Электроизолированное соединение трубопроводов

 

Использование: техника трубопроводостроения в газовой, нефтяной и др. областях. Сущность изобретения: в электроизолированном соединении, содержащем металлические патрубки с кольцевыми утолщениями и крепежный элемент в виде втулки из волокнистого композиционного материала, патрубки выполнены из трубы, а кольцевые утолщения в количестве не менее двух на каждом патрубке выполнены из предварительно завальцованных профилей, неподвижно соединенных с патрубками, например, сваркой. Уплотнение выполнено в виде кольцевой манжеты из газонепроницаемого материала, охватывающей торцы патрубков, обращенных друг к другу, между которыми установлено защитное кольцо. 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к технике трубопроводостроения в газовой, нефтяной, химической и др. отраслях промышленности.

Электроизолированные соединения применяются для электрического разъединения трубопроводов с целью защиты от коррозии за счет увеличения продольного сопротивления, препятствующего распространению блуждающих токов.

В технике известны электроизолированные соединения, например, быстроразъемное электроизолированное соединение трубопроводов. Соединение имеет патрубки с кольцевыми утолщениями в месте стыковки. Крепежный элемент выполнен в виде муфты с проточкой и гайки, коаксиально расположенных относительно патрубков и соединенных по резьбе. Соединение имеет электроизоляционные прокладки между смежными торцами патрубков и патрубком и муфтой. В утолщениях патрубков выполнены кольцевые проточки, в которых размещены уплотнения.

Указанное соединение имеет сравнительно высокую металлоемкость и трудоемкость изготовления (механической обработки) и практически непригодно для труб большого диаметра (1000, 1200, 1400 мм).

Данное соединение с течением времени может терять герметичность вследствие текучести материала электроизоляционной прокладки, что требует периодической подтяжки резьбы, а это трудно выполнимо при больших диаметрах трубопровода в полевых условиях и подземной прокладке. Кроме того, указанное соединение имеет недостаточную изгибную жесткость из-за наличия между патрубком и муфтой электроизоляционной прокладки из неметаллического материала. При укладке и в процессе эксплуатации трубопровода с указанным соединением это может вызывать нарушение его целостности.

В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации наиболее близким техническим решением, выбранном в качестве прототипа, является соединение труб (GB, заявка N 1396119, кл. F 16 L 47/02, 1975), содержащее металлические патрубки с выступами на концах, удерживающими армированную пластиковую втулку. Указанное соединение является электроизолированным в силу диэлектрических свойств материала армированной пластиковой втулки. Высокие физико-механические свойства армированного пластика обеспечивают достаточную прочность и жесткость соединения.

Трудоемкость изготовления втулки из армированного пластика (волокнистого композиционного материала), получаемой намоткой волокон, пропитываемых смолой, сравнительно невелика. Однако указанная конструкция, также как и описанная выше, обладает теми же недостатками.

Трудоемкость механической обработки и металлоемкость патрубков с выступами довольна велика, поскольку для их изготовления требуются заготовки в виде поковок или штамповок.

В данной конструкции соединения не исключена также утечка газа (жидкости), находящегося под давлением, за счет проницаемости материала втулки, поскольку известно, что пластики имеют низкую трещиностойкость и герметичность (см. например, Конструкционные стеклопластики, М. Химия, 1979).

Предлагаемое устройство позволяет устранить недостатки известных конструкций.

Указанная цель достигается тем, что в электроизолированном соединении, содержащем металлические патрубки с кольцевыми утолщениями и крепежный элемент в виде втулки из волокнистого композиционного материала, патрубки выполнены из трубы, а кольцевые утолщения в количестве не менее двух на каждом патрубке из предварительно завальцованных профилей, неподвижно соединенных с патрубками, например, сваркой, при этом уплотнение выполнено в виде кольцевой манжеты из газонепроницаемого материала, охватывающей торцы патрубков, обращенных друг к другу, между которыми установлено защитное кольцо.

Указанная совокупность признаков обеспечивает получение технического результата, заключающегося в повышении надежности, работоспособности соединения при одновременном снижении материалоемкости и трудоемкости изготовления.

Увеличение количества кольцевых утолщений не менее двух на каждом патрубке позволяет снизить уровень контактных напряжений на границе втулка-утолщение за счет увеличения площади контакта. Однако увеличение утолщений свыше 4.5 не имеет смысла, поскольку распределение осевых напряжений и деформаций в слоях композиционного материала втулки, охватывающей утолщение, имеет экспоненциальный характер. Кроме того, увеличение количества утолщений позволяет уменьшить их высоту, что приводит к снижению изгибных напряжений в утолщениях, а также снять ограничения по соотношению высоты профиля к радиусу при вальцовке.

Предварительная вальцовка профилей с последующей сваркой позволяет исключить нерациональную мехобработку патрубков, снизить металлоемкость и трудоемкость соединения. Изготовление патрубков из трубы облегчает врезку соединения в трубопровод, что также уменьшает трудоемкость работ по прокладке трубопровода.

Наличие кольцевой манжеты из газонепроницаемого материала, охватывающей торцы патрубков, позволяет обеспечить надежную герметичность соединения.

Защитное кольцо, установленное между торцами патрубков, обращенных друг к другу, предохраняет манжету от воздействия агрессивных компонентов газа (жидкости), а также от повреждения при прохождении по трубопроводу чистящих устройств, дефектоскопов и др.

Указанная совокупность признаков обеспечивает получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации совокупность признаков, характеризующая предлагаемое изобретение, не была обнаружена. Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию охраноспособности "новизна".

Предложенная конструкция соединения может найти применение в промышленности. Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию охраноспособности "промышленная применимость".

В конкретных случаях выполнения заявленное соединение может характеризоваться дополнительными признаками: кольцевые утолщения выполнены в поперечном сечении круглыми; кольцевые утолщения выполнены в поперечном сечении в форме трапеции; кольцевые утолщения имеют одинаковую площадь поперечного сечения; кольцевые утолщения имеют различную площадь поперечного сечения, при этом площадь утолщений равноудаленных от торцов патрубков, обращенных друг к другу, одинакова, а разноудаленных различна; на торцах патрубков, обращенных друг к другу, выполнены конические проточки с внутренних или внешних сторон; на торцах патрубков, обращенных друг к другу с наружной стороны, выполнены канавки, в которые входит кольцевая манжета; между манжетой и патрубками нанесен слой клея; втулка из волокнистого композиционного материала образована продольными и/или спиральными и кольцевыми слоями; продольные и/или спиральные слои волокнистого композиционного материала втулки последовательно охватывают кольцевые утолщения патрубков;
продольные и/или спиральные слои волокнистого композиционного материала втулки попарно охватывают кольцевые утоления, равноудаленные от торцов патрубков, обращенных друг к другу.

Указанные признаки обеспечивают получение дополнительных технических результатов, заключающихся в дополнительном повышении надежности, герметичности и прочности соединения при циклических нагрузках от внутреннего давления, а также при действии монтажных и эксплуатационных изгибающих моментов.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой конструкции соединения с круглыми кольцевыми утолщениями одинаковой площади;
на фиг.2 вариант конструктивного выполнения соединения с кольцевыми утолщениями различной площади поперечного сечения в форме трапеции;
на фиг. 3 увеличенное изображение торца патрубка с конической проточкой на наружной стороне
на фиг. 4 увеличенное изображение торца патрубка с конической проточкой по внутренней стороне;
на фиг. 5 увеличенное изображение торца патрубка с резьбовыми канавками мелкого профиля;
на фиг.6 увеличенное изображение торца патрубка с канавками прямоугольного профиля;
на фиг.7 вариант конструкции соединения со втулкой из волокнистого композиционного материала, продольные и/или спиральные слои которого последовательного охватывают кольцевые утолщения патрубков;
на фиг.8 вариант конструкции соединения со втулкой из волокнистого композиционного материала, продольные и/или спиральные слои которого попарно охватывают кольцевые утолщения, равноудаленные от торцов патрубков, обращенных друг к другу.

Возможность осуществления заявленного устройства подтверждается представленными фигурами, на которых цифрой 1 обозначены патрубки, изготовленные из тубы, 2 кольцевые утолщения, соединенные с патрубками 1 сваркой; 3 втулка из волокнистого композиционного материала; 4 кольцевая манжета из газонепроницаемого материала; 5 защитное кольцо. Кольцевые утолщения 2 могут быть в поперечном сечении круглыми или в форме трапеции, одинаковой или различной по мере удаления от торцов площади. На торцах патрубков 1 могут быть выполнены по внутренней или по наружной сторонам конические проточки 6. На торцах патрубков 1, обращенных друг к другу с наружной стороны, могут быть выполнены кольцевые канавки 7 различного профиля, в которые входит кольцевая манжета 4. Между манжетой 4 и патрубком 1 может быть нанесен слой клея 10.

Втулка 3 из волокнистого композиционного материала содержит продольные и/или спиральные 8 и кольцевые 9 слои. Продольные и/или спиральные 8 слои волокнистого композиционного материала охватывают кольцевые утолщения 2 по наружным и боковым поверхностям последовательно или попарно.

Изготовление заявленного изобретения производится путем установки на оправке соосно друг другу предварительно изготовленных патрубков 1 с приваренными кольцевыми утолщениями 2. Патрубки 1 устанавливаются с зазором, в котором и монтируется (или формуется) защитное кольцо 5, поверх которого устанавливается предварительно изготовленная (или формуемая в процессе изготовления соединения) кольцевая манжета 4, охватывающая торцы патрубков 1. Далее производят намотку продольных и/или спиральных 8 и кольцевых 9 слоев волокнистого композиционного материала, образующих втулку 3, при этом продольные и/или спиральные 8 слои охватывают кольцевые утолщения 2 по наружным и боковым поверхностям и чередуются с кольцевыми 9 слоями.

При намотке и полимеризации волокнистого композиционного материала происходит прочное соединение втулки 3 с патрубками 1 по всей поверхности их контакта, включая наружные поверхности патрубков 1 и кольцевых утолщений 2.

Изготовленное электроизолированное соединение собирается путем сварки с трубопроводом.

При транспортировке под давлением газа (жидкости) по трубопроводу втулка 3 совместно с патрубками 1 обеспечивает восприятие нагрузок в окружном и осевом направлениях, а кольцевая манжета 4 из газонепроницаемого материала - надежную герметичность соединения при любом сочетании эксплуатационных нагрузок.

Зазор между металлическими патрубками 1 в совокупности с диэлектрическими свойствами материала втулки 3, кольцевой манжеты 4 и защитного кольца 5 обеспечивает надежную электрическую изоляцию соединения. Защитное кольцо 5 предохраняет манжету 4 от химического и механического воздействия.

Формула изобретения

1. Электроизолированное соединение трубопроводов, содержащее металлические патрубки с кольцевыми утолщениями и крепежный элемент в виде втулки из волокнистого композиционного материала, отличающееся тем, что кольцевые утолщения выполнены из предварительно завальцованных профилей и соединены, например сваркой, с патрубками, выполненными из трубы, при этом между торцами патрубков, обращенных друг к другу, установлено защитное кольцо, а концевые участки патрубков охвачены уплотнением, выполненным в виде кольцевой манжеты из газонепроницаемого материала.

2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что кольцевые утолщения выполнены в поперечном сечении круглыми.

3. Соединение по п.1, отличающееся тем, что кольцевые утолщения выполнены в поперечном сечении в форме трапеции.

4. Соединение по п.1, отличающееся тем, что кольцевые утолщения имеют одинаковую площадь поперечного сечения.

5. Соединение по п.1, отличающееся тем, что кольцевые утолщения имеют различную площадь поперечного сечения, при этом площадь утолщений, равноудаленных от торцов патрубков, обращенных друг к другу, одинаковая, а разноудаленных различная.

6. Соединение по п.1, отличающееся тем, что на торцах патрубков, обращенных друг к другу, выполнены конические проточки с внутренних или внешних сторон.

7. Соединение по п.1, отличающееся тем, что на концевых участках патрубков, обращенных друг к другу, выполнены канавки, в которые входит кольцевая манжета.

8. Соединение по п.1, отличающееся тем, что между манжетой и патрубками расположен (или нанесен) слой клея.

9. Соединение по п.1, отличающееся тем, что втулка из волокнистого материала образована продольными и/или спиральными и кольцевыми слоями.

10. Соединение по п.1, отличающееся тем, что продольные и/или спиральные слои волокнистого композиционного материала втулки последовательно охватывают кольцевые утолщения.

11. Соединение по п.1, отличающееся тем, что продольные и/или спиральные слои волокнистого композиционного материала втулки попарно охватывают кольцевые утолщения, равноудаленные от торцов патрубков, обращенных друг к другу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8