МУФТА ДЛЯ РЕМОНТА ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к ремонтным конструкциям, используемым в трубопроводном транспорте для повышения прочности стенок труб с дефектами.
Известна стальная сварная муфта для ремонта трубопровода (см. патент РФ №2285192, МПК F16L 55/18, опубл. 20.05.2006), состоящая из двух идентичных полумуфт, устанавливаемых с перекрытием концевых участков, свариваемых угловыми сварными швами.
Недостатком данного устройства является образование зазоров между полумуфтой и трубой в местах перекрытия кромок, что способствует развитию коррозии трубы в данных зазорах.
Известна муфта для ремонта трубопровода (см. патент на полезную модель №77013), содержащая две полумуфты, стыкуемые концы которых выполнены под углом к образующим трубы. Регулирование необходимого зазора для сварки при монтаже обеспечивается за счет взаимного смещения полумуфт по оси трубопровода.
Недостатками данного устройства являются:
- сложность установки встык двух и более муфт для ремонта протяженных дефектов трубопровода;
- при срезании смещенных участков кромок полумуфты возникает вероятность повреждения трубы;
- повышенные затраты времени на проведение сварочных работ.
Известна негерметичная сварная стальная муфта, принятая нами в качестве прототипа (см. СТО Газпром 2-2.3-137-2007. Инструкция по технологиям сварки при строительстве и ремонте промысловых и магистральных газопроводов. Часть II. - ООО ИРЦ «Газпром». - М.: 2007, с.15). Муфта состоит из двух идентичных устанавливаемых на дефектный участок трубопровода полумуфт, продольные торцевые кромки которых соединены стыковыми сварными швами.
Недостатком данной муфты являются повышенные затраты времени на точную подгонку размеров полумуфт по окружности трубы для соблюдения зазора между стыкуемыми кромками в пределах 3-6 мм, а также на подгонку кромок под сварку в трассовых условиях (см. СТО «Газпром» 2-2.3-137-2007, с.106). Например, наружный диаметр трубы ⌀ 1220 мм может изменяться в пределах ±3 мм, соответственно, окружность трубы - в пределах ±9,4 мм (см. ТУ У 14-8-2-97. Трубы стальные электросварные прямошовные экспандированные диаметром 1220 мм для магистральных газонефтепроводов).
Задачей полезной модели является ускорение монтажа муфты на трубопровод.
Поставленная задача в муфте для ремонта трубопровода, включающей две установленные на трубопровод с зазором в разъемах между концевыми участками, соединенными сварными швами полумуфты, решается тем, что в одном из разъемов концевые участки полумуфт выполнены со взаимодействующими П-образными выступами и впадинами, соединенными сваркой по кромкам в окружном направлении трубопровода.
Муфта для ремонта трубопровода показана на фиг.1-2. На фиг.1 представлен вид сбоку собранной муфты, на фиг.2 - фрагмент разреза муфты по П-образным выступам двух полумуфт.
м
м
i
Муфта состоит из двух полумуфт толщиной δ и длиной l: верхней 1, установленной на трубопровод 2 с толщиной стенки δ с поверхностным дефектом 3, нижней 4, установленной с зазором Δ между П-образными выступами 5 шириной b, взаимодействующих в одном из разъемов полумуфт на длине l, причем под продольными кромками размещена подкладная пластина 6. В противоположном разъеме кромки полумуфт выполнены в соответствии с прототипом (на фиг.1-2 не показаны).
Монтаж муфты производится следующим образом: на дефектный участок 3 трубопровода 2 устанавливают верхнюю полумуфту 1 с подкладной пластиной 6, затем ставят нижнюю полумуфту 4, так чтобы ее П-образные впадины совпали со встречными выступами верхней полумуфты 1, а в противоположном разъеме кромки полумуфт выставляют с зазором 3÷6 мм, затем фиксируют полумуфты центратором, добиваясь одинакового зазора Δ между смежными выступами полумуфт, после чего выполняют кольцевые сварные соединения в местах стыковки выступов 5 полумуфт на длине l.
H
м
м
2-5
1
6
сш
м
Пример. На дефектный участок трубопровода с номинальным диаметром D=1220 мм и толщиной стенки δ=12,5 мм устанавливается стальная муфта длиной l=1220 мм и толщиной стенки δ=12,5 мм, состоящая из двух полумуфт. Одна из продольных кромок каждой полумуфты выполнена по прямой линии с разделанными под сварку кромками. Другие стыкуемые кромки выполнены в виде чередующихся выступов и впадин П-образной формы с разделанными под сварку кромками окружного направления. Длина полумуфт по окружности выбрана с учетом разброса периметра трубы таким образом, чтобы гарантировать зазор по окружности между торцевыми гранями выступов и дном впадин не менее 5 мм. Ширина выступов и впадин равна b=b=0,2 м, значения b=b=0,5b=0,1 м. Количество сварных швов в разъеме с П-образными кромками полумуфт n=5, катет сварного шва равен толщине муфты k=δ=12,5 мм. Давление в трубопроводе р=5,4 МПа. Необходимо определить минимальную суммарную длину кольцевых сварных швов в разъеме муфты, выполненном по схеме П-образных выступов и впадин.
Суммарная длина L кольцевых сварных швов в соединении выбирается из условия прочности:
где Q - сила, действующая в поперечном сечении муфты, Н;
м
σ - кольцевые напряжения, действующие в теле муфты, МПа;
эф.м
δ - эффективная толщина муфты, м;
раб
м
F=2b·δ - минимальная площадь поперечного сечения муфты, воспринимающая усилие Q;
o
м
F=5b·δ - площадь сечения стенки полумуфты вдали от кромки;
n=1,1 - коэффициент надежности по нагрузке;
B
H
D=D-2δ - внутренний диаметр трубопровода, м;
- допускаемые напряжения для сварного шва на срез, МПа;
р
[σ] - допускаемые напряжения для основного металла муфты и сварного шва при растяжении;
B
[σ] - предел прочности материала муфты, МПа;
m - коэффициент условий работы;
1
k - коэффициент надежности по материалу;
H
k - коэффициент надежности по назначению.
1
H
B
эф.м
м
сш
Исходные данные: m=0,9; k=1,4; k=1,05 (СНИП 2.05.06-85), σ=540 МПа. Подставляя в формулы (1)-(6), получаем δ=4,2 мм, σ=213 МПа, Q=1,09 МН, L=0,43 м, l=L/n=0,086 м (86 мм)
Следовательно, размеры вырезов выбирают таким образом, чтобы обеспечить длину каждого сварного шва не менее 0,086 м.
Для предотвращения пластических деформаций в месте соединения полумуфт (фиг.1, сечение А-А) необходимо выполнить проверку условия
H
T
T
T
H
м
где m, k - те же коэффициенты что и в формуле (6), σ - предел текучести металла муфты, МПа. Принимая σ=400 МПа, получаем σ·m/0,9K=381 МПа, а σ=213 МПа, следовательно условие (7) выполняется.
Таким образом, при монтаже муфты не требуется подгонка кромок путем их резки и разделки для сварки в трассовых условиях, что сокращает время монтажа муфты, в том числе и за счет снижения длины сварных швов. Для рассматриваемого примера длина сварного шва в разъеме с П-образными выступами и впадинами уменьшается с 1,22 м до 0,43 м, т.е. в 2,84 раза, при этом соблюдается выполнение условия необходимой прочности сварного соединения.