неразъемное соединение труб из армированного термопласта и способ его осуществления

Описание изобретения к патенту

Группа изобретений 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 устройство соединения труб, включающее соединительный элемент, выполненный в виде размещенных в монолитном блоке связующего полимера отрезков металлических труб с развальцовкой на концах, накидных металлических втулок с внутренней конической поверхностью и свободных выпусков продольных стержней арматуры металлопластовых труб, отогнутых к оси трубы и закрепленных между отрезками металлических труб и втулками, при этом свободные концы отрезков металлических труб соединены посредством сварки (см. патент РФ 2014541, "Соединение металлопластовых труб", публ. 15.06.1994 г., МПК F 16 L 13/10).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве соединения имеются участки трубопровода, выполненные из металлических труб и не защищенные полимерами от воздействия агрессивных сред. На металле создаются условия для возникновения коррозии, трубы разрушаются, возможны аварийные ситуации при перепадах давления в трубопроводе. Кроме того, требуется дополнительная наружная изоляция мест сварки.

Известен способ соединения металлопластовых труб, заключающийся в установке свободных выпусков продольных стержней арматуры, отогнутых к оси трубы, между накидными металлическими втулками и развальцованными концами отрезков металлических труб, закреплении их в монолитном блоке связующего полимера и сварке свободных концов отрезков металлических труб (см. патент РФ 2014541, "Соединение металлопластовых труб", публ. 15.06.1994 г., МПК F 16 L 13/10).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится то, что при использовании известного способа свободные концы металлических труб, соединенные посредством сварки, остаются незащищенными от воздействия агрессивной среды, проходящей по трубопроводу, возникают условия для коррозии металла, что снижает надежность работы соединения. Кроме того, наружная поверхность соединения в местах сварки требует дополнительной защиты от внешних природных воздействий.

Известно соединение труб, включающее соединительный элемент в виде отрезков металлических труб, сваренных между собой свободными концами, а другими концами размещенных в монолитном блоке связующего полимера. При этом по внутреннему диаметру отрезков металлических труб размещены свободные выпуски продольных стержней арматуры металлопластовых труб, а между торцами соединяемых металлопластовых труб соосно им установлен вкладыш из отрезков металлопластовой трубы (см. патент РФ 2014544, "Соединение металлопластовых труб", публ. 15.06.1994, MПK F 16 L 23/02, 13/02).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве соединения так же, как и в предыдущем аналоге, остаются условия для коррозии металлов. При установке вкладыша из отрезков металлопластовых труб, не соединенных между собой, остаются зазоры, в которые попадает агрессивная среда, и процесс коррозии неизбежен, что говорит о низкой надежности соединения. Такое соединение требует и дополнительной наружной изоляции мест сварки.

Известен способ соединения металлопластовых труб, заключающийся в установке свободных выпусков продольных стержней арматуры, отогнутых к оси трубы, по внутреннему диаметру отрезков металлических труб, закреплении их в монолитном блоке связующего полимера, установке вкладыша из отрезков металлопластовой трубы между торцами соединяемых металлопластовых труб соосно им и последующей сварке свободных концов отрезков металлических труб (см. патент РФ 2014544, "Соединение металлопластовых труб", публ. 15.06.1994, МПК F 16 L 23/02, 13/02).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится то, что при использовании известного способа свободные концы металлических труб, соединенные посредством сварки, остаются незащищенными как от внешних природных воздействий, так и от воздействия агрессивной среды внутри трубы, т.к. установка металлопластовых вкладышей в соединении не герметична и не обеспечивает защиту от коррозии металла, что, в целом, снижает надежность работы соединения.

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, 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 F 16 L 13/11).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве соединения, принятого за прототип, 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, привариваемые к гильзе. Кроме того, выполнение гильзы цельной не предполагает использование соединения на криволинейных участках трубопровода.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому в группе изобретений по совокупности признаков является 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., б. 23).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известного способа, принятого за прототип, 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.

Задача, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, 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 группы изобретений, заключается в расширении возможностей применения предлагаемого неразъемного соединения труб на любых участках трубопроводов, изменяющих направление трассы под любым углом, при упрощении сборки, а также в повышении надежности работы соединений труб в условиях агрессивных сред и высоких давлений за счет формирования термопластового замка в неразъемном соединении труб из армированного термопласта.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - устройству, достигается тем, что известное неразъемное соединение труб из армированного термопласта, содержащее втулку с законцовками, выполненную из двух частей, сваренных между собой по торцевым поверхностям, и охватывающую законцовками цилиндрические поверхности труб, а также металлическую гильзу, охватывающую цилиндрические поверхности втулки, согласно изобретению гильза выполнена составной из отрезков металлических труб, обрезанных под углом 0<90<SUP>o0 к осям соединяемых труб, при этом в результате заполнения отверстий и кольцевых расточек расплавленным термопластом в процессе сварки торцов втулки в термостатированной гильзе образован термопластовый замок.

Выполнение гильзы составной из сваренных отрезков металлических труб позволяет устанавливать соединение при поворотах трассы трубопровода на любой угол, при этом термопластовое соединение армированных труб снаружи защищено металлической оболочкой, выдерживающей высокие давления в трубопроводе, а изнутри не содержит открытых металлических деталей, соприкасающихся с агрессивной средой, и, следовательно, не подвержено коррозии, что повышает надежность соединения.

Выполнение втулки составной позволяет свободно вводить части втулки с двух сторон в термостатированную гильзу и сваривать части втулки внутри гильзы.

Выполнение в гильзе технологических отверстий для выхода грата и кольцевых расточек с образующей под углом 0 к осям соединяемых термопластовых труб позволяет расплавленному термопласту заполнить их и сформировать надежный термопластовый замок заданной конфигурации.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - способу достигается тем, что 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, согласно изобретению предварительно изготавливают гильзу, для этого в отрезках металлических труб выполняют отверстия для выхода грата и кольцевые расточки с образующими поверхностями под углом 0 к осям соединяемых труб, отрезки сваривают по торцевым поверхностям, обрезанным под углом 0<90<SUP>o

Изготовление гильзы из отрезков металлических труб позволяет получить прочное соединение труб из армированного термопласта, предназначенное для работы в условиях высоких давлений и агрессивных сред. Причем отрезки труб могут быть сварены друг с другом под любым углом, требующимся для направления трассы трубопровода.

Выполнение гильзы с отверстиями для выхода грата и расточками на внутренних поверхностях позволяет сформировать надежное соединение труб в виде термопластового замка.

Термостатирование гильзы при температуре плавления термопласта позволяет избежать термического удара при введении в нее нагретых частей втулки с двух сторон и обеспечивает качество сварки втулки.

Приложение осевого усилия до момента выхода грата через наиболее удаленные от места сварки отверстия позволяет не только проконтролировать окончание сварки, но и гарантирует заполнение всех отверстий и расточек, выполненных в соединении и составляющих объем термопластового замка.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку предлагаемое неразъемное устройство термопластовых 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 заявленной группы изобретений, 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 заявленной группы изобретений соответствует условиям "новизна" и "изобретательский уровень".

На чертеже представлено неразъемное соединение термопластовых труб, иллюстрирующее и способ осуществления этого соединения.

Устройство содержит соединяемые армированные трубы 1, термопластовую втулку 2, сваренную из двух частей, с законцовками 3, приформованными к трубам 1 известным способом |1| сварки встык нагретым инструментом либо сварки при помощи деталей с закладными нагревателями, и металлическую гильзу 4, охватывающую цилиндрические поверхности втулки 2. Гильза 4 выполнена из двух отрезков металлических труб 4", в которых радиально выполнены отверстия для выхода грата 5 и на поверхностях которых по внутреннему диаметру выполнены кольцевые расточки 6, с образующими поверхностями под углом 0 к осям отрезков труб. Угол и длина расточек выбираются в зависимости от диаметра термопластовых труб 1, давления в трубопроводе, толщины стенок гильзы 4, а также от величины осевых усилий, необходимых для сварки термопласта. Отрезки труб обрезаны под углом 0<90<SUP>o определяется направлением трассы трубопровода.

Осуществление способа соединения термопластовых труб 1 посредством втулки 2 с законцовками 3 и металлической гильзы 4 заключается в том, что берут заготовки отрезков металлических труб 4", выполняют в них отверстия для выхода грата 5 и кольцевые расточки 6, образующие поверхности которых направлены под углом 0 к осям соединяемых отрезков труб. Угол и длина расточек выбираются в зависимости от диаметра термопластовых труб 1, давления в трубопроводе, толщины стенок гильзы 4, а также от величины осевых усилий, необходимых для сварки термопласта. Обрезают отрезки труб под заданным углом 0<90<SUP>ooС) известным способом |1|, прижимая их к нагретому инструменту, а затем вставляют их с двух сторон в термостатированную гильзу 4, соединяют части втулки 2 между собой и, прикладывая к ним осевое усилие, сваривают их до тех пор, пока термопласт не заполнит все отверстия и расточки, выполненные в соединении, и не выйдет в наиболее удаленные от места сварки отверстия для выхода грата 5, что является показателем окончания сварки. При этом образуется неразъемный термопластовый замок. Величина осевого усилия выбирается в зависимости от марки пластполимера, диаметра втулок и труб, времени формирования термопластового замка. Прекращают действие осевого усилия, соединение охлаждают естественным образом.

Таким образом, изложенные сведения показывают, что заявленная группа изобретений, а именно: неразъемное соединение термопластовых труб и способ его осуществления, предназначены для производства трубопроводов в нефтяной, газовой и химической промышленности. При этом появляется возможность использования предлагаемого неразъемного соединения труб на любых поворотах трассы трубопроводов без применения дополнительных устройств и вставок в трубопровод, при упрощении сборки, при повышении надежности работы соединений в условиях агрессивных сред и высоких давлений за счет формирования термопластового замка.

Литература

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