ФАСОННОЕ ИЗДЕЛИЕ ДЛЯ ТРУБОПРОВОДА

Область техники
Полезная модель относится к элементам трубопроводов и касается изогнутых фасонных изделий, а именно соединительных колен, отводов, тройников, переключателей потоков, переходов и других изделий, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания, например, в пульпопроводах.
Предшествующий уровень техники
Известно, что абразивному износу подвержено практически все оборудование трубопровода в результате ударов абразивных частиц, но повышенный абразивный износ наблюдается в криволинейных участках трубопроводов, а именно в тех местах, где ось транспортируемого потока направлена под углом к поверхности трубопровода, например в изогнутых коленах трубопровода, что приводит к необходимости их частой замены. Для защиты от ускоренного износа широко используются накладки, расположенные внутри изогнутого участка трубопровода, изготовленные из износостойкого материала.
Известно колено пульпопровода (SU 1474369 кл. МПК F16L 43/00, опубл. 23.04.1989), на внутренней поверхности которого наклеена ребристая резиновая футеровка для борьбы с повышенным износом. Недостатком такого колена является то, что при изнашивании футеровочного слоя и стенки колена требуется либо дорогостоящая замена изношенного участка трубопровода либо удаление и последующая замена футеровочного слоя. Такая замена требует долгосрочного вывода трубопровода из эксплуатации для обеспечения доступа к заменяемому слою.
Наиболее близким решением к предложенной полезной модели является фасонное изделие для трубопроводов с заменяемым вкладышем (SU 110454 U кл. МПК F16L 43/00, E21F 15/10 опубл. 01.01.1957), выполненным в виде прямолинейной или изогнутой по радиусу колена пластины, зажатой по контуру между корпусом фасонного изделия и крышкой с эксцентриковым зажимом. Такая конструкция позволяет быстро заменить изношенный вкладыш.
Однако такая конструкция имеет ограниченный интервал уплотняющих нагрузок и характеризуется постепенным ослаблением зажимного усилия крышки с эксцентриковым зажимом в ходе эксплуатации, что приводит к разгерметизации трубы.
Кроме того такая конструкция недостаточно надежна в условиях эксплуатации трубопровода, т.к. выступающие детали эксцентрикового зажима могут подвергаться дополнительным нагрузкам, особенно при бестраншейной укладке трубопровода, часто приводящим к повреждению эксцентрикового механизма зажима, что может привести к нарушению герметичности трубопровода с потерей транспортируемой среды и отрицательным влиянием на экологическую ситуацию в зоне трубопровода.
Раскрытие полезной модели
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является создание надежного в эксплуатации фасонного изделия с заменяемым вкладышем для трубопровода, упрощение ремонта трубопровода, повышение долговечности фасонного изделия.
Техническим результатом, достигаемым при создании настоящей полезной модели, является повышение надежности фасонного изделия с заменяемым вкладышем в процессе эксплуатации и увеличение срока службы изделия. Технический результат достигается за счет того, что в фасонном изделии для трубопровода с заменяемым вкладышем, имеющем отверстие, закрываемое вкладышем, по контуру этого отверстия на наружной стенке фасонного изделия имеется фланцевый буртик, вкладыш выполнен из неметаллического износостойкого материала с фланцевым буртиком по контуру вкладыша, и фланцевые буртики вкладыша и отверстия соединены разъемным соединением.
В частном варианте выполнения фасонное изделие может быть изготовлено из полимера.
Заменяемый вкладыш может быть изготовлен из полимера. В частном случае выполнения возможно изготовление полимерного заменяемого вкладыша из резины.
Заменяемый вкладыш может быть выполнен, по крайней мере, двухслойным и содержать внешний слой, обеспечивающий прочностные эксплуатационные свойства трубопровода, и слой, обращенный внутрь фасонного изделия.
Возможно выполнение внешнего слоя заменяемого вкладыша из жесткого композиционного материала.
Слой, обращенный внутрь фасонного изделия, может быть выполнен из резины или технической кожи или асбеста или износостойкого текстиля.
Слои вкладыша могут быть соединены адгезивом.
Заменяемый вкладыш может содержать слой износостойкого покрытия, нанесенного на поверхность, обращенную внутрь фасонного изделия.
В этом случае предпочтительно, чтобы износостойкость покрытия, обращенного внутрь фасонного изделия, была выше, чем износостойкость слоя, на который оно нанесено.
Износостойкое покрытие может быть выполнено из материала на основе полиуретана. Также возможно выполнение покрытия из материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена.
По форме в частных случаях выполнения заменяемый вкладыш выполнен плоским, либо изогнутым по радиусу изгиба фасонного изделия.
Проходное сечение фасонного изделия может быть постоянным по всей длине изделия.
В отдельных случаях проходное сечение фасонного изделия в зоне изгиба имеет увеличенную площадь по сравнению с проходным сечением входной и выходной линейных зон.
Форма проходного сечения фасонного изделия обычно является круглой по всей длине изделия, но она может изменяться, отличаться от круглой, плавно переходить из круглой в овальную и обратно, а также из круглой в прямоугольную и обратно.
Контур заменяемого вкладыша имеет, предпочтительно овальную форму.
Возможны различные варианты выполнения разъемного соединения: на болтах с гайками или на шпильках с гайками, или на болтах и шпильках с гайками.
Как правило, разъемное соединение фланцевых буртиков выполнено с использованием герметизирующей прокладки.
Описание чертежей.
Заявленная полезная модель поясняется при помощи чертежей, представленных на Фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8.
На фиг. 1 показан продольный разрез фасонного изделия с круглым поперечным сечением, представляющего собой соединительное колено 1 с заменяемым вкладышем 2. Соединительное колено имеет отверстие 3, закрываемое вкладышем 2 и снабженное фланцевым буртиком 4 по контуру отверстия. Заменяемый вкладыш 2 с фланцевым буртиком 5, изогнутый по радиусу изгиба колена, выполнен из двух слоев. Фланцевые буртики 4 и 5 снабжены отверстиями для соединения шпилькой с гайками 6.
На фиг. 2, 3 и 4 показаны поперечные сечения А-А, В-В и С-С колена в сборе (на чертеже показано пунктиром), обозначенные на фиг. 1, соответственно. Сечения имеют круглую форму, а площадь сечения В-В с заменяемым вкладышем больше площади сечения А-А и сечения С-С на 30%.
На фиг. 5 показан продольный разрез фасонного изделия с переменной формой поперечного сечения, представляющего собой соединительное колено 1 для трубопровода в сборе с заменяемым вкладышем 2, закрывающем отверстие 3, снабженное фланцевым буртиком 4. Заменяемый вкладыш 2 выполнен плоским с фланцевым буртиком 5 с износостойким покрытием 7 на поверхности вкладыша, обращенной внутрь трубы. Фланцевые буртики 4 и 5 скреплены болтами 8 с гайкой 9 и с прокладкой 10.
На фиг. 6, 7 и 8 показаны поперечные сечения А-А, В-В и С-С, обозначенные на фиг. 5. Сечение В-В (фиг. 7) имеет прямоугольную форму, а сечения А-А и С-С - круглую форму. Площадь сечения по всему колену остается постоянной.
Осуществление полезной модели
Выбор места расположения заменяемого вкладыша определяется статистическими данными о разрушениях фасонного изделия в процессе эксплуатации. При эксплуатации трубопровода, когда вызванные неравномерным износом локальные повреждения в области изгиба изделия становятся значительными, требуется замена или ремонт изогнутых участков трубопровода, сопровождаемый длительной остановкой работы трубопровода.
Заменяемый вкладыш, расположенный в зоне усиленного износа фасонного изделия, благодаря разъемному соединению фланцевых буртиков, быстро извлекается и заменяется новым вкладышем с остановкой работы трубопровода на несколько минут (3-5 минут), что существенно упрощает ремонт трубопровода. При этом срок службы фасонного изделия может быть увеличен в 2-10 раз, поскольку замена вкладыша на одном фасонном изделии может производиться до 10 раз. Возможность оперативной замены вкладыша повышает надежность изделия в процессе эксплуатации, поскольку замена может быть произведена сразу, как только возникнет необходимость, что снижает риск разрушения изделия и утечки среды.
Наличие фланцевых буртиков по контуру заменяемого вкладыша (5 на фиг. 1 и 5) и по контуру отверстия, закрываемого вкладышем, на наружной стенке фасонного изделия (4) позволяет осуществить плотное соединение вкладыша со стенкой фасонного изделия, исключающее протекание жидкой транспортируемой среды и обеспечить долговременную герметичность трубопровода, необходимую для его надежной эксплуатации. Снижение риска разгерметизации трубопровода при долговременной эксплуатации увеличивает срок службы фасонного изделия.
Фасонное изделие для трубопроводов с заменяемым вкладышем на фланцевом соединении позволяет повысить надежность фасонного изделия в процессе эксплуатации и увеличить срок службы изделия.
Надежность изделия повышается за счет того, что предложенная конструкция разъемного фланцевого соединения заменяемого вкладыша с изделием характеризуется широким интервалом уплотняющих нагрузок соединения и позволяет поддерживать неизменным усилие соединения вкладыша с изделием в процессе эксплуатации для любых типов трубопроводов, в результате чего обеспечивается герметичность соединения. Кроме того, дополнительные нагрузки, которым могут подвергаться выступающие детали предлагаемой конструкции при укладке и эксплуатации трубопровода не приводят к повреждению фланцевого соединения и нарушению герметичности трубопровода благодаря прочному соединению фланцевых буртиков болтами или шпильками. Сохранение герметичности соединения обеспечивает готовность изделия к работе и, следовательно, его надежность.
Целесообразность изготовления заменяемого вкладыша из неметаллического износостойкого материала обусловлена тем, что износостойкость металлов в условиях транспортировки по трубопроводу среды, включающей твердые абразивные частицы, существенно ниже износостойкости неметаллического материала. Выполнение вкладыша из износостойкого неметаллического материала, обеспечивает повышение сопротивления вкладыша воздействию абразивных частиц и тем самым снижает вероятность разрушения изделия и повышает надежность в процессе эксплуатации, а также увеличивает период сменяемости вкладыша и, следовательно, увеличивает срок службы фасонного изделия
Изготовление фасонного изделия с заменяемым вкладышем из полимера делает его устойчивым к коррозионному воздействию и обеспечивает готовность изделия к эксплуатации в течение длительного времени, повышая его надежность, а также увеличивает срок службы изделия благодаря отсутствию коррозионного разрушения.
Выбор материала заменяемого вкладыша обусловлен свойством повышенной изностойкости материала. Изготовление вкладыша из полимера, в том числе из резины, обладающих повышенной износостойкостью, обеспечивает более надежную долговременную эксплуатацию и увеличение периода сменяемости вкладыша, и, следовательно, увеличение срока службы фасонного изделия. В том случае, когда износостойкость вкладыша, подвергаемого наиболее сильному воздействию транспортируемой среды, выше жизнестойкости стенок изделия, обеспечивается более равномерное изнашивание стенок и вкладыша, что увеличивает период сменяемости вкладыша, повышает надежность изделия в процессе эксплуатации и увеличивает срок его службы.
В случае высоко-абразивной транспортируемой среды может понадобиться использование для вкладыша материалов с высокой износостойкостью. Однако такие материалы могут не обладать достаточной жесткостью. Эта проблема решается выполнением вкладышей, как минимум, двухслойными. В таких вкладышах внешний слой вкладыша придает конструкции необходимую жесткость и сохранение эксплуатационных свойств трубопровода, а слой, обращенный внутрь фасонного изделия обеспечивает износостойкость в зоне подверженной наибольшему абразивному воздействию. Вместе они обеспечивают надежную эксплуатацию изделия, увеличивая сопротивление как внешним, так и внутренним разрушающим воздействиям.
Внешний слой двухслойного заменяемого вкладыша может быть выполнен из жесткого композиционного материала, а слой, обращенный внутрь фасонного изделия, может быть выполнен из резины или технической кожи или асбеста или износостойкого текстиля. Такая структура позволяет достигнуть заявленный технический результат при использовании любого из перечисленных износостойких материалов и оптимизировать износостойкость изделия для конкретных условий использования при сохранении прочностных эксплуатационных свойств трубопровода, и дополнительно расширяя арсенал используемых износостойких материалов.
Соединение слоев вкладыша адгезивом придает изделию монолитность, уменьшает вероятность расслаивания вкладыша, приводящего к его разрушению в процессе эксплуатации, и таким образом увеличивает надежность работы фасонного изделия.
Однако, как правило, износостойкие полимерные материалы являются более дорогостоящими и поэтому выбирается материал с наилучшим соотношением износостойкость/цена. Использование износостойкого покрытия вкладыша может обеспечить увеличение износостойкости без существенного удорожания изделия. Для этого со стороны, обращенной внутрь фасонного изделия, вкладыш покрывается покрытием, износостойкость которого выше, чем износостойкость слоя, на который оно нанесено. В качестве такого покрытия может быть использован материал на основе полиуретана или сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Нанесением износостойкого покрытия достигают повышения износостойкости заменяемого вкладыша в целом, что обеспечивает надежность его работы и увеличение срока службы фасонного изделия. Кроме того использование заменяемого вкладыша с износостойким покрытием позволяет расширить выбор износостойких материалов, используемых для изготовления заменяемого вкладыша.
Степень изнашивания поверхности в результате ударов абразивных частиц зависит от угла направления движения частицы по отношению к поверхности, т.е. от угла атаки. Характер этой зависимости для разных материалов существенно изменяется. Подбор формы заменяемого вкладыша от плоской (фиг. 5) до изогнутой по радиусу изгиба фасонного изделия (фиг. 1) позволяет выбирать угол атаки и подбирать для каждого материала оптимальные условия, повышая надежность в процессе эксплуатации и увеличивая срок службы.
Изготовление вкладыша изогнутым по радиусу изгиба фасонного изделия позволяет максимально приблизить форму вкладыша к форме стенки фасонного изделия в месте его установки, не позволяет твердым частицам из транспортируемой среды скапливаться на границе вкладыша и снижет силу воздействия транспортируемой среды на вкладыш, что повышает надежность изделия в процессе эксплуатации и срок службы изделия.
Проходное сечение фасонного изделия должно, по крайней мере, оставаться постоянным по всей длине изделия, поскольку уменьшение проходного сечения сопровождается увеличением скорости прохождения транспортируемой пульпы и, следовательно, увеличением кинетической энергии удара абразивных частиц о стенку с увеличением интенсивности износа стенки. Увеличение проходного сечения в зоне изгиба по сравнению с проходным сечением входной и выходной линейных зон, как показано на фиг. 1 приводит к снижению скорости прохождения транспортируемой пульпы в зоне изгиба, снижению интенсивности износа стенки и тем самым способствует повышению надежности и увеличению срока службы фасонного изделия.
Традиционная круглая форма проходного сечения благодаря минимальному смоченному периметру обеспечивает минимальное сопротивление потоку жидкости, проходящему по трубопроводу, в том числе проходящему через колено трубопровода и тем самым способствует повышению эксплуатационной надежности трубопровода.
При движении пульпы по изгибу трубопровода под действием центробежной силы у нижней донной части изгиба образуется область с повышенной плотностью пульпы, т.е. с повышенным количеством абразивных частиц, приходящихся на единицу площади, подвергающейся усиленному износу. Придание проходному сечению в зоне изгиба овальной или прямоугольной формы, как показано на фиг. 5 и 7, обеспечивает распределение струи транспортируемой пульпы, и увеличение площади донной части, что содействует рассеянию ударов абразивных частиц, уменьшению изнашивающей нагрузки на единицу площади и, следовательно, повышению надежности и увеличению срока службы фасонного изделия.
Снижение силы разрушающего воздействия на изделие приводит к тому, что изделие используется с нагрузками, не превышающими заданный допустимый уровень, что уменьшает вероятность отказа и, тем самым, повышает надежность изделия.
Контур заменяемого вкладыша может иметь любую форму и выбирается путем расчета или эксперимента по определению расположения зоны повышенного износа при конкретных условиях эксплуатации трубопровода с учетом статистически возможных отклонений за пределы этой зоны. Таким образом, удается получить фасонное изделие с оптимальной формой заменяемого вкладыша, полностью охватывающего зону повышенного износа и исключить повышенный износ вне заменяемого вкладыша, что позволяет достичь наибольшей надежности в процессе эксплуатации и увеличить срок службы фасонного изделия. Из опыта известно, что в большинстве случаев форма зоны повышенного износа фасонного изделия приближается к овальной.
Стягивание фланцевых буртиков как болтами с гайками так и шпильками с гайками позволяет получить плотное фланцевое соединение, исключающее протекание транспортируемой среды при долговременной эксплуатации и предотвращающее изнашивание изделия по контуру вкладыша, что обеспечивает увеличение надежности и срока службы фасонного изделия. Выбор крепежа определяется условием удобства работы при замене вкладыша.
Использование герметизирующей прокладки (10 на фиг. 5) при фланцевом соединении вкладыша со стенкой фасонного изделия уменьшает риск разгерметизации трубопровода по контуру пластины вкладыша фасонного изделия и повышает надежность изделия в процессе эксплуатации и увеличивает срок службы.
К преимуществам решения, предложенного в настоящей полезной модели относится возможность его реализации, как для пластиковых, так и для металлических трубопроводов, а также для перехода с металлической трубы на пластиковую или обратно.
В дополнение к преимуществам предложенной полезной модели следует отметить, что замена вкладыша может сопровождаться механической очисткой трубопровода через открывающееся отверстие, что значительно упрощает эксплуатацию трубопровода, т.к. известно, что зона изгиба трубопровода часто является зоной максимального накопления осадка и даже забивки трубопровода при транспортировании двухфазной среды.