ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ ВСТАВКА ДЛЯ ЗАЩИТЫ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТРУБНОЙ МУФТЫ

Заявляемая полезная модель относится к технологии и технике подъема жидкостей из скважин, выполнению технологических работ в скважине, а также транспортированию продукции скважины и иных жидкостей. Может использоваться в нефтегазодобывающей промышленности и в иных отраслях техники при перекачивании агрессивных жидкостей и газа под высоким давлением.
Известно устройство для защиты соединительной трубной муфты (патент РФ на изобретение №2478865, МПК F16L 47/06, МГЖ F16L 15/00, опубл. 10.04.2013), которое содержит ступенчатую втулку, имеющую средний участок с увеличенным диаметром и два боковых с меньшими наружными диаметрами, установленную между торцами труб с конической резьбой и соединенных муфтой. Устройство снабжено дополнительной ступенчатой втулкой, причем первая ступенчатая втулка имеет постоянный наружный диаметр и два участка с малым и большим внутренним диаметрами, а вторая ступенчатая втулка имеет постоянный внутренний диаметр и два участка с малым и большим диаметрами, причем малый внутренний диаметр первой втулки и внутренний диаметр второй втулки равны внутреннему диаметру соединяемых труб, а наружный диаметр первой втулки и больший наружный диаметр второй втулки равны внутреннему диаметру соединительной муфты. Первая втулка на участке большого внутреннего диаметра соединяется с участком малого наружного диаметра второй втулки с натягом, а величина возможного перемещения втулок относительно друг друга превышает перемещение торцев труб при затяжке резьбового соединения. Кроме того, поверхности, по которым происходит взаимодействие первой и второй втулок, могут иметь спиральные кольцевые выступы и впадины полукруглого профиля, обеспечивающие их плотный контакт и не допускающие их разъединения при разборке резьбового соединения. Кроме того, поверхности взаимодействия первой и второй втулок выполнены гладкими по всей длине. Кроме того, одна из втулок выполнена из материала, имеющего меньший модуль упругости, чем первая втулка. Кроме того, одна из втулок выполнена из полиэтилена высокого давления, а другая из полиэтилена низкого давления. Кроме того, одна из втулок выполнена из капрона, а другая из полиэтилена.
Известное решение имеет недостаток, а именно, наличие дополнительной операции сборки втулок, которая приводит к увеличению времени монтажа.
Данный недостаток решен в известной перекрывающей вставке для защиты внутренней поверхности элемента для соединения труб (патент евразийский на изобретение №201591295, MПК F16L 58/18, MПК F16L 21/00, опубл. 31.03.2016). Изобретение представляет собой перекрывающую вставку, которая устанавливается между двумя торцевыми концами двух труб, соединяемых друг с другом посредством трубной муфты, и которая содержит: первый кольцевой элемент с наружной поверхностью, имеющей постоянный диаметр, и второй кольцевой элемент с внутренней поверхностью, имеющей постоянный диаметр. Наружная поверхность второго кольцевого элемента и внутренняя поверхность первого кольцевого элемента выполнены с возможностью обеспечивать соединение указанных элементов друг с другом посредством натяга. Кроме того, вставка содержит податливые точечные элементы соединения, предназначенные для обеспечения соединения указанного первого и указанного второго кольцевых элементов в области их двух первых концов. Указанные податливые точечные элементы соединения выполнены с возможностью разрушения, когда первый кольцевой элемент и второй кольцевой элемент перемещаются в осевом направлении друг к другу под действием заданного минимального давления.
Однако, при разрушении отдельных податливых точечных элементов соединения, происходящем во время монтажа труб, на сопрягаемых торцевых поверхностях кольцевых элементов могут образовываться трещины, наличие которых снижает прочность указанной конструкции. Кроме того, наличие в конструкции податливых точечных элементов ограничивает применение более тепло- и химостойких полимеров по причине сниженной пластичности таких материалов и, как следствие, повышенного риска образования трещин, а также из-за наличия значительных технологических ограничений при изготовлении такой конструкции наиболее распространенным и применяемым для производства подобных изделий методом литья под давлением. Таким образом, наличие в конструкции податливых точечных элементов снижает тепло- и химостойкость вставки в целом. Кроме того, при монтаже труб между двумя кольцевыми элементами на внутренней поверхности вставки неизбежно остается кольцевая канавка, которая вызывает завихрения потока перекачиваемой жидкости. Данные завихрения уменьшают для указанного участка трубопровода площадь его активного поперечного сечения, от которого прямо-пропорционально зависит пропускная способность трубного соединения, являясь, как известно, произведением площади указанного сечения и скорости потока жидкости.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение прочности, тепло- и химостойкости, пропускной способности защитного устройства соединения труб.
Технический результат достигается тем, что предохранительная вставка для защиты соединительной трубной муфты содержит первую втулку с наружной поверхностью с постоянным диаметром и внутренней поверхностью с малым и большим диаметрами, вторую втулку с внешней поверхностью с малым и большим диаметрами, податливый элемент соединения для взаимного удержания указанных втулок, на внутренней поверхности большего диаметра первой втулки и на внешней поверхности меньшего диаметра второй втулки имеются выступы, чередующиеся со впадинами. При этом внутренняя поверхность второй втулки имеет переменный диаметр по длине, податливый элемент соединения выполнен в виде кольца, а вставка может быть изготовлена из термопластичного материала, содержащего стеклонаполнитель до 50%; фторопласт до 20%; минеральный наполнитель до 20%. В частном случае реализации полезной модели, вставка может быть изготовлена из полимера полифениленсульфид, из полимера полиэфирэфиркетон, из фторопласта.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена в разрезе предохранительная вставка для защиты внутренней поверхности трубной муфты; на фиг. 2 - изображение предохранительной вставки для защиты внутренней поверхности трубной муфты; на фиг. 3-трубное соединение с предохранительной вставкой для защиты внутренней поверхности трубной муфты в разрезе; на фиг. 4 и фиг. 5 - схематичное изображение течения жидкости в трубных соединениях; на фиг. 6 - графическая зависимость пропускной способности от скорости потока жидкости на входе участка трубного соединения.
На фиг. 1 и фиг. 2 изображена предохранительная вставка 1 для защиты внутренней поверхности трубной муфты. Вставка 1 содержит первую втулку 2 с наружной поверхностью с постоянным диаметром и внутренней поверхностью с малым 3 и большим диаметрами 4, вторую втулку 5 с внешней поверхностью с малым 6 и большим 7 диаметрами и внутренней поверхностью 8 с переменным диаметром по длине, кольцевой податливый элемент 9 соединения для удержания указанных втулок 2 и 5, на внутренней поверхности большего диаметра первой втулки и на внешней поверхности меньшего диаметра второй втулки имеются выступы 10, чередующиеся со впадинами 11. Конструкция податливого кольцевого элемента 9 позволяет для изготовления вставки 1 применять полимерные материалы повышенной тепло- и химостойкости, обеспечивая при этом требуемую прочность изделия и возможность изготовления вставки 1 распространенным методом литья полимеров под давлением. На фиг. 4 и фиг. 5 изображено трубное соединение, состоящее из соединительной трубной муфты 12, соединяемых труб 13 и 14. Втулки 2 и 5 образуют канавку 15 шириной f. Кроме того условно показаны струйки 16 перекачиваемой жидкости и образующийся в канавке 15 вихрь 17.
Вставка 1 работает следующим образом. После навинчивания трубной муфты 12 на трубу 13 с определенным усилием, обеспечивающим герметичность резьбового соединения, вставка 1 устанавливается во внутреннее пространство муфты 12 до упора в торец трубы 13. Затем вторая сопрягаемая труба 14 ввинчивается в муфту 12 с определенным усилием, обеспечивающим герметичность резьбового соединения. В процессе вворачивания трубы 14 ее торец упирается в торец вставки 1. При этом происходит слом податливого кольцевого элемента 9, после чего втулки 2 и 5 перемещаются в осевом направлении навстречу друг другу до момента окончания вворачивания трубы 14 в муфту 12. Выступы 10 одной втулки взаимодействуют со впадинами 11 другой, обеспечивая взаимное соединение с натягом втулок 2 и 5, защищающих таким образом внутреннее пространство муфты 12 и торцы ввинченных в нее труб 13 и 14 от агрессивного воздействия перекачиваемой жидкости.
Изготовление податливого элемента 9 в виде кольца позволяет существенно повысить прочность вставки 1, так как в этом случае, при разрушении податливого элемента 9, не образуются трещины на сопрягаемых торцевых поверхностях втулок 2 и 5. Кроме того, применение в конструкции вставки 1 кольцевого податливого элемента 9 позволяет использовать более тепло- и химостойкие полимеры, при этом обеспечивая возможность изготавливать вставку 1 как методами литья под давлением, так и механическими способами, например, точением.
Как показали исследования, выполнение внутренней поверхности 8 втулки 5 с переменным диаметром по длине позволяет снизить вихреобразование в области канавки 15 шириной f, следовательно, повысить пропускную способность трубопровода в указанной области. Это иллюстрируется на фиг. 4 и фиг. 5, где схематично показано течение струек потока жидкости 16. Как видно, на фиг. 4, где поверхность 8 выполнена с постоянным диаметром, часть из этих струек 16, попадая в канавку 15, образуют вихрь 17, который создает дополнительное гидравлическое сопротивление потоку жидкости, сужая активное проходное сечение трубопровода и уменьшая его пропускную способность. На фиг. 5, в случае с переменным диаметром внутренней поверхности 8, направление течения струек потока 16 более оптимизировано за счет обтекания ими выпуклой поверхности 8, область вихря 17 меньше, чем на фиг. 4, что способствует повышению пропускной способности трубопровода. Это подтверждается на фиг. 6, где изображена графическая зависимость пропускной способности участка соединения трубопровода от скорости потока жидкости на входе для двух указанных образцов вставок по фиг. 4 и фиг. 5. Образец 1 представлен вставкой с постоянным диаметром внутренней поверхности 8 по фиг. 4, образец 2 - по фиг. 5 с внутренней поверхностью 8 с переменным диаметром по длине. Как видно из фиг. 6 пропускная способность образца 2 больше, чем у образца 1 - при одной и той же скорости потока жидкости.
Положительный эффект достигается следующим образом. Повышение прочности и тепло- и химостойкости достигается применением податливого элемента в виде кольца. Повышение пропускной способности защитного устройства трубного соединения обеспечивается переменным диаметром внутренней поверхности втулки.