Устройство для вырезания отверстия в трубопроводе, находящемся под давлением

 

Устройство может быть использовано при проведении ремонтных работ на трубопроводе. На торце шпинделя расположен держатель, несущий режущий инструмент. Шпиндель перемещается под действием механизмов поступательного и вращательного движения и оснащен элементом герметичного присоединения к трубопроводу и кольцевым уплотнением. Держатель, шпиндель и элемент его герметичного присоединения к трубопроводу образуют стык при расположении держателя в крайнем от трубопровода положении. Кольцевое уплотнение находится на участке стыка и прижато держателем к элементу герметичного присоединения. К корпусу и трубопроводу может быть присоединен патрубок с ответвлением для отвода содержимого ремонтируемого участка трубопровода. Механизм поступательного движения шпинделя может быть выполнен в виде полого винта и гайки, соединенной с торцом шпинделя. В результате обеспечивается повышение эффективности и скорости удаления содержимого из ремонтируемого участка. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для вырезания отверстия в трубопроводе, находящемся под давлением рабочей среды (нефть, вода, газ и т.п.), при любом пространственном расположении этого отверстия и может быть использовано во время ремонтных работ на трубопроводе.

При проведении ремонтных работ с полной заменой участка трубопровода этот участок перекрывают имеющимися по трассе трубопровода линейными задвижками, а затем удаляют его содержимое. Тщательное удаление содержимого трубопровода из подлежащего ремонту участка имеет большое значение для предотвращения загрязнения окружающей среды.

Содержимое можно перекачать из перекрытого участка трубопровода в остальной трубопровод, прорезав здесь и там отверстия, соединив их перемычкой и установив перекачивающий насос. Но эту операцию осуществляют лишь вблизи линейной задвижки. В точках, же отдаленных от нее и находящихся на более низком уровне, чем область действия наcоса, содержимое останется на дне трубопровода.

Из этих точек в месте прогиба трубопровода нефть, воду и т.п. можно удалить, вырезав в верхней или боковой части трубопровода отверстие, вставив в отверстие трубу, касающуюся дна трубопровода, и соединив ее с механизмом откачивания. Но и это не позволяет полностью освободить трубопровод от содержимого.

Наиболее простым решением было бы вырезать отверстие в нижней части трубопровода в месте его прогиба и самотоком переместить содержимое трубопровода в специальный резервуар.

Известно устройство (RU 2071871 C1, B 23 B 41/08, 20.01.97 - прототип) для вырезания отверстий в трубопроводе под давлением, содержащее шпиндель. На торце шпинделя расположен держатель, несущий режущий инструмент. Кроме того, устройство содержит механизм поступательного и вращательного движения шпинделя и корпус.

Недостатком известного устройства является то, что его ставят на трубопровод через задвижку. Следовательно, оно снабжено удлиненным шпинделем. Таким устройством легко вырезать отверстия в верхней и боковой частях трубопровода. Но для вырезания отверстия в нижней части трубопровода, через которое можно удалить содержимое быстро и с наибольшим эффектом, требуется разработка котлована большой глубины со значительной выемкой грунта, большими затратами труда, времени и техники. Кроме того, такие операции, как снятие после прорезания отверстия устройства с задвижки и установка на задвижку трубы для удаления содержимого ремонтируемого участка, составляют время простоя трубопровода.

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности и скорости удаления содержимого из ремонтируемого участка за счет установки устройства в нижней части трубопровода, уменьшение времени простоя трубопровода во время ремонта.

Данная задача может быть решена за счет повышения надежности герметизации устройства в условиях его работы под давлением, а также за счет оптимизации схемы удаления содержимого ремонтируемого участка.

Как и в прототипе, предлагаемое устройство для вырезания отверстия в трубопроводе, находящемся под давлением, содержит шпиндель с расположенным на его торце держателем, несущим режущий инструмент, механизмы поступательного и вращательного движения шпинделя и корпус.

В отличие от прототипа оно снабжено элементом герметичного присоединения шпинделя к трубопроводу и кольцевым уплотнением. Держатель с режущим инструментом, шпиндель и элемент герметичного присоединения шпинделя к трубопроводу установлены с образованием стыка при расположении держателя в крайнем от трубопровода положении. Кольцевое уплотнение размещено на участке стыка и прижато держателем с режущим инструментом к элементу герметичного присоединения шпинделя к трубопроводу.

Устройство может быть снабжено присоединенным к корпусу и трубопроводу патрубком с ответвлением для отвода содержимого ремонтируемого участка трубопровода.

Механизм поступательного движения шпинделя может быть выполнен в виде полого винта, жестко закрепленного на корпусе, и гайки, навинченной на винт и соединенной с торцом шпинделя, противоположным режущему инструменту. Винт и гайка расположены вдоль оси шпинделя и выполнены с внутренним диаметром, превышающем наружный диаметр шпинделя, а длина винта, как и гайки, по меньшей мере равна сумме глубины вырезаемого отверстия и длины соединительного с трубопроводом элемента.

Устройство изображено на фиг. 1 и 2 со следующими обозначениями: 1 - шпиндель, 2 - держатель режущего инструмента, 3 - режущий инструмент, 4 - механизм поступательного движения шпинделя, 5 - механизм вращательного движения шпинделя, 6 - корпус, 7 - элемент герметичного присоединения шпинделя к трубопроводу, 8 - кольцевое уплотнение, 9 - патрубок, 10 - ответвление патрубка, 11 - трубопровод, 12 - труба отвода содержимого ремонтируемого участка, 13 - винт, 14 - гайка.

Шпиндель 1 устройства имеет на торце держатель 2. В держателе 2 установлен режущий инструмент 3: сверло, фреза. Для обеспечения поступательного движения шпинделя 1 устройство содержит механизм 4, для вращательного - механизм 5 в корпусе 6. Устройство содержит также элемент 7 герметичного присоединения шпинделя к трубопроводу 11. Элементом 7 может быть фланец, установленный на корпусе 6, или втулка с резьбой, также установленная на корпусе 6, и т.п.. Герметичность соединения элемента 7 и шпинделя 1 обеспечивается любыми известными уплотнениями подвижного контакта (сальник, манжета и т.п. ).

Держатель 2 с режущим инструментом 3, шпиндель 1 и элемент 7 герметичного присоединения шпинделя 1 к трубопроводу 11 установлены с образованием стыка при расположении держателя 2 в крайнем от трубопровода 11 положении. Кольцевое уплотнение 8 размещено на участке стыка и прижато держателем 2 с режущим инструментом к элементу 7 герметичного присоединения шпинделя 1 к трубопроводу 11. Кольцевое уплотнение 8 может быть изготовлено из любого материала, применяемого для целей уплотнения зазоров между деталями (асбест, пенька, резина, металлические кольца с упругой сердцевиной из асбестового волокна и графита и т.д.).

Устройство может быть снабжено патрубком 9 с ответвлением 10 для отвода содержимого ремонтируемого участка трубопровода. Патрубок 9 присоединен к корпусу 6 (например, герметичное резьбовое соединение) и к трубопроводу 11 (например, приварен).

Механизм поступательного движения шпинделя (фиг. 2) выполнен в виде полого винта 13. Винт 13 жестко закреплен в корпусе 6. На фиг. 13 накручена гайка 14, соединенная с торцом шпинделя 1, противоположным режущему инструменту 3. Винт 13 и гайка 14 расположены вдоль оси шпинделя 1. Они выполнены с внутренним диаметром, превышающем наружный диаметр шпинделя 1. Длина винта 13, как и длина гайки 14, по меньшей мере равна сумме глубины вырезаемого отверстия и длины соединительного с трубопроводом 11 элемента.

Устройство работает следующим образом. Включают механизм вращательного движения 5 шпинделя 1. Шпиндель 1 перемещают механизмом поступательного движения 4 до касания режущим инструментом 3 стенки трубопровода 11, и при дальнейшем перемещении шпинделя 1 вырезают отверстие. В результате содержимое ремонтируемого участка трубопровода поступает в патрубок 9, устройство для вырезания отверстия начинаeт подвергаться действию давления внутри трубопровода (до 2 МПа).

Для предотвращения утечек содержимого под действием давления через соединения "шпиндель 1 - держатель 2 режущего инструмента", "шпиндель 1 - элемент 7 герметичного крепления шпинделя к трубопроводу", "держатель 2 режущего инструмента - элемент 7 крепления шпинделя к трубопроводу" поступают следующим образом.

Шпиндель 1 (вместе с вырезанным куском на режущем инструменте) отводят назад до упора в крайнеe от трубопровода положение, образуя стык держателя 2 режущего инструмента, шпинделя 1 и элемента 7 герметичного крепления шпинделя к трубопроводу, и затягивают кольцевое уплотнение 8 внутри этого стыка так, чтобы оно было прижато держателем 2 к элементу герметичного присоединения 7. Держатель 2 давит на кольцевое уплотнение 8. Кольцевое уплотнение 8 в результате давления держателя 2 повышает свои уплотняющие свойства и уплотняющие свойства находящихся под ним уплотнений подвижного контакта между шпинделем 1 и элементом 7 герметичного крепления шпинделя к трубопроводу, что повышает герметичность устройствa в целом. В таком положении устройство может не демонтироваться с трубопровода после прорезания отверстия. Удаление содержимого из ремонтируемого участка производят через отвод, сделанный заранее в любом месте между устройством и трубопроводом. То есть нет необходимости устанавливать устройство на задвижку, поэтому можно использовать укороченный шпиндель, что уменьшает габариты устройства (заявляемое устройство - 560:755:460), позволяет делать отверстие в нижней части трубопровода и производить более эффективное и быстрое удаление через него нефтепродуктов и т. п.

Время простоя трубопровода снижается, т.к. после удаления содержимого из ремонтируемого участка производят ремонт трубопровода, заменяя поврежденный участок новым, далее запускают трубопровод в действие и лишь затем демонтируют устройство для вырезания отверстия.

Если устройство снабжено патрубком 9 с ответвлением 10, то устройство устанавливают на патрубок 9, через патрубок 9 делают отверстие в трубопроводе 11, оставляют устройство на патрубке 9, а содержимое ремонтируемого участка удаляют через ответвление 10 по трубе 12.

Механизм поступательного движения 4, содержащий полый винт 13 и гайку 14, работает следующим образом. Для перемещения шпинделя 1 до касания режущим инструментом 3 стенки трубопровода 11 и для дальнейшего вырезания отверстия вращают гайку 14, соединенную с торцoм шпинделя 1, противоположным режущему инструменту, по полому винту 13. Шпиндель 1 движется внутри винта 13.

После прорезания отверстия шпиндель 1 отводят обратным вращением гайки 14 по винту 13 до упора в крайнее от трубопровода положение. Затем гайкой 14 затягивают кольцевое уплотнение 8 так, чтобы было прижато держателем 2 к элементу 7 герметичного присоединения.

Данная конструкция механизма поступательного движения 4 шпинделя позволяет осуществить ручную подачу режущего инструмента, что улучшает режим резания и повышает надежность получения отверстия по сравнению с прототипом.

Работающий может просто и быстро предотвратить заклинивание режущего инструмента, а следовательно, повреждение трубопровода, контролируя вибрацию и шум устройства.

Кольцевое уплотнение на стыке, образующемся между держателем с режущим инструментом, шпинделем и элементом герметичного присоединения шпинделя к трубопроводу, служит не только для обычной герметизации зазоров. В предлагаемом решении оно повышает герметичность уплотнений в элементе герметичного присоединения шпинделя, а следовательно, и всего устройства до такой степени, что устройство может быть оставлено на трубопроводе под давлением после вырезания отверстия.

Формула изобретения

1. Устройство для вырезания отверстия в трубопроводе, находящемся под давлением, содержащее шпиндель с расположенным на его торце держателем, несущим режущий инструмент, механизмы поступательного и вращательного движения шпинделя и корпус, отличающееся тем, что оно снабжено элементом герметичного присоединения шпинделя к трубопроводу и кольцевым уплотнением, держатель с режущим инструментом, шпиндель и элемент герметичного присоединения шпинделя к трубопроводу установлены с образованием стыка при расположении держателя в крайнем от трубопровода положении, а кольцевое уплотнение размещено на участке стыка и прижато держателем с режущим инструментом к элементу герметичного присоединения шпинделя к трубопроводу.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено присоединенным к корпусу и к трубопроводу патрубком с ответвлением для отвода содержимого ремонтируемого участка трубопровода.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что механизм поступательного движения шпинделя выполнен в виде полого винта, жестко закрепленного на корпусе, и гайки, навинченной на винт и соединенной с торцом шпинделя, противоположным режущему инструменту, при этом винт и гайка расположены вдоль оси шпинделя и выполнены с внутренним диаметром, превышающим наружный диаметр шпинделя, а длина винта, как и гайки, по меньшей мере равна сумме глубины вырезаемого отверстия и длины соединительного с трубопроводом элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2