УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ АРМИРОВАННОЙ ПОЛИМЕРНОЙ ТРУБЫ
JOINT OF REINFORCED POLYMER TUBE

Назначение и область применения
Изобретение относится к устройствам, используемым в промышленности и жилищном хозяйстве для транспортировки жидких и газообразных сред, и может быть использовано для соединения труб, в том числе предназначенных для холодного и горячего водоснабжения, для нефтяной отрасли и химической промышленности, машино- и судостроения, в авиационной, космической промышленности и строительства гидросооружения и коллекторов.
Изобретение представляет собой узел соединения различных типов армированных полимерных труб, патрубков, шлангов, рукавов, профилей и т.п. трубных элементов (далее в рамках заявленного изобретения именуемых обобщенным термином - трубы) между собой или для их соединения с металлическими трубами или металлической арматурой.
Предшествующий уровень техники
Известны узлы соединения труб с использованием пластиковых втулок. В таких соединениях пластиковые втулки служат только для механической фиксации трубы и элементов узла соединения относительно друг друга, а герметичность обеспечивается применением дополнительного уплотнительного элемента из резины или иного упругого материала. Недостатком таких соединений является наличие дополнительного уплотнительного элемента, который в результате воздействия факторов транспортируемой среды, таких как температура или химическая агрессивность, может потерять свои упругие свойства или разрушиться, в результате чего будет нарушена герметичность соединения (Приложение к журналу «Полимерные трубы». Справочник «Полимерные трубы 2005», том 1, стр. 207-228).
Известен соединительный узел на основе пресс-фитинга, состоящий из опорной втулки и мягкой фиксирующей гильзы, внутренняя поверхность которой выполнена с радиально расположенными буртиками для надежной фиксации внешней поверхности трубы. Существенным недостатком такого узла является необходимость применения специального дорогостоящего инструмента для монтажа узла (http://www.tvelpex.ru/cat_fit6.php; http://1pokanalizacii.ru/montazh/ustanovka-press-fitingov.html).
Известен соединительный узел в виде пресс-фитинга с надвижной гильзой, состоящий из опорной втулки и фиксирующей надвижной пресс-гильзы (например, известные из публикаций в сети Интернет http://www.premin.ru/advantages.html; http://1pokanalizacii.ru/montazh/ustanovka-press-fitingov.html; или публикации, например, патента на полезную модель RU 64318 и т.д.). Существенными недостатками такого узла являются отсутствие радиально расположенных буртиков на внутренней поверхности гильзы и как следствие низкая эффективность обжатия внешней поверхности труб, особенно армированных, которые имеют низкую адгезию армирующих волокон к материалам, из которых изготовлена труба, а также необходимость применения специального дорогостоящего инструмента для монтажа таких соединительных узлов.
Известен соединительный узел на основе компрессионного фитинга, состоящий из опорной втулки, наворачивающейся фиксирующей муфты (гильзы) и внутренней разрезной втулки (например, известных из публикаций изобретения RU 2484353 или http://www.polvplastic.ru/sites/default/files/catalog/catalog_compress_fiting_gf_2009.pdf). При этом втулка, как правило, имеет внешнюю коническую поверхность, на которую воздействует муфта при ее наворачивании на опорную втулку. За счет этого воздействия обеспечивается возможность формирования соединения любой требуемой длины при обеспечении плавности надвигания муфты на втулку и в конечном итоге соединение полимерной трубы с другой полимерной или с металлической трубой. При этом втулка имеет на внутренней поверхности радиально расположенные буртики для фиксации внешней поверхности трубы.
Существенным недостатком такого узла является сложность конструкции и невысокая надежность фиксации трубы, особенного армированной, а также ограниченность применения по диаметру соединяемых труб.
Известен также обжимной соединительный узел, состоящий из опорной втулки и разрезной, стяжной (обжимной) при помощи болтового соединения, муфты, представляющей собой хомут (см. фиг. 1, а также публикации на аналогичные конструкции, раскрытые, например, в сети Интернет http://www.tvelpex.ru/cat_obgim.php; http://ostroykevse.ru/Truboprovod/Truba_page_10.html; http://1poteplv.ru/sistema/montazh-trub-iz-sshitogo-polietilena.html; или раскрытые в патентных источниках информации, например, ЕР 0899495). Муфта имеет радиально расположенные буртики на внутренней поверхности для фиксации трубы по внешней поверхности, но в силу особенности конструкции не может обеспечить равномерность обжатия по всей поверхности трубы и тем самым имеет низкую эффективность обжатия армированных труб.
Указанные недостатки известных решений ограничивают сферу применения устройств соединения труб, в том числе армированных, и существенно снижают надежность и долговечность их использования.
Сущность изобретения
Техническая задача, решаемая заявленным изобретением, заключается в преодолении вышеуказанных недостатков конструкции и предложении простой и эффективной конструкции узла соединения труб, состоящих из армированных, полимерных, многослойных труб или в виде армированной монолитной трубы (монотрубы), а также для соединения полимерных труб, в том числе армированных, многослойных или монолитных, с металлическими.
Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в обеспечении равномерности обжатия соединяемых труб и системы их армирования, имеющей в своей конструкции выполненные из неметаллических или металлических материалов армирующие нити, волокна, проволоку, ленту и т.п. (далее нити), имеющие, или имеющие слабую, а также не имеющие адгезию с материалами, из которых выполнена труба, а также повышении надежности фиксации (закрепления и герметизации) соединяемых труб без повреждения в устройстве соединения целостности их оболочек с повышением срока их эксплуатации.
Необходимо отметить, что в предшествующем уровне технике не известны сведения о решениях узла соединения труб, обеспечивающих достижение вышеуказанного технического результата, что позволяет сделать вывод об отсутствии среди выявленных источников информации аналогов, которые могли бы быть приняты по совокупности существенных признаков за прототип.
Согласно изобретению технический результат достигается тем, что используют узел соединения полимерной армированной трубы, содержащей, по меньшей мере, одну армирующую систему, состоящую из армирующих элементов, характеризующийся тем, что содержит расположенную внутри трубы опорную втулку, снабженную стопорным буртиком, ограничивающим перемещение концевого участка соединяемой трубы, и обжимную гильзу, охватывающую снаружи трубу с опорной втулкой и содержащую по внутренней поверхности стопорную канавку для сопряжения со стопорным буртиком, причем обжимная гильза выполнена разрезной вдоль вертикальной оси симметрии и состоящей, по меньшей мере, из двух частей, представляющих собой сегменты цилиндра с радиально расположенными чередующимися выступами и пазами на внутренней поверхности, образующие в сомкнутом состоянии полый цилиндр с чередующимися кольцевыми выступами и пазами на внутренней поверхности, при этом обжимная гильза снабжена стопорными кольцами, охватывающими ее снаружи, выполненными с обеспечением возможности обжатия и фиксации сегментов гильзы в сомкнутом состоянии, а также равномерного обжатия и фиксации кольцевыми выступами обжимной гильзы положения трубы и элементов ее армирующей системы в узле соединения по всей поверхности сопряжения опорной втулки и обжимной гильзы.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения стопорные кольца расположены со смещением к торцевым сторонам обжимной гильзы с обеспечением возможности обжатия сегментов гильзы с равномерным заглублением радиальных выступов обжимной гильзы в смежный слой трубы на одинаковую глубину.
В одном из вариантов осуществления изобретения выступы на внутренней поверхности сегментов разрезной гильзы выполнены в виде буртиков, причем буртики могут быть выполнены прямоугольными или круглыми в сечении.
В другом варианте осуществления изобретения гильза дополнительно снабжена обжимными кольцами, устанавливаемыми в пазы на внутренней поверхности с формированием выступов. При этом обжимные кольца могут быть выполнены прямоугольного или круглого сечения или в виде тарельчатой пружины, а также в любом ином конструктивном исполнении с замкнутым контуром или разрезными с возможностью образования замкнутого контура при обжатии и фиксации сегментов обжимной гильзы в сомкнутом состоянии стопорными кольцами. Обжимные кольца вышеуказанной конструкции могут быть также выполнены уплощенными.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения стопорная канавка обжимной гильзы выполнена с возможностью фиксации в ней концевого участка соединяемой трубы и кромочных элементов армирующей системы ему соответствующих, плотно сопряженных с торцевой поверхностью буртика.
В еще одном варианте осуществления изобретения, являющемся предпочтительным, опорная втулка содержит кольцевые выступы по внешней поверхности, с возможностью равномерного их заглубления в смежный слой трубы по всей поверхности сопряжения и дополнительной фиксации положения трубы и элементов ее армирующей системы в узле соединения. При этом стопорные кольца, охватывающие разрезную гильзу снаружи, выполнены с обеспечением возможности фиксации составляющих ее сегментов в сомкнутом состоянии и равномерного обжатия трубного элемента по всей поверхности сопряжения с опорной втулкой и обжимной гильзой с равномерным заглублением кольцевых выступов втулки и радиальных выступов обжимной гильзы в смежные с ними слои трубного элемента на одинаковую глубину, а канавка обжимной гильзы для сопряжения со стопорным буртиком выполнена с возможностью фиксации в ней кромочной части трубного элемента, плотно сопряженного с торцевой поверхностью буртика.
При любом возможном варианте осуществления изобретения элементы армирующей системы представляют собой выполненные из неметаллических или металлических материалов армирующие нити, и/или волокна, и/или проволоку, и/или ленту, имеющие, или имеющие слабую, или не имеющие адгезию с материалом смежного с ней слоя и/или слоев, из которых выполнена труба. При этом в узле соединения согласно заявленному изобретению кольцевыми выступами обжимной гильзы и/или опорной втулки, а также стопорным буртиком осуществляется фиксация положения составляющих армирующую систему вышеуказанных элементов на всем протяжении поверхности сопряжения элементов узла соединения с трубой, исключая возможность их смещения, растяжения и/или иной деформации, приводящей к созданию деструктивных напряжений в соединяемом участке трубы, приводящих к ее деформации и/или разрушению целостности оболочки слоев, ее составляющих.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами, где
фиг. 1 - предшествующий уровень техники, схематическое изображение обжимного соединительного узла;
фиг. 2 - схематическое изображение узла соединения согласно изобретению;
фиг. 3 - общий вид узла соединения;
фиг. 4 - варианты исполнения обжимной разрезной гильзы: а - с радиальными буртиками 9; b - с обжимными кольцами 11.
Следует отметить, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только один из наиболее предпочтительных вариантов выполнения изобретения и не могут рассматриваться в качестве ограничений содержания изобретения, которое, очевидно для специалиста в данной области техники, может включать другие варианты осуществления.
Пример осуществимости изобретения
Как следует из представленного на фиг. 2 и фиг. 3 чертежей, согласно заявленному решению изобретения узел соединения труб состоит из опорной втулки 1, обжимной разрезной гильзы 2 и стопорных колец 3 (фиг. 2).
Фиксирующая по внешней поверхности трубу обжимная гильза 2 выполнена разрезной вдоль по оси симметрии и состоит, по меньшей мере, из двух частей, представляющих собой сегменты 4 цилиндра, напоминающих в сечении полуцилиндры, при разделении гильзы на две части, как представлено на фиг. 3.
На внутренней части каждого из сегментов 4 обжимной разрезной гильзы 2 выполнены радиально расположенные на внутренней поверхности, чередующиеся пазы 13 и выступы 12, образующие в сомкнутом состоянии сегментов обжимной гильзы кольцевые выступы и пазы. При этом выступы на внутренней поверхности обжимной гильзы могут быть выполнены как в виде буртиков 8 (фиг. 4а) заданной геометрии, так и в виде размещенных в пазах 9 обжимных колец 10 (фиг. 4b), внутренний контур которых выполнен в зависимости от типоразмера используемой для соединения трубы. Причем буртики 8 могут быть выполнены в виде прямоугольного и/или скругленного сечения и/или в форме многоугольника, а обжимные кольца 10 могут быть круглого, прямоугольного или другого сечения, выполненными уплощенными или плоскими, а также в виде тарельчатой пружины или ее витков, либо иной конструкции с замкнутым контуром или выполненные разрезными с возможностью образования замкнутого контура при обжатии и фиксации сегментов обжимной гильзы в сомкнутом состоянии стопорными кольцами. Такая геометрия буртиков 8 и колец 10 обеспечивает их равномерное заглубление в поверхность смежного слоя трубы 5 на одинаковую глубину и тем самым равномерное обжатие и качественную фиксацию как трубы в целом, так и элементов ее армирующей системы без нарушения целостности смежного с выступами слоя материала трубы.
Опорная втулка 1 устанавливается до упора внутрь концевого участка соединяемой трубы 5. Затем на внешнюю поверхность трубы устанавливаются части обжимной разрезной гильзы 2, таким образом, что стопорный буртик 6 опорной втулки сопрягается со стопорной канавкой 7 разрезной гильзы. На установленные части обжимной разрезной гильзы устанавливается приспособление для монтажа и производится стягивание частей обжимной разрезной гильзы в радиальном направлении к центру соединяемой трубы при помощи резьбовых элементов. Затяжка останавливается, когда приспособление полностью сомкнуто. Затем на внешнюю поверхность разрезной сомкнутой гильзы устанавливаются стопорные кольца 3, фиксирующие положение обжимной разрезной гильзы и опорной втулки на трубном элементе. После установки стопорных колец приспособление снимается. Канавка 7 для сопряжения со стопорным буртиком 6 предпочтительно выполнена с возможностью фиксации в ней концевого участка соединяемой трубы 5, плотно сопряженного с торцевой поверхностью буртика 6. Таким образом, осуществляется дополнительный эффект фиксации трубы в устройстве соединения и защита ее торцов от разрушения. Особую важность наличие канавки имеет при соединении армированной трубы, поскольку кромочные элементы армирующей системы, например выполненные из неметаллических или металлических материалов армирующие нити, и/или волокна, и/или проволока, и/или лента, имеющие, или имеющие слабую, или не имеющие адгезию с материалом смежного с ней слоя и/или слоев, из которых выполнена труба, фиксируются в канавке, что препятствует их вытягиванию из слоя материала трубы, в котором расположена армирующая система, тем самым повышая надежность соединения.
Соединительное устройство согласно изобретению работает следующим образом.
Конструкция обжимной разрезной гильзы позволяет выполнить на ее внутренней поверхности радиально расположенные буртики или снабдить ее обжимными разрезными кольцами (кольцом), которые имеют перекрытие и образуют равномерную замкнутую окружность. Стягивание частей гильзы происходит в радиальном направлении к центру соединяемой трубы. При этом буртики или обжимные кольца имеют конфигурацию, позволяющую равномерно заглубляться (врезаться) на заданную глубину во внешнюю поверхность трубы для обеспечения равномерного обжатия и надежной фиксации элементов армирующей системы, например, выполненных в виде нитей или волокон, либо в ином варианте осуществления, известном из уровня техники, расположенных во внутреннем слое стенки трубы. При этом, так как внутренняя поверхность кольцевых выступов обжимной гильзы, образованных буртиками или обжимными кольцами, всегда замкнута и остается в форме окружности и выступы равномерно распределены по всех поверхности сопряжения обжимной гильзы с трубой, обеспечивается одинаковая степень воздействия на внешнюю поверхность трубы в любой точке по ее боковой поверхности, а следовательно, и сила прижима и фиксации элементов армирующей системы. Таким образом, в момент стягивания гильзы в радиальном направлении кольцевые выступы вдавливаются в наружную поверхность трубы на предопределенную, одинаковую в любой точке поверхности трубы глубину и надежно фиксируют элементы армирующей системы в виде нитей, волокон и т.д. в неподвижном положении по всей окружности.
Таким образом, при сжатии специализированным приспособлением частей гильз происходит фиксация буртиками или обжимными кольцами армирующей системы трубы и равномерное обжатие трубы на опорной втулке узла соединения. Так как внешняя поверхность опорной втулки, предпочтительно, также выполнена с радиально расположенными буртиками заданной формы, устройство соединения согласно изобретению позволяет надежно зафиксировать армирующую систему во внутреннем слое трубы и собственно саму трубу как по ее внешней, так и по внутренней поверхности.
Очевидным образом, возможность изготовления разъемных гильз с разным шагом расположения радиальных выступов позволяет повысит эффективность фиксации элементов армирующей системы без повреждения целостности оболочек соединяемых труб, имеющих в своей конструкции армирующие нити, волокна, проволоку, ленту и т.п., выполненные из неметаллических или металлических материалов и имеющие или имеющие слабую, а также не имеющие адгезию с материалами, из которых выполнена труба, с повышением срока службы соединяемых трубных элементов. При этом в случае использования конструкции с обжимными кольцами шаг расположения колец может подбираться на месте в зависимости от конструктивных особенностей соединяемых труб, в том числе от степени адгезии материала элементов армирующей системы к материалу слоя трубы, в котором расположена армирующая система, что снижает затраты на изготовление, повышает удобство эксплуатации, надежность фиксации труб в устройстве, а также срок службы армированных труб, вследствие отсутствия ее деформации и нарушения целостности оболочки в узле соединения. Конструкция узла соединения согласно заявленному изобретению может быть применена в том числе и для соединения многослойных труб, равномерность обжатия которых обеспечивается возможностью подбора шага и рельефа буртиков и обжимных колец обжимной гильзы, а также геометрией выступов опорной втулки.
Конструкция узла соединения не ограничивается применением для соединения металлических труб с пластиковыми. Разработанная конструкция может быть также применима для соединения пластиковых труб между собой в виде проходной муфты или в виде тройникового соединения.