Узел механического соединения стальных труб (варианты)

Авторы патента:

F16L13 - Неразъемные соединения труб, например соединения сваркой, пайкой, склейкой или чеканкой (соединения для жестких труб из пластических масс F16L 47/00)

Полезная модель предназначена для соединения любых стальных труб и может быть использована в различных отраслях промышленности, в том числе, нефтяной и газовой. Узел механического соединения стальных труб содержит первую трубу и вторую трубу. Первая труба выполнена на одном конце с раструбной частью. Раструбная часть включает коническую секцию и цилиндрическую секцию, расположенную со стороны торца трубы. По первому варианту на внутренней поверхности цилиндрической секции раструбной части первой трубы со стороны торца выполнена цилиндрическая расточка. Расточка выполнена со скосом к цилиндрической секции раструбной части первой трубы. Между расточкой цилиндрической секции раструбной части первой трубы и внешней поверхностью второй трубы расположен герметик. По второму варианту на внутренней поверхности цилиндрической секции раструбной части первой трубы со стороны торца выполнена расточка, состоящая из двух конических поверхностей, обращенных друг к другу расширениями. Технический результат - повышение надежности соединения.

Полезная модель предназначена для соединения любых стальных труб и может быть использована в различных отраслях промышленности, в том числе, нефтяной и газовой.

Известны узлы механического соединения стальных труб, содержащие первую трубу и вторую трубу, первая труба выполнена на одном конце с раструбной частью, включающей коническую секцию и цилиндрическую секцию, расположенную со стороны торца трубы, на конце второй трубы выполнена коническая секция, сужающаяся к торцу трубы, при этом конусность конической секции раструбной части первой трубы больше конусности конической секции второй трубы, что позволяет образовать полость для заполнения герметиком (US 4095825 A, EP 0043225 B1).

Недостатком вышеуказанных аналогов является большая вероятность повреждения металла соединяемых труб, а также внутреннего антикоррозионного покрытия, если оно имеется, на стадии стыковки труб, в особенности, при сборке узла в полевых условиях.

Известен также узел механического соединения стальных труб, содержащий первую трубу и вторую трубу, при котором конец одной трубы вставлен в расширенную с торца внутреннюю часть другой трубы с зазором между сопрягаемыми поверхностями концов трубы, заполненным герметиком, при этом концы труб связаны посредством соединенных между собой силовых элементов, каждый из которых закреплен к концевым частям сопрягаемым труб, силовые элементы выполнены в виде обращенных внутрь зазора выступов, при сборке соединения заходящих один за другой, а связь силовых элементов между собой осуществлена посредством герметика (RU 125290 U1).

Недостатком вышеуказанного известного узла также является большая вероятность повреждения металла соединяемых труб, а также внутреннего антикоррозионного покрытия, если оно имеется, на стадии стыковки труб, в особенности, при сборке узла в полевых условиях, и, кроме того, сложность выполнения силовых элементов.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является известный узел механического соединения стальных труб, содержащий первую трубу и вторую трубу, при этом первая труба выполнена на одном конце с раструбной частью, включающей коническую секцию и цилиндрическую секцию, расположенную со стороны торца трубы (RU 126799 U1).

Первая труба в узле механического соединения стальных труб по RU 126799 U1 имеет выполненную у торца дополнительную раструбную раздачу, расширяющуюся наружу от продольной оси трубы. Дополнительная раструбная раздача первой трубы позволяет упростить сборку узла, в особенности, в полевых условиях, снизить риск повреждения металла соединяемых труб, а также внутреннего антикоррозионного покрытия, если оно имеется, и, тем самым, повысить эксплуатационные свойства узла. Однако расположенный в раструбной раздаче герметик оказывается не защищенным от воздействия внешней среды и механических повреждений, что снижает надежность соединения труб.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание вариантов узла механического соединения стальных труб, лишенного указанных недостатков.

Техническим результатом является повышение надежности соединения.

По первому варианту выполнения полезной модели указанный технический результат достигается тем, что в узле механического соединения стальных труб, содержащем первую трубу и вторую трубу, в котором первая труба выполнена на одном конце с раструбной частью, включающей коническую секцию и цилиндрическую секцию, расположенную со стороны торца трубы, на внутренней поверхности цилиндрической секции раструбной части первой трубы со стороны торца выполнена цилиндрическая расточка со скосом к цилиндрической секции раструбной части первой трубы, причем между расточкой цилиндрической секции раструбной части первой трубы и внешней поверхностью второй трубы расположен герметик.

Вторая труба может быть выполнена на конце с фаской, имеющей конусность, большую, чем конусность конической секции раструбной части первой трубы, образующей с внутренней поверхностью первой трубы кольцевую впадину, в которой размещен герметик, и/или может иметь кольцевую выдавку, расположенную в зоне цилиндрической секции раструбной части первой трубы, в которой размещен герметик, как описано в RU 126799 U1. Величина зазора (разность конусностей) выбирается в зависимости от вязкости жидкого герметика, например, для эпоксидного герметика оптимальным является зазор 2-3 мм.

Вместо фаски на конце второй трубы может быть выполнена коническая секция, сужающаяся к торцу трубы, как описано в RU 126799 U1. Различие в конусности конических секций труб позволяет между внутренней стенкой конической секции раструбной части первой трубы и внешней стенкой конической секции второй трубы поместить герметик. Дополнительно к этому вторая труба может иметь кольцевую выдавку, расположенную в зоне цилиндрической секции раструбной части первой трубы, в которой размещен герметик, как описано в RU 126799 U1.

Перечисленные варианты выполнения второй трубы позволяют дополнительно повысить надежность соединения.

По второму варианту выполнения полезной модели указанный технический результат достигается тем, что в узле механического соединения стальных труб, содержащем первую трубу и вторую трубу, в котором первая труба выполнена с раструбной частью на одном конце, включающей коническую секцию и цилиндрическую секцию, расположенную со стороны торца трубы, на внутренней поверхности цилиндрической секции раструбной части первой трубы со стороны торца выполнена расточка, состоящая из двух конических поверхностей, обращенных друг к другу расширениями.

Как и для первого варианта выполнения предлагаемой полезной модели, во втором варианте вторая труба может быть выполнена на конце с фаской, имеющей конусность, большую, чем конусность конической секции раструбной части первой трубы, образующей с внутренней поверхностью первой трубы кольцевую впадину, в которой размещен герметик, и/или может иметь кольцевую выдавку, расположенную в зоне цилиндрической секции раструбной части первой трубы, в которой размещен герметик, как описано в RU 126799 U1. Величина зазора (разность конусностей) выбирается в зависимости от вязкости жидкого герметика, например, для эпоксидного герметика оптимальным является зазор 2-3 мм.

Перечисленные варианты выполнения второй трубы позволяют дополнительно повысить надежность соединения.

Предлагаемый узел механического соединения стальных труб иллюстрируется следующими рисунками:

фиг. 1 - выполнение первой трубы по первому варианту предлагаемой полезной модели, где 1 - коническая секция раструбной части, 2 - цилиндрическая секция раструбной части, 3 - цилиндрическая расточка, 4 - скос цилиндрической расточки к цилиндрической секции раструбной части;

фиг. 2 - выполнение первой трубы по второму варианту предлагаемой полезной модели, где: 1 - коническая секция раструбной части, 2 - цилиндрическая секция раструбной части, 5 и 6 - две конические поверхности расточки, обращенные друг к другу расширениями;

фиг. 3 - выполнение второй трубы на конце с фаской, где 7 - фаска;

фиг. 4 - выполнение узла механического соединения стальных труб по первому варианту предлагаемой полезной модели, с выполнением второй трубы с фаской на конце, где: 1 - коническая секция раструбной части, 2 - цилиндрическая секция раструбной части, 3 - цилиндрическая расточка, 4 - скос цилиндрической расточки к цилиндрической секции раструбной части, 7 - фаска, 8 - герметик.

Выполнение по первому варианту полезной модели на внутренней поверхности цилиндрической секции 2 раструбной части первой трубы со стороны торца цилиндрической расточки 3, в отличие от дополнительной раструбной раздачи по RU 126799 U1, позволяет собрать и уплотнить выдавленный герметик 8 по всему диаметру трубы, а также защищает герметик от воздействия внешней среды и механических повреждений, что повышает надежность соединения. Длина и глубина расточки 3 могут быть любыми и выбираются в зависимости от вязкости жидкого герметика. Предпочтительно длина расточки составляет 8-12% от наружного диаметра труб. Глубина расточки предпочтительно выбирается такой, чтобы в месте расточки толщина трубы составляла не менее 2 мм. Однако, как показали эксперименты, и при меньшей толщине трубы в месте расточки ослабления надежности узла соединения труб не обнаруживается; наличие расточки цилиндрической секции раструбной части первой трубы позволяет обеспечить легкость стыковки труб и размещение между расточкой первой трубы и внешней поверхностью второй трубы достаточного количества герметика 8. Скос расточки 4 к цилиндрической секции раструбной части первой трубы исключает возникновение напряжений в месте сопряжения цилиндрической расточки с цилиндрической поверхностью раструбной части.

Выполнение по второму варианту полезной модели на внутренней поверхности цилиндрической секции 2 раструбной части первой трубы со стороны торца расточки, состоящей из двух конических поверхностей 5 и 6, обращенных друг к другу расширениями, в отличие от дополнительной раструбной раздачи по RU 126799 U1, так же позволяет собрать и уплотнить выдавленный герметик 8 по всему диаметру трубы и защищает герметик 8 от воздействия внешней среды и механических повреждений, что повышает надежность соединения. Длина расточенной части первой трубы предпочтительно составляет 8-12% от наружного диаметра трубы, толщина стенки в зоне соединения конических поверхностей 5 и 6, оставшаяся после расточки трубы, и внутренний диаметр расточенного торца первой трубы предпочтительно составляют: толщина не менее 2 мм, а внутренний диаметр расточенного торца первой трубы на 2-4 мм больше величины внутреннего диаметра первой трубы до расточки. Однако, как показали эксперименты, и при изменении указанных величин, выбираемых в зависимости от вязкости жидкого герметика, надежность узла соединения не ослабляется и обеспечиваются легкость стыковки труб и размещение между расточкой цилиндрической секции раструбной части первой трубы и внешней поверхностью второй трубы достаточного количества герметика 8. Коническая поверхность расточки 5, обращенная сужением к цилиндрической секции раструбной части первой трубы 2, исключает возникновение напряжений в месте сопряжения расточки с цилиндрической секцией 2 раструбной части трубы.

Выполнение раструбной части труб и сборка узла соединения могут быть осуществлены как в полевых, так и в стационарных условиях на соответствующем оборудовании, в частности, на оборудовании и по технологии, описанными в RU 126799 U1. Выполнение расточек и фасок осуществляют на стандартном оборудовании, имеющемся на каждой ремонтной базе, например, на трубонарезных станках. На соединяемые части труб (внутреннюю поверхность первой трубы и внешнюю поверхность второй трубы) наносят герметик, предпочтительно, на основе эпоксидной смолы. Сборку узла механического соединения стальных труб, имеющих одинаковые диаметры, осуществляют путем совмещения торцов труб (первой, имеющей расточку, и второй, предпочтительно имеющей фаску) и запрессовки второй трубы в раструбную часть первой трубы.

На фиг. 4 представлено изображение узла соединения стальных труб по первому варианту полезной модели. Узел соединения состоит из первой трубы, выполненной на одном конце с раструбной частью, включающей коническую секцию 1 и цилиндрическую секцию 2, расположенную со стороны торца трубы, причем на внутренней поверхности цилиндрической секции 2 со стороны торца выполнена цилиндрическая расточка 3 со скосом 4 к цилиндрической секции раструбной части первой трубы (фиг. 1). Между расточкой 4 и внешней поверхностью второй трубы расположен герметик 8. Кроме того, герметик 8 размещен в кольцевой впадине, образованной зазором между внутренней поверхностью первой трубы и фаской 7 на конце второй трубы, за счет того, что фаска 7 выполнена с конусностью, большей конусности конической секции 1 раструбной части первой трубы.

Узел соединения по второму варианту выполнения полезной модели имеет аналогичную конструкцию.

1. Узел механического соединения стальных труб, содержащий первую трубу и вторую трубу, при этом первая труба выполнена на одном конце с раструбной частью, включающей коническую секцию и цилиндрическую секцию, расположенную со стороны торца трубы, отличающийся тем, что на внутренней поверхности цилиндрической секции раструбной части первой трубы со стороны торца выполнена цилиндрическая расточка со скосом к цилиндрической секции раструбной части первой трубы, причем между расточкой цилиндрической секции раструбной части первой трубы и внешней поверхностью второй трубы расположен герметик.

2. Узел механического соединения стальных труб по п. 1, отличающийся тем, что на конце второй трубы выполнена фаска с конусностью, большей конусности конической секции раструбной части первой трубы, образующая с внутренней поверхностью первой трубы кольцевую впадину, в которой размещен герметик.

3. Узел механического соединения стальных труб по п. 1, отличающийся тем, что на конце второй трубы выполнена коническая секция, сужающаяся к торцу трубы.

4. Узел механического соединения стальных труб по п. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что на внешней цилиндрической поверхности второй трубы выполнена кольцевая выдавка, расположенная в зоне цилиндрической секции раструбной части первой трубы, в которой размещен герметик.

5. Узел механического соединения стальных труб, содержащий первую трубу и вторую трубу, при этом первая труба выполнена с раструбной частью на одном конце, включающей коническую секцию и цилиндрическую секцию, расположенную со стороны торца трубы, отличающийся тем, что на внутренней поверхности цилиндрической секции раструбной части первой трубы со стороны торца выполнена расточка, состоящая из двух конических поверхностей, обращенных друг к другу расширениями.

6. Узел механического соединения стальных труб по п. 5, отличающийся тем, что на конце второй трубы выполнена фаска с конусностью, большей конусности конической секции раструбной части первой трубы, образующая с внутренней поверхностью первой трубы кольцевую впадину, в которой размещен герметик.

7. Узел механического соединения стальных труб по п. 5, отличающийся тем, что на конце второй трубы выполнена коническая секция, сужающаяся к торцу трубы.

8. Узел механического соединения стальных труб по п. 5, или 6, или 7, отличающийся тем, что на внешней цилиндрической поверхности второй трубы выполнена кольцевая выдавка, расположенная в зоне цилиндрической секции раструбной части первой трубы, в которой размещен герметик.