УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ВНУТРЕННЕГО СВАРНОГО ШВА ТРУБОПРОВОДОВ

Заявляемое техническое решение относится к строительству трубопроводов, а именно к средствам защиты внутреннего сварного шва трубопроводов.
Из патента на изобретение «Узел сварного соединения трубопровода» (патент RU №2283739, В23К 31/02, F16L 13/02, опубл. Бюл. №26 от 20.09.2006 г.) известно устройство для защиты внутреннего сварного шва трубопроводов, представляющее собой втулку. Втулка имеет кольцевые элементы, кольцевые неармированные и/или армированные резиновые уплотнения, термоизоляционный материал, Г-образный кольцевой упор или, как минимум, три Г-образных упора, равноразмещенных в радиальной плоскости и служащих для установки центров масс. Втулка выполнена с цилиндрическим участком и сопряженными с ним развальцованными и/или механически обработанными лезвийным инструментом коническими участками. Г-образный кольцевой упор или Г-образные упоры размещены на половине длины втулки и жестко зафиксированы на ее внешней поверхности, а на внутренней поверхности цилиндрического участка и сопряженных с ним конических участков втулки нанесено защитное покрытие. Кольцевые элементы жестко закреплены на внешней поверхности цилиндрического участка втулки, равно смещены от его торцов и установлены оппозитно друг другу. Кольцевые неармированные и/или армированные резиновые уплотнения размещены на внешней поверхности втулки и плотно контактируют с торцами кольцевых элементов и коническими участками втулки.
Это известное устройство для защиты внутреннего сварного шва трубопроводов имеет следующие недостатки:
- сложная конструкция, которая обусловлена наличием большого числа трудоемких деталей, как например, Г-образных кольцевых упоров;
- при эксплуатации оно не способно обеспечить надежную защиту узла сварного соединения труб, потому что Г-образный кольцевой упор не способен выполнять функцию формирователя равномерного сварного шва.
Из патента на изобретение «Сварная соединительная система» (патент RU №2230970, F16L 13/00, опубл. 20.06.2004г.) известно устройство для защиты внутреннего сварного шва трубопровода, представляющее собой втулку, имеющую посередине длины наружную центральную кольцевую канавку, заполненную жаропрочной композицией, в которой размещены фиксаторы. При этом втулка выполнена из стеклопластика, а симметрично от центрального кольца канавки выполнены попарно канавки, в которых размещены эластичные уплотнения, например, манжеты, причем ближние к центральной канавке манжеты установлены с возможностью продольного перемещения. Втулка взаимодействует с упругими элементами, например, пружинами из металла с памятью, установленными сверху жаропрочной композиции по периметру втулки между фиксаторами.
Это техническое решение выбирается в качестве прототипа, так как оно содержит наибольшее число существенных признаков, совпадающих с существенными признаками заявляемой полезной модели. Однако прототип имеет существенные недостатки, а именно:
- сложность конструкции и высокая трудоемкость, связанные с большим количеством сложных в изготовлении и точно подгоняемых деталей, в том числе и пружины, изготавливаемой из дорогостоящего и трудно обрабатываемого металла с памятью;
- при эксплуатации оно не способно обеспечить надежную защиту узла сварного соединения труб, потому что используемые в нем фиксаторы не способны выполнять функцию формирователей равномерного сварного шва.
Задачей настоящей полезной модели является создание нового устройства для защиты внутреннего сварного шва трубопроводов, позволяющего достичь следующего технического результата: упростить конструкцию путем уменьшения количества составных элементов и повысить надежность в эксплуатации путем участия в образовании равномерного сварного шва.
Поставленная задача решается за счет разработки устройства для защиты внутреннего сварного шва трубопроводов, содержащего втулку с центральной кольцевой канавкой, в которой расположен фиксатор, выполненный в виде разъемного металлического кольца, наружный диаметр которого превышает внутренний диаметр свариваемых труб, и с возможностью выполнения функции формирователя равномерного сварного шва между торцами свариваемых труб, а на концах втулки по внутреннему и наружному диаметрам выполнены конусные проточки.
Сущность заявляемой полезной модели состоит в том, что устройство для защиты внутреннего сварного шва трубопроводов, содержащее втулку, выполненную из стеклопластика, фиксатор, расположенный в кольцевой канавке, выточенной в центральной части внешней поверхности втулки, и эластичные уплотнения, расположенные в кольцевых канавках, выточенных на внешней поверхности втулки, симметрично от центральной кольцевой канавки, согласно настоящей полезной модели, фиксатор выполнен в виде разъемного металлического кольца, наружный диаметр которого превышает внутренний диаметр свариваемых труб, и с возможностью выполнения функции формирователя равномерного сварного шва между торцами соединяемых труб, а на концах втулки по внутреннему и наружному диаметрам выполнены конусные проточки.
Возможен вариант развития основного технического решения, по которому фиксатор выполнен с возможностью соединения его концов соответствующим замком, выполненным из того же материала, что и фиксатор.
Таким образом, в заявляемом устройстве для защиты внутреннего сварного шва трубопроводов достигается упрощение конструкции путем уменьшения количества составных элементов и повышается надежность в эксплуатации путем участия в образовании равномерного сварного шва.
Упрощение конструкции заявляемого устройства достигается путем уменьшения в нем количества составных элементов, за счет выполнения фиксатора в виде разъемного металлического кольца, которое препятствует отеканию расплавленного металла из зоны сварки внутрь свариваемых труб под действием силы тяжести и способствует образованию равномерного шва, т.е. фиксатор в данном случае служит формирователем равномерного шва, повышая надежность в эксплуатации заявляемого устройства. Кроме, того, благодаря использованию фиксатора во время сварки образуются две герметичных части между фиксатором и эластичными уплотнениями, каждая из которых служит демпфером для устранения звуковых колебаний при эксплуатации сварного соединения и компенсатором возникающих деформаций из-за влияния внешних воздействий, это значительно увеличивает надежность в эксплуатации заявляемого устройства.
Практика показала, что для среднего размера труб, когда фиксатор выполнен в виде разъемного металлического кольца, его посадка на втулку при сварном соединении труб уменьшает теплопередачу на стенки втулки. При этом прогар поверхностного слоя втулки обычно происходит на глубину 0,1-0,2 мм и практически не сказывается на прочностных параметрах втулки. Кроме того, низкая теплопроводность материала втулки (0,4 Вт/(м×К)) препятствует распространению тепла по втулке, нагреву слоя защитного покрытия и герметика. Это снижает его вязкость и, соответственно, препятствует вытеканию герметика из зоны склейки, повышая надежность в эксплуатации данного устройства для защиты внутреннего сварного шва трубопроводов.
Надежность в эксплуатации достигается и за счет выполнения на концах втулки по внутреннему и наружному диаметрам конусных проточек, которые способствует увеличению пропускной способности трубопровода, потому что с их помощью уменьшается сопротивление потоку жидкости внутри трубопровода.
Возможен вариант, при котором фиксатор может быть выполнен с возможностью соединения его концов соответствующим замком, выполненным из того же материала, что и фиксатор, это упрощает конструкцию заявленного устройства и одновременно повышает надежность в эксплуатации.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется следующими чертежами, где:
Фиг.1 - Устройство для защиты внутреннего сварного шва трубопроводов;
Фиг.2,3 - Фиксатор.
1 - втулка;
2 - кольцевая канавка;
3 - фиксатор;
4 - замок;
5 - кольцевые канавки;
6 - эластичные уплотнения;
7 - конусные проточки.
Устройство (Фиг.1) для защиты внутреннего сварного шва трубопроводов содержит втулку 1, выполненную из композиционного материала на основе полиэфирных смол и стекловолоконных нитей. Толщина стенки (на чертеже показано условно) втулки 1 сравнима с толщиной стенок соединяемых труб (на чертеже не показано). Прочностные параметры материала втулки 1 не хуже параметров стали, из которой изготовлены соединяемые трубы (на чертеже не показано) (например, сталь 20). При использовании сталей с другими прочностными характеристиками производится перерасчет толщины стенки (на чертеже показано условно) втулки 1, исходя из прочностных параметров материалов труб (на чертеже не показано) и втулки 1. В центральной части внешней поверхности (на чертеже показано условно) втулки 1 выполнена кольцевая канавка 2 для установки фиксатора 3 (Фиг.2), выполненного в виде разъемного металлического кольца (толщина которого определяется толщиной стенки свариваемых труб и, соответственно, требованиями ГОСТ на вид профиля стыковых сварных соединений).
Наружный диаметр (на чертеже показано условно) фиксатора 3 выполнен больше, чем внутренний диаметр (на чертеже показано условно) соединяемых труб (на чертеже не показано). Этот фиксатор 3 служит формирователем равномерного сварного шва (на чертеже не показано). При этом фиксатор 3 может быть выполнен с возможностью соединения его концов (на чертеже показано условно) соответствующим замком 4, выполненным из того же материала, что и сам фиксатор 3.
Для герметизации зазора (на чертеже не показано) между втулкой 1 и трубой (на чертеже не показано) в кольцевых канавках 5, выточенных на внешней поверхности (на чертеже показано условно) втулки 1, симметрично от центральной кольцевой канавки 2, расположены эластичные уплотнения 6, например, в виде резиновых колец. Кроме того, их наличие способствует взаимной центровке соединяемых труб (на чертеже не показано).
По внутреннему и наружному диаметрам (на чертеже показано условно) втулки 1 выполнены конусные проточки 7, обеспечивающие снижение сопротивления в месте (на чертеже не показано) соединения трубопровода (на чертеже не показано) потоку (на чертеже не показано) протекающей жидкости и, соответственно, увеличению скорости прокачиваемых объемов.
Применение устройства для защиты внутреннего сварного шва трубопровода происходит следующим образом.
Втулка 1 вводится в первую соединяемую трубу (на чертеже не показано) (приваренную к предыдущим в монтируемом трубопроводе) до упора в фиксатор 3, затем на нее заводят стыкуемую трубу (на чертеже не показано). При этом зазор (на чертеже не показано) между втулкой 1 и трубами (на чертеже не показано), ограниченный эластичными уплотнениями 6, заполняют, например, пластизольной мастикой (на чертеже не показано), обеспечивая герметизацию стыка (на чертеже не показано).
Соединение труб (на чертеже не показано) выполняется сваркой. При этом втулка 1 оказывается помещенной внутрь соединения, а фиксатор 3 по всему периметру приваривается к соединяемым трубам (на чертеже не показано) при выполнении сварного шва (на чертеже не показано). Это создает дополнительную жесткость в ослабленном сечении втулки 1, по кольцевой канавке 2, и улучшает характеристики внутреннего сварного шва трубопровода в отношении продольной сдвиговой нагрузки.
Предлагаемая конструкция втулки 1 позволяет значительно облегчить выполняемое соединение, за счет своей массы - в четыре раза меньшей, чем у используемых металлических втулок.
Кроме того, при механической обработке торцов втулки 1 под рабочими углами происходит вскрытие параллельных слоев каркаса стеклонитей и создание шероховатости по контуру обработки, что при вышеуказанном сродстве материалов обеспечивает дополнительную адгезию пластизольной мастики (на чертеже не показано) к втулке 1 за счет развитой поверхности.
Материал втулки 1 обладает высокими диэлектрическими характеристиками и не подвержен разрушению блуждающими токами.
Плотности материалов втулки 1 и труб (на чертеже не показано) существенно различаются (до 4-х раз), что препятствует созданию благоприятных условий для развития различных типов колебаний в трубопроводе, приводящих к дополнительным нагрузкам непосредственно на нитку трубы (на чертеже не показано).
Таким образом, с помощью заявляемого устройства для защиты внутреннего сварного шва трубопроводов удается достичь следующего технического результата: упростить конструкцию путем уменьшения количества составных элементов и повысить надежность в эксплуатации путем участия в образовании равномерного сварного шва.