Гибкая труба и концевое соединение гибкой трубы

Изобретение относится к трубам для транспортировки высокоагрессивных жидкостей и газов и может найти применение в нефтяной, химической и смежных отраслях промышленности, а также при изготовлении водопроводов для питьевого водоснабжения. Гибкая труба содержит внутреннюю герметизирующую камеру, спиральный каркас, грузонесущие элементы и наружную оболочку. Грузонесущие элементы размещены в трубе в виде двух слоев повивов из полипропиленового шпагата, навитых под углом к оси трубы в противоположных направлениях. Концевая арматура содержит внутренний кольцевой элемент с внешней и внутренней конической поверхностями и сопрягающиеся разрезное и бандажное кольцо, имеющие конические поверхности, образующие клин. Внутренняя герметизирующая камера гибкой трубы и спиральный каркас заклинены между конической поверхностью внутреннего кольцевого элемента и внутренней поверхностью ниппеля. Повивы грузонесущих элементов заклинены по коническим поверхностям соответственно ниппеля и бандажа с помощью установленных между ними разрезного и бандажного колец. Фланцы скреплены резьбовым элементом, обеспечивающим заклинивание слоев трубы в элементах концевой арматуры и соединение концов труб между собой. Технический результат заключается в повышении несущей способности труб в радиальном и осевом направлениях, в обеспечении пониженных требований к точности угла навивки и его сохранению по всей длине трубы на протяжении всего срока эксплуатации, а также в обеспечении полной герметичности и надежности концевого соединения труб. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к трубам для транспортировки высокоагрессивных жидкостей и газов и может найти применение в нефтяной, химической и смежных отраслях промышленности, а также при изготовлении водопроводов для питьевого водоснабжения.

Гибкие трубы имеют целый ряд преимуществ по сравнению с жесткими стальными трубами. Материал гибких труб успешно противостоит многим высокоагрессивным средам. Силовые элементы гибких груб, выполняемые из высокопрочных сталей, обеспечивают их высокую механическую прочность к комплексу нагрузок в процессе транспортирования, монтажа и эксплуатации труб. Трубы экологичны и монтажеспособны, легко транспортируются. Соединения труб просты, они готовы к использованию и не требуют подгоночных, сварочных и изоляционных работ.

Наиболее близким аналогом предлагаемой трубы можно считать гибкую полимерно-металлическую трубу, содержащую внутреннюю герметизирующую полиэтиленовую камеру, на наружной поверхности которой выполнены пазы, грузонесущие элементы в виде круглой стальной проволоки, уложенные с зазором в пазы камеры, спиральный каркас из металлической ленты с перекрытием смежных витков и внешнюю защитную полимерную оболочку (см. SU 934141, МПК 7 F 16 L 11/08, 07.06.1982).

Недостатки конструкции состоят в низкой надежности и низкой несущей способности трубы в осевом направлении, ограничении по рабочему давлению, а также низкой коррозионной стойкости трубы.

Наиболее близким аналогом предлагаемого концевого соединения является концевое соединение гибких труб, приведенное в SU 989223, МПК 7 F 16 L 11/10, 15.01.1983, содержащее концевую арматуру, включающую ниппель и бандаж с фланцами, и гибкую трубу.

Однако известная конструкция имеет недостаточную надежность соединения труб.

Задачей изобретений является повышение надежности и коррозионной стойкости гибких труб. Технический результат, который обеспечивается предложенными изобретениями, заключается в повышении несущей способности труб в радиальном и осевом направлениях, в обеспечении пониженных требований к точности угла навивки и к его сохранению по всей длине трубы на протяжении всего срока эксплуатации, а также в обеспечении полной герметичности и надежности концевого соединения труб.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в гибкой трубе, содержащей коаксиально размещенные внутреннюю герметизирующую камеру, спиральный каркас, грузонесущие элементы и наружную оболочку, согласно изобретению, грузонесущие элементы выполнены в виде двух слоев повивов из полипропиленового шпагата, навитых под углом 20-30° к оси трубы в противоположных направлениях.

Это обеспечивает повышенную коррозионную стойкость и прочность трубы.

Внутренняя камера и наружная оболочка предпочтительно выполнены из полиэтилена, а спиральный каркас - из стальной круглой проволоки или стальной ленты.

Повивы грузонесущих элементов разделены между собой и отделены от спирального каркаса и наружной оболочки изолирующими слоями.

Указанный технический результат достигается также тем, что концевое соединение гибкой трубы, содержащее ниппель, бандаж и фланец, согласно изобретению, снабжено внутренним кольцевым элементом с внешней конической поверхностью, угол конуса которой направлен от торца трубы и внутренней конической проточкой для обеспечения прохождения очистного шара при очистке внутренней поверхности трубопроводов от отложений, а также сопрягающимися разрезным и бандажным кольцами, имеющими конические поверхности, образующие клин, при этом внутренняя герметизирующая камера и спиральный каркас гибкой трубы, выполненной, как описано выше, заклинены между внешней конической поверхностью внутреннего кольцевого элемента и внутренней поверхностью ниппеля, повивы грузонесущих элементов заклинены по коническим поверхностям соответственно ниппеля и бандажа с помощью разрезного и бандажного колец, установленных между повивами, а фланец выполнен с возможностью скрепления с фланцем другого концевого соединения с обеспечением заклинивания указанных элементов гибкой трубы и соединения внутренних концевых элементов друг с другом.

Ниппель выполнен с проточкой, в которой размещен спиральный каркас гибкой трубы, а внутренний кольцевой элемент выполнен с проточкой, в которой размещена прокладка для обеспечения герметичного соединения с внутренним кольцевым элементом другого концевого соединения.

Конструкция гибких труб состоит из трех независимых силовых слоев, первый из которых (каркас) воспринимает только радиальные нагрузки от внутреннего гидравлического давления и внешних сминающих усилий, полностью разгружая два последующих силовых слоя, которые воспринимают только продольные нагрузки от внутреннего гидравлического давления и от монтажных нагрузок. Данная конструкция является более материалоемкой, но менее уязвимой от всех неблагоприятных факторов. Разделение нагрузок по отдельным силовым слоям делает конструкцию устойчивой по отношению к перепадам температур, динамике транспортируемой жидкости, подвижкам грунтов, транспортным нагрузкам и т.д. Проведенные испытания показали, что даже при полном разрушении двух повивов грузонесущих элементов на полупериметре гибкой трубы площадью до 400 см² труба не теряет своей агрегатной прочности и обеспечивает длительную эксплуатацию в рабочем режиме.

На чертеже представлена конструкция концевого соединения предлагаемой гибкой трубы.

Концевая арматура включает фланец 1, соединенный с бандажом 2 через закладное кольцо 3. Резьбовой элемент, содержащий шпильку 4, гайку 5 и шайбу 6, предназначен для соединения арматуры двух концов труб. Бандажное кольцо 7 и разрезное кольцо 8 образуют клин, который при сборке концевого соединения сопрягается с конической поверхностью бандажа 2 и ниппеля 9. Внутренний кольцевой элемент 10 выполнен с конической внешней поверхностью, угол конуса которой направлен от торца трубы. Прокладка 11 размещена в сопрягаемых проточках внутренних кольцевых элементов 10 двух соединяемых гибких труб и предназначена для обеспечения их герметичного соединения.

Элементы гибкой трубы размещены в деталях концевой арматуры следующим образом.

Внутренняя герметизирующая камера 12 заклинена между внешней конической поверхностью кольцевого элемента 10 и внутренней поверхностью ниппеля 9. Спиральный каркас 13 из стальной ленты (или проволоки) стыкуется с ниппелем 9 по внутренней проточке. Грузонесущие элементы правого повива (первого слоя) 15 уложены на наружную поверхность ниппеля, а левого повива (второго слоя) 15 - на наружную поверхность бандажного кольца 7, при этом они заклинены по конусным поверхностям ниппеля 9 и бандажа 2 посредством разрезного кольца 8 и при помощи резьбовых элементов (шпильки 4, гайки 5 и шайбы 6) фланца 1. Наружная оболочка 16 гибкой трубы закреплена в арматуре посредством бандажа 2. Оба слоя повивов 15 грузонесущих элементов разделены между собой и отделены от спирального каркаса 13 и наружной оболочки 16 изолирующими слоями 17, 18, 19.

На внутренней поверхности внутренней герметизирующей камеры 12 выполнена коническая проточка, обеспечивающая прохождение очистного шара при очистке внутренней поверхности трубопроводов от отложений (на чертеже не показано).

После запрессовки (защемления) грузонесущих элементов трубы деталями концевой арматуры происходит «эффект клина» - с увеличением осевой нагрузки на грузонесущие элементы последние стремятся выйти из защемления, тем самым затягивая клин (разрезное и бандажное кольца 8 и 7) в полость между коническими поверхностями ниппеля 9 и бандажа 2 и усиливая защемление грузонесущих элементов.

Конструкция, размеры, стыковка деталей арматуры концевого соединения с элементами гибкой трубы выбраны из условия равнопрочности.

Спиральный каркас 13 предназначен для восприятия только радиальных нагрузок (составляющая внутреннего давления и сминающая от веса грунта в траншее и веса проходящего транспорта).

Два силовых слоя, состоящих из правого и левого повивов 15 грузонесущих элементов, расположенных под углом 20-30° к оси трубы, воспринимают осевые растягивающие нагрузки от внутреннего давления, от монтажных нагрузок и радиальные нагрузки от внутреннего давления.

Согласно технологии сборки производят навивку на полиэтиленовую трубу спирального каркаса 13 из стальной ленты (или проволоки) и наложение изолирующего слоя 14 из ленты ПВХ. Затем проводят наложение двух слоев повивов 15 грузонесущих элементов из полипропиленовою шпагата с покрытием каждого из них изолирующим слоем 18 и 19 из ленты ПВХ. Осуществляют наложение наружной оболочки 16 на экструдере и последующую сборку элементов гибкой трубы с деталями концевой арматуры с получением концевого соединения.

Конструкция гибких труб и технология их изготовления позволяют вводить в тело трубы каналы связи, обеспечивающие дистанционное управление режимом работы трубопровода и контроль за его работой. Такие трубы транспортируются всеми видами транспорта, имеют большую вместимость в транспортное средство. При необходимости гибкие трубопроводы могут быть легко демонтированы и использованы повторно.

1. Гибкая труба, содержащая коаксиально размещенные внутреннюю герметизирующую камеру, спиральный каркас, грузонесущие элементы и наружную оболочку, отличающаяся тем, что грузонесущие элементы выполнены в виде двух слоев повивов из полипропиленового шпагата, навитых в противоположных направлениях под углом 20-30° к оси трубы.

2. Труба по п.1, отличающаяся тем, что повивы грузонесущих элементов разделены между собой и отделены от спирального каркаса и наружной оболочки изолирующимися слоями.

3. Концевое соединение гибкой трубы, содержащее ниппель, бандаж и фланец, отличающееся тем, что оно снабжено внутренним кольцевым элементом с внешней конической поверхностью, наружный угол конуса которой направлен от торца трубы, а также сопрягающимися разрезным и бандажным кольцами, имеющими конические поверхности, образующие клин, при этом внутренняя герметизирующая камера и спиральный каркас гибкой трубы, выполненной по п.1 или 2, заклинены между внешней конической поверхностью внутреннего кольцевого элемента и внутренней поверхностью ниппеля, повивы грузонесущих элементов заклинены по коническим поверхностям соответственно ниппеля и бандажа с помощью разрезного и бандажного колец, установленных между повивами, а фланец выполнен с возможностью скрепления с фланцем другого концевого соединения с обеспечением заклинивания указанных элементов гибкой трубы и соединения внутренних концевых элементов друг с другом.

4. Соединение по п.3, отличающееся тем, что ниппель выполнен с проточкой, в которой размещен спиральный каркас гибкой трубы.

5. Соединение по п.3, отличающееся тем, что внутренний кольцевой элемент выполнен с проточкой, в которой размещена прокладка для обеспечения герметичного соединения с внутренним кольцевым элементом другого концевого соединения.

6. Соединение по п.3, отличающееся тем, что на внутренней поверхности внутренней герметизирующей камеры выполнена коническая проточка для обеспечения прохождения очистного шара при очистке внутренней поверхности трубопроводов от отложений.