隔离或检测管段的具有轴向加固件的设备和方法

专利名称：隔离或检测管段的具有轴向加固件的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于隔离管段(pipe segment)或用于检测将法兰连接至管子端部的焊缝的设备和方法。更具体地，本发明提供了一种用于隔离和/或才企测管^殳的设备和方法，其中设置有用于轴向加固的装置。
背景技术：
在化学工厂或石油化学工厂等中，经常需要将流体材料从一个位置或容纳单元传输到另 一个。这种材料的传输通常包括诸如管道或管子、储存或反应容器等的设备，这些设备通常由金属制成。传输设备的单独部件的连接通常通过将需要的部件焊接到一起而获得。例如，当将相邻的管子端部连接到一起时，通常是每个端部均设置有法兰，这些法兰焊接在各个对应的端部上，然后用螺栓固定到一起以形成密封。如本领域技术人员应理解的，这种焊接接头必须形成完全的密封，以防止传送的材并+泄漏。当处理可能危险的(即易燃的)或有毒的材料时，尤其如此。
基于安全的原因，经常需要定期地检测用于将设备的各个部件(例如管子、容器、法兰等)连接到一起的焊缝的完整性。现有技术教授了各种用于对管道进行焊缝完整性检测的工具。例如，第6,131 ，441和5,844,127号美国专利(发明人为Berube和Carson )(其全部公开内容结合于此作为参考)教授了焊缝检测工具，这些^r测
5工具将管子的特定部分(例如包括焊接的部分)隔离，并且使这部分在工具和管子的内表面所限定的受限环形空间内经受高压流体
的作用。监控环形空间内的流体压力，由此4壬zf可的压降都意P木着焊纟逢的泄漏。这些工具也可^f又用于管^殳的隔离，而不进4亍4壬^P险测。当焊接先前装过易燃材料的管子等时，经常需要这种隔离。在这种情况下，将任何这种材料的烟气与焊接区域隔开是很重要的。上述工具能够固定在距离焊接区域给定距离处的管子内壁上，并且作为沿着管子的其余长度所容纳的烟气的隔离物。为了防止任何烟气聚
集以及伴随的压力增加，'441和'127专利中的工具可以设置有排放管，以允许这些烟气越过焊接区域排出，而没有与这一 区域相接触。'441和'127专利中所l是供的工具可以沿着任何管子或类似管道的长度设置。
第5,027,079号美国专利(发明人为Dufort) 4是供了另一特别适于^r测法兰管(flanged pipe )的焊缝的完整性的^r测工具。如'079号专利中所教授的，该检测工具包括具有径向膨胀的气嚢的密封端，该气嚢设置在距离焊接区域给定距离处且被充气。以这样的方式使气嚢加压使得工具与管子的内壁摩擦接合，从而将工具固定在适当位置，并将焊*接区域与管子的其余部分隔开。该工具还包括法兰板，该法兰板用于将法兰固定在管子上，并且用于在法兰和工具的密封端之间形成密封区域，在这一区域中包括待检测的焊缝。通过检测液体使密封区域加压，并监控该压力，以检测泄漏。
尽管上述参考文献提供了用于检测焊缝的有效工具，然而它们被设计成对焊缝主要施加径向力。然而，对于"最坏的情况，，，需求对焊缝施加另外的应力，从而能在极限状态下检测这些焊缝。更具体地，需要在允许检测待对焊缝施加的轴向膨胀力的同时进行焊缝检测。
6ot匕夕卜，只于于至少一些已知的隔离和/或才全测工具，工具上游的压
力的增加(由于烟气的聚集等)可能导致工具被吹出(blow out )，
其中工具急速地从管子中移出，通常沿着轴向方向(相对于管子)。因此，需要提供一种具有加固件的管子隔离和/或检测工具，以防止这种工具沿着轴向方向移动。

发明内容
一方面，本发明提供了一种用于检测将法兰连接至管子端部的
焊缝的完整性的焊缝检测设备，在使用时，该设备包括
a) 才全测组件，包括
-第一密封装置，用于在管子内形成密封；
-第二密封装置，用于密封法兰；
-用于对第一密封装置、第二密封装置和管子的内壁所
限定的区域加压的装置；以及
-检测组件，包括在其中延伸的排放口；以及
b) 加固组件，用于固定4企测组件，该加固组件包括
-夹具，固定在管子的外壁上；
-锚板，与夹具间隔开并与法兰相对设置；
-第一锚定装置，连接锚板和第一密封装置，以防止
锚板和第一密封装置分开；以及
-第二锚定装置，连4妻锚纟反和夹具，以防止它们之间的
相对运动。
另 一方面，本发明提供了 一种用于检测将法兰连接至管子端部的焊缝的完整性的方法，包括
7-将第 一密封装置固定在管子内；
—将第二密封装置固定在法兰上；
-在管子内建立由第一和第二密封装置以及管子的内壁限定的
密封区域，该密封区域包括焊缝；
-设置夹具，以摩擦接合管子的外壁；-与法兰相对设置锚定装置；
-将4苗定装置连4妻至夹具，以防止它们之间的相对运动；
-将锚定装置连接至第一密封装置，以防止它们之间的相对运动；以及
-用检测流体充填密封区域并对其加压。
另一方面，本发明提供了一种用于隔离管子的端部的设备，包
括
a) 隔离组件，包括
-密封装置，用于在管子内形成密封；
b) 加固组件，用于固定隔离组件，该加固组件包括
-夹具，固定在管子的外壁上；
-锚板，与夹具间隔开并与管子的端部相对设置；
-第一锚定装置，连接锚板和密封装置，以防止密封装
置在管子内的轴向位移；
-第二4苗定装置，连4妾4苗才反和夹具，以防止在它们之间的才目只于运动。
另一方面，本发明提供了一种用于隔离管子的端部段的方法，
包括-将密封装置固定到管子内，以将该端部段与管子的其余内部隔
开；
-设置夹具，以摩擦接合管子的外壁； -与管子的端部相对设置锚定装置； -将锚定装置连接至夹具，以防止它们之间的相对运动；
-将锚定装置连接至密封装置，以防止密封装置在管子内的轴向位移。


在以下参照附图的详细描述中，本发明的这些和其它特征将变 得更加显而易见，附图中
图1是根据一个实施例的用于管子时的检测工具的局部横截面
图2是沿着线2-2截取的图l的端一见图； 图3a是根据一个实施例的沿着线3-3截取的图1的端视图； 图3b是根据另一个实施例的沿着线3-3截取的图1的端视图； 图4是根据另一个实施例的图1的检测工具的局部横截面图； 图5是才艮据另一个实施例的本发明的才全测工具的局部4黄截面
图6是图5的设备的排放管和第一密封装置的横截面图； 图7是图6的设备的变体的横截面图；图8是根据另一个实施例的图5的检测工具的局部横截面图； 图9是根据另一个实施例的图5的检测工具的局部横截面图； 图IO是根据另一个实施例的图5的检测工具的局部横截面图； 图11是根据本发明另 一个实施例的隔离设备的局部横截面图； 图12是图11的设备的变体的局部横截面图； 图13是图1的设备的变体的局部横截面图； 图14a是图12的密封设备的示意性横截面图； 图14b是图14a的设备的变体的示意性横截面图；
具体实施例方式
在本发明的整个说明书中，以下术语应被认为具有以下相关含
义
"管子，，-应被理解为表示任何能够连接法兰的任意长度的管 子或管状的管道。尽管本发明采用焊接有法兰的金属管，但应理解 的是，本发明同样可应用于其它材料(例如PVC等)的管子。因 此，术语"管子，，应被认为包括其它设备或装置之间的直的或弯曲 的管道和管状连接件，例如，设置在容器等上的端口和"T"接头 等。为方便起见，本公开和附图示出并描述了一段直管。
"环形"-该术语用于描述具有至少一个外径和至少一个内径 的本体。因此，"环形管"应祐匸认为是一种具有外径和内径的空心管。"环形盘"应被认为是一种具有外径和中心孔且由此提供内径 的物体。
"轴向"-该术语将用于描述沿着管子或管道的纵向轴线的方 向。因此，"轴向力，，或"轴向应力"应#1理解为沿着平^亍于管道 的纵轴方向施加的力(或者是膨胀性的或压缩性的)。
如图1所示，根据本发明一个实施例的本发明的设备10包括 一个检测组件，该检测组件包括用于设置在管子14内的第一密封 装置12和用于设置在法兰18的外表面上的第二密封装置16。法兰 18通过焊缝17连接，将通过本发明来检测该焊缝。第一密封装置 12建立了对管子14的内壁的密封。第二密封装置16建立了对法兰 18的外表面的密封。该设备还包括加固组件20，其将4企测组件锚 定在所期望的位置。力o固组件20包括圆周(circumferential)夹具 22和锚板24。该锚板通过两个以上的锚杆26连接到夹具22。
在申请人的第WO20 06/069446号共同未决PCT 乂>开(其全部 内容结合于此作为参考)中提供了本发明中所使用的圆周夹具22 的实例。如图2中所示，夹具22大体上包括蛤壳状结构(clamshell structure )，并且可以包4舌两个以上的部件28a和28b (例如，由于 夹具的总重量，大直径的管子可能需要更多的部件)。这些部件分 别包括具有孔的夹紧法兰30a和30b,螺栓32穿过这些孔延伸。相 配合的螺母34将这些部件固定到一起。可以i殳置任意凄t量的螺4全 32和螺母34。部件28a和28b分另'J包括套环部(collar portion ) 34a 和34b,这些套环部相结合，以基本在周向上接合管子14的外表面。 如应理解的， 一旦设置套环部34a和34b,螺栓32和螺母33通过 夹紧法兰30a和30b上的孔插入，由此螺母33的拧紧迫使套环部 34a和34b紧贴在管子14的外表面上，从而形成密封装配接合。对 于本领域技术人员而言，考虑到本公开，提供所期望的夹具22与 管子14之间的接合程度所需的扭矩程度将是显而易见的。并且，
ii应理解的是，尽管每个部件均示出为具有基本相对的法兰，但是用
铰链(如第WO2006/069446号PCT公开中所描述的)来替代一对 法兰和相关的螺一全32和螺母33也是可4亍的。
应理解的是，这里所用的术语"圆周夹具，，并非意^^木着限于环 绕管子的整个圓周的夹具。例如，如图中所示，通过增加螺^r 32 的长度可以《吏一个夹具用于各种不同的管子直径。因jt匕，术i吾"圆 周的"意在描述一种摩標、接合管子圓周的至少 一部分的夹具。
而且，为了方i"更，本/>开涉及纟殳置在管子14的外表面上的单 个夹具。然而，应理解的是，在需要额外的加固件的情况下，可以 使用一个以上的夹具。此外，用于夹具的4妄合装置^皮描述为通过螺 母33和螺栓32实现。然而，如在前述PCT公开中所描述的，夹具 的关闭可以通过》兹性的、液压的或4壬何其它这样的装置来获得。如 应理解的，夹具的目的是摩擦接合待检测的管子14的外壁，并且 作为加固件，以防止i殳备的移动，尤其是在轴向方向上的移动。
每个夹具部28a和28b分别还包括法兰36a和36b,这些法兰 基本垂直于套环部34a和34b延伸。当将夹具部连接在管子上的适 当位置时，法兰36a和36b相组合以形成支撑法兰37，该支撑法兰 /人套环部基本垂直地延伸并且基本垂直于管子14的纟从向轴线。支 撑法兰37包括两个以上的孔38，以接收如下面将进一步描述的锚 杆26。
夹具部28a和28b优选地还设置有多个支架40,以保持套环部 34a和34b以及相应的法兰36a和36b的相乂寸定4立，并支撑多个法 兰36a和36b。如应理解的，对这种支架的需要及其数量将取决于 用来制造夹具的钢的规格，并且还取决于夹具的直径和其它各种因素。如上所述，与圓周夹具22相对，加固组件包括锚板24。如图 3a和3b中所示，锚板可以大体上是圓盘形的(图3a)或者可以包 括大体上为长方形的板(图3b)。锚板24设置有两个以上的第一孔 42，以接收锚杆26。 如应理解的，设置在锚板上的孔42的数量将 取决于所需的锚杆的数量。因此，对于更大直径的管子，可能需要 两个以上的杆。而且，应理解的是，假定锚板是圆盘形的结构(如 图3a中所示)，应该需要两个以上的4苗才干，而4吏用两个锚杆将4又<又 需要长方形的锚板(如图3b中所示)。还应理解的是，圆盘形锚板 的重量大于长方形纟反的重量。
锚板24还设置有基本上位于中心的排放孔44，以4妄收4全测组 件的排;故管(如以下将进一步描述的)。而且，4苗斧反24还包括一个 以上的支撑孔46，以接收设置在检测组件上的系杆(tierod)(如下
面将进一步描述的)。
如图1中所示，使夹具22和锚板24对准，以允许锚杆26的 两端穿过对应的孔。并且如优选实施例中所示，夹具22的支撑法 兰37和锚板24的尺寸大于法兰18的直径，以允许锚杆的对应接合。
如图1中所示，检测组件包括第一密封装置12。第一密封装置 12包括适于接收在管子14的腔内的密封板48。密封板48的直径 小于管子14的内径。密封板设置有多个周向间隔的螺栓50。螺栓 50通过焊接或通过螺母(未示出)可以永久性地固定在密封板48 上。如应理解的，螺栓50可以通过任何本领域技术人员已知的装 置固定到板48上。第 一密封装置12还包括圈环(annular ring ) 52 和环形垫板54。在密封板48与圏环52之间以及圈环52与垫板54 之间分别设置有弹性密封件56和58，如O型环等。如所示的，螺 栓50穿过设置在垫板54上的孔(未图示)延伸，并且通过相配合 的螺母60固定。
13如可以看到的，当第一密封装置12的部件处于适当位置时， 螺母60的拧紧使得密封板和垫板54朝向彼此前移。这一动作使得 弹性密封件56和58变形。使这种变形径向向外地转移，从而^f吏密 封件紧密接触管子14的内壁。以这样的方式，在第一密封装置12 与管子14的内壁之间形成两个密封。在一个优选实施例中，4妻近 管子14的壁的圏环52的外^彖向内倾i纤，以有助于密封件的这种径 向向外的变形。然而，可以〗吏用各种其它的方法来产生这种直4妄的 变形。例如，环可以设置有凸缘(ledge),以防止密封件的向内变 形，由此，迫使任何变形都仅仅在向外的方向上发生。而且，尽管 在本说明书中描述了螺栓50和螺母60的实施例，但应理解的是， 可以使用任何的支承方法来使得密封板和垫板一起前移。例如，可 以使用液压装置，而非诸如使用螺栓和螺母的机械装置。在这种情 况下，螺检可以用液压缸替代。本领域:技术人员将知晓各种其它施 加力的装置。
本发明的密封板48还设置有排放管62,该排放管从设置在板 48上的中心开口 64延伸。排放管62可以焊接或者用螺栓固定在密 封板48上或者使用任何其它装置连接在其上。排放管62用于在检 测组件的相对侧之间提供连通路径，由此，作为排放任何容纳在穿 过其中的管子中的烟气或气体等的通道。在一个优选实施例中，诏: 置有一个排;故管。然而，如本领域4支术人员应理解的，当需要或期
望时，可以使用任意数量的排放管。
在一个实施例中，密封板48也可以设置有沿与排放管62相同 的方向延伸的一个以上的系杆63。系杆通常是实心的，并以如对于 排放管62的任何方式固定到密封板48上。在一个实施例中，系杆 可以焊接到密封板上。
与第一密封装置12相对，检测组件包括第二密封装置16。第 二密封装置16包括大体上为圓盘形的盖板(blind flange) 66，该盖板使用通常设置在法兰上的螺栓孔固定到法兰18的外表面上。为 了方便，没有示出将盖板66固定到法兰18上的螺栓和螺母，但是 对于本领域技术人员将是显而易见的。也没有示出用于在盖板66 与法兰18之间形成密封的通常公知的密封件。这种密封件通常包 括设置在盖板66与法兰18的相对面之间的垫圈等。
排;改管62和系杆63穿过i殳置在盖才反66上的开口延伸。这些 开口可以通过任4可装置密封，诸如通过如O形环的弹性密封件或者 通过填函冲+等。在如图l所示的实施例中，围环每个排方文管62和 系杆63的周向均随轴密封板一起设置有O形环。这是参照排放管 62示出的，其中O形环净皮示出为元件68，而轴密封4反^皮示出为元 件70。通过i殳置连4妾至盖纟反66的外表面并乂人该外表面向外(即， 远离法兰18)延伸的两个以上的螺栓71来形成密封。然后将包括 用于接收排放管62和螺栓71的开口的轴密封板70放置在适当位 置。接下来将螺母72安装在螺栓71上并拧得足够紧，以形成所需 的密封。如上所述，在每个系杆63 (存在之处)上也i殳置有类似的 密封装置。在另一个实施例中，通过设置带有螺紋外壁的排放管62 (或系杆63)而可以省去螺4全71。以这才羊的方式，轴密封才反70通 过配合地接合排放管62的螺紋外壁的螺母可以固定到盖板上。对 于本领域:技术人员而言，用于密封盖板中的且排放管62和系杆63 从中穿过延伸的开口的各种其它方法将是已知的。而且，尽管图1 中示出了多个单独的轴密封板70,但应理解的是，在其它实施例中， 可以使用具有用于接收排放管62和系杆63的开口的单个板。还应 理解的是，轴密去于才反70或一反可以具有<壬4可形二|犬，T者如圆盘形或长 方形。
盖并反66还i殳置有至少一个充填口 (fill port) 74和至少一个排 放口 76。每个充填口 74和排;改口 76都包括一个穿过盖板66的通 道。这些通道允许分别将加压流体充填和排^L到形成在第 一 密封装
15置12、盖板与管子14的内壁之间的检测区域78中。充填口 74连 接到加压流体源(未示出)。排放口 76用于在充填操作开始时协助 排出才企测区域78中的气体。 一旦所有气体都排出，可以关闭排方文 口 76,以允许对;险测区域78进4亍加压，如以下将进一步"i仑述的。 应理解的是，充填口和排放口的构造可以根据盖板66的尺寸而改 变。
如图1中所示，排放管62和系杆63的外端带有螺紋，以接收 螺母80。螺母80用于将排;改管62和系杆63固定到如以下将进一 步描述的4苗^反上。
同样如所示的，锚杆26的两端可以设置有螺紋外壁，以接合 相配合的如同样以下将进一步描述的螺母82。
现在将参照图1的设备描述本发明的方法。根据本发明的一个 实施例，该方法的第一步骤包括密封组件的安装。在该过程中，首 先将第一密封装置12插入到具有待检测的焊缝的管子14内，其中， 这一焊缝用于连接法兰18。第一密封装置12被插在焊缝的上游， 以使焊缝位于第一密封装置与法兰18之间。在插入第一密封装置 12之前，可以首先以不固定的状态预组装密封板48、环52、垫板 54密封件56和58、以及螺母60,然后将它们一起插入到管子14 内。 一旦处于所期望的位置，接下来可以拧紧螺母60,从而与管子 14内壁形成所需的密封。可选择地，各种部件可以分别插入到管子 14内并且就;也进4亍连4妄。
一旦将第一密封装置12设置并固定在与管子内壁的密封装配 中，接下来安装第二密封装置16。在这个过程中，首先将第二密封 装置的盖板66安装到法兰18的外表面上。如上所述，在法兰18 与盖板66之间设置有垫圏或其它这样的密封装置，以在二者之间 形成密封。同样如上所述，盖纟反66设置有与通常设置在法兰18上的螺栓孔相对应的多个螺栓孔。因此，在安装时，为盖板66定向， 从而允许法兰螺栓、排放管62和系杆63穿过它们对应的开口 。 一 旦盖板66处于适当位置，安装并拧紧螺母，以将盖板66固定到法 兰18的外表面上。此后，将一个以上的密封件68和轴密封^反70 设置在对应的排放管62和系杆63 (存在之处)上。然后设置并柠 紧所需的螺母72,以密封设置在盖板中用于接收排放管62和系杆 63的开口。在这个阶段，安装完密封组件，并可以开始焊缝17的 压力才佥测。然而，根据本发明，在开始这一才企测之前，还应当安装 力口固组件20。
在安装加固组件20时，首先将圓周夹具22设置在管子14的 外壁上。如上所述，夹具22通常^皮i殳置成围绕管子14的周向的两 个相配合的部件。夹具22优选地设置在管子上比第一检测装置更 靠上游处。 一旦夹具22处于所期望的位置，拧紧螺母33，从而与 管子14的外表面形成密封摩擦配合。如在本申请人的第 WO2006/069446号共同未决PCT公开中所说明的，这类圆周夹具 能够承受高程度的轴向力。
在将夹具22固定到管子14的外表面上以后，接下来将锚杆26 置于i殳置在夹具的支撑法兰37上的对应的孔中。此后，通过对准 锚板24以允许排;故管62、系杆63和锚杆26穿过i殳置在锚^反24上 的它们相应的开口来设置锚板24。 一旦锚板处于适当位置，将螺母 80固定在排放管62和系杆63上。无需扭转螺母80。此后，设置 安装在锚杆26上的螺母82,以固定锚玲反24 。
在这个阶革爻，通过i殳置在盖4反66上的充填口 74将加压流体引 入到检测区域78内。如上所述，在充填过程中，排放口76可以用 于排出任何容纳在检测区域78内的气体。 一旦所有气体都排出， 可以关闭放气口 ，并继续充填过程直到检测区域内达到所期望的压 力。然后，监控这一压力，通过压降来表示焊缝17的完整性缺陷。
17如本领域^支术人员应理解的，鉴于以上描述，本发明的各种特
征是显而易见的。首先，在不给焊缝17施加任何压缩力的情况下 进行检测区域78的压力检测。以这样的方式，进行精确检测。而 且，由于第一检测装置连接至包括锚板24和圓周管子夹具22的加 固组件，阻止了第一4企测装置12的任〗可轴向运动。以这样的方式， 可以在没有4企测工具乂人管子14中"吹出，，的可能性的情况下进4亍 检测。
作为另一特征，需注意的是，第一密封装置12的密封件56和 58暴露于4企测区域78内的加压流体。像这样，因此，冲全测区域78 内流体的压力将迫使这些密封件径向向外，由此进一 步增大第 一 密 封装置12与管子14的内壁之间的密封力。
图4中示出了该设备的另一个实施例，其中，与图l中的那些 相同的元件用相同的参考标号指出。在图4的实施例中，示出了第 一密封装置的变体。在这种情况下，环52以及弹性密封件56和58 用环形的可充气气嚢90替^^。如所示的，气嚢9(H皮置于贴靠管子 14的内壁，并通过螺纟全50和垫纟反54支撑在这一位置。如应理解的， 在该实施例中的密封是通过首先拧紧螺母60而形成的，直到气嚢 90处于所期望的位置。然后，通过气嚢充填口 92将加压流体(例 如，空气、水、液压流体等)引入到气嚢内。在4吏用水、液压流体 或其它这种介质而非空气的情形中，气嚢上也设置有排放口 94,以 助于在充填操作期间排出任何空气。
图5示出了本发明的另一个实施例，其尤其适于才企测更小直径 的管子，并且其中，与图1中的那些相同的元件用相同的参考标号 指出。在图5的实施例中，加固组件20大体上与上述的相同，并 且包括圆周夹具22和通过锚杆26连4妄的锚才反24。然而，由于管子 14的小的直径，无需上述的系杆。因此，锚板通过螺母80固定到 排方文管62上。如图5中所示，第一密封装置也与图1中所示的不同。具体地， 由于管子14的更小的直径，通常用环形的承压盘100替代垫板54。 盘100包括大致位于中心的孔，排放管62穿过该孔延伸。排放管 62在至少接近于盘100处包括螺紋外表面，以接收并接合螺母102。 螺母102的拧紧迫使盘100朝向密封板48移动，由此引起弹性密 封件104的变形。为了有助于形成密封，盘100的外弹性件，接触边 缘可以包括如图6中所示的斜面，以径向向外地引导密封件而贴靠 在管子14的内表面上。密封件104可以包括0形环等。
在另一个实施例中，如图7中所示，图5中所示的i殳备可以i殳 置有双重密封。如图7中所示，在密封板48与承压盘100之间设 置有环形体106。该环形体通过弹性密封件104 (例如O形环等) 与密封板48和承压盘100隔开。当螺母102在排放管62上前移时， 承压盘压缩该组件，由此使密封件104径向向外地变形而贴靠在待 检测的管子的内壁上。如应理解的，除仅使用了单个螺母102以夕卜， 这种形成双重密封的方法与参照图1的i殳备所描述的类似。
图8是图5中所示i殳备的另一个实施例，其中，相同的元件用 相同的参考标号表示。在该实施例中，弹性密封件包括楔形体108。 在这种情况下，承压盘110包括在临近弹性件的外边缘上的斜面。 如所示的，承压盘110上的斜面与弹性件的楔块相对。因此，如本 领域技术人员应理解的，当螺母102前移时，承压盘110使得弹性 件108向外膨胀，从而与管子14的内壁形成密封。
图9示出了图5中所示设备的另一个变体，其中相同的元件用 相同的参考标号表示。在该实施例中，图5的承压盘IOO用共轴地 设置在排放管62上的套筒112替代。套筒112在其上游端包括支承 弹性密封件104的岸义压盘部114。套筒的下游端或外表面端穿过4苗 板24中的开口延伸。如图9中可以看到的，螺母80的拧紧使得套 筒向上游前移，因此使得承压盘部114支承弹性件104。因此，弹性件104变形并径向膨力长，乂人而形成贴靠管子14的内壁的密封。 如上所述，承压盘部114外密封件接触边缘可以设置有斜面，以确 保弹性件的径向膨胀。应理解的是，图9的实施例还可以设置有如 图7中所示的环形体106和另一弹性元件，乂人而与管子内壁形成双
重密封。
图10示出了本发明的另一个实施例以及图9中所示实施例的 变体。在图10中，密封组件也包括共轴地设置在排放管62上的套 筒112。然而，在所示实施例中，省去了承压盘部，而套筒112设 置有增大直径部116。如可以看到的，增大直径部116用于占据枱r 测区域78的大部分容积，由此减少进行冲企测所需的加压流体的量。 增大直径部116的上游端紧密4妄触弹性密佳t件104，并且可以如上 所述的设置有用于促进密封件104与管子14的内壁之间的密封接 合的倾斜边乡彖。在如图9所示的实施例中，套筒112贴靠弹性件104 的前移通过拧紧设置在排放管62上的螺母80来实现。尽管图10 的实施例示出了使用单个弹性件，但应理解的是，也可以使用如上 所述的双重密封。
上面的描述主要集中在使用本发明的设备来进行对将法兰18 连接到管子14的端部的焊缝17的检测。然而，该设备也适于将法 兰18焊接到管子14上的保险装置。该实施例在图11中示出，其 中，与前面的附图中所示的那些类似的元件用相同的参考标号标 出。如所示的，包括通过锚杆26连接到一起的夹具22和锚外反24 的加固组件20基本上与上述的相同。然而，应注意的是，与锚杆 26相配合的螺母82安装在支撑法兰37和锚板24的相反侧上。这 样的定向用于在锚杆26上施加压缩负荷，其中锚板被朝向圓周夹 具22的支撑法兰37推进。该定向与上面参照焊4妄;险测方法所i仑述 的相反，其目的将进一步"i仑述于下。
20同样如图11中所示，仅仅设置有第一密封装置12。如下面将 进一步论述的，无需第二密封装置。具体地，图11中所示设备的 目的是将管子14的端部与其上游部分隔开，从而允许将法兰18焊 接到管子的端部上。为此，将第一密封装置插入到管子内并且以上 述方式密封于管子的内壁。即，将第一密封装置12插入到管子内 管子端部上游的一位置。然后，拧紧螺母60,从而与管子14的内 壁形成密封。因此一旦安装好第一密封装置，它将作为存在于管子 14内的任何烟气等的隔离物。排放管62用于允许任何这样的烟气 逸出，而不会妨碍焊4妻过程(以下所描述的)。
一旦安装好第 一密封装置，接下来可以以与上述的相同的方式 来安装加固组件。即，将圆周夹具22设置在管子14的外表面上。 夹具22优选地设置在第一密封装置12上游的某一距离处。 一旦将 夹具22固定到管子14上，然后将锚杆26和锚外反24安装到如上所 述的位置。更具体地，将锚杆设置在夹具22的支持法兰37上的对 应开口中，然后为锚板定向，从而使其中的相应开口接收锚杆26、 排放管62和系杆63 (存在之处)。然后，拧紧螺母80和82,以防 止第一密封装置12与锚板24之间以及锚板24与夹具22之间的相 对运动。加固组件的目的是在烟气聚集在第一密封装置12上游的 排^:管62不能阻止压力升高的位置处的情况下，防止第一密封装 置12的任何移动。因此，排放管62和/或连接到锚板上的系杆63 的组合防止了第一密封装置的向外移动。这是通过将锚板24固定 到夹具22上来实现的。
一旦安装好第一密封装置12和加固组件20， 4妄下来通过焊4妄 可以将法兰18'连接到管子14的端部上。图11中示意性地示出了 焊枪120。
在一个实施例中，优选地，图11中所示设备设置有第二组螺 母81，这组螺母i殳置在排方文管62和系杆63上且位于锚才反24的背
21面。换句话说，螺母81设置在与上述螺母80相对的位置。如应理 解的，相对的螺母允许设备适应作用在两个轴向方向的力。
图12示出了图11中所示设备的变体。在图12中，包^^圓周 夹具22、锚杆26及相关的螺母82、和锚板24的加固组件与上面 论述的相同。应注意的是，夹具具有与管子14壁的更宽的接触表 面。应理解的是，更大的4妄触表面积导致增大的摩"l察阻力，因此导 致更大的夹紧力。本发明并非限于夹具22或相关部件的任何特定 尺寸。图12还示出了在前面的附图中标记为元件37的支撑法兰的 变体。在图12中，支撑法兰包括环形板125,该环形板通过螺栓 127和相关的螺母固定到夹具22上。在操作时，环形板125起着与 前述附图中的支撑板37相同的作用。
如上所述地设置第一密封装置12。然而，应注意的是，图12 中的第一密封装置包4舌圏环130，该圈环流体连4妄至充填口 132和 排;改口 134。 口 132和134穿过圈环130延伸，并且沿朝向管子14 的内壁方向通向圈环的外壁(当环130处于管子14内的适当4立置 时)。第一密封装置的布置基本与本申请人先前的第6,131,441号和 第5,844,127号美国专利中所教授的隔离/检测工具相同。在操作时， 如上所述地安装第一密封装置。即，将各个部件组装在管子14的 内部或外部，并拧紧螺母60，以使弹性密封件56和58贴靠管子 14内壁。如上所述，这导致在第一密封装置12与管子14内壁之间 形成双重密封。此时，将加压流体引入到充填口 132中，并允许其 充i真两个弹,性ff 56和58、圈环130的外壁以及管子14的内壁所限 定的空间。排放口 134用于排放任何存在于该容积内的空气。 一旦 排净该容积内的空气，关闭排》文口 134,并且充填该容积并对其加 压。在这一阶段，加压容积在第一密封装置12与管子14内壁之间 产生第三密封。如应理解的，这类三部分密封用于有效地防止任4可 烟气等穿过第一密封装置12。而且，通过将第一密封装置固定到加固组件上，防止了第一密 封装置的任何轴向位移。
在图12中示出了这样的变体，其中，第一密封装置偏压锚板。 在上述实施例中，加固组件的锚板固定在排放管和/或系杆上。然而， 在图12所示实施例中，锚板i殳置有一个以上的延伸臂。图12示出 了示出为140和142的两个这样的加固臂，每个加固臂都与锚板24 连接或者与锚板形成一体，并且基本垂直于锚板延伸。臂140和142 延伸到管子14的内部。臂140和142终止于偏压第一密封装置12 的密封板48的垫板144。在纟喿作时，臂140和142以与上述排;改管 和/或系杆相同的方式起作用。
在另一个实施例中，臂140和/或142可以包4舌单个的管状体。 在这种情形中，应理解的是，垫板144优选地包括环形板。对于本 领域技术人员而言，臂140和142的各种替代物将是显而易见的。
图13中示出了设备的另一个实施例，其为图1的设备的变体， 其中与图1的那些相同的元件用相同的参考标号指出。在图13的 实施例中，在图1中标记为元件66的盖外反由示出为元件66a的变 体替代。在这种情况下，如能够看到的，盖板66a ^皮i殳计成插入到 管子14的内腔中。盖泽反66a的内表面(即，背离法兰18的表面) 适于邻近圏环52设置，并且以与图1的垫板54相同的方式使弹性 密封件56和58压缩和变形。密封件56和58的功能基本与以上关 于图1所描述的相同。
盖板66贴靠密封件56和58的前移通过传递由套筒148上的 且与系杆63和排》文杆62相关的螺母81所施加的压缩负荷来完成。 如图13中所示，套筒148适于可滑动地且共轴地i殳置在每个系才干 63和排》丈杆62上。每个套筒的一端邻^妾轴密封^反70，而另一端邻 接螺母81。在一个优选实施例中，套筒148与螺母81之间可以设置有垫片150等。如本领域技术人员应理解的，螺母81的柠紧将 使得套筒148贴靠密封板70轴向地前移。这又使得密封板70支承 盖板66a,从而使得弹性密封件56和58变形。
同样如图13中可以看到的，排放口 74a和充填口 76a也与图1 中所示的类似，但是现在可以包括穿过盖板66a的单个孔。
图13的设备的才喿作基本与关于图1所述的相同。唯一的不同 是拧紧螺母81 (以上述方式)，以首先在密封件56、 58与管子内壁
之间产生周向密封。
如图12中所示，在本发明的一个实施例中，可以4吏用三级密 封机构，其中，由弹性件或密封件(如O形环)形成的一对密封件 随这些密封件之间的加压容积一起4吏用。图14a中示意性地示出了 这类密封布置。如所示的，通过柠紧螺母60由此4吏垫板54贴靠圈 环130前移来使两个密封件56和58变形。然后，使用口 132和134 使形成在管子14、圏环130与密封件56和58之间的容积152加压。
在图14a中所示布置的一个变体中，图14b也包括同样的三级 密封装置，但包括另一位于设置在圏环130上的凹槽156内的弹性 件154。该凹槽156i殳置在圏环130的面向密封净反48的表面上。以 这样的方式，当由于螺母60的拧紧而使得圏环130前移时，弹性 件154压在密封板48上，从而在其间形成密封。圈环130还设置 有一个以上的口 158,这些口在容积152与形成在圏环130、密封 板48与密封件56和154间的环形空间160之间形成连通通道。在 操作时， 一旦形成密封件56、 58和154，如上所述地使容积152加 压。在这个过程中，通道158 4吏得包括;降形成的环形空间160的第 四加压容积形成。以这种方式，图14b中所示实施例形成了四个密 封。 一方面，本发明提供了一种如图14b中所示的、其自身形成内管密封组件的密封设备。这种组件应被理解为可随上述的轴向加固 i殳备一起或单独4吏用。
尽管已参照某些具体实施例描述了本发明，但对于本领域技术 人员而言，在不背离如所附权利要求所概况的本发明的目的和范围 的前提下，各种更改将是显而易见的。此处所引用的所有现有技术 的公开内容作为整体结合于此作为参考。
权利要求
1. 一种用于检测将法兰连接至管子端部的焊缝的完整性的焊缝检测设备，在使用时，所述设备包括a)检测组件，包括-第一密封装置，用于在所述管子内形成密封；-第二密封装置，用于密封所述法兰；-用于对所述第一密封装置、所述第二密封装置以及所述管子的内壁所限定的区域加压的装置；以及b)加固组件，用于固定所述检测组件，所述加固组件包括-夹具，固定在所述管子的外壁上；-锚板，与所述夹具间隔开并与所述法兰相对设置；-第一锚定装置，连接所述锚板和所述第一密封装置，以防止所述锚板和所述第一密封装置的分离；以及-第二锚定装置，连接所述锚板和所述夹具，以防止它们之间的相对运动。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述检测组件包括从中穿 过延伸的排放口 。
3. —种用于检测将法兰连接至管子端部的焊缝的完整性的方法， 包括-将第 一密封装置固定在所述管子内；-将第二密封装置固定在所述法兰上；-在所述管子内建立由所述第 一和第二密封装置以及所述管子的内壁限定的密封区域，所述密封区域包括所述焊缝； -设置夹具，以摩擦接合所述管子的外壁； -与所述法兰相对设置锚定装置；-将所述锚定装置连接至所述夹具，以防止它们之间的相 对运动；-将所述锚定装置连接至所述第一密封装置，以防止它们 之间的冲目只十运动；以及-用才企测流体充填所述密封区域并对其加压。
4. 一种用于隔离管子的端部的i殳备，包括a) 隔离组件，包括-密封装置，用于在所述管子内形成密封；以及b) 加固组件，用于固定所述隔离组件，所述加固组件包括-夹具，固定在所述管子的外壁上；-锚板，与所述夹具间隔开并与所述管子的端部相 对设置；-第一锚定装置，连接所述锚板和所述密封装置，以防止所述密封装置在所述管子内的轴向位移；-第二锚定装置，连接所述锚板和所述夹具，以防 止它们之间的相对运动。
5. 一种用于隔离管子的端部段的方法，包括-将密封装置固定到所述管子内，以将所述端部段与所述 管子的其余内部隔开；-设置夹具，以摩擦 接合所述管子的外壁；-与所述管子端部段相对设置锚定装置；-将所述锚定装置连4妄至所述夹具，以防止它们之间的相 对运动；-将所述锚定装置连接至所述密封装置，以防止所述密封 装置在所述管子内的轴向位移。
全文摘要
一种用于检测将法兰固定到管子端部的焊缝的完整性的设备和方法，其包括检测组件和加固组件。检测组件包括设置在管子内的第一密封装置和固定在法兰表面上的第二密封装置，以便在管子内形成密封区域，该密封区域与焊缝重叠。加固组件包括固定在管子外壁上的圆周夹具和与法兰相对设置的锚板。第一密封装置连接至锚板，以防止它们之间的相对运动。锚板连接至夹具，以防止它们之间的相对运动。焊缝检测步骤包括安装该设备，充填密封空间并对其加压以及监控其中产生的压力。加固组件防止了第一密封件分开，并且允许在没有给焊缝施加压缩力的情况下进行焊缝检测。本发明还提供了用于隔离管子的端部段的加固工具和方法。
文档编号G01M3/28GK101501470SQ200780029391
公开日2009年8月5日 申请日期2007年8月7日 优先权日2006年8月7日
发明者格伦·卡森 申请人:卡泊尔投资公司