Механическое соединение труб магистральных трубопроводов

Изобретение относится к конструкции устройства соединения трубопроводных систем и может быть использовано в соединении труб протяженных магистральных трубопроводов для транспортировки воды, нефти, природного газа, других жидкостей и газов в нефтегазодобывающей, нефтегазоперерабатывающей, химической, металлургической промышленности и других областях. Соединение осуществляется за счет стягивания и равномерного двухстороннего обжима конусных частей стенок труб с помощью конусной соединительной ниппельной втулки и двух охватывающих разъемных многозвенных траков, а также стягивающих шпилек, гаек и шайб, которые обеспечивают его конструктивное единство и прочность. При этом уплотнение и непроницаемость соединения осуществляется по внутренним конусным поверхностям труб и конусным частям ниппельной втулки. Изобретение обеспечивает минимальное время сборки, высокую точность и качество соединения труб магистральных трубопроводов даже в сложных погодных условиях на земле, в траншеях, на эстакадах, в стесненных туннелях и помещениях, а также под водой. 4 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к устройству соединения трубопроводных систем и может быть использовано в соединении труб магистральных трубопроводов для транспортировки воды, нефти, природного газа, других жидкостей и газов в нефтегазодобывающей, нефтегазоперерабатывающей, химической, металлургической промышленности и других областях.

Известны многочисленные традиционные способы соединения магистральных труб большого диаметра, в основном, с использованием стыковых сварных соединений, а также фланцевых механических соединений с трубной арматурой, насосами и другим оборудованием. Но для осуществления соединения магистральных труб стыковой сваркой требуется сложное и 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 магистральных труб значительно усложняется при плохой погоде в полевых условиях, при морских прокладках и при сложных сварочных операциях 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 посредством их стягивания в осевом направлении посредством фланцев, болтов, гаек и шайб, примененной в жесткой муфте топливопровода (US 2985466 А, 23.05.1961). Конструктивное отличие стягивающего узла указанного соединения заключается в необходимости установки фланцев на концевые участки труб до их развальцовки, что ограничивает возможность использования такого нетехнологичного соединения для трубопроводов больших диаметров до 1500 мм и более. Известен и другой аналог механического фланцевого соединения труб, непроницаемость в котором обеспечивается обжатием торцевой прокладки посредством сжатия приварных фланцевых упоров труб стягивающими многозвенными разъемными траками, представляющих из себя сборные пластинчатые полукольца, и крепежные элементы в виде шпилек и гаек (US 2911239 А, 03.11.1959). Основное конструктивное отличие указанного соединения заключается в использовании разборной конструкции стягивающего устройства вместо традиционных приварных громоздких фланцев для возможности прохода труб через малые отверстия. Недостатком соединения является малая жесткость узла соединения полуколец и неравномерность обжатия торцевой прокладки. Указанное соединение не применимо в соединениях трубопроводов, требующих высокой надежности.

Задачей изобретения является создание универсального, технологичного, надежного и долговечного устройства механического соединения труб больших диаметров, с предварительно сформированными и точно обработанными конусными частями на концевых участках труб, обеспечивающего ускоренную прокладку магистральных 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 250 бар и более;

- неограниченный диапазон толщин стенок труб;

- широкий диапазон наружных диаметров труб от 750 до 1500 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, а также труб из армированного пластика и металлопластов.

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

При этом удлиненные шпильки являются осями звеньев траков и упругими тягами, создающими при затяжке гаек постоянное сдавливание всех конусных поверхностей. Для обеспечения равномерного обжатия соединения внутренние поверхности траковых 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 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.

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 при сохранении всех выше перечисленных исходных требований к новому типу соединения.

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

Принципиальная конструкция устройства тракового механического соединения для магистральных труб показана на прилагаемых фигурах:

- общий вид соединения труб на фиг. №1;

- соединение труб с развальцованными конусными частями на фиг. №2;

- соединение труб с приварными конусными частями на фиг. №3;

- соединение легких труб, усиленных армированным пластиком на фиг. №4.

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

Предложенная конструкция устройства тракового механического соединения труб магистральных трубопроводов 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 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 полностью собираются в стационарных цеховых условиях. Это обеспечит минимальное время сборки, высокую точность и качество соединения труб в сложных погодных условиях на открытом воздухе, в траншеях, на эстакадах, в стесненных туннелях и помещениях, а также под водой. 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 тракового механического соединения и монтажа трубопровода будет сформулирована и подана новая заявка с потенциальным Инвестором на оформление международного патента.

Механическое соединение труб магистральных трубопроводов для перекачки различных жидкостей и газов, состоящее из одной ниппельной втулки, плотно прилегающей двумя конусными поверхностями к внутренним конусным поверхностям соединяемых труб посредством их стягивания, отличающееся тем, что соединение снабжено двумя разъемными многозвенными траками, равномерно охватывающими и обжимающими наружные конусные поверхности соединяемых труб, с возможностью стягивания траков между собой в осевом направлении труб посредством шпилек, проходящих через звенья цепей, гаек и шайб.