ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОКОНЧАНИЯ ТРУБЫ
PROTECTIVE DEVICE FOR PIPE END

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству для защиты окончания изделий в форме трубы. Более конкретно, оно относится к устройству для защиты окончаний труб, которые подвергаются ударным нагрузкам и, следовательно, требуют защиты во избежание повреждений резьбы (если труба имеет резьбу) и/или фаски.
Уровень техники
Большая часть предохранителей трубной резьбы, которые имеются на рынке, не удовлетворяют требованиям по сопротивлению ударной нагрузке, установленным ISO 11960, Приложение I для изделий с уровнем технической характеристики PSL-2 и PSL-3, причем указанное требование является одним из наиболее важных. ISO 11960 определяет два различных испытания на ударную нагрузку: одно из них - это испытание при осевой нагрузке с помощью 1,5-дюймового стального стержня, используемого в качестве эталона, а другое использует горизонтальную контактную поверхность, на которой нагрузка прикладывается под углом 45° от направления трубы. Оба испытания очень сложные, и большинство имеющихся на рынке предохранителей трубной резьбы этим испытаниям удовлетворительным образом не соответствуют. Трубы для нефтяной промышленности, нефтегазопромысловые трубы и "линейные трубы" представляют собой огромные стальные массы, и в большинстве случаев, когда труба с такими характеристиками находится в движении, удары по другому объекту вызывают повреждения окончаний. В большинстве таких случаев объекты сравнимы с 1,5-дюймовыми стальными стержнями, установленными для вышеупомянутых стандартных испытаний. Многие из этих ситуаций не приводили бы к повреждению окончаний трубы, если бы труба отклонялась с тем, чтобы избежать ударной нагрузки. Такие характеристики не были обнаружены ни в каком известном предохранителе трубной резьбы или в других аналогичных изделиях.
Раскрытие изобретения
Одним из наиболее интересных примеров сопротивления ударной нагрузке и сжимающим нагрузкам в природе является яйцо. На основании этой идеи заявитель разработал устройство для защиты окончания трубы, которое отклоняет (отводит) нагрузку на окончаниях. Указанное устройство разработано на основе двух элементов с учетом больших размеров, которые могли бы возникнуть, если бы оно было выполнено в виде одного элемента, а также того факта, что обычная установка и удаление современных предохранителей трубной резьбы выполняется с учетом инструмента, который не нужно было бы использовать, если бы они были выполнены в виде только одного элемента "полусферической" формы.
С другой стороны, во многих операциях, которые выполняются на производстве, устройство приводит к усовершенствованию обычных предохранителей для трубной резьбы, как открытых, так и закрытых, при условии, что оно выполнено из двух элементов, причем один из них действует как открытый предохранитель резьбы для выполнения маневрирования, а другой - в качестве усиливающей головки, которая обеспечивает сопротивление окончательной ударной нагрузке.
Устройство по изобретению предпочтительно применяется для окончаний труб для нефтяной промышленности с тем, чтобы избегать повреждений резьбы и/или фасок. Однако оно может быть применено и для любых труб с аналогичной геометрией.
Опубликованная заявка US 2007/0113910А1, принадлежащая заявителю, описывает предохранитель резьбы с головкой, однако в ней отсутствуют характеристики устройства, связанные с отклонением ударной нагрузки.
Таким образом, настоящее изобретение предлагает устройство для защиты окончания изделий в форме трубы, предпочтительно, труб для нефтяной промышленности, нефтегазопромысловых труб, "линейных труб" и им подобных. Отличительными особенностями устройства является то, что оно состоит из двух элементов: первого цилиндрического элемента, определяемого как корпус предохранителя, который имеет открытую нижнюю часть, боковые стенки и верхнюю часть, образованную окружной кромкой и отверстием, образующим гнездо, в который вставляется окончание изделия в форме трубы; и второго элемента, определяемого как усилитель предохранителя или "амортизатор" с наружной криволинейной или конической поверхностью, который выполнен с возможностью крепления на корпусе предохранителя своей верхней частью с помощью средств крепления.
Корпус предохранителя может устанавливаться непосредственно в контакте с окончанием трубы и навинчивается на него, в случае если указанное окончание имеет резьбу. Усилитель предохранителя накладывается на корпус предохранителя. Другими словами, усилитель предохранителя накладывается на трубу после установки на трубу корпуса предохранителя. Крепление усилителя предохранителя или "амортизатора" к корпусу предохранителя может осуществляться даже без вхождения усилителя предохранителя или "амортизатора" в контакт с трубным элементом.
Основные характеристики корпуса предохранителя таковы:
- обеспечение закрепления усилителя предохранителя или "амортизатора",
- обеспечение минимального сопротивления ударной нагрузке, полезного для манипуляций с трубами на производстве;
- обеспечение герметизации для резьбы и фасок труб с целью недопущения присутствия жидкостей, контактирующих с резьбой и фасками, во время транспортировки и/или хранения, за исключением защитного состава, который обычно используется и наносится на производстве.
Корпус предохранителя изготавливается из пластика, имеющего высокую способность к переработке для вторичного использования, такого как ПЭВП (полиэтилен высокой плотности, high-density polyethylene, HDPE), ПЭТФ (полиэтилентерефталат, polyethylene terephthalate, PET), ПП (полипропилен, polypropylene, PP) или им подобный, с оксобиоразлагаемыми (обладающими способностью к разложению под действием микроорганизмов в присутствии кислорода) наполнителями типа PLA (polylactic acid, полимолочная кислота), РНВ (hydroxyl-butyrate, гидрокси-бутират) или им подобными. В любом случае материал должен обеспечивать достаточную защиту для окончаний труб, по меньшей мере, в течение двух лет, которая может быть испытана в ходе ускоренных испытаний при нахождении в течение 2000 часов в камере ультрафиолетового излучения в соответствии с ASTM G154, цикл 7 из таблицы х2.1; и 750-часового нахождения в мокрой соляной среде в камере в соответствии с ASTM B117. Указанный корпус предохранителя должен иметь минимально возможную толщину, в особенности, на участке с резьбой, с тем, чтобы избежать усилий вследствие расширения материала. Это должно быть сбалансировано с сопротивлением ударной нагрузке, которое увеличивается вместе с толщиной. Корпус предохранителя может дополнительно включать, по меньшей мере, одно углубление, в которое вводится уплотнение из эластомера. Таким способом достигается уплотнение между фаской трубы, которая входит в контакт с заплечиком или открытой нижней частью предохранителя. Уплотнение из эластомера представляет собой низкомодульный материал, который для обеспечения уплотнения в контакте с трубой будет деформироваться. Кроме того, указанный корпус предохранителя может включать в себя усилительные кольца из другого полимера самого высокого модуля и прочности на разрыв с тем, чтобы улучшить сопротивление ударной нагрузке, будучи при этом меньше толщины корпуса предохранителя. Корпус предохранителя может включать в себя первое усилительное кольцо, расположенное под окружной кромкой, и второе усилительное кольцо, расположенное над окружной кромкой и на периферии окружной кромки. В тех случаях, когда на производстве выполняется значительное маневрирование с трубами, сопротивление корпуса предохранителя ударной нагрузке с использованием усилительных колец может увеличиваться до уровней, требуемых ISO 11960. Усилительные кольца могут быть металлическими, если они не находятся в контакте с трубой.
С другой стороны, основные характеристики усилителя предохранителя или "амортизатора" таковы:
- обеспечение сопротивления ударной нагрузке, необходимого для устройства с тем, чтобы соответствовать ISO 11960, Приложение 1;
- отклонение ударных нагрузок для исключения повреждений окончаний труб и самого устройства;
- закрытие окончаний труб для исключения попадания предметов внутрь после того, как указанное устройство установлено.
Усилитель предохранителя или "амортизатор" изготовлен из пластика или из металла. В первом случае используемый пластик должен иметь высокую способность к переработке для вторичного использования, например, это может быть ПЭВП, ПЭТФ или ПП, который может включать в себя армирование из волокон или стеклянных шариков, углерода, натуральной целлюлозной сетки или подобного; или же могут быть использованы пластики с высокой способностью к биоразложению, такие как ПЭВП, ПП или подобного полиолефинам типа с оксобиоразлагаемыми наполнителями типа PLA, РНВ. Так же как и в случае корпуса предохранителя, материал должен обеспечивать адекватную защиту окончаний труб, по меньшей мере, в течение двух лет, которая может быть испытана в ходе ускоренных испытаний при нахождении в течение 2000 часов в камере ультрафиолетового излучения в соответствии с ASTM G154, цикл 7 из таблицы х2.1; и 750-часового нахождения в мокрой соляной среде в камере в соответствии с ASTM B117. Наружная поверхность усилителя предохранителя или "амортизатора" является конической или криволинейной, причем в последнем случае предпочтительна форма эллипса, параболы или гиперболы вращения или же просто форма полусферы. Любая из этих геометрических форм будет иметь свойства отклонения ударной нагрузки и исключительную механическую прочность, которые наблюдаются у яйца. Крепление усилителя предохранителя или "амортизатора" к корпусу предохранителя осуществляется с помощью средств крепления - либо путем его продавливания через отверстие в кромке периметра корпуса предохранителя, либо путем его фиксации на наружной поверхности указанного корпуса предохранителя. Средства крепления представляют собой средства сцепления с наружной поверхностью корпуса предохранителя и являются третьими элементами. При этом средства крепления предусмотрены на верхней части усилителя предохранителя для установки под окружной кромкой корпуса предохранителя. Крепление может быть выполнено путем посадки между углублениями и выступами в корпусе предохранителя и в усилителе предохранителя или "амортизатора", соответственно. Другие варианты крепления таковы: привинчивание усилителя предохранителя или "амортизатора" к корпусу предохранителя; блокирование усилителя предохранителя или "амортизатора" на указанном корпусе предохранителя посредством вращающего движения или с помощью блокировки, состоящей из третьих элементов, таких как нити, гвозди с загнутым концом, упорные планки, винты, стропы или стопоры. И наконец, необходимо указать, что усилитель предохранителя или "амортизатор" может быть прозрачным для того, чтобы обеспечить визуальный контроль элементов внутри трубы.
На основании вышеизложенного, заявитель желает отметить, что уменьшение толщины корпуса предохранителя с целью уменьшения сжимающих напряжений, когда он используется при низких температурах, в уровне техники не описано, не предложено и не сообщено, так же как и использование биоразлагающихся полимеров для корпуса предохранителя или же для усилителя предохранителя или "амортизатора" в случае изготовления из пластика.
Таким образом, изобретение не только предлагает устройство для защиты окончаний труб, которое удовлетворяет требованиям по сопротивлению ударной нагрузке, установленным стандартом ISO 11960, но и отклоняет ударные нагрузки от осевых ударов с большой энергией, которые следует отклонять для исключения повреждений окончаний труб и уменьшения повреждения самого устройства.
Следовательно, задача изобретения заключается в создании устройства для защиты окончания изделий в форме трубы, предпочтительно, труб для нефтяной промышленности, нефтегазопромысловых труб, "линейных труб" и им подобных, состоящего из двух элементов: первого цилиндрического элемента, определяемого как корпус предохранителя, который имеет открытую нижнюю часть, боковые стенки и верхнюю часть, образованную окружной кромкой и отверстием, образующим гнездо, в который вставляется окончание изделия в форме трубы; и второго элемента, определяемого как усилитель предохранителя или "амортизатор" с наружной криволинейной или конической поверхностью, который выполнен с возможностью крепления на корпусе предохранителя своей верхней частью с помощью средств крепления.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет подробно описано с помощью нижеприведенных чертежей.
На фиг.1 и 2 изображены элементы, которые образуют защитное устройство по изобретению.
На фиг.3 и 4 изображено защитное устройство, включающее усилитель предохранителя или "амортизатор" с конической геометрией.
На фиг.5 изображен корпус предохранителя, который включает в себя уплотнительные кольца из эластомера в области окружной кромки и в области нижней части корпуса предохранителя.
На фиг.6 и 7 изображен корпус предохранителя, который включает в себя усилительные кольца.
Осуществление изобретения
На фиг.1 и 2 показано защитное устройство для окончания трубы 16 согласно изобретению, состоящее из двух элементов: одного первого элемента 1, корпуса предохранителя, и второго элемента 2, усилителя предохранителя или "амортизатора" с криволинейной наружной поверхностью. Указанный корпус 1 предохранителя имеет открытую нижнюю часть 3, боковые стенки 4 и верхнюю часть 17, образованную окружной кромкой или заплечиком 6, которая может иметь толщину, большую, чем боковые стенки 4, и отверстием 8, определяющим границы гнезда 5 внутренних стенок 7, сужающихся от нижней части 3 в направлении верхней части 17 корпуса 1 предохранителя с резьбой или без резьбы, в которую вставляется окончание трубы 16, с фиксацией на корпусе 1 предохранителя с помощью давления и/или привинчивания. В случае привинчивания резьба сужающихся внутренних стенок 7 гнезда 5 соответствует резьбе окончания трубы 16.
Внутренний диаметр корпуса 1 предохранителя изменяется в зависимости от различных диаметров трубы 16. Как уже ранее упоминалось, чтобы избежать напряжений вследствие расширения материала, как правило, пластика с высокой способностью к переработке для вторичного использования и высокой способностью к разложению под действием микроорганизмов, толщина корпуса 1 предохранителя между боковыми стенками 4 и внутренними стенками 7 должна быть минимально возможной. Как уже упоминалось, верхняя часть 17 корпуса 1 предохранителя включает в себя окружную кромку или "заплечик" 6 и отверстие 8, через которое могут быть пропущены средства 9 крепления, которые прикрепляют усилитель 2 предохранителя к корпусу 1 предохранителя. Средства 9 крепления предусмотрены на верхней части 23 усилителя 2 предохранителя для установки под окружной кромкой 6 корпуса 1 предохранителя. Таким образом, средства 9 крепления представляют собой средства сцепления с наружной поверхностью корпуса 1 предохранителя. Усилитель предохранителя или "амортизатор" 2 может быть прикреплен к корпусу 1 предохранителя на наружной поверхности 18 корпуса 1 предохранителя, которая входит внутрь полости 13, образованной усилителем предохранителя или "амортизатором" 2 (см. фиг.3 и 4); или с помощью средств крепления 9, которые выполнены в виде третьих элементов, таких как заклепки, шплинты, винты, болты или им подобные.
Усилитель предохранителя или "амортизатор" 2 имеет коническую или криволинейную поверхность 11 (см. фиг.4), т.е. в последнем случае она имеет форму параболы или гиперболы вращения (не проиллюстрирована) или же полусферы (см. фиг.2), с тем, чтобы благодаря некоторым из этих геометрических форм обеспечить отклонение ударной нагрузки. Кроме того, она обеспечивает высокое сопротивление сжимающей нагрузке, причем более высокое, чем то, которое обеспечивает имеющийся в настоящее время цилиндрический предохранитель в обычных предохранителях для резьбы.
На фиг.3 и 4 изображено устройство по изобретению с внешней конической поверхностью. Следовательно, толщина между боковыми стенками 4 и сужающимися внутренними стенками 7 корпуса 1 предохранителя является постоянной. На боковые стенки 4 корпуса 1 предохранителя накладывается выполненный из металла конический усилитель предохранителя или "амортизатор". Усилитель предохранителя или "амортизатор" 2 накладывается под давлением и фиксируется на корпусе 1 предохранителя, когда он доходит до своего конечного положения с помощью первой конической полости 13 посредством ее взаимодействия с корпусом 1 предохранителя. Первая коническая полость 13 имеет такую же конусность, как у боковых стенок 4 корпуса 1 предохранителя. Первая коническая полость 13 продолжается во вторую коническую полость 11, имеющую конусность, большую, чем у первой конической полости 13, с тем, чтобы отклонять прикладываемые нагрузки.
На фиг.5 изображены первое и второе уплотнительные кольца 14, 19, помещенные соответствующим образом под указанной окружной кромкой 6 и в первом углублении 20 и внутри нижней открытой части 3 корпуса 1 предохранителя во втором углублении 21.
На фиг.6 изображено первое внутреннее усилительное кольцо 15, помещенное под окружной кромкой 6 корпуса 1 предохранителя.
На фиг.7 изображено второе наружное усилительное кольцо 22, помещенное над и на периферии окружной кромки 6 корпуса 1 предохранителя.
Корпус 1 предохранителя включает в себя первое внутреннее усилительное кольцо 15, расположенное под окружной кромкой 6, и второе наружное усилительное кольцо 22, расположенное над окружной кромкой 6 и на периферии окружной кромки 6.