RU2613361C2 - Устройство и способ для уплотнения трубы и способ изготовления указанного устройства - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к трубопроводному транспорту и может быть использована для ремонта подводных трубопроводов. Устройство (10) для уплотнения трубы содержит уплотнительную мембрану (12), имеющую первую и вторую части (14, 16) для соединения с наружной поверхностью трубы. Удерживающие элементы (18, 20) расположены напротив друг друга относительно уплотнительной мембраны (12) и прикреплены друг к другу с помощью запорного элемента, при этом с помощью удерживающих элементов (18, 20) поддерживается уплотняющее соединение между уплотнительной мембраной (12) и трубой. Каждый из удерживающих элементов (18, 20) содержит отстоящие друг от друга плиты (22, 24), расположенные в поперечном направлении относительно продольной оси уплотнительной мембраны (12). 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Область использования изобретения

Настоящее изобретение относится к уплотнению трубы и, в частности, но не исключительно, к устройству для уплотнения поврежденной секции, дефектного участка или участка, содержащего пробоину, в трубе, в морском (подводном) трубопроводе, в секции трубы и т.п., и к способу осуществления уплотнения.

Предпосылки создания изобретения

Во многих отраслях промышленности трубы или трубопроводы используют для транспортировки на расстояние текучей среды. Например, в нефтяной и газовой отраслях промышленности существует потребность в транспортировке текучей среды на большие расстояния, часто в большой степени на недоступных территориях, на большой глубине или в других условиях окружающей среды, под водой в море.

Легко представить важность уплотнения трубы, в случае повреждения секции трубы, для исключения или уменьшения потерь текучей среды.

Один возможный вариант ремонта включает установку ремонтного хомута на наружный диаметр трубы. Традиционно это приспособление может быть выполнено в виде разъемного хомута, скрепляемого болтами, со стягиваемыми фланцами с каждого края для обеспечения уплотнения по наружному диаметру трубы. Может быть установлен конический запорный зажим (не обязательно), в котором часто используют такие же стягиваемые фланцы.

Так как многие морские подводные трубопроводы имеют относительно большой диаметр и по ним транспортируют текучую среду при высоком давлении, ремонтные хомуты, например такой, как описан выше, обычно имеют большие размеры и массу, содержат большое количество материалов, и для их изготовления требуется ряд процессов обработки, в результате чего требуется затрата значительных периодов времени.

Две традиционные технологии изготовления ремонтных хомутов включают в себя ковку и формовку кольца. Для ковки кольца требуется очень большая заготовка из материала, которую обычно подвергают значительной механической обработке. На изготовление заготовки требуются значительные периоды времени.

Для изготовления хомутов требуется применение более простых процессов обработки, и можно использовать более легко доступные материалы, например плиты и трубы. Тем не менее, изготовление хомута включает в себя большой объем сварочных работ и получения узлов, которые должны быть способны к противостоянию полной нагрузке отделения и к сохранению жесткости хомута. При изготовлении больших сварных конструкций часто имеет место их деформация в некоторой степени и требуется дополнительная механическая обработка и послесварочная термическая обработка, в результате чего на изготовление хомутов также требуются значительные периоды времени.

Кроме того, из-за недоступности многих подводных морских трубопроводов требуется использование дистанционно управляемых самодвижущихся аппаратов (ДУСА) для доставки и монтажа хомутов. В таких условиях следует уделять внимание при проектировании и изготовлении хомутов тому, чтобы они были пригодны для их установки с использованием ДУСА. Например, при преобразовании разъемного хомута для его установки с использованием ДУСА могут быть использованы расходные средства для затягивания болтов для сбалчивания, для чего требуется отдельный механизм для наживления и предварительного затягивания болтов и обеспечения возможности отсоединения гидравлической системы.

Краткое описание изобретения

Согласно первому аспекту настоящего изобретения создано устройство для уплотнения трубы в соответствии с приложенной формулой изобретения.

Каждый удерживающий элемент может содержать по меньшей мере одну плиту, а в конкретных вариантах осуществления каждый удерживающий элемент может содержать множество плит.

При использовании уплотнительная мембрана может быть приспособлена к расположению вокруг наружной поверхности секции трубы, например поврежденной секции трубы или секции трубы, содержащей дефектный участок или пробоину. Удерживающие элементы могут быть расположены вокруг уплотнительной мембраны напротив друг друга. Уплотнительная мембрана может быть выполнена таким образом, чтобы она противостояла осевым нагрузкам, прикладываемым к уплотнительной мембране, например разжимающим и/или сжимающим силам, создаваемым в результате расширения и сжатия трубы. Удерживающие элементы могут быть выполнены таким образом, чтобы они противостояли радиальным нагрузкам, прикладываемым к уплотнительной мембране, так как в противном случае может быть нарушена целостность уплотнения между уплотнительной мембраной и трубой.

Таким образом, устройство согласно вариантам осуществления настоящего изобретения может содержать удерживающие элементы, выполненные таким образом, чтобы конструкция выдерживала нагрузки, и с ее помощью можно было сохранять уплотняющее соединение между уплотнительной мембраной и трубой, но при использовании данной конструкции не требовалось бы ее приваривание к уплотнительной мембране. Соответственно, периоды времени, требующиеся на изготовление устройства, могут быть значительно сокращены в сравнении с периодами времени, требующимися на изготовление хомутов традиционных конструкций. В некоторых вариантах осуществления удерживающие элементы могут быть прикреплены к уплотнительной мембране с помощью средств крепления, например небольших прерывистых сварочных швов и т.п. Однако расположение и конструкция элементов согласно вариантам осуществления настоящего изобретения могут быть такими, чтобы крепление или сварка могли бы быть небольшими, не вызывали бы деформации или не требовали бы дополнительной механической или термической обработки, что ведет к значительному сокращению затрат времени. Кроме того, так как крепление или сварка не должны выдерживать больших нагрузок, их выполняют с помощью удерживающих элементов, крепление может быть выполнено быстро, благодаря чему дополнительно сокращаются затраты времени.

Уплотнительная мембрана может иметь любую пригодную конструкцию.

В конкретных вариантах осуществления уплотнительная мембрана может содержать разъемную манжету, содержащую первую и вторую уплотнительные части мембраны. При использовании части уплотнительной мембраны могут быть расположены напротив друг друга вокруг трубы.

Уплотнительная мембрана может иметь любую пригодную форму, способствующую ее соединению с трубой. Например, для соединения с трубой, имеющей круглое поперечное сечение, уплотнительная мембрана может содержать части разрезанного цилиндра, представляющие полуцилиндрические части уплотнительной мембраны.

Благодаря разъемной конструкции манжеты обеспечивается расположение уплотнительной мембраны в любом месте вдоль длины трубы без необходимости в разрезании секции трубы.

Уплотнительная мембрана может состоять из любого пригодного материала, при использовании которого облегчается уплотняющее сопряжение с трубой. В некоторых вариантах осуществления уплотнительная мембрана может состоять из металла, сплава и т.п. В других вариантах осуществления уплотнительная мембрана может содержать неметаллический материал, включая, например, пластиковый материал, полимерный материал, керамический материал или композитный материал.

Удерживающие элементы могут иметь любую пригодную конструкцию и могут состоять из любого пригодного материала. В конкретных вариантах осуществления плиты могут быть расположены, по существу, в поперечном или перпендикулярном направлении относительно продольной оси уплотнительной мембраны, которая может быть также продольной осью трубы. Предпочтительно, чтобы максимальная прочность конструкции, содержащей поперечные плиты, обеспечивалась за счет плит, так как при этом обеспечивается эффективная передача сил от трубы к плитам.

Каждая плита может непосредственно соединяться с уплотнительной мембраной. В конкретных вариантах осуществления каждая плита может содержать вырезанную часть, имеющую внутренний размер, например радиус, соответствующий наружному размеру, например наружному радиусу, уплотнительной мембраны. При использовании внутренние силы давления, действующие на уплотнительную мембрану, могут таким образом передаваться непосредственно на плиты. Соответственно, можно использовать один запорный элемент для прикрепления плит к уплотнительной мембране.

Запорный элемент может иметь любую пригодную форму или конструкцию.

В некоторых вариантах осуществления запирание и предварительное затягивание относительно осевой линии разъема может быть обеспечено посредством болтов. Например, запорный элемент может содержать один или большее число фланцев, прикрепленных к каждому из удерживающих элементов, и каждый фланец может быть выполнен с возможностью введения в него одного или множества болтов для скрепления вместе удерживающих элементов. При использовании болты могут быть выполнены с возможностью их затягивания вручную. Альтернативно болты могут быть выполнены с возможностью их затягивания с использованием устройства для затягивания болтов, приводимого в действие на месте или дистанционно.

В предпочтительном варианте осуществления элементы для затягивания могут иметь в сечении квадратную или прямоугольную форму. Благодаря использованию элементов для затягивания, имеющих в сечении квадратную или прямоугольную форму, обеспечивают максимальную площадь растяжения рядом с местом сопряжения поверхностей или с линией разъема между частями уплотнительной мембраны.

Устройство может дополнительно содержать стыковочное средство, расположенное между уплотнительной мембраной и трубой. Это средство может иметь любые пригодные формы для осуществления уплотняющего сопряжения между уплотнительной мембраной и трубой.

Стыковочное средство может содержать осевое торцевое уплотнение. Осевое торцевое уплотнение может содержать одно или два уплотнения, размещенные в канавках, у которых сопрягаемые поверхности являются гладкими. Уплотнения могут представлять собой уплотнительные кольца, хотя d-уплотнение, медная труба, графитовые или другие пригодные уплотнения, известные специалисту в данной области техники, можно использовать в тех случаях, где они подходят. Уплотнения могут содержать компрессионные уплотнения, уплотнения из цементного раствора, манжетные уплотнения и т.п.

Хотя обычные уплотнения могут, в общем, работать хорошо в тех случаях, где обеспечивают предварительное затягивание для поддержания запирания по всему контуру уплотнений, сохраняется возможность утечки через уплотнения в результате действия изгибающих моментов между нагрузками от внутреннего давления, вызывающими отделение, и нагрузками от предварительного затягивания болтов или от предварительной нагрузки.

Стыковочное средство согласно конкретным вариантам осуществления настоящего изобретения может дополнительно содержать ступенчатый наружный край каждого уплотнения, соответствующий противоположной ступени на сопрягаемом торце. При использовании в случае отделения сопрягаемых торцевых поверхностей, ступени остаются сопряженными, посредством чего обеспечивается возможность сохранения требуемого экструзионного зазора, благодаря чему предотвращаются утечки через уплотнения.

В предпочтительных вариантах осуществления стыковочное средство содержит по меньшей мере один из внутреннего и наружного уплотнительного элемента, приспособленные к расположению между уплотнительной мембраной и стенкой трубы. Уплотнительные элементы могут иметь любую пригодную форму или конструкцию. Уплотнительные элементы могут, например, содержать эластомерные уплотнительные элементы или компрессионные уплотнения.

Стыковочное средство может дополнительно содержать запирающее средство, приспособленное к расположению между уплотнительным элементом и трубой и выполненное с возможностью удерживания уплотнительной мембраны относительно трубы и поддержания давления уплотнения, действующего на уплотнения стыковочного средства. Запирающее средство может иметь любую пригодную форму или конструкцию. В конкретных вариантах осуществления запирающее средство может содержать внутренние и наружные запорные элементы. Запорные элементы могут быть коническими.

Благоприятно то, что при использовании стыковочных средств согласно вариантам осуществления настоящего изобретения исключается потребность во вспомогательном запирающем механизме для затягивания болтов, который в противном случае может требоваться при использовании обычных запирающих средств, и поэтому наиболее предпочтительно использование изобретения при ремонте подводных морских трубопроводов.

Было установлено, что одним фактором отказа при использовании традиционных хомутов является воздействие температуры на эластомерные уплотнения. В частности, было установлено, что относительно высокие температуры вызывают расширение уплотнительных элементов и их проникновение в зазоры конструкции. Однако при последующем понижении температуры уплотнение может не восстанавливаться полностью, в результате чего может образовываться канал для утечки текучей среды.

Стыковочное средство согласно конкретным вариантам осуществления настоящего изобретения может дополнительно содержать упругий элемент, приспособленный к расположению между уплотнительными элементами. При использовании упругий элемент приспособлен к поддержанию силы нагрузки, действующей на уплотнения, чем обеспечивается возможность расширения, вызываемого изменением температуры. Упругий элемент может содержать пружинный элемент, расположенный между уплотнительными кольцами, при этом благодаря расположению пружинного элемента в кольцеобразном пространстве между уплотнительными элементами обеспечивается возможность его изоляции, например, от текучей среды, находящейся в трубопроводе, и/или от морской воды. При использовании после завершения испытаний кольцевого пространства внутри установленного хомута полость может быть заполнена инертной текучей средой для защиты упругого элемента.

Устройство может содержать множество стыковочных средств, например, расположенных у соответствующих концов уплотнительной мембраны, таким образом создавая изолированную область вокруг трубы.

Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения создан способ уплотнения трубы согласно приложенной формуле изобретения.

Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения создан способ изготовления устройства для уплотнения трубы согласно приложенной формуле изобретения.

Дополнительные признаки описаны ниже в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что признаки, определенные выше в соответствии с любым аспектом настоящего изобретения, можно использовать отдельно или в сочетании с любыми другими определенными признаками, в соответствии с любым другим аспектом изобретения.

Краткое описание чертежей

Указанные и другие аспекты настоящего изобретения ниже описаны в виде примеров со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

на фиг. 1 представлен вид в перспективе устройства для уплотнения трубы;

на фиг. 2 - вид в перспективе устройства для уплотнения трубы согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения, показанного в раскрытом положении;

на фиг. 3 - вид в перспективе устройства, представленного на фиг. 2, показанного в закрытом положении; и

на фиг. 4 - схематический разрез стыковочного средства согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

На фиг. 1 показан вид в перспективе устройства для уплотнения трубы. Устройство выполнено в виде хомута 10 для ремонта подводного (морского) трубопровода. Хомут 10 содержит уплотнительную мембрану в виде манжеты или мембраны 12, содержащей первую и вторую полуцилиндрические части 14, 16. Части 14, 16 мембраны можно формировать из одной секции трубы, разрезанной в продольном направлении, или каким-либо другим способом разделенной с образованием частей 14, 16, хотя можно использовать любые пригодные способы конструирования или изготовления этих частей.

Первый и второй удерживающие элементы 18, 20 расположены напротив друг друга относительно мембраны 12, и каждый из удерживающих элементов 18, 20 содержит ряд отстоящих друг от друга в осевом направлении плит 22, 24, расположенных, в общем, в поперечном направлении относительно продольной оси соответствующих частей 14, 16 мембраны. Первый и второй удерживающие элементы 18, 20, каждый содержит пять отстоящих друг от друга поперечных плит 22. Однако следует понимать, что можно использовать любое количество плит в соответствии с требуемыми условиями.

В каждой плите 22, 24 выполнен полукруглый вырез 26, 28, диаметр которого соответствует наружному диаметру соответствующей части 14, 16 мембраны. При использовании с помощью вырезов обеспечивается сопряжение поперечных плит 22, 24 с соответствующими частями 14, 16 мембраны.

Как показано на фиг. 1, два фланца 30 проходят, в общем, в перпендикулярном направлении по верхней поверхности каждой поперечной плиты 22 (т.е. по поверхности, обращенной в направлении от части 14 мембраны) для скрепления вместе поперечных плит 22 для образования первого удерживающего элемента 18 хомута 10.

Аналогичным образом два фланца 34 проходят, в общем, в перпендикулярном направлении по нижней поверхности каждой поперечной плиты 24 (т.е. по поверхности, обращенной в направлении от части 16 мембраны) для скрепления вместе поперечных плит 24 для образования второго удерживающего элемента 20 хомута.

Каждый из фланцев 30, 34 содержит ряд отверстий 32, приспособленных к введению в них болтов (не показаны) для удерживания вместе элементов 18, 20 хомута относительно мембраны 12 и для формирования замкнутой конструкции хомута 10.

На фиг. 2 и 3 показаны виды в перспективе устройства для уплотнения трубы в виде хомута 38 для ремонта подводного (морского) трубопровода согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг. 2 показан хомут 38 в раскрытом положении, а на фиг. 3 показан хомут 38 в закрытом положении.

Хомут 38 содержит уплотнительную мембрану в виде мембраны 40, содержащей первую и вторую полуцилиндрические части 42, 44. Удерживающие элементы 46, 48 расположены напротив друг друга относительно мембраны 40, и каждый удерживающий элемент 46, 48 содержит ряд отстоящих друг от друга плит 50, 52 расположенных, в общем, в поперечном направлении к продольной оси соответствующей части 42, 44 мембраны. В каждой поперечной плите 50, 52 выполнен полукруглый вырез 54, 56, диаметр которого соответствует наружному диаметру части 42, 44 мембраны. При использовании с помощью вырезов 54, 56 обеспечивается сопряжение поперечных плит 50, 52 с соответствующими частями 42, 44 мембраны.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 2 и 3, каждая поперечная плита 50 первого удерживающего элемента 46 снабжена двумя отверстиями 58, 60, функции которых описаны ниже.

В первом удерживающем элементе 46 размещены поворотные рычаги 62, 64, и каждый поворотный рычаг 62, 64 расположен между парой отстоящих друг от друга поперечных плит 50.

Поперечные плиты 50, 52 и поворотные рычаги 62, 64 имеют прямоугольное сечение в месте, где прикладывается отделяющая нагрузка. Прямоугольное сечение точно заполняет доступное пространство между поперечными плитами 50, 52 и таким образом оптимизируют площадь, несущую нагрузку, в сравнении с круглым болтом, ограниченным диаметром, в зазоре между плитами, и требуемым пространством для оборудования для закручивания гайки.

Каждый из поворотных рычагов 62, 64 содержит отверстие (не показано) в верхнем конце, предназначенное для введения оси шарнира 66 через первый удерживающий элемент 46 при совмещении его по оси с соответствующими отверстиями 58, 60 в поперечных плитах 50. Следует понимать, что одну ось шарнира 66 используют для прикрепления поворотных рычагов 62 к поперечным плитам 50.

Другую ось шарнира (не показана) используют для прикрепления поворотных рычагов 64 к поперечным плитам.

В отдаленном конце каждого поворотного рычага 62, 64 также выполнено отверстие 74, через которое проводят оси шарниров 76, обеспечивая возможность синхронного перемещения каждого из поворотных рычагов 62 и рычагов 64.

При использовании с помощью осей шарниров 66 обеспечивается поворот рычагов 62, 64 относительно удерживающего элемента 46. Поворотные рычаги 62 таким образом можно поворачивать вокруг одной из осей шарниров 66 для сопряжения с первой выборкой 68 во втором удерживающем элементе 48. Поворотные рычаги 64 можно поворачивать вокруг другой из осей шарниров 66 для сопряжения со второй выборкой 70 во втором удерживающем элементе 48. Таким образом, с помощью поворотных рычагов 62, 64 образуют замкнутую конструкцию хомута 38.

Как более четко показано на фиг. 2, соединение между поворотными рычагами 62, 64 и нижним удерживающим элементом 48 производят с использованием клинообразного запора 72. Запор 72 выполнен в виде утолщенной части, расположенной на отдаленном конце каждого из поворотных рычагов 62, 64, при этом используют механические преимущества клина с небольшим углом наклона для минимизации внешней силы, которую требуется прикладывать для предварительного стягивания хомута 38. Эту нагрузку можно прикладывать посредством сбалчивания с боковых сторон плит 50, 52 или посредством использования внешней развертываемой рамы (не показана). В некоторых вариантах осуществления клинообразные сопрягаемые поверхности могут быть снабжены профилями, обладающими большим трением, или профилями с упорными зубцами для обеспечения, таким образом, самозапирания соединения. Соответственно, при использовании развертываемой рамы требуется только обеспечение сжимающей силы, например, создаваемой с помощью гидравлического цилиндра, для поворота рычагов 62, 64.

Следует понимать, что благодаря простоте этого механизма в сравнении с закручиванием или затягиванием болтов обеспечиваются значительная экономия средств и сокращение времени, в частности, при выполнении работ в море под водой, где требуется использование оборудования, приводимого в действие дистанционно, например, ДУСА. Кроме того, развертываемая рама, используемая для сопряжения хомута 38, является восстанавливаемой, и поэтому ее можно повторно использовать в противоположность обычным расходным механизмам.

На фиг. 4 показан схематически разрез стыковочного средства 78 для уплотнения трубы для прикрепления и уплотнения хомута 80, в частности для прикрепления и уплотнения мембраны 82 хомута, к трубе 84 согласно варианту осуществления настоящего изобретения, хотя конструкцию 78 можно в равной степени использовать для прикрепления и уплотнения мембраны 12, показанной на фиг. 1, или мембраны 40, показанной на фиг. 2 и 3. На чертеже показан только один конец мембраны 82. Однако следует понимать, что соответствующее стыковочное средство может быть также расположено на другом конце мембраны 82 для изолирования, уплотнения области вокруг трубы 84.

Средство 78 содержит внутренний и наружный конические запоры 86, 88 с уплотнительными сборками 90, 92, расположенными между ними. При использовании с помощью внутреннего запора 86 (обращенного к центру хомута) зажимают трубу 84 и предотвращают перемещение трубы 84 к центру хомута 80 (слева на фиг. 4). Таким образом, с помощью внутреннего запора 86 предотвращают повреждение трубы 84 при сжимании внутрь хомута 80.

В этом варианте осуществления запорный клин 94 внутреннего запора 86 выполнен за одно целое с мембраной 82 и при использовании внутренними запорными частями 96 отжимают вниз конус 98, вводя его в контакт с трубой 84. Отверстие во внутренних запорных частях 96 содержит зубчатый профиль 100, вдавливаемый в трубу 84 в месте сопряжения поверхностей. Запорные части 96 могут также содержать зубчатый профиль 102 для зажима конуса 98.

Наружный запор 88 содержит конусный вкладыш 104, наклон которого направлен в противоположную сторону относительно наклона внутреннего запора 86, благодаря чему предотвращают выход трубы 84 из хомута 80. При использовании, наружными запорными участками 106 отжимают вниз конус 108, вводя в контакт с трубой 84. Как и в первом запоре 86, отверстие в наружных запорных частях 106 содержит зубчатый профиль 110, вдавливаемый в трубу 84 в месте сопряжения поверхностей. Запорные части 106 могут также содержать зубчатый профиль 112 для зажима конуса 108.

Хотя внутренний запорный вкладыш 94 показан как зафиксированный, при гидравлическом действии может быть альтернативно обеспечена возможность того, чтобы наружный запорный вкладыш 104 был зафиксирован.

Одно преимущество этой системы заключается в том, что объем между запорами 86, 88 является фиксированным таким образом, что нагрузки, создаваемые посредством герметизирующего давления, воздействуют на обе запорные части 96, 106 способом, дополнительно способствующим их зажиму. Таким образом, после приведения в действие запоров 86, 88 с их помощью не только обеспечивается удерживание по оси в двух направлениях, но также поддерживают нагрузку, действующую на компрессионное уплотнение, посредством чего сохраняют давление уплотнения.

Это удерживание является фиксированным и независимым от управляющей системы после приведения в действие запоров 86, 88. Этим обеспечивается потенциальная возможность для гидравлических поршней, подлежащих использованию для установки уплотнений и запоров, при этом гидравлическое давление может быть снято без потери управляющей нагрузки, действующей на уплотнения и запоры. Сжимающая сила, требующаяся для установки запоров и уплотнений, может быть также с успехом приложена с помощью внешнего установочного инструмента, для которого не требуется гидравлическое отсоединение.

В уплотнительных сборках 90, 92 размещены компрессионные уплотнения 114 и 116, которые сжимают в осевом направлении посредством приложения осевой нагрузки, используя фланец 118 для сжатия. Посредством этой осевой нагрузки перемещают сжимающее кольцо 120, связанное с первым уплотнением 114, ко второму сжимающему кольцу 122, связанному со вторым уплотнением 116, причем осевое сжатие вызывает радиальное расширение в направлении к трубе благодаря сохранению уплотняющего объема уплотнений 114, 116, и благодаря этому радиальному сжатию создают уплотнение относительно трубы 84.

Уплотнения 114, 116 отделены друг от друга пружинной сборкой 124, хотя в тех случаях, когда используют эластомерные уплотнения в ограниченном температурном диапазоне, это устройство может быть выполнено в виде одной плиты, причем сжимающая нагрузка поддерживается благодаря эластомерным свойствам уплотнения. Если используют неэластомерные уплотнения, например графитовые или политетрафторэтиленовые (тефлоновые) уплотнения, то сжимающую нагрузку поддерживают с помощью пружинной сборки 124, действующей на уплотнения 114, 116 для обеспечения долговечного действия хомута 80. С помощью пружинной сборки 124 также воспринимаются изменения объема эластомера, происходящие из-за колебаний температуры.

Пружинная сборка 124 содержит два кольца 126 и 128 и один или большее число пружинных элементов 130, отделяющих эти кольца. В показанном варианте осуществления пружинные элементы 130 содержат множество навитых проволочных пружин с контротверстиями в плитах для их размещения, хотя следует понимать, что любые пригодные пружинные элементы, например пружины сжатия, пружинные шайбы, газовые пружины и сжатый эластомер, можно использовать в тех случаях, где они подходят. Объемом между уплотнениями 114, 116 обеспечивается герметизированная тестовая граница для сборки хомута, и этот объем может быть заполнен инертной текучей средой после сборки хомута 80 для предохранения пружинных элементов 130.

При использовании после введения в действие уплотнений 114, 116 устанавливают наружный запор 88. Наружный запорный вкладыш перемещают в осевом направлении с помощью фланца 118 для сжатия, причем под воздействием этого осевого перемещения запорные части перемещаются радиально внутрь для зажима трубы 84. После сопряжения с помощью этого хомута 80 предотвращается выход трубы 84 из хомута 80 при действии любой наружной осевой нагрузки, преобразованной в радиальную силу. Посредством этой радиальной силы дополнительно усиливается зажим запорами 86, 88 трубы 84. Побочным результатом этого удерживания является то, что сжимающее кольцо удерживается в осевом направлении посредством запора.

Объем уплотнения ограничивается сжимающим кольцом 122, поддерживаемым внутренним запором 86, и сжимающим кольцом 120, поддерживаемым наружным запором 88. Посредством предварительной нагрузки в ограниченном объеме поддерживают предварительную нагрузку, действующую на уплотнение. Посредством предварительной нагрузки, действующей на уплотнение, также поддерживают предварительную нагрузку, действующую на оба запора 86, 88. В результате этого сжимающую нагрузку, обеспечиваемую с помощью фланца 118 для сжатия, не требуется поддерживать после первоначального приведения в действие. Этим обеспечивают возможность приведения в действие фланца 118 для сжатия с помощью гидравлического устройства без необходимости в механическом удерживании хода, как это требуется при использовании обычного устройства для затягивания болтов.

В других вариантах осуществления фланец 118 для сжатия может быть также установлен на развертываемой раме (не показана), а не на хомуте 80, вообще, таким образом, чтобы не требовались болты. Благодаря этому можно было бы отводить фланец 118 для сжатия после установки и повторно использовать вместе с развертываемой рамой.

Таким образом, используя варианты осуществления настоящего изобретения, можно устанавливать ремонтные хомуты, приспособленные к расположению вокруг секции трубы, например поврежденной секции трубы или секции трубы, содержащей дефект или пробоину. С помощью межповерхностных средств уплотнения трубы можно осуществлять уплотнение и структурный зажим трубы, и они способны противостоять силам растяжения и/или сжатия, возникающим в результате расширения и сжатия трубы, которые могли бы в противном случае приводить к нарушению целостности уплотнения между уплотнительной мембраной и трубой. Использование вариантов осуществления настоящего изобретения также исключает потребность в сварке конструкций, что позволяет сократить затраты времени на ремонт.

Другие преимущества настоящего изобретения заключаются в том, что только мембрана соприкасается с текучей средой в трубе. Таким образом, поперечные плиты и поворотные рычаги можно изготавливать из материалов, не зависящих от совместимости с текучей средой в трубопроводе.

Следует понимать, что варианты осуществления, описанные в настоящем документе, приведены просто в качестве примеров и что различные модификации могут быть включены в него без отступления от объема изобретения.

Например, следует понимать, что термин «труба» охватывает любые удлиненные конструкции, включающие, например, но не ограниченные, нефтяные или газовые трубопроводы: подводные (морские), наземные или подземные, скважинные трубы или действительно любые другие трубопроводы, пригодные для транспортировки или хранения текучих сред.

Следует понимать, что все запоры, кольца и фланцы для стягивания могут содержать ряд разъемных колец для обеспечения возможности установки их вокруг трубы.

Claims (39)

1. Устройство для уплотнения трубы, содержащее:

уплотнительную мембрану, приспособленную для соединения с трубой;

первый и второй удерживающие элементы, выполненные с возможностью расположения вокруг уплотнительной мембраны, причем каждый из первого и второго удерживающих элементов содержит множество плит; и

запорный элемент для скрепления первого и второго удерживающих элементов для поддержания уплотняющего соединения между уплотнительной мембраной и трубой, в котором запорный элемент устройства для уплотнения содержит множество элементов для затягивания, при этом элементы для затягивания содержат поворотные рычаги, выполненные с возможностью размещения между плитами первого и второго удерживающих элементов, причем поворотные рычаги установлены с возможностью поворота на первом удерживающем элементе и выполнены с возможностью поворота относительно первого удерживающего элемента для сопряжения со вторым удерживающим элементом для скрепления вместе удерживающих элементов, и в котором отдаленный конец каждого из поворотных рычагов содержит утолщенную часть, которая в осевом направлении перекрывает плиту второго удерживающего элемента при сопряжении между первым и вторым удерживающими элементами, при этом утолщенная часть образует часть клинообразного соединения между поворотным рычагом и вторым удерживающим элементом.

2. Устройство по п.1, в котором удерживающие элементы выполнены с возможностью размещения вокруг уплотнительной мембраны напротив друг друга.

3. Устройство по п.1, в котором удерживающие элементы прикреплены к уплотнительной мембране.

4. Устройство по п.1, в котором уплотнительная мембрана содержит разъемную манжету, содержащую первую и вторую части мембраны.

5. Устройство по п.1, в котором уплотнительная мембрана выполнена с формой, способствующей соединению с трубой.

6. Устройство по п.1, в котором уплотнительная мембрана состоит из материала, облегчающего уплотняющее сопряжение с трубой.

7. Устройство по п.1, в котором уплотнительная мембрана содержит по меньшей мере один из следующих материалов: металл, металлический сплав, неметаллический материал, пластиковый материал, полимерный материал, керамический материал или композитный материал.

8. Устройство по п.1, в котором плиты расположены, по существу, в поперечном или перпендикулярном направлении относительно продольной оси уплотнительной мембраны.

9. Устройство по п.1, в котором каждая плита сформирована с возможностью ее непосредственного соединения с уплотнительной мембраной.

10. Устройство по п.1, в котором каждая плита содержит вырез, имеющий внутренний размер, соответствующий наружному размеру уплотнительной мембраны.

11. Устройство по п.1, в котором запорный элемент содержит по меньшей мере один фланец, прикрепленный к каждому из удерживающих элементов и выполненный с возможностью введения в него одного или множества болтов для скрепления вместе удерживающих элементов.

12. Устройство по п.1, дополнительно содержащее стыковочное средство, расположенное между уплотнительной мембраной и трубой.

13. Устройство по п.12, в котором стыковочное средство содержит по меньшей мере один уплотнительный элемент, приспособленный к расположению между уплотнительной мембраной и стенкой трубы.

14. Устройство по п.12, в котором стыковочное средство содержит внутренний и наружный уплотнительные элементы, приспособленные к расположению между уплотнительной мембраной и стенкой трубы.

15. Устройство по п.13, в котором по меньшей мере один из по меньшей мере одного уплотнительных элементов содержит эластомерный уплотнительный элемент.

16. Устройство по п.13, в котором по меньшей мере один из по меньшей мере одного уплотнительных элементов содержит компрессионное уплотнение.

17. Устройство по п.12, в котором стыковочное средство дополнительно содержит запирающее средство для удерживания уплотнительной мембраны относительно трубы.

18. Устройство по п.17, в котором запирающее средство выполнено с возможностью поддержания давления уплотнения, действующего на по меньшей мере один уплотнительный элемент.

19. Устройство по п.17, в котором запирающее средство содержит коническое запирающее средство.

20. Устройство по п.12, в котором стыковочное средство дополнительно содержит упругий элемент.

21. Устройство по п.20, в котором упругий элемент содержит пружинный элемент.

22. Устройство по п.20, в котором стыковочное средство содержит внутренний и наружный уплотнительные элементы, приспособленные к расположению между уплотнительной мембраной и стенкой трубы, при этом упругий элемент приспособлен к расположению между уплотнительными элементами.

23. Устройство по п.12, содержащее множество стыковочных средств.

24. Устройство по п.23, в котором по меньшей мере одно стыковочное средство расположено на каждом конце уплотнительной мембраны.

25. Устройство по п.1, в котором элементы для затягивания имеют в сечении квадратную или прямоугольную форму.

26. Способ уплотнения трубы, в котором:

обеспечивают уплотнительную мембрану;

сопрягают уплотнительную мембрану с трубой, подлежащей уплотнению;

размещают первый и второй удерживающие элементы вокруг уплотнительной мембраны, причем каждый из первого и второго удерживающих элементов содержит множество плит; и

обеспечивают запорный элемент для скрепления вместе первого и второго удерживающих элементов для поддержания уплотняющего сопряжения между уплотнительной мембраной и трубой, при этом запорный элемент устройства для уплотнения содержит множество элементов для затягивания, при этом элементы для затягивания содержат поворотные рычаги, выполненные с возможностью размещения между плитами первого и второго удерживающих элементов, причем поворотные рычаги установлены с возможностью поворота на первом удерживающем элементе и выполнены с возможностью сопряжения со вторым удерживающим элементом для скрепления вместе первого и второго удерживающих элементов, и

поворачивают поворотные рычаги относительно первого удерживающего элемента для сопряжения со вторым удерживающим элементом и скрепляют вместе первый и второй удерживающие элементы, при этом отдаленный конец каждого из поворотных рычагов содержит утолщенную часть, которая в осевом направлении перекрывает плиту второго удерживающего элемента при сопряжении между первым и вторым удерживающими элементами, причем утолщенная часть образует часть клинообразного соединения между поворотным рычагом и вторым удерживающим элементом.

27. Способ изготовления устройства для уплотнения трубы, в котором:

обеспечивают уплотнительную мембрану;

обеспечивают множество плит и размещают их для формирования первого и второго удерживающих элементов для прикрепления уплотнительной мембраны к трубе, причем каждый из первого и второго удерживающих элементов содержит множество плит; и

обеспечивают запорный элемент для скрепления вместе первого и второго удерживающих элементов для поддержания уплотняющего соединения между уплотнительной мембраной и трубой, при этом запорный элемент устройства для уплотнения содержит множество элементов для затягивания, при этом элементы для затягивания содержат поворотные рычаги, выполненные с возможностью размещения между плитами первого и второго удерживающих элементов, причем поворотные рычаги установлены с возможностью поворота на первом удерживающем элементе и выполнены с возможностью поворота относительно первого удерживающего элемента для сопряжения со вторым удерживающим элементом для скрепления вместе первого и второго удерживающих элементов; и

обеспечивают отдаленный конец каждого из поворотных рычагов, содержащих утолщенную часть, которая в осевом направлении перекрывает плиту второго удерживающего элемента при сопряжении между первым и вторым удерживающими элементами, причем утолщенная часть образует часть клинообразного соединения между поворотным рычагом и вторым удерживающим элементом.

Images