Механическое соединение труб среднего диаметра

Изобретение относится к конструкции соединения трубопроводных систем и может быть использовано в соединении труб среднего диаметра распределительных трубопроводов для транспортировки различных жидкостей и газов. Механическое соединение осуществляется за счет сдавливания и равномерного двухстороннего обжима конусных частей стенок труб с помощью конусной соединительной ниппельной втулки и двух комплектов конусных вкладышей, двух обжимных втулок и проходящих через них необходимого количества шпилек, а также гаек и шайб. При стягивании обжимных втулок обеспечивают конструктивное единство и прочность соединения труб. При этом уплотнение и непроницаемость соединения осуществляется по внутренним конусным поверхностям труб и конусным частям ниппельной втулки. А за счет равномерного двухстороннего обжима стенок труб между конусными вкладышами и ниппельной втулкой обеспечивается соединение трубопроводов не только из стали, цветных и легких сплавов, а также из армированного пластика, композитов, керамики и стекла. 3 ил.

 

Изобретение относится к устройству механического соединения трубопроводных систем и может быть использовано в соединении труб среднего диаметра распределительных трубопроводов для транспортировки воды, нефти, природного газа, других жидкостей и газов в нефтегазоперерабатывающей, химической, металлургической, промышленной промышленности, в судостроении, в промышленном строительстве и других областях.

Известны многочисленные традиционные способы соединения труб среднего диаметра, в основном, с использованием стыковых сварных соединений, а также фланцевых механических соединений с трубной арматурой, насосами и другим оборудованием. Однако для осуществления соединения труб стыковой сваркой требуется сложное, дорогостоящее оборудование и длительный процесс самой сварочной операции. При этом весьма проблематичным является выполнение в экстремальных температурных условиях высококачественной сварки стыков труб, зачистки внутренних усилений сварных швов и обеспечения должной коррозионной стойкости зоны сварных соединений в процессе последующей эксплуатации трубопроводов. Кроме того, процесс сварки труб среднего диаметра значительно усложняется при плохой погоде на открытом воздухе, в стесненных отсеках судов, а также под водой.

Известен также наиболее близкий аналог механического соединения труб с наружными конусными участками, одной ниппельной втулки, плотно прилегающей двумя конусными поверхностями к внутренним конусным поверхностям концевых участков труб, двух конусных вкладышей посредством их стягивания в осевом направлении с помощью фланцев, болтов, гаек и шайб, примененный в патенте US 1920512 А, 20.04.1932 (Fig. 3). Отличие предполагаемого соединения заключается в том, что его конусные вкладыши представляют комплект деталей, состоящих из одинаковых элементов, а в указанном патенте каждый вкладыш - это единую деталь и разная технология сборки соединения.

Задачей изобретения является создание универсального технологичного устройства для надежного и долговечного механического соединения труб среднего диаметра, с предварительно сформированными конусными частями на концевых участках труб, обеспечивающего ускоренную прокладку трубопроводов без использования стыковой сварки труб. Предполагается, что такое устройство должно выполнять следующие исходные требования:

- механическое трубное соединение, не уступающее по основным эксплуатационным свойствам сварному соединению;

- сохранение в соединении полноразмерного гладкого проходного сечения труб без сужений, уступов и внутренних выступающих частей;

- обеспечение простой и быстрой центровки труб при их соединении;

- широкий диапазон допустимого рабочего давления до 400 бар и более;

- неограниченный диапазон толщин стенок труб;

- широкий диапазон наружных диаметров труб от 30 до 250 мм и более;

- допустимый диапазон температур, превышающих температуру трубопровода;

- срок службы соединения, превышающий срок службы трубопровода;

- возможность повторного использования деталей соединения при замене труб;

- использование универсального соединения для труб из углеродистой, высоколегированной и нержавеющей стали, цветных, алюминиевых и титановых сплавов, труб из армированного пластика, композитов, металлопластов, керамики и стекла.

Поставленная задача решается тем, что трубное соединение осуществляется механическим устройством за счет сдавливания и равномерного двухстороннего обжима конусных частей стенок труб (1 и 8) с помощью конусной ниппельной втулки (4) и двух обжимных втулок (3 и 7), двух комплектов конусных вкладышей (2 и 6), а также стягивающих шпилек (5), гаек (9) и шайб (10), которые обеспечивают конструктивное единство и прочность соединения, а количество и размер шпилек зависит от диаметра трубопровода и необходимой прочности соединения.

При этом шпильки являются упругими тягами, создающими при затяжке гаек постоянное сдавливание всех конусных поверхностей. Для равномерного обжатия соединения внутренние поверхности конусных вкладышей и наружные поверхности труб имеют одинаковую конусность. Уплотнение в соединении осуществляется по внутренним конусным поверхностям труб и конусным поверхностям ниппельной втулки после их стягивания и обжима, а непроницаемость обеспечивается их плотным прилеганием за счет соответствующей обработки конусных поверхностей.

Для особо прочных толстостенных металлических труб их концевые конусные участки могут быть приварными, с удалением усиления сварного шва внутри трубы зачисткой и шлифовкой до полного проходного сечения трубопровода. Во всем остальном конструкция такого соединения труб полностью сохраняется без изменений, как для труб с развальцованными конусными частями. Для соединения труб из керамики или стекла комплекты конусных вкладышей, а также ниппельная втулка могут быть изготовлены из прочных, химически стойких и эластичных материалов либо иметь соответствующее покрытие поверхностей, контактирующих с хрупкими конусными частями труб.

Для осуществления такелажных работ при прокладке трубопровода, упрощения сборки соединения или обеспечения его демонтажа в средней части ниппельной втулки имеется поперечная кольцевая канавка и продольные проточки, расположенные в шахматном порядке. Для трубопроводов диаметром менее 60 мм наружная поверхность обжимных втулок может быть четырехгранной под четыре стягивающих шпильки, трехгранной под три и овальной под две.

Важным обстоятельством является то, что на основе предлагаемого механического трубного соединения может быть создан вариант с торцевым уплотнением, что позволит присоединяться к традиционным фланцевым соединениям забойных участков трубопроводов, к существующей трубной арматуре и другому оборудованию, сохраняя выше перечисленные исходные требования к новому типу соединения.

Учитывая уникальность указанного соединения, предлагается дать наименование новому типу соединения - револьверное механическое соединение труб.

Принципиальная конструкция устройства револьверного механического соединения для труб среднего диаметра показана на прилагаемых фигурах:

- соединение труб с развальцованными конусными частями на фиг. 1;

- соединение труб с приварными конусными частями на фиг. 2;

- соединение легких труб, усиленных армированным пластиком на фиг. 3.

На представленных фигурах полностью раскрыта общая идея конструкции устройства, предлагаемого трубного соединения, его особенность и техническая новизна.

Предложенная конструкция устройства револьверного механического соединения труб среднего диаметра обеспечивает выполнение всех, выше перечисленных, исходных требований, а анализ возможности ее использования дает следующие очевидные технологические и эксплуатационные преимущества по сравнению с традиционным соединением таких трубопроводов сваркой:

- простота соединения за счет самоцентровки и плотной фиксации труб;

- быстрая, точная и качественная сборка трубных соединений;

- возможность многократного монтажа и демонтажа соединения;

- возможность полного демонтажа соединения для ремонта или замены труб;

- возможность соединения труб из разнородных материалов;

- соединение труб с разной толщиной стенок, с сохранением проходного сечения;

- возможность безопасной сборки трубопроводов во взрывоопасной среде;

- возможность создания высокопрочного неразъемного соединения труб;

- полная сохранность внутренних и наружных покрытий труб после соединения;

- высокая коррозионная стойкость труб в соединении;

- повышение плотности соединения при увеличении давления в трубопроводе;

- визуальное удобство контроля непроницаемости трубных соединений;

- высокая производительность сборки и испытания трубопроводов;

- защищенность от повреждений внутренних уплотняющих поверхностей труб при их хранении, транспортировке и сборке трубопроводов в сложных условиях.

Важным преимуществом предложенной конструкции устройства является и то, что все детали соединения изготавливаются и частично собираются в стационарных цеховых условиях, включая конусные участки труб. Это обеспечит минимальное время сборки, точность и качество соединения труб в сложных погодных условиях на открытом воздухе, на эстакадах, в стесненных туннелях и отсеках судов, а также под водой и даже в космосе.

Предполагается, что после разработки чертежей, изготовления опытных образцов и проведения всех необходимых испытаний, уточнения типоразмерного ряда, окончательного выбора материалов деталей устройства, отработки всей технологической цепочки обработки сопрягаемых конусных поверхностей, сборки револьверного механического соединения и монтажа трубопровода будет сформулирована и подана новая заявка с потенциальным Инвестором на оформление международного патента.

Механическое соединение труб среднего диаметра для перекачки различных жидкостей и газов представляет из себя устройство, состоящее из одной конусной ниппельной втулки, плотно прилегающей двумя конусными поверхностями к внутренним конусным поверхностям труб, двух комплектов конусных вкладышей, прижатых к наружным конусным участкам соединяемых труб и охваченных двумя обжимными втулками, а также необходимого количества шпилек, проходящих через эти втулки, и завинченных на них гаек с шайбами, что позволяет стягивать втулки между собой, сжимать конусные вкладыши, осуществлять конструктивное единство, прочность и непроницаемость соединения, отличающееся тем, что за счет равномерного двухстороннего обжима стенок труб между конусными вкладышами и ниппельной втулкой обеспечивается возможность соединения трубопроводов не только из стали, цветных и легких сплавов, а также из армированного пластика, композитов, керамики и стекла.