Узел механического соединения труб (варианты)
Узел механического соединения труб одинакового диаметра содержит первую трубу и соединяемую с ней запрессовкой вторую трубу, при этом первая труба выполнена с раструбом на одном конце, состоящим из цилиндрической секции, расположенной со стороны торца трубы, и смежной с ней конической секцией, сужающейся от цилиндрической секции внутрь, на конце второй трубы выполнена коническая секция, сужающаяся внутрь трубы, между внутренней стенкой конической секции раструба первой трубы и внешней стенкой конической секции второй трубы расположен герметик, обеспечивающий после затвердевания герметичное соединение между указанными коническими секциями, при этом цилиндрическая секция первой трубы у торца выполнена с дополнительной раструбной раздачей, расширяющейся в направлении от продольной оси трубы. На внешней поверхности цилиндрической или конической секции второй трубы выполнена кольцевая выдавка, расположенная в зоне цилиндрической или конической секции раздачи первой трубы.
Кроме того, внутренний диаметр цилиндрической секции раструбной части первой трубы незначительно меньше, чем внешний диаметр второй трубы. 3 н.п. ф-лы, 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Полезная модель относится к трубным соединениям, в частности к механическому соединению труб, используемых в высоконапорных нефтепроводах, газопроводах, при транспортировке сжатого пара, в водоснабжении и т.п.
Известно раструбное безраспорное облегченное соединение, включающее в себя концы труб одинакового диаметра, выполненные с раздачей, и имеющее в своем составе фланцы, уплотнительный элемент и крепежные детали, при этом наружная труба имеет коническо-цилиндрическую раздачу, в которую установлены внутренняя труба, имеющая меньшую по размеру цилиндрическую раздачу, при этом только один из фланцев выполнен с обнижением и является уплотнительным, а уплотнительный элемент размещен между конической частью наружной трубы, фланцем и обнижением цилиндрической раздачи (патент Российской Федерации 
2087786, F16L 23/02, 1997 г.) Для восприятия распорных усилий первый фланец, соединенный со вторым фланцем при помощи болтов и гаек, имеет диаметр отверстия меньше, чем диаметр разданного конца трубы, за счет чего обеспечивается противодействие выходу одной трубы из другой.
Известное решение, имеет сложную конструкцию за счет использования стягиваемых резьбовыми элементами фланцев, является разъемным и предназначено для обеспечения возможности одновременного противодействия силам, действующим противоположно друг другу в осевом и угловом направлениях, и способного компенсировать осевые и угловые перемещения.
Известно также неразъемное механическое соединение труб (патент США 4,696,499, НКИ 285/334.4, 1987 г.), предназначенное для использования в системе Батлер, включающее соединение двух секций труб, на конце одной из труб выполнено сужение, а на конце другой трубы - раздача, в которую вставлено сужение первой трубы, при этом указанная раздача, включает цилиндрическую секцию, имеющую внутренний диаметр меньший, чем внешний диаметр сужения, чтобы формировать запрессовку одной трубы в другую, когда сужение вставлено в раздачу. Сужение имеет угол, меньший, чем угол суженной секции раздачи, чтобы сформировать кольцевую впадину между суженной секцией раздачи и части цилиндрической секции раздачи, в которой размещают герметик, чтобы герметизировать соединение, когда суженная секция размещена в положение вблизи к суженной секции раздачи.
Известен также узел механического соединения трубопровода, предназначенный для использования в системе Батлер. В данном узле концы соединяемых труб подвергнуты обработке под соединение в полевых или стационарных условиях (патент США 4,095,825, НКИ 285/55, 1978 г.). Обработка концов труб заключается в формировании раструба на одном конце первой трубы, при этом указанный раструб имеет цилиндрическую секцию и смежную с ней коническую секцию, сужающуюся от цилиндрической секции внутрь к продольной оси трубы. Внутренний диаметр цилиндрической секции раструба несколько меньше, чем внешний диаметр второй трубы, чтобы обеспечить запрессовку одной трубы в другую.
На конце второй трубы выполняют сужение, при этом указанное сужение имеет вид конической секции, сужающейся внутрь, а угол ее конусности выполняется большим, чем угол конусности конической секции раструба первой трубы. За счет этого углового различия между указанными коническими секциями труб образуется зазор между ними, в котором между внутренней конической стенкой раструба и внешней конической стенкой сужения располагается жидкий затвердевающий агент, чтобы обеспечить после затвердевания агента герметичное соединение между указанными коническими секциями.
Описанные выше устройства по патентам США, реализующие систему «Батлер», позволяют создать герметичное соединение труб запрессовкой одной трубы в другую без использования сварки и дополнительных соединительных элементов. Однако при выполнении стыка в полевых условиях точная стыковка труб может вызвать затруднения, а небольшой перекос при запрессовке может вызвать механические повреждения сопрягаемых поверхностей - царапины, задиры, что впоследствии скажется на эксплуатационных свойствах стыка.
Ближайшим аналогом заявленной полезной модели является полезная модель по патенту РФ 89655 U1, F16L 13/00, 2009 г., в которой узел механического соединения труб одинакового диаметра содержит первую трубу и соединяемую с ней запрессовкой вторую трубу, при этом первая труба выполнена с раструбом на одном конце, состоящим из цилиндрической секции, расположенной со стороны торца трубы, и смежной с ней конической секцией, сужающейся от цилиндрической секции внутрь; на конце второй трубы выполнена коническая секция, сужающаяся внутрь трубы, между внутренней стенкой конической секции раструба первой трубы и внешней стенкой конической секции второй трубы расположен герметик, обеспечивающий после затвердевания герметичное соединение между указанными коническими секциями, при этом цилиндрическая секция первой трубы у торца выполнена с дополнительной раструбной раздачей, расширяющейся в направлении от продольной оси трубы. Кроме того, внутренний диаметр цилиндрической секции раструбной части первой трубы меньше, чем внешний диаметр второй трубы.
Задачей, решаемой вариантами полезной модели, является повышение надежности и долговечности работы стыка.
Поставленная задача для первого варианта полезной модели решается за счет того, что в узле механического соединения труб, содержащем первую трубу и вторую трубу, первая труба выполнена с раструбной частью на одном конце, состоящей из цилиндрической секции, расположенной со стороны торца трубы и выполненной у торца с дополнительной раструбной раздачей, расширяющейся наружу от продольной оси трубы, а также с конической секцией, сужающейся от цилиндрической секции внутрь, причем между внутренней стенкой конической секции раструбной части первой трубы и внешней стенкой второй трубы расположен герметик, обеспечивающий после затвердевания герметичное соединение труб, а на внешней поверхности второй трубы выполнена кольцевая выдавка, расположенная в зоне цилиндрической секции раздачи первой трубы.
Поставленная задача для второго варианта полезной модели решается за счет того, что в узле механического соединения труб, содержащем первую трубу и вторую трубу, первая труба выполнена с раструбной частью на одном конце, состоящей из цилиндрической секции, расположенной со стороны торца трубы и выполненной у торца с дополнительной раструбной раздачей, расширяющейся наружу от продольной оси трубы, а также с конической секцией, сужающейся от цилиндрической секции внутрь, на конце второй трубы выполнена коническая секция, сужающаяся к торцу трубы, причем между внутренней стенкой конической секции раструбной части первой трубы и внешней стенкой конической секции второй трубы расположен герметик, обеспечивающий после затвердевания герметичное соединение между указанными коническими секциями, а на внешней цилиндрической поверхности второй трубы выполнена кольцевая выдавка, расположенная в зоне цилиндрической секции раздачи первой трубы.
Поставленная задача для третьего варианта полезной модели решается за счет того, что в узле механического соединения труб, содержащем первую трубу и вторую трубу, первая труба выполнена с раструбной частью на одном конце, состоящей из цилиндрической секции, расположенной со стороны торца трубы и выполненной у торца с дополнительной раструбной раздачей, расширяющейся наружу от продольной оси трубы, а также с конической секцией, сужающейся от цилиндрической секции внутрь, на конце второй трубы выполнена коническая секция, сужающаяся к торцу трубы, причем между внутренней стенкой конической секции раструбной части первой трубы и внешней стенкой конической секции второй трубы расположен герметик, обеспечивающий после затвердевания герметичное соединение между указанными коническими секциями а на внешней поверхности конической секции второй трубы выполнена кольцевая выдавка, расположенная в зоне конической секции раздачи первой трубы.
Для всех вариантов полезной модели внутренний диаметр цилиндрической секции раструбной части первой трубы незначительно меньше, чем внешний диаметр второй трубы.
Общий технический результат, получаемый при осуществлении полезной модели (всех ее вариантов), заключается в том, что выполнение выдавки на поверхности второй трубы создает дополнительный пояс герметизации в готовом изделии, что повышает эксплуатационные свойства узла, кроме того, при сборке узла наличие выдавки заполняемой герметиком, позволяет снизить риск повреждения металла соединяемых труб при продвижении одной трубы внутри другой, а также снизить риск повреждения внутреннего антикоррозионного покрытия, если оно имеется, за счет наличия депо еще неотвержденного герметика, который позволяет обеспечить более равномерное распределение герметика между поверхностями соединяемых труб.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых изображено:
На фиг.1 - узел механического соединения труб (первый вариант).
На фиг.2 - пример сборки механического стыка из труб с внутренним защитным покрытием с применением эпоксидной смолы (первый вариант).
На фиг.3 - узел механического соединения труб (второй вариант).
На фиг.4 - узел механического соединения труб (третий вариант).
Соединяемые трубы 1 и 2 имеют одинаковый диаметр. Для выполнения узла соединения труб конец первой трубы 1 выполняют с раструбной частью, которая имеет двойную раздачу - на цилиндрическую секцию 3, внутренний диаметр которой незначительно меньше наружного диаметра соединяемой с ней второй трубы (чтобы при сборке обеспечить надежную запрессовку), и на коническую секцию 4, образующую переход от исходного внутреннего диаметра трубы к увеличенному после раздачи внутреннему диаметру.
Труба 1 с раструбной частью непосредственно вблизи торца дополнительно имеет дополнительную раструбную раздачу 6 на конус с расширением от продольной оси трубы наружу. На соединяемые трубы 1 и 2 наносят затвердевающий герметик 7.
По первому варианту полезной модели на второй трубе 2 выполняют кольцевую выдавку 8, место положения которой после сборки узла соединения труб соответствует расположению цилиндрической секции 3 раздачи первой трубы 1 на некотором удалении от раструбной раздачи 6 трубы 1.
По второму варианту полезной модели конец второй трубы 2 выполняют с конусной секцией 5, которая имеет только одну раздачу - на конус со схождением к торцу (внутрь трубы, к ее продольной оси), т.е. меньший диаметр конусной секции второй трубы расположен по ее торцу. При этом на цилиндрической части второй трубы 2 выполняют кольцевую выдавку 8, место положения которой после сборки узла соединения труб соответствует расположению цилиндрической секции 3 раздачи первой трубы 1 на некотором удалении от раструбной раздачи 6 трубы 1.
По третьему варианту полезной модели, как и во втором варианте, конец второй трубы 2 выполняют с конусной секцией 5, которая имеет только одну раздачу - на конус со схождением к торцу (внутрь трубы, к ее продольной оси), т.е. меньший диаметр конусной секции второй трубы расположен по ее торцу. При этом в соответствии с третьим вариантом полезной модели кольцевую выдавку 8 выполняют на конусной секции трубы 2, при этом кольцевая выдавка 8 после сборки узла соединения труб расположена в месте расположения конической секции 4 первой трубы 1 на некотором удалении от торца второй трубы 2.
Сборка узла механического соединения труб осуществляется следующим образом.
Процесс обработки концов первой трубы 2 и второй трубы 2 (в соответствии со вторым и третьим вариантами полезной модели) для получения конфигурации, позволяющей запрессовать один конец трубы в другой, производится на существующем оборудовании, обеспечивающем соединение труб по системе Батлер («Шуер-Лок»). Оборудование представляет собой комплект из трех агрегатов со вспомогательными силовыми установками. Два агрегата применяются для подготовки концов труб под соединение в полевых или стационарных условиях. Один формует «раструбный» конец, а другой (в соответствии со вторым и третьим вариантами полезной модели) - «конусный». Третий агрегат производит сборку - запрессовку второй трубы 2 в первую трубу 1. В рабочем положении сборочный агрегат подвешивается на стрелу трубоукладчика, чем обеспечивается его продвижение вдоль трубопровода во время строительства. При подготовке концов труб их термообработка не производится.
При подготовке труб к формовке очищают их внутреннюю полость, предназначенную к обработке, от загрязнений. Изготавливают раструбную часть на первой трубе 1, для чего, на внутреннюю поверхность трубы со стороны раздаваемого конца наносят тонкий слой солидола на глубину 30-40 мм от кромки, затем на первом агрегате формовки формуют раструбную часть трубы, состоящую из цилиндрической и конической секций, а также дополнительной раструбной раздачи, и удаляют слой солидола со всей внутренней поверхности трубы.
Аналогично изготавливают конусную часть второй трубы 2 (по второму и третьему вариантам полезной модели) на втором агрегате формовки.
Кольцевые выдавки выполняют методом обкатки с использованием известных технических средств.
Далее производят сборку стыка труб посредством третьего агрегата. На соединяемые трубы наносят затвердевающий герметик 7 (например, эпоксидную смолу), выступающую также в роли смазывающего вещества во время соединения, а впоследствии - как уплотнение, предотвращающее возможность утечки транспортируемой среды. При этом герметик 7 наносят на внутреннюю часть раструбной части на глубину, как правило, 30-40 мм и на наружную поверхность второй трубы 2 вблизи ее торца или на наружную конусную часть 5 второй трубы 2 (по второму и третьему вариантам полезной модели) в количестве, достаточном для его распределения по поверхности труб и для заполнения выдавки.
Затем запрессовывают вторую трубу 2 (для второго и третьего вариантов - конусную часть второй трубы 2) в раструбную часть первой трубы 1 на заданную глубину (обычно, около 1,5 диаметра трубы).
По мере продвижения второй трубы 2 внутри первой трубы 1 герметик распределяется по контактирующим поверхностям первой 1 и второй 2 труб, при этом часть герметика заполняет полость выдавки на второй трубе. За счет наличия дополнительного количества герметика в средней части узла соединения - в полости выдавки распределение герметика происходит более равномерно, так как в этом месте образуется дополнительный запас герметика, который расходуется или пополняется по мере продвижения второй трубы. После отверждения герметика в мете расположения выдавки образуется дополнительный пояс герметизации, что повышает срок службы узла соединения труб и надежность его работы.
1. Узел механического соединения труб, содержащий первую трубу и вторую трубу, при этом первая труба выполнена с раструбной частью на одном конце, состоящей из цилиндрической секции, расположенной со стороны торца трубы и выполненной у торца с дополнительной раструбной раздачей, расширяющейся наружу от продольной оси трубы, а также с конической секцией, сужающейся от цилиндрической секции внутрь, причем между внутренней стенкой конической секции раструбной части первой трубы и внешней стенкой второй трубы расположен герметик, обеспечивающий после затвердевания герметичное соединение труб, отличающийся тем, что на внешней поверхности второй трубы выполнена кольцевая выдавка, расположенная в зоне цилиндрической секции раздачи первой трубы.
2. Узел механического соединения труб по п.1, отличающийся тем, что внутренний диаметр цилиндрической секции раструбной части первой трубы незначительно меньше, чем внешний диаметр второй трубы.
3. Узел механического соединения труб, содержащий первую трубу и вторую трубу, при этом первая труба выполнена с раструбной частью на одном конце, состоящей из цилиндрической секции, расположенной со стороны торца трубы и выполненной у торца с дополнительной раструбной раздачей, расширяющейся наружу от продольной оси трубы, а также с конической секцией, сужающейся от цилиндрической секции внутрь, на конце второй трубы выполнена коническая секция, сужающаяся к торцу трубы, причем между внутренней стенкой конической секции раструбной части первой трубы и внешней стенкой конической секции второй трубы расположен герметик, обеспечивающий после затвердевания герметичное соединение между указанными коническими секциями, отличающийся тем, что на внешней цилиндрической поверхности второй трубы выполнена кольцевая выдавка, расположенная в зоне цилиндрической секции раздачи первой трубы.
4. Узел механического соединения труб по п.3, отличающийся тем, что внутренний диаметр цилиндрической секции раструбной части первой трубы незначительно меньше, чем внешний диаметр второй трубы.
5. Узел механического соединения труб, содержащий первую трубу и вторую трубу, при этом первая труба выполнена с раструбной частью на одном конце, состоящей из цилиндрической секции, расположенной со стороны торца трубы и выполненной у торца с дополнительной раструбной раздачей, расширяющейся наружу от продольной оси трубы, а также с конической секцией, сужающейся от цилиндрической секции внутрь, на конце второй трубы выполнена коническая секция, сужающаяся к торцу трубы, причем между внутренней стенкой конической секции раструбной части первой трубы и внешней стенкой конической секции второй трубы расположен герметик, обеспечивающий после затвердевания герметичное соединение между указанными коническими секциями, отличающийся тем, что на внешней поверхности конической секции второй трубы выполнена кольцевая выдавка, расположенная в зоне конической секции раздачи первой трубы.
6. Узел механического соединения труб по п.3, отличающийся тем, что внутренний диаметр цилиндрической секции раструбной части первой трубы незначительно меньше, чем внешний диаметр второй трубы.
