隔断器具 本发明领域
本发明涉及一种管道隔断器具，更具体地说涉及一种管道塞堵器，它可插入一条管道之中用来在预定位置处塞堵或密封该管道。
本发明背景
管道塞堵机可通过一条导引管插入管道之中，可单个使用，亦可成对使用，用来隔断预定管段来修理或更换在隔离区中的阀门或其他装置。利用管道中产品流体把该塞堵机推进到指定位置，并且用现有技术在地面上来示踪塞堵机。一旦到达所需位置，就隔断了管道中的流体流动，由外面的操作者发出一个信号来致动该塞阻机，这样它就顶着管道内壁而形成密封。一旦把该塞堵机固定好，利用第二个塞堵机或隔离阀，就可隔离关锁处下游需要修理或换件的管段。泄放出该管道隔离区中的压力和产品而产生一个合适的工作环境，不必去排放相邻管段中的压力或流体。
当要修理的管段完全排干时，可取下该段予以更换。一完成修理，操作者就会发出另一个信号来松开该塞阻机，管道中的流体产品恢复流动而把该塞阻机带走，然后通过一个邻近的导引管或清理机港口(Pigtrap)将其从管道中取出来。
塞堵机是众所周知的现有技术，在此可参见美国专利4,422,477、4,854,384、5,293,904和加拿大专利1,292,704及加拿大公开专利申请No.2,042,338。后者更具体地涉及管道清洗机，本领域普通技术人员可以理解，它用于施行与塞堵机不同的目的和功能。
此类塞堵机通常包括一个可形成流体密封阻障的可膨胀的胶弹性密封。管道中的产品所产生的压力常常非常高，这些密封本身尚不足以抵挡住该压力来把塞堵机锁定到位。因此就利用液压力来驱动滑件或制动板使其抓卡住管道内壁。这些滑件或制动板通常利用锲进作用使跨越该塞堵机的压力差增强由制动板作用在管壁上的压力来确保更强的卡抓。至关重要的是要在管道中锁紧该塞堵机。一旦锁定失败，塞堵机就可能以相当高速度被推出来而毁及修理区中的工作人员并可能形成生态灾害。
虽然这些年来塞堵机的设计已大为改进，但仍存在重大缺陷，极为重要的是，现有器具仅能承受来自一侧的产品压力，还必须准确地定向来抵挡由设计方向作用的压力头而形成密封。这限制了其多用性。
而且，现有器具只能完成单次密封操作，在再次使用前，必须将其从管道中取出来更换阀门和/和再加能。例如，一种广泛使用地能源在单独储能器中的液压流体下面的压缩氮气。为固定该器具，液压流体要泄放到，利用爆炸力打开阀门来固定滑件。在工作完成时，打开另一个爆炸阀(explosive valve)来把流体排泄出管道，由此而放开该器具。到此塞堵机的动力源完全耗尽了，必须从管道中取出该器具来充填蓄能器并更换爆炸阀。这是耗时花钱的，表明确实需要可真正能多次固定的塞堵机。
现有塞堵器的另一个缺点是在完成管道修理之后和放松器具之前不能平衡跨越其两侧的压力。通常在放松塞堵机之前，要在管道修理段上打孔来引入流体。利用爆炸冲击来冲开塞堵机释放阀，恢复管道流动，并在附近的清洗机港口取出塞堵机。然后检修该塞堵机并对其充能量。因此，最要的是提供一种带有内部旁系统的塞堵机，可打开该旁路让流体流过塞堵机来平衡器具两侧的压力，而不必在修理管段上钻孔。
本发明概要
因此，本发明的一个目的是提供一种消除和减轻现有技术缺陷的管道塞堵机。
本发明的另一个目的是提供一种可多次定位的双向器具。
从下文详述中，本发明的特征和优点可看得一目了然。
本发明提供一种用于把管道隔断器抵挡着所述管道中的流体压力锁定到一预定位置的制动装置，该管道隔断器具用于塞断管道，它包括一个可在所述管道中移动并可支承着所述制动装置的机架，该制动装置包括：若干卡抓装置，环绕着所述机架布置，用于摩擦啮合所述管道的内表面来把所述器具锁定在所述管道中的一预定位置；支承装置，分别独立地支承所述卡抓装置中至少相应的一个，使所述卡抓装置的第一和第二部分沿所述机架的纵长方向相互轴向分开；定位装置，可受驱动在第一位置和第二位置之间移动所述支承装置，在该第一位置，所述卡抓装置从所述内表上解离开来；在该第二位置，所述卡抓位置啮合着所述内表面而把所述器具锁定到所述预定位置；及驱动装置，用于驱动所述定位装置，使所述卡抓装置在其所述第一和第二位置之间做选定的运动。
根据本发明的另一方面，提供一种防止流体环绕着阻断器具泄漏的密封系统，该阻断器具用于在预定位置处塞阻一条管线，所述系统包括：至少第一和第二弹性密封件，环绕着所述器具设置；所述第一和第二密封件沿着所述器具的纵长方向轴线间隔开，并且可径向膨胀成与所述管道的内表面形成流体密封接触；密封膨胀装置，受到驱动可径向膨胀所述密封件而使其与所述管道内表面形成流体密封接触；及驱动装置，可驱动所述密封膨胀装置。
根据本发明的又一方面，提供一种用于在某一预定位置隔断一条管道的管道阻断器具，所述器具包括：一个可沿管道中移动的机架；环绕该机架周向布置的密封装置，可膨胀成与所述管道内壁达到流体密封接触；和摩擦啮合着管道内壁的制动装置，它抵抗着管道流体的压力而把所述器具固定在一预定位置，其特征在于它还包括一个旁路，后者包括：一个贯通所述机架的流道，用于让管道流体从所述机架的一端流向另一端；可有选择地打开和关闭所述流道的阀门装置；和制动装置，它响应一输入而有选择地打开所述阀门而让流体流过及关闭所述阀门而防止流体流过，其中所述旁路可用来调节或均衡跨越所述机架的管道流体压力。
根据本发明的再一方面，提供一种用于在某一预定位置隔断一条管道的管道阻断器具，所述器具包括：一个可沿管道中移动的机架；环绕该机架周向布置的密封装置，可膨胀成与所述管道内壁达到流体密封接触；和可与管道内壁摩擦啮合的制动装置，它抵抗着管道流体的压力而把所述器具固定在一预定位置，其特征在于它还包括一个电一机驱动系统，后者包括：一个丝杠从动件，可环沿其纵轴线顺时针和逆时针转动；一个原动器，在操作上联接着所述从动件而将其转动；及联动装置，用螺纹联接着所述从动件，可随所述从动件的顺时针和逆时针转动而沿轴向相对于所述机架前后移动，当要把所述器具固定到所述预定位置时，所述联动装置沿一个方向的轴向移动致动所述密封和制动装置；所述联动装置沿相反方向的移动松开所述密封和制动装置，而使所述器具可相对于所述管道移动；由此所述器具可多次塞断所述管道而不必在所述各次之间把所述器具从所述管道中取出。
根据本发明的进一方面，提供一种用于在一预定位置塞阻一条管道的管道阻断器具，其包括：机架装置，它可在所述管道中移动且包括第一和第二端；密封装置，环绕着所述机架周向布置，且可径向膨胀成流体密封接触着所述管道的内壁；及若干制动件，其上装有的卡抓装置可摩擦啮合着所述管道的内壁而抵抗着所述管中的压力来把所述隔断器具锁定在所述预定位置；所述卡抓件可有选择地在一第一和第二位置之间反复动作；在所述第一位，所述卡抓装置脱离所述内壁；在所述第二位置，所述卡抓装置啮合着所述内壁。
根据本发明的另又一方面，提供一种用于在一预定位置塞阻一条管道的管道阻断器具，包括：机架装置，可穿过所述管道移动，且具有第一和第二端；密封装置，包括环绕所述机架周向设置的至少第一和第二弹性密封件，后者沿所述机架纵长方向轴向隔开，且可径向膨胀为流体密封接触着所述管道的内表面；密封膨胀装置，可把所述密封件径向扩张成流体密封接触着所述管道的内表面；制动装置，用于把所述器具锁定在所述预定位置，所述制动装置包括：若干环绕所述机架设置的卡抓装置，后者用于摩擦啮合着所述内表面而把所述器具锁定在所述预定位置；分别支承着所述卡抓装置中至少相应之一的支撑装置，使所述卡抓装置的第一和第二亚组沿所述机架的纵长方向轴向隔开；和用于在第一位置和第二位置之间移动所述支承装置的定位装置，在第一位置，所述卡抓装置脱离所述内表面；在第二位置，所述卡抓装置啮合所述内表面而把所述器具锁定在所述预定位置；及驱动装置，可选择驱动所述定位装置和所述密封膨胀装置，前者在所述第一和第二位置之间移动所述卡抓装置。
附图简介
下面将参考附图更详细地阐述本发明的优选实施例。
图1是本发明塞堵机的侧剖视图；
图2是图1中塞堵机的外部侧视图；
图3是本发明塞堵机的示意性电气框图；
图4是用于致动该塞堵机的释放机构的示意性电气框图；及
图5是该塞堵机的外面控制电路的示意性电气框图。
优选实施例详述
参见图1，塞堵机10位于管道1中而未将其密封和锁定。图示的塞堵机是处于输送状态，在通过一个导引管或清洗机港口(未示)插进去后总体上沿箭头A的方向移动。然而要注意的是，该器具在本质上是双向的，有时可按要求向相反方向行进。
总的来说，塞堵机10包括一个主机架30，它在其内部支承着一个电机驱动系统50，后文会将其详述；它还在其外部支承着各种各样的密封、卡抓制动器和滑件，用来输送和定位该塞堵机来在管道中形成一种固定的流体密封堵塞。
通常，机架30包括一个压缩套筒56，当其由下面要详述的驱动系统50沿箭头B的方向驱动时，它会使聚氨脂密封环48膨胀为流体密封接触着管道内壁2。同时，在可交互反向枢转的锁定组件120上的摩擦垫46径向向外移动而与壁2形成卡抓接触，从而相对于管道可靠地锁定住塞堵机的位置。
不像以前利用电-液驱动的塞堵机，本塞堵机利用电-机驱动系统来实现多次定位，这将在下文述及。虽然在塞堵机上使用电-机系统是新创，但这种驱动系统本身是众所周知的，如在航空行业；而在下文仅将描述其主要组件，其余细节本领域普通技术人员一望可知。
驱动系动的原动力是由一部24VDC齿轮马达3来驱动的，后者联接到一个谐波驱动装置上，该谐波驱动装置包括一个可变形齿条5、一个环形齿条6和一个谐波发生器7而产生输出到驱动丝杆13上的最终驱动减速比为120∶1。丝杆13在其内端14处由推力轴承9可转动支承着。在沿水平方向相对的轴承9之间夹着的端部14上的分隔盘11相对于驱动机构轴向定位着该丝杆。驱动丝杆的相对的外端15在其外部制有螺纹一直到其顶端，与一个制有内螺纹的驱动螺母55相啮合，后者由一个压力套筒56引导沿机架的纵向前后移动。压力套筒56滑动啮合着一个前端盖31的环形外表面，而该前端盖又联接在机架30的上游端29。在端盖31中的导引插件26滑动啮合着套筒56而防止其相对于端盖和机架转动。很清楚，驱动丝杆13向一个方向转动会使螺母55和套筒56沿箭头B的方向移动，而驱动丝杆向另一个方向转动而使螺母和套筒沿箭头A的方向移动。螺母55和套筒56利用一个带螺纹的锁定圈57联接在一起。
机架30的上游顶端安装有一个缓冲壳58和一个聚氨酯缓冲件59，它们由一个螺纹紧固件64固定到位。
在机架30的下游端，其顶端安装有一个后端盖32和一个配合后圈33，后者在41处用螺纹旋在机架上。后圈33包括一个法兰37来啮合后端盖32上的一个肩部38而将该后端盖固定在位。后端盖包括一个用于联接一电池组200的接线头组97，这将在后文详述。
机架30由位于机架相对两端附近的一对相间的聚氨酯双向盘49和一对相联的聚氨酯杯状密封79可滑动地支承着。该盘和杯状密封顶着管道内壁2而形成足够的密封度，从而管道产品流可将塞堵机10移到修理区。
最前端的盘/杯状密封对同心环绕着压缩套筒56，并由夹环43和螺纹联接到前部密封压缩环40上的螺纹紧固件44夹持到机架上。位于夹环之间的隔离件39有助于防止紧固件44的过度旋紧，否则就可能造成盘/杯状密封的压缩扭曲变形。
尾部盘/杯状密封对环绕着尾圈33，并由夹环43、隔离件39和旋进尾部密封压缩环34中的螺纹紧固件44同样夹在机架上。
前部压缩环40由螺纹联接着压缩环56上的71处。压缩环40随着压缩套筒向着一个前部锁定环42或远离其前后移动，它们沿着一个从锁定环42向前轴向延伸的环状套筒47的外表面滑动。由此可知，当致动压缩套筒56沿箭头B的方向移动时，就使前部压缩环移向锁定环42，其结果是在每个环40和42上的锲进表面62与密封环48上的相对锲进表面63相互作用，而使密封环径向膨胀为其与管道壁2形成流体密封。
随着压缩环56继续收缩，环42自身将开始沿箭头B的方向滑动，这最终将导致摩擦垫锲进成与壁2形成卡抓接触。更明确地说，本塞堵机的锁定组件包括若干纵向对齐的可枢转的锁定臂120，它们绕机架30沿周向同心地布置在一前部锁定环42和一后部锁定环45之间。每个锁定臂包括一个联杆121、一个头部122、一个可枢转地把该联杆和头部联接在一起的扭转销124和一个嵌入头部122之中的可更换摩擦垫46。枢转销127把各个锁定臂120连接到锁定环42或42之一上，相邻锁定臂连接到另外的锁定环42或45上，从而使沿支架30的纵长方向上相邻各对锁定臂相对对准。
每个头部122包括一个锲进表面130、一个跟部131和一个下锲进表面132。
环42和45包括：在其相对对准头部122的部分之上，一个相对于机架纵轴线较陡的第一锲进表面136，如该倾角为60-75°，和一个角度较缓的第二锲进表面137，如相对于机架轴线呈10°夹角。
当向环45推动环42时，首先是头部122，其次整个锁定臂120迅速地推起锲进表面136而使插件46移向壁2。由于跟部131接续着锲进表面137，摩擦垫向着壁2的移动就会更渐进些，但在摩擦垫和壁之间的锲进力对于可靠锁住管道壁而足以抵挡住跨越器具的压力差是至关重要的。由于相对对准的锁定壁120是联动推起的，它们的运动趋于达到自限位和自平衡作用，况且，万一驱动装置失效，从左边或右边跨越塞堵机作用的压力差实际上增强锁定强度。结合采用两个相间的密封环48，本器具的独特优点是从上游或下游端均可抵挡住流体压力。
随着压缩套筒50继续收缩，但在摩擦垫46卡抓住壁2之前，包括后部锁定环45的整个制动组件将沿着箭头B的方向向后部密封压缩环34移动。这样，在每个环45和34上的锲进表面62就与后部密封环48上的相对锲进表面63相互作用来径向膨胀后部密封，使其与内壁形成流体密封接触。
直到把压缩套筒56收缩到形成完全锁定。环34包括一个盘状弹簧36，在完全锁定过程中提供一些吸收弹性。
在塞堵机锁定后，前部密封环48在其一侧由杯状密封紧密包容住，在另一侧由邻近锁定组件头部122上的锲进面130紧密包容住。后部环48在一侧同样由邻近锁定组件头部同样包容住，在另一侧由盘49包容住。这样包容限定密封48是为了更好地防止其在压力作用下产生挤压变形。
为了松开塞堵机，使齿轮电机3反转而抽出压缩套筒56。很清楚，这使环40、42和45分开，密封环48收缩到其正常尺寸，摩擦垫与壁2脱离接触，叶簧60或相似的收缩机构使联杆120返回其原始未动位置，如图1所示。在各个环40、45和45上的环肩96把环40拉到环42上，这些相同环肩也限定可把压缩套筒56收缩起来的整个程度。
此时，塞堵机可在管道中移动到一个新位置，其所有部件既未受锁定也未受松开的丝毫损害和损坏。这不同于已知的塞堵机，后者需要爆炸阀来释放用于锁起该器具的液体压力，这就需要在每次锁起之后从管道中取出塞堵机来再次充填爆炸能。摩擦垫46最好由能够牢固地卡抓住管道壁而不对其造成损伤的可变形材料制造。这些垫可经受至少2-3次锁定才需要更换。一种合适的摩擦垫材料例如是黄铜，最好它包含微量细粒磨料，如粉状碳化钨。这可在摩擦垫和管道壁之间形成更强的摩擦啮合而不损及管道壁。
此前，在修理过之后及放开塞堵机之前，必须在新修理的区域打孔来引入管道流体，其压力要是足以减少跨越塞堵机的压力差。显然人们很不希望在新维修区打孔，另外还涉及向修理现场运送流体和泵压设备的花费。况且，若压力差不能充分均衡，塞堵机就会在放松时移动而沿着管壁拖拉卡抓插头，这会损伤管壁和插头的。因而，若塞堵机包括可选择致动装置来为管道流体流入修理区提供一条旁路，这无疑是很好的。这可平衡塞堵机之间的压差，而便于静态放开和从管道壁上脱开，又不损及插头的滑部或拖部。
本申请人开发了一个旁路，现参考附图1加以阐明。利用一个在驱动螺母55上的开孔140、一个贯通前端盖31和一个旁路盖板21的流道150、一个贯通机架30的轴向对准的流道160和另一个贯通后圈33的对准流道170来形成从塞堵件的一端到另一端的流体联通。
为控制旁路中的流通，在流道150中设置一个旁路球阀20。该球阀受安装在一个安装板16上的遥控齿轮电机22的操纵。电机22转动一个由轴承19支承的轴18，该轴又致动一个曲轴17，后者转动该球阀来选择打开和关闭流道150。在放开塞堵机之前，可由外面的操作人员打开旁路而使管道流体进入修理区而平衡所述压力差。然后操作者关闭该旁路。此后就可安全地放开塞堵机(或多个塞堵机)，后者保持静止直到管道中的流体恢复流动。
在把塞堵机在所需位置处定位时该旁路也很有用。设置一个压力传感器12来监测管道压力。若使用一对本塞堵机时，在打开旁路之后可使用一个传感器12来监测管道压力，用另一个监测修理区的压力。操作者就会知道何时压力差会达到均衡，然后放开塞堵机。
利用适当布置的O型环175和聚酯密封来密封塞堵机的各个部件。在端盖31和螺母55之间设置一个复合套25来实现螺母的前后移动。
本发明还包括一个备用解离电机4和一个联轴器8，具有一个单独电源，以防齿轮电机3或其电源发生故障。
参见图2，齿轮电机3所用的电源是一放在一个单独电池组件200中的电池组，就象塞堵机10一样，组件200包括：一个滑动支承在管道中移动的壳体230，它是通过设在该壳体相对两端附近的一对间隔开的聚氨酯双向盘249和一对相联的聚氨酯杯状密封279来支承的，且与塞堵机串联起来。就象前面参照塞堵机描述的那样，用夹环243和紧固件244把盘249和密封279联接到壳体230上。电池组件200也包括一接线头组99，后者是通过一个导管290连接到塞堵机10上，该导管例如通过两个枢转销291可枢转地联接着接线头组97和98。导管290为电池组和各种电机及塞堵机10的其他电动组件之间的电源线和控制电缆提供一条保护通道。导管和接线头组97和98之间的可枢转联接也可使电池组件相对于塞堵机组件转动，其重要性在于本发明器具可更易于适应管道中的弯部。就此而论，本器具的直径显然会随管道直径而变化。还有，本塞堵机的上述结构旨在最大限度地减小其长度，以便其能适应具有小至管道名义直径三倍的中心线半径的弯部。
图3、4和5是塞堵机10、及其备用解离机构和外面操作控制器所用的示意性电气框图。
本发明的上述描述旨在示明本发明的优选实施例，而不是限制本发明的范围，本领域普通技术人员易于明了的各种修改均在本发明的范围之内。本发明的范围是由后附权利要求界定的。