折叠封堵技术结构设计论文
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折叠封堵的优点是：①无需在管道上开等径孔（封堵管径DN720，封堵孔直径只需￠500mm）；②开孔数少，单侧除了开旁通孔外，只需开一个封堵孔；③封堵设计压力达到1.0MPa。由于挡板—囊式封堵的特点：封堵压力不超过0.2MPa，单侧除了开旁通孔外，需要开送囊孔和挡板孔，对开孔质量要求高，若开孔边缘有毛刺将极易划破橡胶囊等[7,8]。所以在低压封堵领域，折叠封堵取代挡板—囊式封堵具有广阔的市场应用前景。
2折叠封堵头的结构设计
2.1折叠封堵头的结构组成
折叠封堵头是油气管道折叠封堵技术的关键设备。它通过管道上所开的不等径孔插入管道中而临时堵塞一条管道的介质流动，充当一个切断阀的作用。折叠封堵头主要由后左（右）侧折压板、斜拉杆部件、导向轮部件、后中间固定压板、封堵头座身、封堵头水平调整块、摇臂、前中间固定压板、前左（右）侧折压板、销轴、封堵皮碗等组成[9]。压板分为前、后两组，每组由三块组成。中间固定板成上下两端为圆弧的板块形。左右两侧的折压板成月牙形，与中间固定压板组成转动副，在斜拉杆部件的作用下可以收折起来。前压板可形成一个相对管道内径略小的圆盘平面。压板的作用是装夹封堵皮碗。由于左右两侧折压板可以收折和展开，夹在中间的橡胶皮碗自然就跟着收折和展开。两组斜拉杆部件的前端通过拉钉将前左（右）侧折压板和后左（右）侧折压板夹皮碗连接，后端通过销轴与封堵头座身转动副连接。斜拉杆部件的作用是收折或展开两侧的折压板。上下两根摇臂的前端通过销轴与后中间固定压板转动副连接，后端通过销轴与封堵头座身转动副连接。摇臂的作用是支撑整个封堵头前部的压板与封堵皮碗。导向轮部件安装在前中间固定压板的中轴线上下方。导向轮部件的作用是其上的滚轮与管道内壁接触，引导整个封堵头在管道内移动，减小摩擦。封堵头水平调整块安装在封堵头座身的底部，位置可调以适应不同的管道壁厚。它的作用是保证封堵头下落到极限位置时，整个压板平面与管道轴线是垂直的，即压板平面既不前倾也不后仰。当封堵头在管道内下落直到水平调整块触到管道内下壁时，压板与皮碗完全展开成一个平面，在管道内形成严密的封堵。封堵皮碗被装夹在前后压板之间。皮碗边缘与管道内壁的摩擦、挤压、贴合，来完全阻断介质的流动。
2.2折叠封堵头的工作原理
装夹皮碗的压板设计为由三块组成，左右两侧的折压板可以收折，便解决开小孔下入管道的关键问题。在管道封堵作业时，折叠封堵头安装在液压封堵缸的活塞杆上。封堵联箱、液压封堵缸、折叠封堵头安装成一体，在封堵现场被称为封堵设备。吊装此封堵设备到封堵处夹板阀时，由于重力作用，折叠封堵头前部的压板及皮碗下落，在斜拉杆作用下使左右两侧压板收折，封堵头收紧形成一个较小直径的收折体，如图4(a)所示。开动液压动力源，液压封堵缸的活塞杆慢慢伸出，使折叠封堵头从封堵孔中慢慢下入管道。因为封堵头的上下2个摇臂、后中间固定压板、封堵头座身形成一个平行四边形机构，而平行四边形机构的特点是连杆作平移运动，所以整个封堵头压板可上下平动，且能保证前后固定压板平面与管道轴线始终垂直。折叠封堵头在慢慢放入管道的过程中，下部导向轮首先接触到管道内壁。液压封堵缸活塞杆的不断伸出，封堵头座身继续下落，同时封堵头在导向轮引导下慢慢沿管道内壁推向前方，且左右折压板同时也在慢慢张开，如图4(b)所示。当封堵头座身端部的封堵头水平调整块最终抵到管道下部内壁内，此时左右两侧折压板完全张开，皮碗与管道内壁贴合，封堵头就将管道严密的封堵，如图4(c)所示。
2.3封堵皮碗的结构设计
封堵皮碗被装夹在封堵头前后两组压板之间。皮碗成圆锥体外形，有小端面和大端面。其中，小端面直径与管道内径相同，大端面直径大于管道内径，如图5(a)所示。当封堵头进入管道时，由于管道内壁尺寸限制，皮碗受摩擦挤压作用，发生弹性变形。在回弹力和管道压力的双重作用下，皮碗边缘紧贴在管道内壁上，实现管道的封堵，如图5(b)所示。由于皮碗需要收折，所以皮碗材料硬度必须适中，而且皮碗材料必须完全是橡胶，中间不能含有抗拉体（线）。这就是折叠封堵只能适用于低压封堵的根本原因。
3现场封堵试验
设计参数：设计封堵压力1.0MPa，试验压力1.5MPa。试验一：封堵管径DN720mm，管道壁厚9～12mm，开孔直径￠500mm；试验二、封堵管径DN529mm，管道壁厚9～12mm，开孔直径￠376mm。折叠封堵头进入进行封堵的现场动作过程，如图6所示。
4结论
我们研制的折叠封堵头是折叠封堵技术的关键设备。它在重力作用下能收紧而形成一个较小直径的收折体，这样就能从小于管道内径的开孔中下入管道。在放入管道的过程中，封堵头慢慢沿管道内壁推向前方，同时慢慢张开，当封堵头水平调整块接触到管道下部内壁时，封堵头完全张开，封堵皮碗发生弹性变形。在回弹力和管道压力的双重作用下，皮碗边缘紧贴在管道内壁上，就将管道严密封堵。折叠封堵的优势在于开孔直径小，封堵设计压力达到1.0MPa。在低压封堵领域，折叠封堵取代挡板—囊式封堵有广阔的市场应用前景。
作者：姜芳 葛汉林 吴明 单位：辽宁石油化工大学