置と比べて多くの数のシューを必要とし得る。そのようなより大径の装置では、サイズはより大きいが同じ数のシューを使用することができることも理解されるであろう。本発明がいかなる数のシューにも限定されないことが理解されるであろう。
図1及び図2に示されるように、シュー24は、パイプ12の内壁に当接するように構成される外側表面26と、パイプ12の内側を向く、反対向きの内側表面28とを有する実質的に湾曲した構造である。シュー24はまた、ベベルを備えると共に、端部プレート14及び16に設けられるベベル21a及び21bと相補的であるか又はこれらと協働するように構成される対向する外側縁30を含む。シューにあるベベル状の縁30によって、外側表面26が、内側表面28よりも大きい幅(すなわち、使用時に装置の長手方向軸に沿って測定した一方の縁から対向する縁までの測定値)を有することになる。
一態様では、シュー24の外側表面26には、図1に示されるような溝32を設けることができる。当業者には認識されるように、そのような溝32は、以下でさらに説明するように、パイプの内壁に対する装置の摩擦係合を助ける働きをする。同様に本明細書を検討すれば当業者には認識されるように、シュー24の外側表面26には、装置が使用時にパイプ内で係合するときにパイプの内壁とのシューの摩擦係合を強化するのを助ける任意のタイプのコーティング、添加剤、カバー等を設けることができる。一例では、上記溝32のいくつか又は全てに、Oリング又は他のタイプの機構(device)若しくは材料を設けることができる。加えて、摩擦接触の程度を、シュー24の外側表面26の表面積を増大させることによって増大させることもできることが理解されるであろう。
シュー又はグリッパープレート24は任意の材料から作製することができる。一例では、シュー24は、装置の重量を減らすためにアルミニウムから作製される。プレート14及び16は好ましくはより高い強度の材料から形成することができる。シュー24を形成する材料としてアルミニウムを使用することは、シューによるチューブ12の内壁への跡又は損傷が最小限になるであろうため、同様に好ましい。本発明は、シュー24並びに/又はプレート14及び16を形成する種々の材料を包含するように理解されるであろう。例えば、拘束装置がプラスチックパイプ内で使用される場合、それに伴う固着力の量が金属パイプの場合に直面する固着力の量よりも実質的に小さいであろうため、より軽量の材料を使用することができる。したがって、例えば拘束装置10をプラスチックパイプと共に使用する場合、装置全体をアルミニウムから形成することができる。
図1及び図2に示されるように、装置10は複数のボルト34をさらに含む。一態様では、ボルト34は、装置の外周(例えば端部プレート16の周り)に実質的に外周方向に離間している。ボルトは、第2の端部プレート16に設けられるボルト穴36を通して設けられ、第1の端部プレート14に設けられるねじ山付き孔38に延在する。図示の実施形態では、孔38は、ボルト34に設けられるねじ山と相補的なねじ山を含み、それによってボルト34を孔38と係合させることによって締め付けることができる。孔38のねじ山の代わりに、プレート14の反対の面20aにある固定ナット(図示せず)を用いてもよいことが理解されるであろう。別の実施形態では、ボルト34の代わりに、プレート14に永久的に固定されるねじ山付きシャフト(図示せず)を用いてもよく、そのようなシャフトのねじ山付き端がプレート16にあるボルト穴に挿通され、この場合、シャフトと係合するのに別個のナットが使用される。これらの例のいずれかにおいて、ボルトの目的は、2つのプレート14及び16を互いに向けて付勢することであることが理解されるであろう。したがって、本発明は、これを達成する任意の1つの手段に限定されない。加えて、種々のそのような付勢手段を設けてもよいことが理解されるであろう。図示のように、第2の端部プレート16内のボルト穴36は、ボルト34の頭部を受け入れるウェルを含むことができる。そのような場合、端部プレート16の外面20bは平面を有する。以下でさらに説明するように、そのような平面は、検査又は隔離ツールが当接することになる箇所に好ましいであろう。
ここで、図1及び図2に示される本発明の態様に関して装置を使用する方法を説明する。使用時に、装置の構成要素、すなわち端部プレート14及び16、シュー24並びにボルト34を、パイプに個別に挿入して後に接合することができる。しかし、好ましい態様では、最初にそのような構成要素をパイプの外で緩く組み合わせるか又は接合する。そのような構成では、端部プレート14及び16は互いから比較的離間している。理解されるように、そのような緩んだ構成では、シュー24は半径方向に移動可能であるため、装置10の最大外径はパイプ12の内径よりも小さい。このように、装置10をパイプ12内に摺動可能に導入し、その中の所望の位置に位置決めすることができる。適所にくると、ボルト34が締め付けられ、それによって端部プレート14及び16が互いに向けて付勢される。理解されるように、また図1に示されるように、この工程によって、シュー24が装置10から半径方向外方に、パイプ12の内側表面に向けて押しやられる。そのような半径方向外向きの力は、端部プレート及びシューにある、協働すると共に対向する向きのベベルに起因する。理解されるように、プレート14及び16が互いに向けて付勢されると、プレートのそれぞれのベベル状の縁21a、21bは、シュー24a〜24dの対向するべべル状の縁30に当接する。ベベルの向きが対向しているため、プレート14及び16を互いに向けて付勢すること(ボルト34によって達成される)によって、シュー24a〜24dが半径方向外方へ付勢される。ボルト34をさらに締め付けると、シューはパイプ内壁に対してきつくバイアスをかけられることによりそれらの間に密接な摩擦接触を形成する。
本発明の好ましい実施形態では、ボルト34は、プレート14、16の周りに実質的に等しく周方向に離間して設けられる。この構成は、端部プレート14及び16に加えられる付勢力を均一に分散する働きをし、それによって、シューが半径方向外方方向に均一に変位される。本発明の方法のさらに好ましい実施形態では、端部プレートに加えられる力を周方向に均一に分散するために、ボルト34は周方向に対向する対となって締め付けられる。このように、プレート14及び16は共に均一に付勢されることによって一方又は両方のプレートがパイプ内で「傾く」ことが防止される。すなわち、プレート14及び16は、パイプ12の長手方向軸に対して実質的に垂直な構成で維持される。この構成は本発明の限定ではなく単に好ましいものであることが理解されるであろう。また、正確に垂直な構成から少なくともいくらかのずれが生じることが理解されるであろう。
理解されるように、ボルト34は、プレート14及び16を互いに向けて付勢する手段を提供する。したがって、ボルト34がそのような付勢手段の単純で効率的な実施形態を提供するが、本発明はこの1つの実施形態によって限定されるものではないことが認識されるであろう。例えば、別の実施形態では、ボルト34の代わりに同様に同じ目的で働く油圧又は空気圧式の機構を用いてもよい。一例では、油圧ラム又はジャッキを使用してプレートを互いに押しやることができる。別の例では、磁気機構を使用してプレートを共に付勢することができる。後者の場合では、プレート14、16の一方又は両方に、装置10が適所にあるときに作動することができる電磁石等の磁気機構を設けることができる。そのような磁気機構(図示せず)によってプレート14及び16がボルト34と同じやり方で互いに押しやられる。さらなる実施形態では、ねじ付きロッド又はシャフトを第1の端部プレート等の端部プレートの一方に固定することができ、そのようなロッドは第2の端部プレートを貫通してこれを超えて延びることができる。この場合、支持プレートを有するか又は有しない協働ナットを使用して端部プレートを共に付勢することができる。本発明は、本明細書に開示される特定の付勢手段に限定されない。そのような付勢手段の特徴は、プレート14及び16、すなわち装置10の対向端を共に付勢し、それによってシュー又はグリッパープレート24を半径方向外方へ変位させることができることである。
図1は、第1の端部プレート14を、実質的に環状のリング形状を有するものとして示している。すなわち、第1の端部プレート14は中心開口31を含む。同様に、第2の端部プレート16も環状リングの形状で設けられ得る。理解されるように、そのようなリングの使用は装置の全体的な重量を減らし、これは、装置10がより大径のパイプと共に使用されるように設計される場合に特に望ましい。
図2に示されるように、端部プレート14及び16の一方又は両方には、検査又は隔離ツール等に設けられるボルトを受け入れて保持するように構成される1つ又は複数のスロット40を設けることができる。一態様では、スロット40は鍵穴形状で設けられ、それによって、1つ又は複数のボルト(図示せず)の頭部をスロット40の大きい方の部分に挿入することができ、装置10の軸を中心に周方向に回転させると、頭部はスロット40の小さい方の部分内に受け入れられる。このように、ボルトはスロット40内に保持され、そこから軸方向に離れることが防止される。したがって、ボルトに取り付けられるあらゆるツール又は他のそのような器具(apparatus)は、拘束装置から軸方向に離れることが防止される。理解されるように、このタイプの係合は一般的であり、この係合の様々な変更が当業者には明らかであろう。また、拘束装置と他の器具とのそのような連結は本発明の1つの態様にすぎないこと、及び本発明はいかなるそのような連結構成にも限定されないことが理解されるであろう。
図3は、1つの使用に従った拘束装置10を示す。図示のように、拘束装置10はパイプ12内に位置決めされ、上述したやり方でパイプ12内に固着される。例として、米国特許第6,131,441号(その全内容は参照により本明細書に援用される)において教示されているような検査又は隔離ツールが50で示されている。図3に示される例では、ツール50を使用してパイプ12の内部セクションをその端52から隔離し、端52には溶接部57によってフランジ54が取り付けられている。何らかの様々な他の理由からパイプの所与のセクション又はセグメントを隔離することが望ましいか又は必要である場合があることが理解されるであろう。主に、50で示すような隔離ツールを用いて、パイプ12内に含まれるか又はパイプ12内で発生する煙、可燃性蒸気等が、溶接手順による熱によってそのような煙に着火し爆発を引き起こす可能性がある溶接領域に到達することを防止することができる。別の態様では、隔離ツール50は同様に又は代替的に、溶接工程によって発生する熱がパイプ12の長さにわたって伝導することを防止できる。例えば、米国特許第6,131,441号において教示されているように、隔離ツールには、断熱層として作用する冷却水流を設けることができる。操作者、作業員及び周囲の機器への安全性を高めるために、拘束装置10をそのような検査又は隔離ツールと共に使用してパイプ内で固着させ、そのような検査又は隔離ツールを定位置に維持することができる。例えば、いくつかの場合では、検査又は隔離ツール50の使用中に、パイプ12内の煙が加圧されて危険なレベルになる可能性があり、この理由から、本発明の拘束装置10は、ツール50をさらに固着又は拘束するものとして提供することができる。換言すると、装置10は、ツール50がパイプ内で軸方向に変位しないように拘束するように働く。
本発明の拘束装置10を、当業者に既知である任意のタイプの隔離又は検査ツールと共に使用してもよいことが理解されるであろう。特定のツール(例えば米国特許第6,131,441号のツール)を示す本明細書中の例は単に、本発明を使用することができる方法を示す目的で提供される。本発明の方法の器具は、いかなる隔離又は検査ツールにも限定されない。明らかに、理解されるように、本発明は、一態様ではそのような検査又は隔離ツールを使用する上でのさらなる安全性を提供するように働く。
理解されるように、検査又は隔離ツール50の上流(すなわちパイプ開口とは反対)に拘束装置を設けることは、ツール50が上流方向へ軸方向に変位することを防止するように働く。いくつかの場合では、検査又は隔離ツール50は拘束装置10に接続することができ、それによって、ツール50の下流方向への軸方向の移動も防止する。例えば、一態様では、図3に示されるように、検査又は隔離ツール50には、ツールからパイプの内部へ向かって延びるロックプレート56を設けることができる。ロックプレートには軸方向に延びるボルト51を設けることができ、ボルト51の頭部53は、装置10の端部プレートに設けられる上述のスロット40内に受け入れてロックすることができる。前述したように、この構成では、ツール50及び拘束装置10は共に連結又はロックされ、それによって軸方向に離れるのが防止される。前述したように、ボルトの頭部53のスロット40への連結は、最初に拘束装置10をパイプ内に位置決め及び固定して、その後、ロックプレート56が取り付けられているツール50を挿入することによって達成される。次いで、ロックプレート56のボルトの頭部53を、スロット40の幅広の部分へ挿入し、ツール50及びロックプレート56を周方向に回転させ、ボルト51をスロット40の狭い部分内に受け入れることによってツール50を拘束装置10へロックする。この場合、この時点で、検査又は隔離ツール50を、通常のやり方でパイプへ固定してもよい。任意の他の手段を使用してツール50を拘束装置10へ固定することができることが認識されるであろう。例えば、2つの装置は、単純にチェーン、フック、ケーブル等によって共に接続することができる。いずれの場合も、そのような接続手段は、ツール50及び拘束装置10がパイプ12内に設置されるときにこの両方が軸方向に離れるのを防止するように働くことが理解されるであろう。
図4は、2つの装置10及び110が直列に用いられている、本発明のさらなる態様を示す。便宜上、装置110の、装置10と共通である要素を、接頭文字「1」によって特定する。したがって、図示のように、両方の装置10及び110は第1の端部プレート14及び114それぞれと、第2の端部プレート16及び116それぞれとを含む。理解されるように、10及び110のような2つの拘束装置の使用によって、パイプ12内で提供される固着力が二倍になる。上述のように、シューとパイプの内側表面との間の接触表面積を増大させるために、より大きい幅のシュー24を有する装置を使用することによって同様の結果を達成することができる。しかし、2つの装置10及び110の使用は同じ結果を達成するが、構成要素の各々の重量を最小限に抑える。換言すると、例えばより大きいシューのセットを有するよりも、2つの装置の使用によって、数は多いがより小さいシューの使用が可能になる。図4に示される装置を使用する際、装置の一方10を最初にパイプ内に設置し、これに続いて第2の装置110を同様に設置することが容易に理解されるであろう。また、追加的な固着力を提供するために任意の数のそのような装置を使用してもよいことが理解されるであろう。さらに、装置10、110(又は適切であれば他の数)の各々をぞれぞれ異なるサイズにしてもよいことが理解されるであろう。
図5及び図6は、別の態様による本発明の装置を示す。これらの図では、同様の要素は、図1に関して上記で用いた参照符号によって、但し分かりやすくするために接頭文字として数字「2」を加えて言及する。図示のように、装置210は、上述の装置10と本質的に同様に構築されている。しかし、図5に示されるように、装置210が組み立てられた状態にあるときに、装置210には、端部プレート214及び216と同軸上に整合されていると共に、端部プレート214及び216間に位置決めされるボス300が設けられる。一例では、図5に示されるように、ボス300は、パイプ12の内径よりも小さい外径を有する実質的に環状形状の本体を備えるため、端部プレート214及び216と同様に、パイプの内部で同軸上に整合されると共にパイプ内の所望の位置に摺動可能に位置決めすることができる。ボス300のより大きい直径を形成する外側端302には、それぞれ各面297及び299に隣接する対向する向きのベベル状の縁301及び303が設けられることによって、ボス300のその外面の外径は、ボス300の中心部分における直径よりも小さい。図5に示されるように、装置210は、対で設けられるシュー224を含み、その対のうちの一方を「’」によって特定している。したがって、第1の対のシューを224a及び224a’で示し、第2の対のシューを224d及び224d’で示す。ボス300に設けられるベベル状の縁301及び303は、ボス300の対向する側に設けられるシューのベベルと相補的であるように構成される。例えば、図5に示されるように、ボス300のベベル301及び303は、ベベル305及び307それぞれに相補的であるように構成される。図示のように、ベベル305はシュー224aに設けられ、ベベル307はシュー224a’に設けられる。シュー224a及び224a’等は各々、ボス300とは反対の縁に、端部プレート214及び216それぞれと係合するためのさらなるベベルを有することが理解されるであろう。
理解されるように、図5及び図6に示される拘束装置210は、上述のものと同様のやり方でパイプ12内に設置される。すなわち、装置210は端部プレート214及び216を共に付勢するいくつかの手段を含む。一実施形態では、そのような手段は、端部プレートの一方(例えば216)から、端部プレートの他方(例えば214)に設けられる協働するねじ山付きボルト穴238へ延びるボルト234を備える。理解されるように、ボルト234を締め付けると、プレート214及び216が互いに向けて軸方向へ付勢される。この工程を助けるためにボルトを順に締め付けることができるが、一方のプレートがパイプ内で傾くことを防止するために互いに周方向に対向するボルトを締め付ける。ボルト234を締め付けると、端部プレート214及び216が、種々のシュー224及び224’を互いに付勢されるように押しやり、それによってボス300を「挟む」。この工程において、上述した対向する向きの相補的なベベルによってシュー224及び224’が半径方向外方に押しやられ、それによってパイプ12の内壁に当接する。ボルト234の締め付けは、拘束装置210とパイプ12の壁との間で所望の固着力が達成されるまで続けることができる。上述のように、付勢手段としてのボルト234の使用は本発明の1つの実施形態にすぎず、油圧ラム又はジャッキ、磁気機構等の種々の他のそのような付勢手段を使用することができる。
理解されるように、図5の装置210は、シュー又はグリッパープレートの接触面積を増大させること、すなわち2倍にすることによって、パイプの内側表面に対するさらなる固着力を提供するように働く。したがって、「2倍の」装置210によって与えられる有効力は、図1に示される「単一の」装置10によって与えられる有効力よりも大きい。同様の結果を達成するために本発明の装置の様々な他の変更が可能であり得ることが理解されるであろう。例えば、「3倍の」装置を提供することが可能である。代替的には、必要な固着力に応じて、上述の本発明の種々の形態の任意の組み合わせを行うことができる。
別の態様では、図面には示していないが、図5に示される装置を、前述の特許に記載される方法に従って、隣接するパイプセグメントを共に突合せ溶接する際に使用してもよい。例えば、図5の拘束装置210を2つのパイプの交点に設けることができ、ここで、装置を各パイプ部分の内部に位置決めする。パイプは、共に溶接されるために軸方向に整合されることが理解されるであろう。拘束装置210は、パイプ間の接合部がボス300上にあることを可能にするように位置決めされる。拘束装置210が適所にくると、ボルト234を締め付けて装置210を各パイプセグメント内で固着することができる。装置210がそのように固着されると、溶接作業を行ってパイプ同士の当接端を共に接合することができる。したがって、この例では、装置210は、溶接工程が完了するまでパイプセグメントを所望の向きで維持するように働く。そのような時点で、装置を緩めて取り外すことができる。
図7は、本発明の拘束装置の別の使用を示す。図示のように、拘束装置10は前述のようにパイプ12内に設けられる。示されるように、拘束装置10は、複数のシュー又はグリッパープレート24が間に設けられている1対の対向する端部プレート14及び16を備える、図1に示されているものと同様の構造を含む。複数のボルト34等の付勢手段が、プレート14及び16を互いに向けて軸方向に付勢するように働く。図7に示される一態様は、シュー24の細長いバージョンである。理解されるように、また上述したように、本発明は装置の要素のいかなるサイズにも限定されない。図7では、より長いシュー又はグリッパープレート24を収容するために、ボルト34も同様により長く作製されることが分かるであろう。
図3に関して上述した方法と同様の方法で、図7に示される拘束装置10を他のパイプ検査又は隔離ツールと組み合わせて使用する。図示のように、図7は、当該技術分野において既知であるようなパイププラグ51を有する拘束装置10の使用を示す。そのようなプラグは例えば、先に説明した隔離ツールと同じであり得る。プラグ51は、パイプの一部をパイプの残りの部分からシールするのに使用される任意のツール又は装置であり得る。図7に示される例では、プラグ51は、パイプの端部をその残りから密封するように働く。この目的で、適切な手順に従ってプラグ51をパイプ内へ或る特定の距離だけ挿入し、定位置に固定する。そのような配置によってパイプ12の密封されたセクション60が形成される。図示のように、パイプ12は、その場合には典型的であるようにフランジ62を含む。次いで、ブラインドフランジ64がフランジ62の開口に対向して設けられ、一般的に既知であるボルト等を使用してそこに固定される。ブラインドフランジ64は本質的に、フランジ62の開口を覆うのに使用されるプレートである。既知であるように、ガスケット等を使用して、パイプ12内に、ブラインドフランジ64からプラグ51へ延びるシールされた容積63を形成することができる。ブラインドフランジ64は好ましくは、ブラインドフランジ64を貫通してシールされた容積63内へ延びるポート66a及び66b等の1つ又は複数のポートを含む。ポートは、シールされた容積63を加圧するために使用され、それによって、フランジ62をパイプ12へ固定する溶接部68の完全性を評価するために圧力の監視を行う。理解されるように、そのような溶接部の検査を行う際にシールされた容積63が晒される圧力は概して高い。したがって、プラグ51が軸方向に変位する危険性を、本明細書中に記載の拘束装置10を使用することによって最小限に抑えることができる。さらなる強化として、プラグ51を、テザー69等を使用してブラインドフランジ64に固定することができる。一例では、テザー69は、ブラインドフランジ64及びプラグ51に取り付けられるチェーンからなる(comprises)。しかし、テザーの任意の他のバージョンを使用してもよいことが理解されるであろう。シールされた容積63に形成される圧力に起因して、プラグ51は専らパイプ12内で軸方向上流へ移動するように押しやられることが理解されるであろう。この理由から、プラグ51が拘束装置10の下流へ移動するようには付勢されないため、図3を参照して説明したロックプレートの使用は必須ではない。
本発明のさらなる態様が図8及び図9に示され、ここでは、上述の特徴を有する把持機構が検査又は隔離ツールと組み合わせられる。図8に示されるように、検査又は隔離アセンブリー300が検査又は隔離ツール302を備える。以下、これらの2つの用語を、専ら便宜上、「隔離アセンブリー」及び「隔離ツール」と称する。この命名の使用は、本発明を1つのツール又は別のツールに限定することは決して意図しない。隔離アセンブリー300は拘束機構304も含み、アセンブリー全体がパイプ12内に挿入されるように構成される。隔離アセンブリーはシャフト306を備え、その第1の又は上流端305が第1のボス308に接続される。シャフト306は、溶接、ねじ留め等の任意の既知の手段によって第1のボス308に固定することができる。第2のボス310が、シャフト306上に摺動可能に同軸上に設けられて、シャフト306下流に、すなわち第1のボス308から離れて位置決めされる。理解されるように、第1のボス308及び第2のボス310は、円筒形パイプ12内に挿入することができるように実質的に円形の外側表面を有する。一態様では、ボス308及び310は環状形状である。次いで、スリーブ312をシャフト306上に同軸上に摺動可能に設け、この場合、スリーブ312は第2のボス310の下流に設けられる。好ましい実施形態では、図8に示されるように、第2のボス310はスリーブ312の上流端に固定される。一実施形態では、ボス310は溶接によってスリーブに固定される。隔離アセンブリーは、スリーブ312の下流に設けられるナット314をさらに含む。ナットは、シャフト306の第2の又は下流端307と係合するように構成されており、この端には、ナット314にあるねじ山と相補的なねじ山が設けられる。一実施形態では、ナット314とスリーブ312との間にカラー315も設けることができる。カラーは、スリーブ312自体の一部を形成し得ることが理解されるであろう。
隔離アセンブリーは、第1の環状本体316及び第2の環状本体318を含む2つの実質的に環状形状の本体をさらに含む。第1の環状本体316は、第1のボス308に隣接してその下流に位置決めされ、第2の環状本体318は、第1の環状本体316と第2のボス310との間に位置決めされる。図8に示されるように、環状本体316及び318は、シャフト306上に摺動可能に設けられる。
隔離アセンブリー300は、例えばOリングからなり得る1対の弾性シール部材319及び320をさらに含む。図8に示されるように、第1のシール部材319は、シャフト306上に同軸上に設けられ、第1のボス308と第1の環状本体316との間に位置決めされる。第2のシール部材320は、シャフト306上に同軸上に設けられ、第1の環状本体316と第2のボス310との間に位置決めされる。シール部材319及び320は、パイプ12の内径よりも小さい外径を有するようなサイズである。しかし、シール部材319及び320は、それらが弾性であることから、使用時にパイプ12の内壁に対して押しやられるように膨張可能であるように設計されるか又は膨張可能であるように構成される。この態様は以下でさらに説明する。
上記の説明及び図8から理解されるように、ナット314は、シャフト306上に締め付けられると、スリーブ312に当接するように押しやられ、それによってスリーブ312がシャフト306上で上流方向へ軸方向に付勢される。第2のボス310は、スリーブ312に接続されているため、同様に第1のボス308へ向かう方向に付勢される。ボス308及び310がこのように互いに向けて付勢されるため、それらの間に位置決めされる要素であるシール部材319及び320並びに環状本体316及び318も共に付勢されることになることが理解されるであろう。アセンブリー300の個々の要素が接触すると、ナット314をさらに締め付けることによって圧縮され、したがって弾性シール部材319及び320が半径方向外方に変形する。詳細には、第1のシール部材319は第1のボス308と第1の環状本体316との間で圧縮され、第2のシール部材320は第2の環状本体318と第2のボス310との間で圧縮されることに気付くであろう。アセンブリー300の要素は、アセンブリー300がパイプ12内で軸方向に変位することを防止するために、シール部材319及び320がパイプ12の内壁に対して所望の量のシール力を形成することを可能にするように構成されることが理解されるであろう。理解されるように、シール部材319及び320は、パイプ内に、アセンブリー300の上流セクションと下流セクションとを分離する分離部(separation)を形成する。好ましい実施形態では、第1のボス308には、シャフト306を軸方向に通って設けられるボア(図示せず)へ開いている中心孔(同様に図示せず)を設けることができる。このように、パイプ12の上流セクションにおいて含有されるか又は蓄積されるいかなる煙等も、アセンブリー300を通して安全に排気することができる。さらに、図示されていないが、シャフト306の下流端307は、パイプ12の上流部分の圧力を測定するための、ボアに接続される計測器を含んでもよい。このように、臨界圧に達したときにのみいかなる煙等も排気することが可能である。理解されるように、この特徴は、煙が有害である場合に操作者にさらなる安全性を与える。上述した隔離アセンブリー300の使用のさらなる詳細は、本出願人の以前の特許である米国特許第6,131,441号を鑑みて当業者には明らかであろう。
隔離アセンブリー300は、同様に米国特許第6,131,441号に教示されているように加圧流体を使用してさらなるシールを形成するように構成されていてもよい。これに関して、スリーブ312には、シャフト306の外壁とスリーブ312の内壁との間に形成される環状空間324に開いている1つ又は複数のポート321及び322を設けることができる。このために、シャフト及びスリーブはそれに従って環状空間324の必要な分離及び容積を提供するサイズとなることが理解されるであろう。第2のボス310にも、環状空間324をパイプ12内の2つのボス308及び310によって制約される(constrained)容積323と流体連通させる内径を設けることができる。この構成では、加圧流体は、アセンブリー300がパイプ12内で使用されるときに、環状空間324及びボス308とボス310との間の容積323を満たすようにポート321又は322の一方に導入することができる。認識されるように、このために、最初の充填動作中にいかなる空気も排気させるために2つのポートを使用することが好ましい。動作時に、アセンブリー300はパイプ12内の所望の位置に位置決めされ、シール部材319及び320はパイプ12との必要なシールを形成するように変形する。ボス間の容積323が、続いて(前述した)流体で充填され、その内部の圧力が必要なレベルまで上昇する。理解されるように、パイプ12内で使用するときに、加圧流体はそれによってさらなるシールを形成し、いかなる煙もアセンブリー300の一方の側から他方の側へ通過することを防止する。例えば米国特許第6,131,441号から、当該技術分野において既知であるように、加圧された容積323を用いてパイプ12上の溶接部又は他のそのような特徴部の圧力検査を行うこともできる。そのような場合、アセンブリー300は、容積323を形成するセクションを検査対象の溶接部の領域に位置決めした状態でパイプ内に位置決めされる。容積323内の圧力を監視することによって、当該技術分野において既知の方法で溶接部のいかなる欠陥も示される。
ここで、隔離アセンブリー300の拘束ツール304を説明する。図8に示されるように、環状本体316及び318には、ベベル状の外径326及び328がそれぞれ設けられるのが好ましい。この実施形態では、第1の環状本体316のベベル326は、第1の環状本体316の下流端の縮小外径によって形成され、下流方向ほど縮径する(すなわち、環状本体316の下流端は最も小さい外径を有する)。第2の環状本体318のベベル328は、上流方向への縮径によって形成される(すなわち、環状本体318の上流端は最も小さい外径を有する)。シール部材319及び320に当接する環状本体316及び318の端は、シール部材と係合するのに十分な表面積を有することになることが理解されるであろう。これに関して、図8に示されるように、シール部材に隣接する環状本体の端には、少なくともその外径がベベルになっていない部分を設けることができる。
アセンブリー300は好ましくは、環状本体316及び318間に設けられる複数のシュー又はグリッパープレート330をさらに含む。前述の開示において説明したように、シュー330は、パイプ12の内壁に対して半径方向外方に付勢されることができるようにアセンブリーに設けられる。シューをこのように、所望の力まで付勢することによって、シューにパイプ12の内壁を「把持」させる。図8に示される実施形態から理解されるように、シュー330は、ベベル326及び328によって半径方向外方へ押しやられる。より詳細には、ナット314を締め付けると、上述したようにボス308及び310が互いへ向けて付勢され、同様に環状本体316及び318が互いへ向けて付勢される。この工程では、ベベル326及び328の向きによって、シュー330が半径方向外方へ付勢され、それによってパイプ12の内壁に対して押しやられる。この工程をさらに助けるために、また図8に示されるように、シュー330の半径方向内向きの表面に、環状本体316及び318に設けられるベベル326及び328と係合する、協働するベベルを設けることができる。理解されるように、必要性及び重量制限等に応じて任意の数のシュー又はグリッパープレート330を設けることができる。換言すると、より大きな把持力が必要である場合、又は操作を容易にするためにシューのサイズを小さくする必要がある場合は、より多くのシューを含めることができる。一例では、それぞれが好ましくはアセンブリー300の周囲にわたって等しい距離だけ離間している3つのシューを設けることができる。
シュー又はグリッパープレート330を容積323の加圧と組み合わせて使用する状況では、加圧流体もシューを半径方向外方へ押しやる助けとなることが理解されるであろう。
図8では、ベベル326及び328の角度は異なるものとして示されている。したがって、シュー330にある対応するベベルも異なる。そのような構成は本発明の一実施形態にすぎず、限定するものではないことが理解されるであろう。可変のベベル角度によって、シュー330により異なる摩擦力が加えられることになる。したがって、シューの一端を対向端よりもさらにパイプ壁に対して押しやる必要がある場合、異なる「上向き(lift)」角を使用することができる。
同様に図8に示されるように、シュー又はグリッパープレート330には1つ又は複数の周方向溝332を設けることができ、該溝332内にOリング333等のシール部材を組み込むことができる。前述したように、そのようなシール部材を設けることによってさらなる把持力をシューが提供することが可能になる。
図9は、図8のものと同じアセンブリーを示すが、いくつかの他の可能な実施形態を示すためにわずかに変更されている。図9では、図8に示されるものと同一の要素は同様の参照符号によって特定する。同様であるが異なる要素は、同じ参照符号によって、但し接尾文字「a」を付けて特定する。
図9に示されるように、ボス308a及び310aには、一実施形態では、それぞれのシール部材319及び320の位置に対応するベベル状の外縁を設けることができる。このように、シール部材は変形中に適所に維持され、半径方向外方へ方向付けられる。同様のベベルを環状本体316a及び318aの外縁に設けることができることが理解されるであろう。図9はまた、環状本体316a及び318aに設けられるベベル326a及び328aが同じ角度を有する実施形態を示す。さらなる実施形態では、図9は、図8に示される協働するベベル状の内径を有していないシュー又はグリッパープレート330aを示す。この場合、シュー330aの内側表面は、前述した実施形態と同様に実質的に平坦である。しかし、シュー330aの機能は、ベベルが環状本体にあるため依然として同じであることが理解されるであろう。
図10〜図13は、より大径のパイプに好適な本発明のさらなる実施形態を示す。特に、図10〜図13は、図8及び図9に示される検査/隔離ツールと及びグリッパーアセンブリーとの組み合わせに対する変形を示す。図10及び図12に示されるように、アセンブリー400は、第1の上流ボス402及び第2の下流ボス404を含む。上記のように、用語「上流」及び「下流」は、パイプ内に設置されて使用されるときのアセンブリーに関して便宜上使用される。アセンブリー400は、2つのボス402及び404間に位置付けられる環状本体406をさらに含む。図10に示されるように、ボス402、404及び環状本体406は軸方向に整合される。第1の弾性シール部材408及び第2の弾性シール部材410が同軸上に設けられ、この場合、第1のシール部材408は第1のボス402と環状本体との間に設けられ、第2のシール部材410は環状本体406と第2のボス404との間に設けられる。図10に示される実施形態では、環状本体406の両端には、その外縁に、それぞれの弾性シール部材を受け入れると共に(以下でさらに説明するように)その変形を半径方向外方へ方向付けるベベルが設けられるのが好ましい。同様に、ベベルは、同じ結果を達成するためにそれぞれのボスの外周縁に沿って設けることができる。そのようなベベルは、ボスと環状本体との対向面の一方又は両方に設けることができることが理解されるであろう。
第2のボス404の下流側(すなわち環状本体とは反対の側)には、複数のシュー又はグリッパープレートが設けられる。図10〜図13に示す実施形態では、2つのシュー412及び414が示されている。任意の数のそのようなシュー又はグリッパープレートを使用することができることが理解されるであろう。シュー412及び414の下流には、前方プレート416がアセンブリー400に同軸上に設けられる。図10〜図13に示される1つの好ましい実施形態では、シュー412及び414にベベル状の内径418及び420がそれぞれ設けられ、この場合、シューの薄い方の縁が、第2のボス404から離れて下流に面する。加えて、一実施形態によると、前方プレート416にはベベル状の外径が設けられ、この場合、上流側(すなわちシュー412及び414に隣接する)の外径が最も小さい。特に図10に示されるように、シュー412、414及び前方プレート416にあるベベルのこの構成は、好ましくは、前方プレートがシューの下流部分上で摺動することを可能にする。特に、図10に示されるように、前方プレート416のベベルは、シュー412、414のベベル状の部分上を通ることができるため、シューのそのような部分は前方プレート416の外径とパイプ12の内壁との間に挟まれる。
第1のボス402には、実質的に外周方向に等しい距離だけ離間している複数のタイロッド422を設けることができる。タイロッド422は、シール部材408、410及び環状本体406の内径を貫通するサイズであると共に貫通するように位置決めされる。第2のボス404及び前方プレート416には、ロッドを貫通させて受け入れるように構成される複数のボルト穴を設けられる。ロッド422の下流端424には、協働するナット426を受け入れるように構成されるねじ山付きセクションが設けられる。
図13は、ナット427のさらなるセットがロッド422に設けられるさらなる実施形態を示し、この場合、そのようなナット427は第2のボス404に当接するように位置決めされる。
動作時に、アセンブリー400は好ましくは、予め緩く組み立てられてパイプ12内へ挿入される。所望の位置に位置決めすると、ナット426を締め付けることによってアセンブリーの全ての要素を共に付勢する。その結果、シール部材408及び410がパイプ12の内壁に対して半径方向外方に変形する。これに関して、シール部材408及び410によって形成されるシールをまず確立するには図13に示されるさらなるナット428が好ましいことが認識されるであろう。
理解されるように、図10又は図13の実施形態のいずれかにおいてナット426を締め付ける結果として、前方プレート416がシュー412及び414をパイプ12の内壁に対して半径方向外方に付勢する。前述したように、そのような付勢はシュー412、414とパイプ内壁との間に把持力を形成するため、アセンブリー400をパイプ内に固着するように働く。
アセンブリー400には、環状本体406に接続されている少なくとも1つのポートも設けられる。好ましい実施形態では、前述したように、アセンブリー400には428及び430として示される2つのポートが設けられる。これらのポートは、図11に示されるような環状本体406を通る半径方向に延びる開口432、433に流体接続されている。環状本体406には、パイプ12の内径よりも小さい外径を有する少なくとも1つの部分が設けられる。このように、アセンブリー400を定位置に位置決めして固定する場合、2つのシール部材408、410、パイプ内壁及び環状本体406の外径によって境界を定められる環状空間が形成される。そのような環状空間は図10及び図14に434で示される。理解されるように、そのような構成では、ポート428及び430は、開口432及び433をそれぞれ介して環状空間434に流体接続されている。
動作時に、少なくとも弾性シール部材408及び410が定位置に固定されると、また好ましくはシュー又は把持プレート412、414も固定された後で、加圧流体がポート428、430の一方に導入される。それらのポートの他方は充填工程中に空気を排気するように働く。そのような流体は続いて環状空間434に入ってこれを充填する。次いで、環状空間434内の圧力が(流体圧力の上昇によって)上昇するため、上述のようにパイプ内にさらなるシールが形成される。
好ましい実施形態では、上述と同じ理由から、すなわちパイプ内のアセンブリー400の上流側にあるいかなる煙等も逃がすことができるように、アセンブリー400内が排気される。図11及び図12に示されるように、そのような排気を達成するために、第1のボス402の好ましくは軸中心に、孔436を設けることができる。第2のボス404及び前方プレート416は好ましくは環状形状であり、それによっていかなる排気穴等の必要性も回避する。図示されていないが、アセンブリー400は、いかなる排気されたガス、煙等もアセンブリー及びその近くの操作者から離してさらに下流へ方向付ける、孔436に接続されている排気パイプをさらに含み得る。上述したように、そのような排気パイプには弁も設けることができ、それによってパイプ12内の上流の圧力が閾値に達したときにのみ一切の排気が行われる。
図10〜図13に示されるアセンブリー400の「グリッパー」部分を、任意の既知のプラグ、当該技術分野において既知の検査又は隔離ツールと共に使用することができることが理解されるであろう。換言すると、「グリッパー」機構は複数のシュー又はグリッパープレート412、414、及びシューをパイプ壁に対して押しやる付勢手段を形成する前方プレートを備えるため、これらの要素は、例えば米国特許第5,884,127号及び米国特許第6,131,441号に記載される隔離ツールと併用することができる。そのような場合、必要であるのはシュー412、414及び前方プレート416及びナット426のみである。本発明のこの特徴は図13において分かる。この場合、隔離ツールは、ボス402、404、シール部材408、410、環状本体496及びナット428によって形成されることを観察することができる。そのような場合、グリッパー機構は、そのような隔離ツールに、シュー412、414、前方プレート416及びナット426を加えることによって形成される。このように、グリッパー機構は既存の隔離ツールに「据え付けられる」。
同様に、グリッパー機構を、任意の他のプラグ又は隔離アセンブリーに組み込むことができる。前方プレート416及びナット426を受け入れるのにタイロッドが利用可能ではない場合、プラグの下流部分に必要なロッドを一時的に又は永久的に設けることができる。例えば、そのようなロッドは任意の既知のプラグ又は隔離ツールの面に溶接することができる。
上述の「据え付け」とは別に、例えば図1〜図7に示される拘束装置を使用して必要な「把持」特徴部を提供することが同様に可能であることも理解されるであろう。
本発明を特定の実施形態を参照して説明したが、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の目的及び範囲から逸脱することなく、上記実施形態の種々の変更が当業者には明らかであろう。本明細書において提供される全ての例は単に本発明を説明する目的で含まれており、本発明を限定することは決して意図されない。本明細書中で提供される全ての図面は単に本発明の種々の態様を説明するためのものであり、一定の縮尺で描かれることも、本発明を限定することも決して意図されない。
Claims (1)
- パイプの内部のセグメントを隔離し、上流端と下流端を有するアセンブリーであって、
ねじ付きのシャフトと、
該シャフトの一部を覆うように摺動可能に同軸上に設けられるスリーブであって、該シャフトが該スリーブの端部から突き出るように構成されるスリーブと、
該シャフトの上流側端部に接続されている第1のボスと、
該シャフト上で摺動可能に設けられ、該スリーブの上流側端部に固定されている第2のボスと、
該第1のボスと該第2のボスとの間において、該シャフト上で摺動可能に、離間して設けられている第1の環状本体および第2の環状本体と、
該第1のボスと該第1の環状本体との間に位置決めされる第1の弾性シール部材、および該第2のボスと該第2の環状本体との間に位置決めされる第2の弾性シール部材と、
該第1の環状本体と該第2の環状本体との間に位置決めされ、周方向に離間した湾曲構造のシューと、
該シャフトの下流端と係合するように構成されているナットとを備え、
該第1のボス、該第2のボス、該第1の環状体および該第2の環状本体が、それぞれ平行に配置され、
該第1の環状本体および該第2の環状本体が、該シューと係合するベベル状の外縁を含み、
該シューが、該第1の環状本体および該第2の環状本体のベベル状の外縁と係合するベベルを有する内側表面を含み、
該ナットが締め付けられると、該スリーブおよび該第2のボスが該第1のボスへ向かう方向に付勢され、該第1の弾性シール部材および該第2の弾性シール部材が半径方向外方に変形して該パイプと封止的に係合し、該第1の環状本体と該第2の環状本体が互いへ向けて付勢されて、該シューが半径方向外方へ付勢され、該シューが該パイプと摩擦係合する、
アセンブリー。
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