NO174437B

NO174437B - Device for generating a radially acting force on a cylindrical surface, in particular a supporting or holding force

Info

Publication number: NO174437B
Application number: NO871146A
Authority: NO
Inventors: Ola Ruch; Ludvig Naess; Trond V Johansen; Bernd Veenhoff
Original assignee: Norske Stats Oljeselskap
Priority date: 1986-03-29
Filing date: 1987-03-20
Publication date: 1994-01-24
Also published as: NO871146L; JPS62246689A; NO174437C; EP0239930A3; DE3610626A1; KR870009172A; EP0239930A2; NO871146D0

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en avstengningsanordning for å generere trykk- eller fastholdelseskrefter som virker radielt mot en indre overflate på en rørledning. The present invention relates to a shut-off device for generating pressure or retention forces which act radially against an inner surface of a pipeline.

For å generere krefter som virker radielt utover, er det tidligere kjent å benytte en rørformet, elastisk ballong på et sylindrisk legeme som er forsynt med flenser, og deretter utsette ballongen for trykkgass slik at den blåses opp og trykkes utover. En anordning av denne type benyttes som en stenge- eller forseglingsanordning som beskrevet i tysk patent DE-C 31 42 768. Dersom problemer oppstår, dvs. dersom det inntreffer en lekkasje i en rørledning eller en slange, vil en stengeanordning i henhold til tidligere kjent teknikk skylles gjennom rørledningen i likhet med et stempel, drevet av trykket som virker fra mediet som finnes i rørledningen. Stengeanordningen stanses i rørledningen i nærheten av lekkasjen. For dette formål er det anbragt gassflasker med komprimert gass inne i hulsylinderen og disse gassflasker åpnes ved hjelp av fjernstyrt påvirkning og gass blåses inn i gummiballongen slik at den ytre, sylindriske hylse presses mot rørledningens vegg, og stengeanordningen fastholdes på riktig sted i rørledningen. Som en følge av dette vil ikke ytterligere medium nå frem til lekkasjeområdet. Selv om en stengeanordning i henhold til tidligere teknikk er i stand til å frembringe store fastholdelseskrefter som angriper innsiden av rørledningen, vil det likevel, dersom det inntreffer små lekkasjer i det oppblåsbare element, ikke lenger være mulig å opprettholde et definert, høyt fastholdelsestrykk i relativt lang tid. In order to generate forces that act radially outwards, it is previously known to use a tubular, elastic balloon on a cylindrical body that is provided with flanges, and then expose the balloon to pressurized gas so that it is inflated and pushed outwards. A device of this type is used as a closing or sealing device as described in German patent DE-C 31 42 768. If problems arise, i.e. if a leak occurs in a pipeline or hose, a closing device according to previously known technique is flushed through the pipeline like a piston, driven by the pressure acting from the medium contained in the pipeline. The shut-off device is stopped in the pipeline near the leak. For this purpose, gas bottles with compressed gas are placed inside the hollow cylinder and these gas bottles are opened using remote-controlled influence and gas is blown into the rubber balloon so that the outer, cylindrical sleeve is pressed against the wall of the pipeline, and the rod device is held in the correct place in the pipeline. As a result, no further medium will reach the leak area. Even if a closure device according to the prior art is able to produce large holding forces that attack the inside of the pipeline, if small leaks occur in the inflatable element, it will no longer be possible to maintain a defined, high holding pressure in relatively long time.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er følgelig å tilveiebringe en anordning for å generere krefter, særlig trykk- eller fastholdelseskrefter, som virker radielt mot en sylindrisk overflate, og hvor man overvinner de ovennevnte ulemper ved tidligere kjente anordninger av den generelle type slik at definerte trykk-krefter kan opprettholdes og sikres selv over et relativt langt tidsrom. The purpose of the present invention is therefore to provide a device for generating forces, in particular pressure or retention forces, which act radially against a cylindrical surface, and where one overcomes the above-mentioned disadvantages of previously known devices of the general type so that defined pressure forces can be maintained and secured even over a relatively long period of time.

I IN

For å innfri det ovennevnte formål er det i henhold til foreliggende oppfinnelse, tilveiebragt en avstengningsanordning som kan innføres i en rørledning og omfatter et sylindrisk legeme med en omhylning i form av en sylinderfjær med en utvendig diameter som i avspent tilstand er større enn den indre diameter til rørledningen, og hvor fjærens to ender kan dreies i innbyrdes motsatte retninger om fjærens akse av en akselfbrsynt drivmekanisme plassert i et hus slik at sylinderfjærens ytre diameter reduseres til en forutbestemt diameter, mindre enn diameteren til rørledningen når drivmekanismen innkobles og hvor drivmekanismens dreieretning kan snus for avlasting av sylinderfjæren hvorved den avspennes og trykkes mot rørledningens vegg, kjennetegnet ved at sylinderfjærens ene ende ved hjelp av en kobling samt en skive forsynt med åpninger er forbundet med drivmekanismens aksel på en aksielt forskyvbar måte og at sylinderfjærens In order to fulfill the above-mentioned purpose, according to the present invention, a shut-off device is provided which can be introduced into a pipeline and comprises a cylindrical body with an envelope in the form of a cylinder spring with an external diameter which, in the relaxed state, is greater than the internal diameter to the pipeline, and where the two ends of the spring can be rotated in mutually opposite directions about the axis of the spring by a self-propelled drive mechanism located in a housing so that the outer diameter of the cylinder spring is reduced to a predetermined diameter, smaller than the diameter of the pipeline when the drive mechanism is engaged and where the direction of rotation of the drive mechanism can be reversed for unloading the cylinder spring whereby it is relaxed and pressed against the wall of the pipeline, characterized in that one end of the cylinder spring is connected to the shaft of the drive mechanism in an axially displaceable manner by means of a coupling and a disc provided with openings and that the cylinder spring

i in

andre ende er forbundet med huset til drivmekansimen via en basisplate som er forsynt med åpninger. other end is connected to the housing of the drive mechanism via a base plate which is provided with openings.

Ved hjelp av anordningen i henhold til foreliggende oppfinnelse kan fastholdelseskrefter genereres ved hjelp av et lite antall komponenter, noe som forenkler produksjonen og dermed fører til lavere kostnader. Dessuten kreves bare et lite rom eller volum slik at anordningen med fordel kan benyttes i forbindelse med avstengnings-anordninger for en rørledning. Using the device according to the present invention, holding forces can be generated using a small number of components, which simplifies production and thus leads to lower costs. Moreover, only a small space or volume is required so that the device can be advantageously used in connection with shut-off devices for a pipeline.

Andre trekk som betraktes som særpregende og fordelaktige for oppfinnelsen er Other features which are considered distinctive and advantageous for the invention are

fremsatt i de nedenstående krav. set out in the requirements below.

i in

i Utførelseseksempler av foreliggende oppfinnelse er vist skjematisk i de ledsagende tegninger, hvor: Fig. 1 viser en skjematisk fremstilling av en ekspansjonsanordning for en ringformet forsegling, vist i tverrsnitt, i Embodiment examples of the present invention are shown schematically in the accompanying drawings, where: Fig. 1 shows a schematic representation of an expansion device for an annular seal, shown in cross-section,

fig. 2 viser en skjematisk fremstilling av en anordning for å ekspandere fastholdelses-elementer som inngår i en avstengnings-anordning for en rørledning, fig. 3 \fiser i forstørret målestokk et utsnitt av en detalj som inngår i fig. 2, og fig. 4 viser et utsnitt av fig. 2 shows a schematic representation of a device for expanding retaining elements which are part of a shut-off device for a pipeline, fig. 3 shows on an enlarged scale a section of a detail included in fig. 2, and fig. 4 shows a section of

en anordning i form av en plugg for avstengning eller dannelse av ringtetning i en rør-ledning, også her vist i tverrsnitt. a device in the form of a plug for shutting off or forming a ring seal in a pipeline, also shown here in cross-section.

Det vises nå til detaljene i tegningene, og først spesielt til fig. 1, hvor det er vist et rør 1 i hvilket et sylindrisk legeme 2 i form av en ventil er anbragt. Diameteren til det sylindriske legeme 2 er mindre enn den innvendige diameter til røret. En ringforsegling 3 som kan spennes ut ved hjelp av en sylindrisk fjær 4, benyttes for avstengning av et ringformet gap eller spalte mellom det sylindriske legeme 2 og røret 1. Ringforseglingen 3 har form av en foldet mansjett som omgir sylinderfjæren 4, og er festet til det sylindriske legeme 2 ved hjelp av et klemmebånd 5. Tetningslepper 3a er tilveiebragt på utsiden av mansjetten. Endene 4a, 4b på sylinderfjæren 4 strekker seg utenfor mansjetten og fører innover mot en drivmekanisme 6 i form av en elektrisk motor eller en hydraulisk drivenhet. En ende 4a av sylinderfjæren 4 er koblet til huset 6a på drivmekanismen 6, mens den andre enden 4b er forbundet med en aksel 6b til drivmekanismen 6 ved hjelp av en koblingsinnretning 7 (medbringer) som kan forskyves i lengderetning. Reference is now made to the details of the drawings, and first in particular to fig. 1, where a pipe 1 is shown in which a cylindrical body 2 in the form of a valve is placed. The diameter of the cylindrical body 2 is smaller than the internal diameter of the pipe. A ring seal 3, which can be stretched out by means of a cylindrical spring 4, is used to close an annular gap or gap between the cylindrical body 2 and the pipe 1. The ring seal 3 has the form of a folded cuff that surrounds the cylinder spring 4, and is attached to the cylindrical body 2 by means of a clamping band 5. Sealing lips 3a are provided on the outside of the cuff. The ends 4a, 4b of the cylinder spring 4 extend outside the cuff and lead inwards towards a drive mechanism 6 in the form of an electric motor or a hydraulic drive unit. One end 4a of the cylinder spring 4 is connected to the housing 6a of the drive mechanism 6, while the other end 4b is connected to a shaft 6b of the drive mechanism 6 by means of a coupling device 7 (carrier) which can be displaced in the longitudinal direction.

Når sylinderfjæren 4 befinner seg i avspent tilstand, vil den ytre diameter være større enn den indre diameter til røret 1. Dersom drivmekanismen startes, dreies de to endene 4a, 4b til sylinderfjæren mot hverandre slik at diameteren til sylinderfjær 4 og ringforseglingen 3 reduseres til en diameter som er mindre enn diameteren til røret. Under denne prosessen beveger enden 4b seg utenfor mansjetten. For å presse den ringformede forsegling 3 mot innsiden av røret, reverseres rotasjonsretningen for drivmekanismen 6 og sylinderfjæren 4 blir mer avspent. Mansjetten er tildannet av fleksibelt materiale, fortrinnsvis gummi eller plast. 1 fig. 2 tjener sylinderfjæren 4 til å generere en fastholdelseskraft for et sylindrisk legeme 2 i form av en innvendig avstengnings-anordning eller tetningsring-anordning i en rørledning eller et rør 1. Det sylindriske legeme 2 har åpninger som er tildannet i dets periferi og dets endeflater er forsynt med en basisplate 8 hvori det er tildannet åpninger 8a. Komponentdeler 9a, 9b som inngår i et ringformet ventilsete, er festet til basisplaten 8 og et ringformet lukningselement 10 som understøttes av styretapper 11, er tilforordnet ventilsetet. Luknings-elementet 10 holdes i åpen posisjon av fjærene 12 under normal drift. When the cylinder spring 4 is in the relaxed state, the outer diameter will be larger than the inner diameter of the tube 1. If the drive mechanism is started, the two ends 4a, 4b of the cylinder spring are turned towards each other so that the diameter of the cylinder spring 4 and the ring seal 3 is reduced to a diameter that is smaller than the diameter of the pipe. During this process, the end 4b moves outside the cuff. To press the annular seal 3 against the inside of the tube, the direction of rotation of the drive mechanism 6 is reversed and the cylinder spring 4 becomes more relaxed. The cuff is made of flexible material, preferably rubber or plastic. 1 fig. 2, the cylinder spring 4 serves to generate a retaining force for a cylindrical body 2 in the form of an internal shut-off device or sealing ring device in a pipeline or pipe 1. The cylindrical body 2 has openings formed in its periphery and its end surfaces are provided with a base plate 8 in which openings have been formed 8a. Component parts 9a, 9b which form part of an annular valve seat are attached to the base plate 8 and an annular closing element 10 supported by guide pins 11 is assigned to the valve seat. The closing element 10 is held in the open position by the springs 12 during normal operation.

For å generere fastholdelseskrefter anbringes sylinderfjæren 4 på basisplaten 8 til det To generate holding forces, the cylinder spring 4 is placed on the base plate 8 to it

i in

sylindriske legeme 2. Sylinderfjærens to ender 4a, 4b dreies omkring fjærens akse i innbyrdes motsatte retninger ved hjelp av drivmekanismen 6. Én av sylinderfjærens ender 4a er forbundet med basisplaten 8 og huset til drivmekanismen er festet miilt i basisplaten. Den andre enden 4b er det anbragt på skive 13 som er forsynt med åpninger 13a. En skive 13 er koblet til aksen 6b til drivmekanismen 6 ved hjelp av en firkantet styretapp 13b og en firkantet drivhylse 6c. cylindrical body 2. The two ends 4a, 4b of the cylinder spring are turned around the axis of the spring in mutually opposite directions by means of the drive mechanism 6. One of the ends 4a of the cylinder spring is connected to the base plate 8 and the housing of the drive mechanism is fixed in the base plate. The other end 4b is placed on disc 13 which is provided with openings 13a. A disk 13 is connected to the axis 6b of the drive mechanism 6 by means of a square guide pin 13b and a square drive sleeve 6c.

I avspent tilstand er den ytre diameter til sylinderfjæren 4 større enn den indre diameter til røret 1. For å innføre avstengningsanordningen i rørledningen, slås drivmekanismen 6 på, slik at diameteren til sylinderfjæren blir mindre enn den innvendige diameter til røret 1. Såsnart avstengnings-anordningen eller tetningsringen har oppnådd en forutbestemt posisjon i rørledningen 1, frigjøres sylinderfjæren 4 på ny, slik at den vil presses mot rørledningen. In the relaxed state, the outer diameter of the cylinder spring 4 is larger than the inner diameter of the pipe 1. To introduce the shut-off device into the pipeline, the drive mechanism 6 is switched on, so that the diameter of the cylinder spring becomes smaller than the inner diameter of the pipe 1. As soon as the shut-off device or the sealing ring has reached a predetermined position in the pipeline 1, the cylinder spring 4 is released again, so that it will be pressed against the pipeline.

Under normal drift vil avstengnings-anordningen eller tetningsringen ha en gjennomstrømning gjennom seg i retningen vist ved pilene a. Dersom enn lekkasje inntreffer ved inntaket til rørledningen, faller strømningshastigheten og dermed også trykket som utøves på lukningselementet 10, slik at ventilen lukkes av kraften som virker på fjærene 12. During normal operation, the shut-off device or the sealing ring will have a flow through it in the direction shown by the arrows a. If a leak occurs at the intake to the pipeline, the flow rate drops and thus also the pressure exerted on the closing element 10, so that the valve is closed by the force acting on the springs 12.

Dersom det opptrer et rørbrudd ved inntakssiden til rørledningen 1, reverseres strømningsretningen (pilene b), slik at strømningsmediet virker på den konkave side av lukningselement 10. Dette resulterer i en særskilt hurtig lukning av ventilen. If a pipe break occurs at the intake side of pipeline 1, the direction of flow is reversed (arrows b), so that the flow medium acts on the concave side of closing element 10. This results in a particularly fast closing of the valve.

i in

Basisplaten 8 og skiven 13 er fortrinnsvis forsynt med sentralt anbragte koblingsdeler 14a, 14b for å koble anordningen til et kjøretøy, med henblikk på tilførselsforsyninger, kommunikasjon, redningsmuligheter og transport. The base plate 8 and the disk 13 are preferably provided with centrally located coupling parts 14a, 14b to connect the device to a vehicle, with a view to supply supplies, communication, rescue possibilities and transport.

Det er fordelaktig å anbringe et belegg eller et overtrekk 4c med høy friksjonskoeffisient på yttersiden av sylinder- eller ringfjæren 4. På denne måten fåes store adhesjonskrefter for avstengnings-anordningen eller tetningsringen selv ved små, radielt rettede fjærkrefter. It is advantageous to place a coating or cover 4c with a high coefficient of friction on the outside of the cylinder or ring spring 4. In this way, large adhesion forces are obtained for the shut-off device or the sealing ring even with small, radially directed spring forces.

For å oppnå størst mulig trykk-kraft fra den ringformede fjær 4, selv om den består av lite materiale og opptar lite rom, vil det være fordelaktig om vikling til ringfjæren 4 har et kantet tverrsnitt. In order to achieve the greatest possible compressive force from the ring-shaped spring 4, even if it consists of little material and takes up little space, it would be advantageous if the winding of the ring spring 4 has an angular cross-section.

Som det fremgår av fig. 3 kan sylinderfjæren 4 være omgitt av en elastisk kappe 4d som fortrinnsvis består av gummi, for å oppnå forsegling og for å øke og gi tilskudd til adhesjonen. As can be seen from fig. 3, the cylinder spring 4 can be surrounded by an elastic sheath 4d which preferably consists of rubber, in order to achieve sealing and to increase and supplement the adhesion.

I henhold til utførelsen vist i fig. 4 er sylinderfjæren omgitt av en elastisk belg 17, og de to endeflatene til belgen er lukket ved hjelp av skiver 15, 16. Sylinderfjærens 4 ender 4a, 4b er henholdsvis forbundet med akselen 6b, og huset 6a til drivmekanismen 6 via de respektive skiver 15, 16 samt en kobling 7. Som en følge av dette vil en selwirkende avstengnings-innretning eller tetnmgsrmg-innretning tilveiebringes i form av en plugg som kan innføres i en rørledning med sylinderfjæren sammentrukket, og denne vil da frembringe en forsegling ved at sylinderfjæren 4 avspennes. According to the embodiment shown in fig. 4, the cylinder spring is surrounded by an elastic bellows 17, and the two end surfaces of the bellows are closed by means of washers 15, 16. The ends 4a, 4b of the cylinder spring 4 are respectively connected to the shaft 6b, and the housing 6a to the drive mechanism 6 via the respective washers 15 . .

En tvangsmessig, aksiell forbindelse av styretappen 13b (f.eks. for å redusere sylinderfjærens friksjon) kan fåes ved hjelp av en gjenget spindel. F.eks. kan styretapp 13b være forsynt med en innvendig gjenge som kommer i inngrep med en gjenget spindel som er anbragt sentralt og fast på basisplate 8 og som forskyves aksielt når styretapp 13b dreies. Alternativt kan den gjengede spindel være opplagret på roterbar måte i basisplaten, og kan fortrinnsvis drives i motsatt retningen av styretapp 13b. A forced axial connection of the guide pin 13b (e.g. to reduce cylinder spring friction) can be obtained by means of a threaded spindle. E.g. the guide pin 13b can be provided with an internal thread which engages with a threaded spindle which is centrally and firmly placed on the base plate 8 and which is displaced axially when the guide pin 13b is turned. Alternatively, the threaded spindle can be rotatably stored in the base plate, and can preferably be driven in the opposite direction by the guide pin 13b.

Claims

1. Shut-off device which can be introduced into a pipeline and comprises a cylindrical body (2) with an envelope in the form of a cylinder spring (4) with an external diameter which, in the relaxed state, is greater than the internal diameter of the pipeline, and where the two ends of the spring can be turned in mutually opposite directions about the axis of the spring by a shaft-equipped drive mechanism (6) placed in a housing (6a) so that the outer diameter of the cylinder spring (4) is reduced to a predetermined diameter, smaller than the diameter of the pipeline when the drive mechanism (6) is engaged and where the direction of rotation of the drive mechanism (6) can be reversed to relieve the load of the cylinder spring (4), whereby it is relaxed and pressed against the wall of the pipeline, characterized in that one end (4b) of the cylinder spring (4) is provided by means of a coupling (7) and a disc (13) with openings (13a) is connected to the shaft (6b) of the drive mechanism (6) in an axially displaceable manner and that the other end (4a) of the cylinder spring (4) is connected to the housing (6a) of the drive mechanism (6) via a base plate ( 8) which is provided with openings (8a).

2. Device according to claim 1, characterized in that an annular valve seat (9a, 9b) is arranged to the base plate (8) which is provided with openings, which is provided with an annular closing element (10).

3. Device according to claim 1, characterized in that the base plate (8) and disc (13) are provided with centrally arranged connecting parts (14a, 14b) for connecting a vehicle or a transport device.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cylinder spring (4) is provided on the outside with a cover with a high coefficient of friction.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the windings of the cylinder spring (4) have an angular cross-section.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the coils of the cylinder spring (4) are surrounded by an elastic sheath (4d), preferably made of rubber.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized by in the cylinder spring (4) is movably embedded in an elastic material or is surrounded by a cuff (3). in

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the ends (4a, 4b) of the cylinder spring (4) are connected via a separate tight disc (15, 16) with in the shaft (6b) or the housing (6a) of the drive mechanism (6), and that both disks (15, 16) are connected to each other by means of a bellows (17) of elastic material which surrounds the cylinder spring (4).