JPH09511045A

JPH09511045A - 拡開可能なプラグ及び制御方法

Info

Publication number: JPH09511045A
Application number: JP7516396A
Authority: JP
Inventors: チャップマン、ピーター・グランヴィル; ウォリス、アラン・ケネス; カウリング、レスリー・ハーバート
Original assignee: Vinidex Tubemakers Pty Ltd
Current assignee: Vinidex Tubemakers Pty Ltd
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1994-12-21
Publication date: 1997-11-04
Anticipated expiration: 2018-04-21
Also published as: AUPM307693A0; CN1138375A; NZ277734A; DE69430072T2; ES2171528T3; WO1995017642A1; ATE214137T1; NO962623L; PT738379E; NO962623D0; MY137989A; EP0738379B9; DE69430072D1; EP0738379A4; JP3398153B2; RU2141601C1; US6053210A; EP0738379B1; EP0738379A1; NO318499B1

Abstract

(57)【要約】本発明は、第１実施形態では、管内での圧力又は流量を調整する拡開可能なプラグを提供する。プラグは、入口（１４）により導入される内部流体圧力による直径方向拡開のための膨脹可能な袋体（１２）を有する。プラグは袋体の直径方向支持を与えるため、袋体の膨脹に際して、横方向に拡大するコード（２８）の包囲体（２６）により補強される。本発明の第２実施形態では、内経ｄの管内に配置される拡開可能なプラグは、式Ｐ_p＝△Ｐ＋Ｐ_dにより制御される。ここで、Ｐ_pはプラグ内の内圧であり、△Ｐはプラグ内外の圧力差であり、Ｐ_dは直径ｄについてのプラグ自由拡開圧力である。

Description

【発明の詳細な説明】拡開可能なプラグ及び制御方法発明の背景本発明は、管内の圧力又は流れをシールもしくは調整するようになっている拡開可能なプラグに関し、また、制御方法に関するものである。この一般的な型式の拡開可能なプラグは、幾つかの理由、例えば、望ましいシールや調整の位置が管に関して定まっていなかったり、望ましいシールが一時的であったり、管の外部に接近不能であったりするため、流れの通常の弁止めが不適当である場合に適用例が見られる。拡開可能なプラグの設計及び構造に関する一般的な解決策は、弾性筒体又は袋体の使用を含んでおり、該筒体又は袋体の直径を増大させる。これは、種々の機械的手段により、或いは内部圧力の付加により行いうる。使用に際し、プラグは拡径や軸方向スラストに耐える必要があり、後者は、摩擦（プラグが管に関して移動する場合）や、プラグ内外の管流体圧力差による。機械的に拡開されるプラグは、拡開比が比較的に小さく及び／又は軸方向スラストが低い場合についてだけ適している。例えば、プラグが拡開されない時の管の不当な流体圧障害を許容できない場合や、プラグの背後の流体圧力により管の直径が変化する、即ち拡開する場合には、より大きい拡開比が必要となる。そのような適用については、内部圧力による拡開が望ましい。発明の要約本発明は、第１の形態では、膨脹式の拡開可能なプラグに関するものであり、膨脹のために過度の圧力を必要としないが、相当な軸方向スラストに耐えることができるプラグ構造を提供することを意図している。本発明のこの第１の側面は、内部流体圧力の適用により直径が膨脹するようになっている膨脹可能な袋体と、拡開流体源との連結のために袋体の内部と連通する流体入口手段と、プラグに対する軸方向補強を行うと共に袋体に対する直径方向支持をする複数の可撓性補強コードを含む補強手段とを備え、前記コードの各々は袋体の拡開により横方向に拡大する、拡開可能なプラグを提供する。コードは、複数のストランドで形成されるのが好ましく、該ストランドは一緒に撚り合わせられておらず、従って、袋体が膨脹する時に、各コードのストランドが横方向に拡がるのを許容する。コードは、袋体の外面を囲んで、袋体の直径膨脹に対して僅かな抵抗を与えるか、殆ど与えない包囲体を形成するように、袋体の軸方向の両端部間に延在するのが好ましい。本発明の第２の実施形態は、管内の圧力差を制御するように、即ち、以下の式によりプラグの内部圧力を制御することでプラグを通過する流体の漏洩を許容するように、管内の拡開可能なプラグの膨脹を制御する方法に関するものである。Ｐ_p＝△Ｐ＋Ｐ_d ここで、Ｐ_p ＝プラグに適用される圧力 △Ｐ＝プラグ内外の圧力差Ｐ_d ＝拘束することなく直径ｄまでプラグを拡開する圧力（自由拡開圧力）ｄ＝拘束する管の直径図面の簡単な説明本発明のより好ましい実施形態を添付図面に関して以下に説明する。図面中、図１は、好ましいプラグ構造を部分的に断面で示す概略側面図である。図２は、螺旋状補強コードを現すために除去された外装を備える袋体の部分斜視図である。図３及び図４は、プラグの拡開に伴うコードの拡張を概略的に説明している。図５〜図７は、本発明の第２実施形態による制御方法を示す概略図である。好適な実施形態プラグは全体として、間に円筒形の袋体１２が延在する一対の端末キャップ部材１０からなる。上流側端末キャップ部材１０ａは、袋体を膨脹する液体又は気体の受け入れのための流体入口１４を有する。実際には、これらの端末キャップは同一であり、下流側端末キャップは、背圧を与えるため遮断されるか、制限されている。少なくとも一方の端末キャップは、プラグに作用する軸方向スラストに抗して反作用支持をする外部支持体に物理的に接続される。この支持体は、拡開用流体を供給するパイプ（図示せず）により提供されるのが好ましい。袋体１２は、破裂することなく直径方向に膨脹するのを許容するため、高応力性及び低剛性を持つ弾性材料の管で形成すべきである。このことは特に、高拡開比を必要とする場合に重要である。この弾性袋体は、圧縮シール１６又は他の適当な手段により、端末キャップに固定される。各シールは、圧縮フランジ１８の軸２４上のナット２２を締め付ける時に、圧縮フランジ１８とスペーサブロック２２との間で圧縮される。補強外被２６は袋体の外面を囲む可撓性コード２８で形成され、該コードは図２でより良く示してある。コードは、各端末キャップに取り付けた一連の角度をなすアンカーピン３０（図１に示す）の周囲に巻くことにより固定してもよい。これらの非弾性材料製のコードは、袋体を収容し、直径方向の膨脹に対して僅かな抵抗を与えるか、殆ど抵抗を与えない。コード間の隙間は、プラグ周囲が拡開する時に増大する傾向がある。この隙間内では弾性袋体は未支持であり、従って、数多くの接近して位置するコードを使用すべきである。コードは必要であれば、プラグの外側を覆う第２の弾性外被３４により保護することができる。図２の実施形態では、コードは、反対方向の螺旋を持つ２層３２ａ，３２ｂ以上のコードであり、プラグの軸線に対して例えば１５°以下の小さい螺旋角度で配置される。このことは、コード方向の円周成分による直径方向の抵抗の僅かな増加を犠牲にするが、拡張中のコードの位置決めを助ける。最も商業的に入手しうる補強コードは、多数の個々のストランドを共に撚り合わせることにより作られている。この撚り合わせは、コードの広がりを防ぎ、より大きい弾性エネルギを与える。しかし、本出願人は、この特別な適用の場合において、通常の撚り合わせコードは、コードがエラストマー内で強い局部応力を引き起こし、袋体を切断する傾向があるので望ましくはないことを知見した。本出願人は、撚り合わせないコードを使用することにより、ストランドが袋体の膨脹表面全体にわたり横方向に移動し、負荷を拡散し、従って、袋体の切断を防ぐことを見出した。図３及び図４は、膨脹中のストランドのこの横方向運動を示す。図３は拡開していないプラグの平行コード形状を示す。図４は拡開した時の同じプラグを示す。撚り合わせていないコードの幅は、袋体が拡開するにつれて増加することが分かる。明瞭にするため、図３及び図４は、広く分離してコードを示している。実際には、コードは、僅かな隙間を有して又は隙間なしに、より稠密に詰められていることが好ましい。原理的に、コードは、一般的に、高引張強度、高弾性係数、高可撓性、関連する流体との適当な化学的適合性等の適切な特性を持つ任意の材料のものとすることができる。綿、金属又は合成繊維製コードを使用できる。非常に多数の非常に微細なストランドからなり、撚り合わせない形で得られるアラミドコードを使用して、非常に有用なプラグを構成できた。プラグの構造で重要なことは、コードは全て張力及び長さが等しいことである。他のコードより僅かに緩いコードは伸長し、弾性袋体に支持されない隙間を残す。等しい張力を達成する方法は、適当な剛性フレームにコードアンカーリングを取り付け、一定張力を確保するため、釣合い重りを使用してコードを巻くことである。変形実施形態では、補強外被は、袋体又は外装の弾性材料と一体的に形成されている。撚り合わせないコードの使用は、ストランドの横方向運動を許容し、拡開中に、コードが複合材料のエラストマーマトリックスを裂開する傾向を低減する。本発明による構造は、高度に異方性の特徴を持つプラグを提供する、即ち、１．破壊することなく、過大な圧力を必要とすることなく、直径方向の拡開を受ける能力、即ち、円周方向での高い歪性及び低剛性。２．プラグ内外の圧力差から生じる軸方向負荷を支える能力、即ち、軸方向における非常に高い強度及び高剛性。プラグの直径方向の拡開特性は、比較的低い自由拡開圧力を、即ち、拘束することなく管直径に対してプラグを拡開するのに要する圧力を生じる。これは、プラグ拡開圧力の微調整を許容し、従って、以下に説明するように、管内での上流側圧力又は流量の制御を許容する。驚くべきことに、本出願人は、以下の式で記載するように、正確で且つ予測できる関係が、拡開可能なプラグに内部で適用される圧力と、プラグの背部に維持される圧力との間に存在することを見出した。Ｐ_p＝△Ｐ＋Ｐ_d ここで、Ｐ_p ＝プラグに適用される圧力 △Ｐ＝プラグ内外の圧力差Ｐ_d ＝拘束することなく直径ｄまでプラグを拡開する圧力（自由拡開圧力）ｄ＝拘束する管の直径図５〜図７は、制御方法のパラメータを示す。図５はプラグの内側と外側に大気圧力がある拡開前のプラグを示す。図６において、プラグの内側に自由拡開圧力Ｐ_dの適用により、プラグは、拘束する管が存在せずに直径ｄまで拡開する。図７において、プラグは内経ｄの管３６の内側で拡開し、プラグの上流にある管の内側での体積は、△Ｐまで昇圧される。圧力差△Ｐを維持するのに必要な最小プラグ圧力Ｐ_pは、自由拡開圧力と圧力差の合計として計算しうる。本出願人は、上記の式に実質的に従ってプラグ内の内圧を制御することにより、プラグの上流の管圧力は、△Ｐを越える圧力差で流体がプラグを通して漏洩し始める時に、正確に制御できることを見出した。また、上記式に実質的に従う制御は、プラグと管との間に相対運動がある適用例において、特に、有用である。そのような適用例においては、保持される流体は、プラグの表面を通過して流れて薄いフイルムを形成するようになり、従って、この相対運動を滑らかにし、プラグの外面に作用する摩擦力を減少する。制御の感度は、プラグの自由拡開圧力に依存する。この圧力が非常に大きければ、シールを行うために大きなプラグ圧力が必要であり、これは、システムの細かい制御を禁じる。それ故、自由拡開圧力はできる限り低く保つ必要があり、その目的は、本発明の第１実施形態によるプラグ構造により達成される。圧力制御適用のために、そのようなプラグの一層重要な特徴は、直径に対する長さの比（Ｌ／Ｄ）に関するものである。プラグの最大拡開直径は、コードが球体を形成する時に生じるであろう。この点に達した後、圧力を更に増しても、直径の更なる増大にはならない。（実際には、プラグ内外の圧力差により、この点に決して達しない）。それ故、これはプラグの長さに関する下限界を設定する。この下限界に達すると、プラグの感度は減少し、即ち、自由プラグ拡開圧力は増加し、その限界内で無限に増加する。それ故、非常に長いプラグとするのが望ましいと間がえらられる。しかし、プラグが長過ぎると、安定性の問題が起き、それによって、プラグは上流端から下流端に向けて徐々に潰れ、保持される流体が噴出して開放されるということを発見した。Ｌ／Ｄの臨界比は、保持される流体や拡開流体の性質と共に、パイプワーク及びポンプの弾性や容積により制御される加圧システムのコンプライアンスを含む多数の要因に依存する。水の場合、プラグのために有効なＬ／Ｄ比は約８：１以下であることが分かった。本発明の特別な実施形態を説明したが、本発明は、その本質的特徴を逸脱することなく、他の特定の形で実施できることは当業者には明らかである。それ故、これらの実施形態は、全ての点で例示的と考えられ、限定的なものでなく、発明の範囲は添付した請求項により示され、従って、請求項の均等の意味及び範囲内に入る全ての変更は発明の範囲に含まれる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９６年２月２８日【補正内容】請求の範囲１．内部流体圧力の適用により直径方向の拡開に適合するようになっている膨脹可能な袋体と、拡開流体源との連結のため袋体の内部に連通する流体入口手段と、プラグに対する軸方向補強を行うと共に、前記袋体に対する直径方向支持を行う複数の可撓性補強コードを含む補強手段とを備え、前記コードの各々は前記袋体の膨脹により横方向に広がる拡開可能なプラグ。２．各コードは多数のストランドからなり、前記ストランドは共に撚り合わせられていない請求項１に記載の拡開可能なプラグ。３．前記コードは、前記袋体の外面を囲む包囲体を形成する請求項２に記載の拡開可能なプラグ。４．前記コードは、前記袋体の外面を実質的に完全に支持するように、密に配置されている請求項３に記載の拡開可能なプラグ。５．前記コードは、前記袋体の軸方向の両端間に延在する請求項４に記載の拡開可能なプラグ。６．前記コードは、前記袋体の前記外面の周囲で螺旋状に延びる請求項５に記載の拡開可能なプラグ。７．前記コードは、前記プラグの軸線に対して１５°以下の螺旋角度で延びる請求項６に記載の拡開可能なプラグ。１４．プラグ内外に圧力差△Ｐを維持するように、内経ｄの管内に配置される拡開可能なプラグの制御が、以下の式により、実質的に内部圧力Ｐ_pをプラグに適用することによりプラグを拡開することからなる制御。Ｐ_p＝△Ｐ＋Ｐ_d ここで、Ｐ_dは、制限なく管直径ｄまでプラグを拡開するのに必要な内部圧力である。１５．プラグと管との間での相対運動により、内経ｄの管内に配置される拡開可能なプラグを介して所要の圧力差を維持し、他方、以下の式により、実質的にプラグ内の内圧Ｐ_pを適用し、維持することによりプラグの拡開から起きる管内で、流体のプラグを通過する潤滑流体の漏洩を許容する方法。Ｐ_p＝△Ｐ＋Ｐ_d ここで、Ｐ_dは制限なく管直径ｄにまでプラグを拡開するのに要する内圧である。１６．以下の式に実質的に従ってプラグ内の内圧Ｐ_pを適用し、維持することによりプラグを拡開させることからなる、内経ｄの管内に配置される拡開可能なプラグ内外に所望の圧力差を維持する方法。Ｐ_p＝△Ｐ＋Ｐ_d ここで、Ｐ_dは制限なく管直径ｄにまでプラグを拡開するのに要する内圧である。【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９６年４月１６日【補正内容】８．前記プラグは、反対方向の螺旋となって延びる２層以上のコードを有する請求項６に記載の拡開可能なプラグ。９．前記コードは、実質的に等しい張力と長さである請求項３に記載の拡開可能なプラグ。１０．前記プラグは、更に、前記袋体のそれぞれの対向端に上流側端部材及び下流側端部材を備え、前記端部材の少なくとも一方は、前記流体入口手段と、外部支持体のための連結手段とを提供している請求項１又は２に記載の拡開可能なプラグ。１１．前記プラグは、長さに対する直径の比が８：１以下である請求項２に記載の拡開可能なプラグ。１２．前記プラグは、更に、前記コードの外側にある外被を含む請求項３に記載の拡開可能なプラグ。１３．拡開可能なプラグを通る内径ｄの管内の流体の潤滑流の漏洩が起きるのを許容しながら、前記プラグと前記管との間での相対運動により、前記管内に配置される前記プラグの内外に所望の圧力差ΔＰを維持する方法であって、以下の式に実質的に従って前記プラグにおいて内圧Ｐ_pを適用し、維持することにより前記プラグを拡開させることからなる、所望の圧力差を維持する方法。Ｐ_p＝△Ｐ＋Ｐ_d ここで、Ｐ_dは、拘束することなく管直径ｄまで前記プラグを拡開するのに要する内圧である。１４．以下の式に実質的に従ってプラグにおいて内圧Ｐ_pを適用し、維持することにより前記プラグを拡開することからなる、内経ｄの管内に配置される拡開可能なプラグ内外に所望の圧力差△Ｐを維持する方法。Ｐ_p＝△Ｐ＋Ｐ_d ここで、Ｐ_dは、拘束することなく管直径ｄまで前記プラグを拡開するのに要する内圧である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者チャップマン、ピーター・グランヴィルオーストラリア国、ニュー・サウス・ウェールズ 2065、グリーンウィッチ、ロナルド・アベニュー 45 (72)発明者ウォリス、アラン・ケネスオーストラリア国、サウス・オーストラリア 5073、トランメアー、バーキンショー・アベニュー 31エイ (72)発明者カウリング、レスリー・ハーバートオーストラリア国、サウス・オーストラリア 5110、バートン・パーク、キャステン・クレセント８

Claims

【特許請求の範囲】１．内部流体圧力の適用による直径方向の拡開のために採用される拡開可能な袋体と、拡開流体源との連結のため袋体の内部と連結する流体入口手段と、プラグに対する軸方向補強を行い、袋体に対する直径方向支持をする可撓性補強コードを含む補強手段とを備え、前記コードは各々袋体の拡開により横方向に拡大する拡開可能なプラグ。２．各コードは多数のストランドからなり、前記ストランドは共に撚り合わせられていない請求項１に記載の拡開可能なプラグ。３．前記コードは、袋体の外面を囲む包囲体を形成する請求項２に記載の拡開可能なプラグ。４．前記コードは、袋体の外面を完全に実質的に支持するように、接近して配置される請求項３に記載の拡開可能なプラグ。５．コードは、袋体の対向する軸方向端の間で延びる請求項４に記載の拡開可能なプラグ。６．コードは、袋体の前記外面の周囲で螺旋状に延びる請求項５に記載の拡開可能なプラグ。７．コードは、プラグの軸線に対して１５°以下の螺旋角度で延びる請求項６に記載の拡開可能なプラグ。８．プラグは、対向する螺旋内で延びる２層以上のコードを有する請求項６に記載の拡開可能なプラグ。９．前記コードは、実質的に等しい張力と長さである請求項３に記載の拡開可能なプラグ。１０．プラグは、更に、袋体のそれぞれの対向端にある上流端部材及び下流端部材からなり、前記端部材の少なくとも一方は、前記流体取り入れ手段と、外部支持体のための連結手段を提供する請求項１又は２に記載の拡開可能なプラグ。１１．プラグは、長さに対する直径の比が８：１以下である請求項２に記載の拡開可能なプラグ。１２．プラグは、更に、コードの外側にある外被を含む請求項３に記載の拡開可能なプラグ。１３．プラグを介する圧力差△Ｐで生じる管内の流体のプラグを通過した漏洩を許容するように、内経ｄの管内に配置される拡開可能なプラグの制御が、以下の式により、実質的に内部圧力Ｐ_pをプラグに加えることによりプラグを拡開することからなる制御。Ｐ_p＝△Ｐ＋Ｐ_d ここで、Ｐ_dは、制限なく管直径ｄまでプラグを拡開するのに必要な内部圧力である。１４．プラグ内外に圧力差△Ｐを維持するように、内経ｄの管内に配置される拡開可能なプラグの制御が、以下の式により、実質的に内部圧力Ｐ_pをプラグに適用することによりプラグを拡開することからなる制御。Ｐ_p＝△Ｐ＋Ｐ_d ここで、Ｐ_dは、制限なく管直径ｄまでプラグを拡開するのに必要な内部圧力である。