Узел соединения металлических труб
Изобретение относится к области изготовления труб, а именно узлов их соединения, выполняемых из композиционных материалов, и может быть использовано при изготовлении электроизолирующих, компенсационных и других вставок из композиционных материалов в нефтегазопродуктопроводах, тепловых сетях и т.д. Узел соединения металлических труб включает две металлических законцовки с образованными на наружной поверхности каждой из них кольцевыми буртами и уложенный на них с охватом буртов армирующий ровинг, например из стеклонитей, пропитанный полимерным связующим. Поперечное сечение бурта на участке поверхности, контактирующей с продольным слоем, выполняется в виде овала или участка спирали таким образом, чтобы радиус кривизны сечения бурта плавно увеличивался от основания ребра к его вершине. Использование изобретения позволит снизить изгибные напряжения в продольных слоях стеклопластика узла соединения труб и тем самым повысить надежность и безопасность эксплуатации оснащенных ими трубопроводов. 8 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области изготовления труб, а именно узлов их соединения, выполняемых из композиционных волокнистых материалов, и может быть использовано при изготовлении узлов соединения труб, являющихся элементами катодной защиты от электрохимической коррозии в нефте-газопродуктопроводах, тепловых сетях и т.д.Известны узлы соединения металлических труб, являющиеся элементами катодной защиты трубопроводов (см. например, заявку Японии №51-13885, свидетельство на полезную модель РФ №0006216). Известен узел соединения металлических труб, включающий две металлические законцовки с выполненными на них кольцевыми буртами и уложенный на них с охватом армирующий ровинг (см. RU №2119114 С1, 20.09.1998), в котором, как показано на чертеже описания изобретения, кольцевые бурты имеют прямоугольное сечение.Известен узел соединения металлических труб, также включающий две металлические законцовки с выполненными на них кольцевыми буртами и уложенный на них с охватом армирующий ровинг (см. RU №2111404 С1, 20.05.1998), в котором кольцевые бурты имеют в сечении трапецеидальное сечение фиг.1, фиг.2.Как следует из вышеприведенных патентных материалов, до настоящего времени разработчики не придавали существенного значения профилированию боковой поверхности кольцевых буртов. Однако необходимо отметить, что продольные слои ровинга в процессе нагружения узла осевой нагрузкой подвергаются воздействию изгибающих напряжений, что, в конечном счете, приводит к резкому снижению несущей способности всей вставки. На фиг.3 показан один бурт вставки до ее нагружения осевой нагрузкой. Продольные слои ровинга 1 примотаны к вставке кольцевыми слоями 2 и прилегают к плоской боковой поверхности бурта 3. Как показали исследования, в процессе нагружения вставки осевым усилием Т (фиг.4) продольный слой частично вытягивается из впадины между буртами на величину L. Соответственно, на величину L перемещаются точки А и В, лежащие на боковой поверхности бурта 2 и удаленные друг от друга на величину L (А - вдоль боковой поверхности бурта, точка В - в осевом направлении). В результате перемещения продольного слоя ровинга вдоль боковой поверхности бурта в точке А происходит резкое изменение радиуса его кривизны от R= до конкретного значения R=Rбурта. В точке В, наоборот, радиус кривизны изменяется от R=Rбурта до R=. В итоге, на всем участке АВ кривизна (величина, обратная радиусу) дважды меняет свое значение - от 1/ до 1/Rбурта и обратно до 1/.Изменение кривизны ровинга приводит к возникновению в нем изгибных напряжений (см. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. - Наука, 1972, стр. 126, формула 4.3), вызывающих преждевременное разрушение узла в целом.Технической задачей настоящего изобретения является повышение несущей способности соединения за счет снижения значений изменений радиусов кривизны поверхности кольцевых буртов на деформируемом участке продольного ровинга и, как следствие, изгибных напряжений в нем, особенно в зоне вершины бурта.Технический результат достигается тем, что в узле соединения металлических труб, содержащем две металлических законцовки с образованными на наружной поверхности каждой из них кольцевыми буртами и уложенный на них с охватом буртов армирующий ровинг, например, из стеклонитей, пропитанный полимерным связующим, поперечное сечение буртов на участке поверхности, контактирующей с продольным слоем, выполняется в виде овала или участка спирали таким образом, чтобы радиус кривизны сечения бурта плавно увеличивался от его основания к вершине.Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1-4 приведен известный аналог, на фиг.5 общий вид узла соединения металлических труб, на фиг.6 - бурт в разрезе с характерными точками А и С, на фиг.7 - схема перемещения продольного слоя ровинга по поверхности бурта, на фиг.8 - схема профилирования боковой рабочей поверхности бурта.Точка А лежит в основании профилируемой поверхности, а точка С - на расстоянии L от крайней верхней точки профилируемой поверхности (L - величина перемещения продольного слоя ровинга вдоль боковой поверхности бурта под действием осевой силы Т) бурта. Теоретически радиус кривизны поверхности бурта на его вершине должен быть равным R=. На фиг.7 представлена схема перемещения на величину L продольного слоя ровинга по поверхности бурта. Здесь точки В и D, точки конечного положения соответствующих им точек А и В, а Ra, Rb, Rc, Rd - радиусы кривизны в соответствующих точках профилируемой поверхности. При смещении продольного слоя по поверхности бурта от точки А к точке В величина изгибных напряжений будет тем меньше, чем меньше изменение кривизны смежного профиля бурта на этом участке. В качестве примера таких профилей можно назвать эллипсоидальный профиль, спираль Архимеда, логарифмическую спираль и т.д. В этих случаях радиус кривизны изменяется плавно, на длине всего профилируемого участка бурта.На фиг.8 показана схема профилирования боковой рабочей поверхности бурта. В таблице представлены результаты расчета изгибных напряжений в зоне схода продольного слоя с вершины бурта при скольжении продольного однонаправленного слоя стеклопластика толщиной 1 мм по поверхности бурта от точки А в направлении точки В для круглого, эллипсоидального и спиральных видов ребер. Величина перемещения - 2 мм. Значения коэффициентов в уравнениях принимались из условий, что размеры ребра в осевом направлении не превышают 30-40 мм, а в радиальном (т.е. высота ребра) - 32 мм. Как следует из таблицы, величина скачка напряжений в зависимости от типа сечения кольцевого бурта отличается до трех раз, причем наибольшие напряжения соответствуют бурту с круглым сечением.Таким образом, использование изобретения позволит существенно уменьшить изгибные напряжения в зонах схода продольных слоев и тем самым повысить несущую способность узла соединения в целом.Формула изобретения
Узел соединения металлических труб, включающий две металлических законцовки с образованными на наружной поверхности каждой из них кольцевыми буртами и уложенный на них с охватом буртов армирующий ровинг, например, из стеклонитей, пропитанный полимерным связующим, отличающийся тем, что поперечное сечение бурта на участке поверхности, контактирующей с продольным слоем, выполняется в виде овала или участка спирали таким образом, чтобы радиус кривизны сечения бурта плавно увеличивался от его основания к вершине.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8