Неразъемное соединение труб из армированного термопласта и способ его осуществления

Изобретение относится к производству и соединению трубопроводов из металлопластовых труб и направлено на создание надежного соединения металлопластовых труб для транспортировки агрессивных жидких и газообразных сред, выдерживающего большие перепады давления и не подверженного коррозии. В неразъемном соединении металлопластовых труб бандаж размещен в монолите полимера втулки, выполнен из объемного армирующего каркаса, эквивалентного объемному армирующему каркасу труб, в виде минимум двух корытообразных частей, сваренных между собой по образующим, образованным продольными проволочными элементами объемного каркаса, при этом внутренний диаметр бандажа не меньше наружного диаметра металлопластовой трубы. В способе отрезки для бандажа выполняют из объемного армирующего каркаса, эквивалентного объемному армирующему каркасу металлопластовых труб, полученный бандаж разрезают минимум на две корытообразные части вдоль продольных элементов объемного каркаса, устанавливают части бандажа на цилиндрические поверхности втулки, нагревают их до температуры, превышающей температуру размягчения полимера, осаживают части бандажа внутрь полимера до получения заданной конструкции бандажа и до полного заполнения ячеек каркаса бандажа полимером, расчищают крайние продольные элементы частей бандажа от полимера и сваривают части бандажа друг с другом, при этом получают внутренний диаметр бандажа не меньше наружного диаметра металлопластовой трубы, производят наружный разогрев полимера, прошедшего через ячейки каркаса бандажа, и разравнивают полимер, закрывая тем самым металлические поверхности каркаса бандажа. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к производству и соединению трубопроводов из металлопластовых труб, используемых при транспортировке химически агрессивных жидких и газообразных сред под давлением, и может использоваться в газовой, нефтяной и химической промышленностях.

Известно неразъемное соединение труб из армированного термопласта, содержащее втулку с законцовками, размещенную между торцевыми поверхностями труб и охватывающую законцовками их цилиндрические поверхности, а также металлическую гильзу (бандаж), охватывающую цилиндрические поверхности втулки, при этом втулка выполнена из двух частей, сваренных между собой по торцевым поверхностям, на законцовках втулки выполнены упорные поверхности, сопрягаемые с фиксирующими элементами в виде металлических клиньев, приваренных к гильзе (см. патент РФ №2087785, "Неразъемное соединение труб из армированного термопласта и способ его осуществления", публ. 20.08.1997 г. МПК F16L 13/11).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве соединения гильза устанавливается на уже сваренные части втулки с приложением осевого усилия для осуществления натяга, причем для осуществления сборки со сварного шва должен быть предварительно удален грат, а поверхность втулки снова нагрета до температуры плавления термопласта. Для исключения относительного смещения гильзы и втулки устанавливают дополнительные фиксирующие элементы в виде металлических клиньев, привариваемых к гильзе. Кроме того, выполнение гильзы цельной не предполагает использование соединения на криволинейных участках трубопровода.

Известен способ соединения труб из армированного термопласта, включающий выполнение втулки из двух частей, приформовку законцовок частей втулки к торцам труб, сварку встык торцевых поверхностей частей втулки, удаление грата со сварного шва, установку гильзы с натягом на предварительно нагретую термопластовую втулку и одновременным приложением осевого усилия, установку и закрепление фиксирующих элементов (см. патент РФ №2087785, "Неразъемное соединение труб из армированного термопласта и способ его осуществления", публ. 20.08.1997 г., Бюл. №23).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что установку гильзы на втулку производят только с натягом и одновременным приложением осевого усилия для запрессовки. Для этого наружную поверхность втулки снова нагревают до температуры плавления термопласта (ничего не известно о нагреве гильзы). При этом наружная поверхность втулки, входящей в холодную гильзу, испытывает термический удар, деформируется, обдирается. После температурной усадки полимера между втулкой и гильзой могут образовываться неплотности, требуется дополнительное закрепление гильзы на втулке с помощью сопрягаемых с поверхностями втулки фиксирующих элементов в виде металлических клиньев, привариваемых к гильзе. Сварка металлических клиньев с гильзой, производящаяся на трубопроводе, может привести к расплаву термопласта и разгерметизации трубопровода. Кроме того, способ предполагает соединение труб посредством цельной гильзы только на прямолинейных участках трубопроводов.

Известно неразъемное соединение, выполненное в виде металлической гильзы (бандажа), выполненной составной из отрезков металлических труб, сваренных между собой по торцевым поверхностям под углом 0≤α<90°, а в стенках гильзы выполнены полости в виде отверстий для выхода грата и кольцевых расточек, выполненных на внутренних поверхностях отрезков труб с образующими поверхностями под углом β≥0 к осям соединяемых труб, охватывающей цилиндрические поверхности термопластовой втулки, выполненной из двух частей с законцовками, сваренных между собой по торцевым поверхностям, и охватывающей законцовками цилиндрические поверхности труб, и термопластового замка, сформированного в процессе сварки введенных под тем же углом 0≤α<90° в термостатированную гильзу торцов втулки, путем заполнения полостей, выполненных в соединении, расплавленным термопластом (см. патент РФ №2192577, "Полимерный трубопровод", заявл. 29.12.2000 г., опубл. 10.11.2002, бюл. №31).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известного неразъемного соединения в трубопроводе, принятого за прототип, относится то, что в неразъемном соединении труб используется металлическая гильза, выполненная из отрезков труб. На внутренних поверхностях отрезков труб выполняются специальные конусные расточки и отверстия для выхода грата, затем отрезки свариваются в цельную гильзу. Это увеличивает расход металла, усложняет изготовление гильзы и сборку неразъемного соединения.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому в изобретении по совокупности признаков является способ соединения труб из армированного термопласта, включающий выполнение термопластовой втулки из двух частей, приформовку законцовок втулки к торцам труб, предварительный нагрев торцевых поверхностей частей втулки до температуры плавления термопласта перед сваркой, сварку встык торцевых поверхностей частей втулки, при этом предварительно изготавливают гильзу, для чего в отрезках металлических труб выполняют отверстия для выхода грата и кольцевые расточки с образующими поверхностями под углом β≥0 к осям соединяемых труб, отрезки сваривают по торцевым поверхностям, обрезанным под углом 0≤α<90°, полученную гильзу термостатируют при температуре плавления термопласта, нагретые торцевые поверхности частей втулки вставляют в гильзу с двух сторон и сваривают друг с другом, прикладывая осевое усилие к каждой части втулки, в результате чего расплавленный термопласт заполняет отверстия для выхода грата и кольцевые расточки и образует термопластовый замок, причем сваривают части втулки до момента выхода грата через наиболее удаленные от места сварки отверстия в гильзе (см. патент РФ №2192577, "Полимерный трубопровод", заявл. 29.12.2000 г., опубл. 10.11.2002, бюл. №31).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что гильзу изготавливают из отрезков цельных металлических труб, предварительно вытачивая на их внутренних поверхностях кольцевые конусные расточки, установку втулки в гильзу производят только с ее предварительным нагревом и одновременным приложением осевого усилия для сварки частей втулки и образования термопластового замка. Изготовление и установка гильзы повышает расход металла, увеличивает количество действий и удорожает способ выполнения соединения.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании надежного соединения металлопластовых труб на прямолинейных и криволинейных участках трубопроводов, выдерживающего большие перепады давления и не подверженного коррозии.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в расширении возможностей использования технологической цепочки производства металлопластовых труб и для получения армированных элементов трубопроводов, что удешевляет изготовление неразъемных соединений труб и, главное, обеспечивает получение армированного сварного стыка по коррозионной стойкости аналогичным коррозионной стойкости металлопластовой трубы, что, в целом, повышает надежность эксплуатации.

Указанный единый технический результат при осуществлении изобретения по объекту - устройство - достигается тем, что неразъемное соединение металлопластовых труб включает втулку с законцовками, выполненную из двух частей, сваренных между собой по торцевым поверхностям под углом 0≤α<90°, и охватывающую законцовками цилиндрические поверхности металлопластовых труб, а также бандаж, выполненный составным из отрезков, сваренных между собой по торцевым поверхностям под тем же углом 0≤α<90°, охватывающий цилиндрические поверхности втулки, при этом, согласно изобретению, бандаж размещен в монолите полимера втулки, выполнен из объемного армирующего каркаса эквивалентного объемному армирующему каркасу труб в виде минимум двух корытообразных частей, сваренных между собой по образующим, образованным продольными проволочными элементами объемного каркаса, при этом внутренний диаметр бандажа не меньше наружного диаметра металлопластовой трубы.

Выполнение бандажа составным из сваренных отрезков объемного армирующего каркаса позволяет устанавливать соединение при поворотах трассы трубопровода на любой угол 0≤α<90°.

Бандаж, размещенный в монолите полимера втулки, не содержит открытых металлических деталей, соприкасающихся с наружной и внутренней агрессивными средами, и, следовательно, не подвержен коррозии, что повышает надежность соединения.

Выполнение бандажа из объемного армирующего каркаса, эквивалентного объемному армирующему каркасу труб, позволяет использовать технологическую цепочку производства металлопластовых труб, в том числе для производства неразъемных соединений трубопроводов, что упрощает и удешевляет производство в целом.

Выполнение бандажа в виде минимум двух корытообразных частей, сваренных между собой по образующим, образованным продольными проволочными элементами объемного каркаса, упрощает сборку соединения.

Выполнение внутреннего диаметра бандажа не меньше наружного диаметра металлопластовой трубы позволяет получить герметичное соединение, выдерживающее высокие нагрузки в трубопроводе.

Указанный единый технический результат при осуществлении изобретения по объекту - способу - достигается тем, что способ выполнения неразъемного соединения включает выполнение термопластовой втулки из двух частей, приформовку законцовок втулки к торцам металлопластовых труб, предварительный нагрев торцевых поверхностей частей втулки до температуры плавления термопласта, сварку встык торцевых поверхностей частей втулки под углом 0≤α<90°, выполнение бандажа из отрезков, сваренных торцевыми поверхностями под тем же углом 0≤α<90°, и охватывающего цилиндрические поверхности втулки, при этом, согласно изобретению, отрезки для бандажа выполняют из объемного армирующего каркаса, эквивалентного объемному армирующему каркасу металлопластовых труб, полученный бандаж разрезают минимум на две корытообразные части вдоль продольных элементов объемного каркаса, устанавливают части бандажа на цилиндрические поверхности втулки, нагревают их до температуры, превышающей температуру размягчения полимера, осаживают части бандажа внутрь полимера до получения заданной конструкции бандажа и до полного заполнения ячеек каркаса бандажа полимером, расчищают крайние продольные элементы частей бандажа от полимера и сваривают части бандажа друг с другом, при этом получают внутренний диаметр бандажа не меньше наружного диаметра металлопластовой трубы, производят наружный разогрев полимера, прошедшего через ячейки каркаса бандажа, и разравнивают полимер, закрывая тем самым металлические поверхности каркаса бандажа.

Выполнение бандажа из отрезков объемного армирующего каркаса, эквивалентного объемному армирующему каркасу труб, позволяет получить необходимое направление трассы трубопровода, обеспечивает равнопрочное сварное соединение как для труб, так и для неразъемных соединений.

Разделение бандажа путем разреза минимум на две корытообразные части вдоль продольных элементов объемного каркаса позволяет упростить последующую сборку соединения.

Установка частей бандажа на цилиндрические поверхности втулки и их совместный нагрев до температуры, превышающей температуру размягчения полимера, позволяют использовать полимер втулки для последующего размещения в нем бандажа.

Осадка частей бандажа в полимер на заданную глубину позволяет получить надежную конструкцию сварного соединения с внутренним диаметром бандажа не меньшим наружного диаметра металлопластовой трубы.

Расчистка крайних образующих продольных элементов от полимера позволяет произвести качественную сварку, а последующий наружный разогрев полимера, прошедшего через ячейки каркаса бандажа, и его разравнивание позволяют защитить наружные поверхности соединения от внешних воздействий.

Заявленное изобретение соответствует требованию единства изобретения, поскольку предлагаемое неразъемное устройство металлопластовых труб и способ его осуществления образуют единый изобретательский замысел, обеспечивающий получение одного и того же технического результата.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения как для объекта-способа, так и для объекта-устройства, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналоги, характеризующиеся признаками, тождественными всем существенным признакам как устройства, так и способа. Выбор прототипов позволил выявить совокупность существенных отличительных признаков как для устройства, так и для способа, не известных из уровня техники и не вытекающих для специалиста явным образом из известного уровня техники. Заявитель считает, что каждый из объектов заявленного изобретения соответствует условиям "новизна" и "изобретательский уровень".

На фиг.1 представлено устройство неразъемного соединения металлопластовых труб, продольный разрез. На фиг.2 изображено неразъемное соединение металлопластовых труб - общий вид трубы с бандажом до его установки.

Устройство (фиг.1) содержит соединяемые армированные трубы 1 заданного диаметра с усилителем прочности в виде жесткого сварного каркаса, сваренного из продольных 2 и навитых на них спиральных элементов 3, соединенных с продольными элементами 2 точечной сваркой, термопластовую втулку 4, сваренную из двух частей. Втулка 4 законцовками 5 приформована к трубам 1 и содержит бандаж 6. Бандаж 6 выполнен из двух отрезков 7 объемного армирующего каркаса. Каркас бандажа выполнен аналогично каркасу трубы 1 из продольных элементов 8 и навитых на них спиральных элементов 9, соединенных с продольными элементами 8 точечной сваркой. Внутренний диаметр бандажа выбран не меньшим, чем наружный диаметр металлопластовой трубы 1. Торцы отрезков 7 каркаса так же, как и торцы втулок 4, обрезаны под углом 0≤α<90° и сварены между собой. Угол α определяется направлением трассы трубопровода. При α=0 бандаж 6 может быть выполнен из одного отрезка 7 каркаса. При этом бандаж 6 всегда состоит из минимум двух корытообразных частей, полученных путем разреза объемного армирующего каркаса соответствующего диаметра вдоль продольных элементов 8 и сваренных между собой снова после установки на стык труб 1 и осаждения частей бандажа 6 в тело полимера втулки 4.

Осуществление способа соединения металлопластовых труб 1 посредством втулки 4 с законцовками 5 и бандажа 6 заключается в том, что приформовывают части полимерной втулки 4 к торцам металлопластовых труб 1 известным способом сварки трением. Нагревают торцы частей втулки 4 до температуры плавления термопласта (200-250°С) и сваривают известным способом [1] сварки встык. Затем берут заготовки отрезков 7 объемного армирующего каркаса, эквивалентного объемному армирующему каркасу трубы 1, с внутренним диаметром не меньшим, чем наружный диаметр металлопластовой трубы 1. Обрезают заготовки отрезков и сваривают их по торцам под заданным углом 0≤α<90°, получая таким образом цельный бандаж 6 с внутренним диаметром бандажа, не меньшим наружного диаметра металлопластовой трубы. Разрезают бандаж 6 минимум на две части (фиг.2) вдоль продольных элементов 8 объемного армирующего каркаса. Устанавливают части бандажа 6 на цилиндрические поверхности втулки 4. Части бандажа 6 и цилиндрические поверхности втулки 4 нагревают до температуры, превышающей температуру размягчения полимера, осаживают части бандажа 6 внутрь полимера втулки 4 до получения заданной конструкции бандажа 6 и до полного заполнения ячеек каркаса бандажа 6 полимером (фиг.1). Расчищают от полимера места разрезов бандажа 6 с крайними продольными элементами 8 и сваривают части бандажа 6 друг с другом по этим продольным элементам 8, при этом снова получают внутренний диаметр бандажа 6 не меньше наружного диаметра металлопластовой трубы 1, производят наружный разогрев полимера, прошедшего через ячейки каркаса бандажа 6, и разравнивают полимер, закрывая тем самым металлические элементы каркаса бандажа 6.

Таким образом, изложенные сведения показывают, что заявленное изобретение, а именно неразъемное соединение металлопластовых труб и способ его осуществления, расширяет возможность использования технологической цепочки производства металлопластовых труб и для получения армированных элементов трубопроводов. Это упрощает технологический процесс, удешевляет изготовление неразъемных соединений труб и, главное, обеспечивает равнопрочное коррозионно-стойкое сварное соединение как для труб, так и для неразъемных соединений любой конфигурации, при упрощении сборки и, в целом, при повышении надежности эксплуатации трубопроводов.

Источник информации

1. Полимеры в газоснабжении. Справочник. М., Машиностроение, 1998.

1. Неразъемное соединение металлопластовых труб включает втулку с законцовками, выполненную из двух частей, сваренных между собой по торцевым поверхностям под углом 0≤α<90°, и охватывающую законцовками цилиндрические поверхности металлопластовых труб, а также бандаж, выполненный составным из отрезков, сваренных между собой по торцевым поверхностям под тем же углом 0≤α<90°, охватывающий цилиндрические поверхности втулки, отличающееся тем, что бандаж размещен в монолите полимера втулки, выполнен из объемного армирующего каркаса, эквивалентного объемному армирующему каркасу труб, в виде минимум двух корытообразных частей, сваренных между собой по образующим, образованным продольными проволочными элементами объемного каркаса, при этом внутренний диаметр бандажа не меньше наружного диаметра металлопластовой трубы.

2. Способ выполнения неразъемного соединения металлопластовых труб, включающий выполнение термопластовой втулки из двух частей, приформовку законцовок втулки к торцам металлопластовых труб, предварительный нагрев торцевых поверхностей частей втулки до температуры плавления термопласта, сварку встык торцевых поверхностей частей втулки под углом 0≤α<90°, выполнение бандажа из отрезков, сваренных торцевыми поверхностями под тем же углом 0≤α<90°, и охватывающего цилиндрические поверхности втулки, отличающийся тем, что отрезки для бандажа выполняют из объемного армирующего каркаса, эквивалентного объемному армирующему каркасу металлопластовых труб, полученный бандаж разрезают минимум на две корытообразные части вдоль продольных элементов объемного каркаса, устанавливают части бандажа на цилиндрические поверхности втулки, нагревают их до температуры, превышающей температуру размягчения полимера, осаживают части бандажа внутрь полимера до получения заданной конструкции бандажа и до полного заполнения ячеек каркаса бандажа полимером, расчищают крайние продольные элементы частей бандажа от полимера и сваривают части бандажа друг с другом, при этом получают внутренний диаметр бандажа не меньше наружного диаметра металлопластовой трубы, производят наружный разогрев полимера, прошедшего через ячейки каркаса бандажа, и разравнивают полимер, закрывая тем самым металлические поверхности каркаса бандажа.