Соединительное устройство для присоединения выполненной из волокнонаполненной пластмассы трубы или армированной пластмассовой трубы к последующей детали
Изобретение относится к соединительному устройству, которое предназначено для присоединения выполненной из волокнонаполненной пластмассы трубы или армированной пластмассовой трубы к последующей детали. Устройство имеет внутреннюю трубу из термопласта, которая на своей обращенной к продольной оси поверхности имеет токопроводящую систему для электросварки. Устройство снабжено переходником, который вставлен вдоль соединительного участка во внутреннюю трубу, и армирующим слоем, который по меньшей мере частично охватывает внутреннюю трубу и переходник и который соединен с внутренней трубой сплошным соединением или соединением присадочным материалом, а с переходником соединен соединением с геометрическим замыканием. Изобретение повышает надежность соединения. 12 з.п. ф-лы, 1 ил.
Настоящее изобретение относится к соединительному устройству, предназначенному для присоединения выполненной из волокнонаполненной пластмассы трубы или армированной пластмассовой трубы к последующей детали и имеющему внутреннюю трубу из термопласта, которая на своей обращенной к продольной оси поверхности имеет токопроводящую систему для электросварки.
На протяжении ряда последних лет для транспортировки сырой нефти и газа, главным образом в сфере их морского промысла, используют выполненные из волокнонаполненной пластмассы трубы, а именно трубы из армированного термопласта. При этом речь идет о многослойных трубах с внутренним слоем из полиэтилена, с промежуточным волокнистым слоем, изготовленным, например, с использованием арамидных волокон, и с наружным слоем также из полиэтилена. Подобные трубы рассчитаны на работу под давлением до 80 бар и при температуре до 60°С. Возможно также использование труб из сшитого полиэтилена, а также труб из полиамида. В целом же в данном случае следует говорить о трубах из армированной пластмассы, внутренний слой и/или наружный слой которых можно электросваркой соединять с другими конструктивными компонентами. В еще более общем случае речь согласно настоящему изобретению может идти также о пластмассовых трубах без их армирования волокнами или о металлопластиковых композитных трубах.
Однако при использовании подобных труб приходится сталкиваться с проблемой их соединения с трубами, например, из металлических материалов или с последующими деталями, например, фитингами, отводами, тройниками и иной аналогичной трубопроводной арматурой.
Соединение многослойных труб описано, например, в GB 2314597. В этой публикации описано, в частности, соединительное устройство, имеющее кольцевую муфту, в которую вставляется присоединяемая труба, свободные пластмассовые поверхности которой затем электросваркой соединяются с кольцевой муфтой, которая для этого снабжена нагревательной спиралью. Недостаток такого соединительного устройства состоит в том, что с его помощью можно соединять между собой только пластмассовые трубы, соответственно пластмассовые детали. Для соединения же между собой деталей из других материалов, например из металла или не обладающих термопластичностью пластмасс, описанное в указанной публикации соединительное устройство не применимо.
В PCT/DE2005/001007 описаны переходные соединения между многослойными трубами и деталями из других материалов, при этом, однако, ничего не говорится о том, каким именно образом обеспечивается осевая фиксация переходного соединения прежде всего в зоне между внутренней муфтой или втулкой (внутренней трубой) и охватывающим ее волокнистым слоем.
Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать соединительное устройство для присоединения, например, выполненной из волокнонаполненной пластмассы трубы или армированной пластмассовой трубы к последующей детали, которое было бы универсальным в применении, допускало бы возможность его практически полного предварительного изготовления и обладало бы высокой осевой прочностью в месте перехода к последующим деталям.
Указанная задача решается с помощью соединительного устройства, заявленного в п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения предлагаемого в изобретении соединительного устройства приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно изобретению в предлагаемом в нем соединительном устройстве предусмотрены переходник, который вставлен вдоль соединительного участка во внутреннюю трубу, и армирующий слой, который по меньшей мере частично охватывает внутреннюю трубу и переходник и который соединен с внутренней трубой сплошным соединением или соединением присадочным материалом, а с переходником соединен соединением с геометрическим замыканием.
Под "сплошным соединением" или "соединением присадочным материалом" при этом подразумевается соединение, при котором соединенные между собой детали удерживаются в соединенном друг с другом состоянии силами атомарного или молекулярного (физико-химического) сцепления. Под "соединением с геометрическим замыканием" подразумевается соединение, образующееся за счет вхождения друг в друга или тесного соприкосновения друг с другом соединенных между собой деталей и не разъединяющееся даже без приложения к ним усилия или при прекращении приложения к ним усилия. Благодаря использованию в сочетании между собой соединений обоих этих типов внутреннюю трубу практически невозможно отсоединить от армирующего слоя без разрушения полностью собранного соединительного устройства, тогда как геометрическое замыкание в соединении с переходником позволяет использовать для его изготовления практически любые материалы без опасности при этом осевого разъединения зафиксированного соединительного устройства в целом даже под воздействием высокой нагрузки.
В одном из предпочтительных вариантов армирующий слой заходит и зацепляется за предусмотренный у переходника уступ, который выступает радиально наружу в основном перпендикулярно наружной поверхности переходника. Благодаря такому уступу и зацеплению за него армирующего слоя исключается отделение переходника от внутренней трубы под действием растягивающей нагрузки.
В следующем предпочтительном варианте переходник на по меньшей мере части своей длины, охватываемой армирующим слоем, выполнен с многоугольным профилем в поперечном сечении. Благодаря этому предотвращается возможность проворачивания переходника относительно армирующего слоя.
На соединительном участке, на котором внутренняя труба и переходник соединены между собой, можно предусмотреть по меньшей мере один уплотнительный элемент, который в предпочтительном варианте представляет собой уплотнительное кольцо круглого сечения, помещенное в предусмотренную на внутренней трубе и/или на переходнике канавку. В качестве уплотнительных элементов можно использовать также эластомерные элементы или иные аналогичные уплотнительные элементы. Предпочтительно предусматривать два отстоящих друг от друга в осевом направлении уплотнительных элемента.
При наличии таких уплотнительных элементов внутреннюю трубу на соединительном участке можно заключить в охватывающую ее втулку, равномерно поджимающую уплотнительные элементы. Такую втулку можно использовать и при наличии только одного уплотнительного элемента.
Втулку предпочтительно снабжать на ее наружной поверхности рельефной структурой, например рифлением или накаткой, для повышения таким путем надежности ее соединения с армирующим слоем с геометрическим замыканием.
Помимо этого втулку на по меньшей мере одном из ее концов, а именно на ее обращенном к внутренней трубе конце, следует выполнять с фаской. Подобная фаска обеспечивает плавный переход армирующего слоя от внутренней трубы ко втулке.
В следующем предпочтительном варианте переходник может иметь со своей наружной стороны кольцевой фланец, которым армирующий слой надежнее фиксируется в осевом направлении.
В еще одном предпочтительном варианте переходник для возможности его надежного соединения с материалом последующей детали имеет на своем свободном конце присоединительную резьбу и один или несколько уплотнительных элементов.
Армирующий слой предпочтительно выполнять из заделанного в термопласт волокнистого материала. Выполнение армирующего слоя именно из такого материала позволяет обеспечить его сплошное соединение с выполненной из термопласта внутренней трубой за счет неразъемного, например, клеевого или сварного, соединения с ней представленных в виде бесконечного материала волокон, обматываемых в один или несколько слоев вокруг внутренней трубы и переходника.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на чертеж, на котором лишь в качестве примера в продольном разрезе показано предлагаемое в изобретении соединительное устройство, выполненное по одному из вариантов.
Предлагаемое в изобретении соединительное устройство состоит из цилиндрической внутренней трубы 10 из термопласта, например из полиэтилена, полипропилена, полиамида или иного аналогичного полимерного материала. С одной своей стороны внутренняя труба 10 оканчивается кольцевым утолщением 12. При этом наружный диаметр внутренней трубы 10 по всей ее длине остается в основном постоянным, тогда как ее внутренний диаметр уменьшается на участке кольцевого утолщения 12 с образованием в результате упорного уступа для трубы, вставляемой во внутреннюю трубу 10 и выполненной, например, из армированного термопласта. На той поверхности внутренней трубы 10, которая обращена к ее продольной оси С, размещена нагревательная спираль 14, которая через электрические контактные выводы, из всего числа которых на чертеже показан только один контактный вывод 16, присоединяется к источнику электроэнергии и которая при пропускании через нее электрического тока нагревается, обеспечивая приваривание вставленной во внутреннюю трубу трубы к соединительному устройству. Во внутреннюю трубу 10 вставлен переходник 20, в кольцевой фланец 22 которого своей другой - второй - упорной поверхностью упирается кольцевое утолщение 12 внутренней трубы 10. На обращенном к внутренней трубе 10 участке переходника 20 перед его кольцевым фланцем 22 предусмотрены две отстоящие друг от друга кольцевые канавки 24, 24', в каждой из которых находится по уплотнительному элементу 26, 26'. Уплотнительные элементы 26, 26' обеспечивают герметичное соединение между трубой 10 и переходником 20. Охватывающий кольцевое утолщение 12 внутренней трубы 10 участок соединительного устройства ниже обозначается как соединительный участок А. На этом соединительном участке А кольцевое утолщение 12 заключено в охватывающую его втулку 30, которая выполнена, например, из стали и предназначена для поджатия уплотнительных элементов 26, 26'. Втулка 30 имеет фаску 32, скошенную в сторону внутренней трубы 10. Подобная фаска 32 обеспечивает плавный переход армирующего слоя 40 от внутренней трубы 10 к соединительному участку А. В показанном на чертеже примере армирующий слой 40 покрывает внутреннюю трубу 10 по всей ее длине, а переходник 20 - на части его длины.
В другом варианте армирующий слой может также покрывать и внутреннюю трубу 10 только на части ее длины и может в этом случае оканчиваться, например, перед электрическим контактным выводом 16. Для образования армирующего слоя 40 внутреннюю трубу 10, соединительный участок А и участок В переходника 20, ограниченный его фланцем 28, обматывают бесконечным волокнистым материалом требуемой толщины. Для получения сплошного соединения армирующего слоя 40 с внутренней трубой 10 их соединяют между собой любым известным способом, например склеиванием, сваркой или иным аналогичным методом соединения присадочным материалом. После такого соединения армирующего слоя 40 с внутренней трубой 10 их невозможно более отделить друг от друга без разрушения всего соединительного устройства. Толщина армирующего слоя 40 определяется расчетной нагрузкой на соединительное устройство, которой оно будет подвергаться под действием давления перекачиваемой по трубе текучей среды. Армирующий слой 40 имеет в основном постоянную толщину на участке внутренней трубы 10 и на соединительном участке А, а на участке В переходника 20, т.е. начиная от задней поверхности кольцевого фланца 22, имеет существенно большую толщину. Под этим утолщенным участком 42 армирующего слоя 40 переходник 20 имеет в поперечном сечении многоугольный профиль, например шестигранный профиль, который исключает проворачивание переходника 20 относительно внутренней трубы 10. Утолщенный участок 42 армирующего слоя 40 оканчивается у ограничительного фланца 28, упираясь в него, и благодаря этому дополнительно к геометрическому замыканию, образованному поднутрением кольцевого фланца 22, обеспечивает осевую фиксацию армирующего слоя. На своем свободном конце переходник 20 для возможности его подсоединения к последующим деталям имеет присоединительную резьбу 50 и снабжен уплотнительным кольцом круглого сечения или иным аналогичным уплотнительным элементом 52.
Рассмотренные в приведенном выше описании и в формуле изобретения и представленные на чертеже отличительные признаки изобретения могут иметь существенное значение для его реализации и по отдельности, и в любом их сочетании.
1. Соединительное устройство, предназначенное для присоединения выполненной из волокнонаполненной пластмассы трубы или армированной пластмассовой трубы к последующей детали и имеющее внутреннюю трубу из термопласта, которая на своей обращенной к продольной оси (С) поверхности имеет токопроводящую систему (14) для электросварки, отличающееся тем, что оно имеет переходник (20), который вставлен вдоль соединительного участка (А) во внутреннюю трубу (10), и армирующий слой (40), который по меньшей мере частично охватывает внутреннюю трубу (10) и переходник (20) и который соединен с внутренней трубой (10) сплошным соединением или соединением присадочным материалом, а с переходником (20) соединен соединением с геометрическим замыканием.
2. Соединительное устройство по п.1, отличающееся тем, что армирующий слой (40) заходит и зацепляется за предусмотренный у переходника (20) уступ (22).
3. Соединительное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что переходник (20) на по меньшей мере части (В) своей длины, охватываемой армирующим слоем (40), имеет в поперечном сечении многоугольный профиль.
4. Соединительное устройство по п.1, отличающееся тем, что на соединительном участке (А), на котором внутренняя труба (10) и переходник (20) соединены между собой, предусмотрен по меньшей мере один уплотнительный элемент (26, 26').
5. Соединительное устройство по п.4, отличающееся тем, что указанный, по меньшей мере, один уплотнительный элемент (26, 26') представляет собой уплотнительное кольцо круглого сечения, помещенное в предусмотренную на внутренней трубе (10) и/или на переходнике (20) канавку (24, 24'), комбинацию из уплотнительного кольца круглого сечения и П-образной манжеты, эластомерный элемент или иной аналогичный уплотнительный элемент.
6. Соединительное устройство по п.4, отличающееся тем, что предусмотрено два отстоящих друг от друга в осевом направлении уплотнительных элемента (26, 26').
7. Соединительное устройство по п.5, отличающееся тем, что предусмотрено два отстоящих друг от друга в осевом направлении уплотнительных элемента (26, 26').
8. Соединительное устройство по одному из пп.4-7, отличающееся тем, что внутренняя труба (10) на соединительном участке (А) заключена в охватывающую ее втулку (30), поджимающую уплотнительный элемент или уплотнительные элементы (26, 26').
9. Соединительное устройство по п.8, отличающееся тем, что втулка (30) на своей наружной поверхности снабжена рельефной структурой для соединения с армирующим слоем (40) с геометрическим замыканием.
10. Соединительное устройство по п.8, отличающееся тем, что втулка (30), по меньшей мере, на одном из своих концов выполнена с фаской (32).
11. Соединительное устройство по п.1, отличающееся тем, что переходник (20) со своей наружной стороны имеет кольцевой фланец (28), которым армирующий слой (40) фиксируется в осевом направлении.
12. Соединительное устройство по п.1, отличающееся тем, что переходник (20) на своем свободном конце имеет присоединительную резьбу (50) и один или несколько уплотнительных элементов.
13. Соединительное устройство по п.1, отличающееся тем, что армирующий слой (40) выполнен из заделанного в термопласт волокнистого материала.
