ЭЛЕКТРОИЗОЛИРУЮЩЕЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЛЯ ТРУБОПРОВОДА
INSULATING JOINT FOR PIPELINE

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для электрического разъединения трубопроводов и/или их участков.
Известно неразъемное электроизолирующее соединение, содержащее два металлических патрубка (патент RU №2371627, МПК F16L 25/00, опубл. в бюл. №30 от 27.10.2009 г.). Один из патрубков выполнен с раструбом, другой патрубок выполнен с уменьшенным диаметром. В зазоре, образуемом внутренней поверхностью раструба и наружной поверхностью уменьшенного диаметра патрубка, расположено кольцо из диэлектрического материала, а пространство между ними заполнено тканью, пропитанной эпоксидными смолами. Края патрубка с уменьшенным диаметром развальцованы с образованием замкового соединения.
Недостатком данного соединения является низкая механическая прочность при осевых сжимающих и растягивающих нагрузках, так как она обеспечивается развальцовкой только края одного из патрубков, имеющего уменьшенный диаметр. При этом прочность в осевом направлении такого соединения напрямую зависит от механических свойств кольца из диэлектрического материала и пропитки из эпоксидной смолы, которые намного ниже механических свойств металла. С другой стороны, степень развальцовки ограничена пластическими свойствами металла патрубка. Увеличение степени развальцовки края патрубка для повышения механической прочности соединения приведет к трещинообразованию стенки патрубка. Другим недостатком соединения является сужение его проходного сечения из-за наличия у одного из патрубков участка с уменьшенным диаметром, что вызовет местное сопротивление трубопровода, а также может стать помехой при его внутренней очистке и диагностике.
Известно электроизолирующее соединение для трубопровода, содержащее два металлических патрубка (патент RU №2471112, МПК F16L 25/00, опубл. в бюл. №36 от 27.12.2012 г.). Один патрубок выполнен с раструбом, другой выполнен с участком уменьшенного диаметра. Край участка уменьшенного диаметра развальцован. Между раструбом и участком уменьшенного диаметра размещено кольцо из диэлектрического материала по всей длине соединения. Конец раструба имеет наружное обжатие длиной, равной длине развальцовки участка уменьшенного диаметра.
Недостатками соединения являются значительное сужение проходного сечения за счет выполнения участка уменьшенного диаметра с последующим обжатием его части совместно с наружным раструбом, а также большая степень радиальной деформации деталей соединения, необходимая для его механической прочности в осевом направлении при растягивающих нагрузках. Данная деформация может вызвать трещинообразование в структуре металла при изготовлении соединения или в процессе его эксплуатации (особенно для соединений малых диаметров). Еще одним недостатком соединения является его низкая механическая прочность в осевом направлении при сжимающих нагрузках. При их воздействии в конструкции соединения может возникнуть электрическое замыкание между изолируемыми друг от друга патрубками.
Технической задачей изобретения является повышение механической прочности электроизолирующего соединения в осевом направлении как при сжимающих, так и при растягивающих нагрузках при минимальной степени радиальной деформации с сохранением значения его проходного сечения.
Поставленная техническая задача решается электроизолирующим соединением для трубопровода, содержащим два металлических патрубка, один из которых выполнен с раструбом, а другой - с участком уменьшенного диаметра для вставки в раструб с образованием зоны соединения за счет сжатия раструба и расширения участка уменьшенного диаметра патрубка, кольцо из диэлектрического материала, размещенное между раструбом и участком уменьшенного диаметра патрубка по всей длине соединения.
Новым является то, что внутри раструба выполнены коническая фаска на торце, кольцевая проточка с торцом, обращенным в сторону, противоположную торцу раструба, и конусом с противоположной стороны, а снаружи участка уменьшенного диаметра патрубка - концевая фаска, кольцевая выборка с торцом, обращенным в сторону, противоположную торцу этого участка, и конусом с противоположной стороны, при этом в кольцевой выборке размещена втулка из твердого диэлектрического материала, выполненная с возможностью взаимодействия с торцами проточки и выборки после сжатия раструба и расширения участка уменьшенного диаметра патрубка с одновременным получением герметичного контакта поверхностей по всей длине соединения.
На фиг.1 изображен продольный разрез электроизолирующего соединения для трубопровода.
На фиг.2 - продольный разрез заготовок для электроизолирующего соединения.
На фиг.3 - продольный разрез деталей для сборки электроизолирующего соединения.
На фиг.4 - процесс сборки электроизолирующего соединения для трубопровода.
1
2
3
4
3
1
1
3
2
3
4
1
Электроизолирующее соединение для трубопровода (фиг.1) состоит из патрубка 1 с раструбом 2 на части его длины и патрубка 3, имеющего участок уменьшенного диаметра 4. Диаметр и толщина стенок патрубков 1 и 3 на недеформированных участках (в зонах отсутствия раструба и уменьшения диаметра) одинаковы. Патрубки 1 и 3 выполнены из металла. Раструб 2 на внутренней поверхности имеет кольцевую проточку L с торцом 5, обращенным в сторону, противоположную торцу 6 раструба 2. На торце 6 раструба 2 выполнена коническая фаска L. Участок уменьшенного диаметра 4 на наружной поверхности имеет кольцевую выборку L с торцом 7, обращенным в сторону, противоположную торцу 8 участка 4. На торце 8 участка уменьшенного диаметра 4 выполнена коническая фаска длиной L. Непроточенная часть раструба 2 расположена в кольцевой выборке L участка уменьшенного диаметра 4. Непроточенная часть участка уменьшенного диаметра 4 расположена в кольцевой проточке L раструба 2. Между торцами 5 и 7 кольцевой проточки L и кольцевой выборки L установлена втулка из твердого диэлектрического материала 9, например из текстолита или стеклопластика. Электроизолирующее соединение имеет герметичный контакт конической фаски L раструба 2 с конусом выборки L и фаски L участка уменьшенного диаметра 4 с конусом проточки L. Герметичность и электрическую изоляцию соединения по всей ее длине L обеспечивает диэлектрическое кольцо 10, выполненное из термоплавкого материала, например из полиэтилена, пропилена и т.д.
Пример конкретного выполнения.
1
2
3
4
3
1
2
4
1
3
2
4
Изготовление заявленной конструкции электроизолирующего соединения для трубопровода может производиться в следующей последовательности. На патрубке 1 (фиг.2) методом раздачи выполняют раструб 2. На аналогичном патрубке 3 методом обжима - участок с уменьшенным диаметром 4. При этом внутренний диаметр раструба 2 должен быть больше максимального наружного диаметра диэлектрического кольца 10 (фиг.1), установленного на наружной поверхности участка уменьшенного диаметра 4. На внутренней поверхности раструба 2 (фиг.3) с противоположной стороны от его торца 6 выполняют кольцевую проточку L, а на его торце 6 - внутреннюю коническую фаску L. На наружной поверхности участка 4 с противоположной стороны от его торца 8 выполняют кольцевую выборку L, а на торце 8 - наружную фаску L. На всю длину участка уменьшенного диаметра 4 (фиг.4) располагают диэлектрическое кольцо 10. У торца 7 кольцевой выборки L устанавливают втулку 9 из твердого диэлектрического материала. Для возможности такой установки втулку 9 выполняют разрезной. Полученную конструкцию участка уменьшенного диаметра 4 вводят в раструб 2 так, чтобы торец 5 внутренней проточки L располагался напротив свободного торца кольца 9 (фиг.4). Производят радиальный обжим раструба 2 фильерой 11 до частичного устранения зазора 5 между раструбом 2 и участком 4. После этого осуществляют радиальную раздачу участка 4 дорном 12 до окончательного устранения зазора δ и двухстороннего обжатия диэлектрического кольца 10 для обеспечения герметичности соединения по всей его длине L (фиг.1), включая участки L и L. При этом наружный диаметр дорна 12 (фиг.4) равен минимальному внутреннему диаметру патрубков 1 и 3 в их недеформированных частях. Полученная конструкция электроизолирующего соединения (фиг.1) не имеет сужения проходного сечения. Из курса сопротивления материалов известно, что при воздействии внутреннего давления на деталь цилиндрической формы тангенциальные напряжения в стенке в два раза превышают осевые напряжения в ее поперечном сечении. Поэтому расчеты толщины стенки трубопроводов осуществляются по тангенциальным напряжениям. Уменьшение расчетной толщины стенок раструба 2 и участка 4 при выполнении проточки и выборки не более чем в два раза снижает прочность стенок патрубков при воздействии осевых растягивающих нагрузок, но не выводит ее за пределы допустимых значений. Радиальным нагрузкам, вызывающим тангенциальные напряжения, противостоит суммарная толщина стенок раструба 2 и участка 4 (по всей длине соединения L), которая превышает толщину патрубков 1 и 3 в недеформированных зонах (расчетную толщину). Механическую прочность соединения в осевом направлении при растяжении обеспечивает разница двух диаметров: внутреннего диаметра D (фиг.1) раструба 2 вне зоны проточки L и наружного диаметра d участка 4 вне зоны выборки L. Внутренний диаметр D должен быть меньше наружного диаметра d. Расчет такой прочности производится на срез металла в указанных зонах через диэлектрическую втулку 9. При этом сама втулка 9 работает в условии всестороннего сжатия, что исключает ее разрушение при эксплуатации. Работа металла на срез больше, чем работа деформации в осевом направлении конструкции соединения, указанной в прототипе. Контакт раструба 2 с участком 4 по коническим поверхностям L и L исключает возможность их сдвига относительно друг друга с электрическим замыканием при осевых сжимающих нагрузках.
Предлагаемая конструкция электроизолирующего соединения для трубопровода имеет следующие преимущества:
1. Отсутствие сужения проходного сечения позволяет беспрепятственно производить перекачку транспортируемой среды, очистку и внутритрубную диагностику трубопроводов.
2. Конструкция требует минимальной степени радиальной деформации комплектующих деталей, диаметральные размеры которых при сборке частично возвращаются к исходным значениям, что исключает возможность трещинообразования в металле при изготовлении и эксплуатации соединения.
3. Соединение обладает высокой механической прочностью в осевом направлении при сжимающих и растягивающих нагрузках, возникающих при эксплуатации трубопровода.