ЗАГЛУШКА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРУБЫ ИЛИ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ДЕТАЛИ ТРУБОПРОВОДА И ТРУБА С УСТАНОВЛЕННОЙ НА НЕЙ ЗАГЛУШКОЙ

Предлагаемые заглушка и труба с установленной на ней заглушкой относятся к области защиты труб и соединительных деталей трубопроводов при транспортировании, хранении, погрузочно-разгрузочных работах (в т.ч. с применением спецтраверс с торцевыми захватами или крюками) и других регламентных работах от проникновения во внутреннюю полость влаги, грязи и наносного мусора, механических повреждений фаски, механических повреждений кромки концов труб и соединительных деталей трубопроводов.
Известна пластиковая заглушка для труб, содержащая внешнюю оболочку, посадочную часть, внутреннюю оболочку и диафрагму (см. патент США US 3744528; B65D 59/06; F16L 55/10; опубл. 1973.07.10). Диафрагма выполнена достаточно тонкой и гибкой, чтобы она могла изгибаться внутрь трубы или наружу в зависимости от изменения давления внутри трубы. Толщина внутренней оболочки вблизи посадочной части заглушки составляет 1,5÷4 толщины диафрагмы и уменьшается по направлению к диафрагме до значения толщины диафрагмы. Эта заглушка имеет недостаточную прочность и недолговечна при повторных использованиях, так как ее диафрагма и внутренняя оболочка слишком тонкие. Излишня тонкость внутренней оболочки может быть причиной разрыва заглушки крюком спецтраверсы при погрузке и разгрузке трубы.
Известен протектор конца трубы, содержащий внутреннюю часть в виде чашечки, предназначенную для помещения внутрь трубы, фланец, выполненный вокруг открытого конца чашечки, и внешнюю часть в виде юбки, отходящей от наружного кольцевого края фланца, предназначенную для надевания на внешнюю поверхность трубы и снабженную на своей внутренней поверхности выступом или выступами для взаимодействия с внешней поверхностью трубы (см. международную заявку WO 9830829; F16L 55/11; F16L 57/00; опубл. 1998.07.16). Недостатком является выполнение внутренней части протектора в виде чашечки. Это может привести к разрыву протектора крюком спецтраверсы при погрузке и разгрузке трубы. Выступы на внутренней поверхности внешней части протектора затрудняют установку протектора и удаление протектора с конца трубы.
Известно защитное устройство для труб, содержащее цилиндрический корпус с дном и стенкой, установленной на наружной поверхности трубы, при этом дно утоплено в сторону полости трубы; дно и стенка выполнены неразъемными из полимерных материалов (см. патент РФ на полезную модель №120188; F16L 57/00; опубл. 2012.09.10). Это устройство является ближайшим аналогом предлагаемой заглушки. Один из недостатков ближайшего аналога заключается в том, что он удерживается на трубе только силой трения между стенкой его цилиндрического корпуса и наружной поверхностью трубы. При повышении температуры полимерный материал испытывает расширение в большей степени, чем сталь. Поэтому применение ближайшего аналога для защиты стальных труб нежелательно, так как при повышении температуры окружающей среды ослабляется контакт стенки его цилиндрического корпуса с наружной поверхностью стальной трубы, и возможна его утрата в процессе погрузочных работ, при транспортировании и складировании защищаемой трубы. Другим недостатком является неопределенность положения периферийной области дна относительно стенки трубы. На рисунке к описанию полезной модели №120188, иллюстрирующем пример ее выполнения, утопленное дно заглушки изображено в форме цилиндра с донышком, но признаки формы утопленного дна не относятся к существенным признакам полезной модели №120188. Периферийная область такого утопленного дна может быть легко повреждена крюком или торцевым захватом спецтраверсы при погрузке или разгрузке трубы, если эта область дна не находится в плотном контакте с внутренней поверхностью трубы.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая группа технических решений, заключается частично в повышении надежности соединения полимерной заглушки со стальной трубой или соединительной деталью трубопровода, для защиты которой она предназначена, частично в предотвращении повреждения заглушки и трубы крюками или торцевыми захватами спецтраверсы при погрузке или разгрузке трубы, частично в упрощении монтажа и демонтажа заглушки, частично в повышении долговечности заглушки, и в целом задача заключается в снижении затрат на предохранение кромок стальных труб и соединительных деталей трубопроводов в процессе их доставки и установки в проектное положение при сооружении трубопроводов и в снижении количества случаев повреждений кромок и фасок труб. Дополнительные задачи, на решение которых направлена предлагаемая заглушка, заключаются в создании возможности использования высокопроизводительных малозатратных технологий для изготовления заглушек и в повышении удобства и надежности упаковки заглушек в штабель.
Указанная задача решается тем, что в заглушке для защиты трубы или соединительной детали трубопровода, выполненной как одно целое из полимерного материала, содержащей внешний цилиндр, внутренний диаметр которого равен внешнему диаметру защищаемой трубы или соединительной детали трубопровода, внутренний цилиндр, расположенный коаксиально в полости внешнего цилиндра, торцовое кольцо, соединяющее один из торцов внешнего цилиндра с одним из торцов внутреннего цилиндра, и донышко, расположенное на другом торце внутреннего цилиндра, внутренний цилиндр выполнен с внешним диаметром, равным внутреннему диаметру защищаемой трубы или соединительной детали трубопровода, заглушка в целом выполнена с толщиной стенки 2 мм÷4 мм, а в качестве полимерного материала использован полиэтилен, обработанный антипиреном и ингибитором деградации полиэтилена под действием ультрафиолетового излучения (далее - УФ-стабилизатором).
Предлагаемая заглушка во всех случаях отличается от ближайшего аналога тем, что внутренний цилиндр выполнен с внешним диаметром, равным внутреннему диаметру защищаемой трубы или соединительной детали трубопровода, заглушка в целом выполнена с толщиной стенки 2 мм 4 мм, а в качестве полимерного материала использован полиэтилен, обработанный антипиреном и УФ-стабилизатором.
В частном случае указанная задача дополнительно решается тем, что в донышке предлагаемой заглушки выполнено, по меньшей мере, одно отверстие.
В частном случае решается дополнительная задача тем, что внутренний цилиндр предлагаемой заглушки выполнен с высотой, составляющей от 2/3 до 4/5 высоты ее внешнего цилиндра.
Выполнение заглушки из полимерного материала обеспечивает упругость и гибкость заглушки, необходимую для ее монтажа (т.е. установки на трубу) и демонтажа.
Выполнение заглушки как одно целое упрощает ее конструкцию, так как не требует операций соединения деталей.
Внешний цилиндр заглушки, внутренний диаметр которого равен внешнему диаметру защищаемой трубы или соединительной детали трубопровода, облегчает удержание внешнего цилиндра заглушки на внешней поверхности трубы силами трения при использовании заглушки и обеспечивает возможность посадки внешнего цилиндра на трубу без зазора. В случае если защищаемая труба изготовлена из материала, обладающего меньшим коэффициентом температурного расширения, чем полимерный материал заглушки, плотность посадки внешнего цилиндра заглушки на внешнюю поверхность трубы возрастает при понижении температуры.
Внутренний цилиндр заглушки, расположенный коаксиально в полости ее внешнего цилиндра, удерживает донышко заглушки внутри трубы, благодаря чему создается свободное пространство (ниша) для ввода крюка или торцевого захвата в образовавшуюся нишу без ущерба для целостности донышка.
Торцовое кольцо, соединяющее один из торцов внешнего цилиндра с одним из торцов внутреннего цилиндра, обеспечивает кольцевой зазор между ними, благодаря чему возможна посадка внешнего цилиндра заглушки на внешнюю поверхность трубы.
Донышко, расположенное на другом торце внутреннего цилиндра заглушки, препятствует попаданию посторонних предметов, пыли, атмосферных осадков и т.п. в полость защищаемой трубы.
Выполнение внутреннего цилиндра с внешним диаметром, равным внутреннему диаметру защищаемой трубы или соединительной детали трубопровода облегчает удержание внутреннего цилиндра заглушки на внутренней поверхности трубы силами трения при использовании заглушки и обеспечивает возможность посадки внутреннего цилиндра в трубу без зазора. Такое выполнение внутреннего цилиндра значительно увеличивает общую площадь поверхности заглушки, взаимодействующую с поверхностями трубы при использовании заглушки; соответственно возрастает прочность сцепления заглушки с защищаемой трубой. В случае если защищаемая труба изготовлена из материала, обладающего меньшим коэффициентом температурного расширения, чем полимерный материал заглушки, плотность посадки внутреннего цилиндра заглушки на внутреннюю поверхность трубы возрастает при повышении температуры. Кроме того, такое выполнение внутреннего цилиндра заглушки исключает его растяжение и повреждение торцовым захватом или крюком при выполнении погрузки или выгрузки защищаемой трубы при использовании заглушки.
Выполнение заглушки из полиэтилена и в целом с толщиной стенки 2 мм÷4 мм обеспечивает оптимальный баланс прочности и гибкости заглушки. Толщина более 4 мм затрудняет установку и снятие заглушки вручную при ее использовании. При толщине менее 2 мм возрастает риск повреждения заглушки при ее установке и снятии, возникают остаточные деформации заглушки при неоднократном повторном ее использовании.
Выполнение заглушки из полиэтилена обеспечивает ее поверхности хорошее скольжение по поверхности трубы при установке и снятии, что облегчает ее использование, а также обеспечивает гидрофобные свойства поверхности заглушки, что препятствует проникновению влаги внутрь защищаемой трубы при использовании заглушки. Кроме того, выполнение заглушки из полиэтилена позволяет использовать при ее изготовлении высокопроизводительные технологии вакуумного формования, чем снижается ее стоимость и повышается доступность для потребителя.
Использование полиэтилена, обработанного антипиреном и УФ-стабилизатором, повышает долговечность заглушки, так как замедляет ее старение (в т.ч. потерю прочности и гибкости) под действием тепла и света.
Выполнение в донышке заглушки, по меньшей мере, одного отверстия обеспечивает вентиляцию защищаемой трубы, удаление излишней влаги (конденсата), а также препятствует самопроизвольному срыву заглушки с защищаемой трубы вследствие нагрева и повышения давления воздуха внутри трубы в жаркую солнечную погоду (в случае если другой конец трубы заглушен герметично).
Выполнение внутреннего цилиндра заглушки с высотой, составляющей от 2/3 до 4/5 высоты ее внешнего цилиндра, облегчает упаковку заглушек в штабель. Высота внутреннего цилиндра менее 2/3 высоты внешнего цилиндра заметно ухудшает надежность посадки заглушки на трубу при высоких температурах окружающей среды. Высота внутреннего цилиндра более 4/5 высоты внешнего цилиндра заметно ухудшает прочность взаимного сцепления заглушек при упаковке их в штабель.
Известна труба с установленной на ней заглушкой, содержащей цилиндрический корпус с дном и стенкой, установленной на наружной поверхности трубы, при этом дно утоплено в сторону полости трубы; дно и стенка выполнены неразъемными из полимерных материалов (см. патент РФ на полезную модель №120188; F16L 57/00; опубл. 2012.09.10). Это устройство является ближайшим аналогом предлагаемой трубы с установленной на ней заглушкой. Один из недостатков ближайшего аналога заключается в том, что заглушка удерживается на трубе только силой трения между стенкой цилиндрического корпуса заглушки и наружной поверхностью трубы. При повышении температуры полимерный материал испытывает расширение в большей степени, чем сталь. Поэтому применение ближайшего аналога для защиты кромок стальных труб нежелательно, так как при повышении температуры окружающей среды ослабляется контакт стенки цилиндрического корпуса заглушки, содержащейся в ближайшем аналоге, с наружной поверхностью стальной трубы, и возможна утрата заглушки в процессе погрузочных работ, при транспортировании и складировании ближайшего аналога. Другим недостатком является неопределенность положения периферийной области дна относительно стенки трубы. Периферийная область такого утопленного дна может быть легко повреждена крюком или торцевым захватом спецтраверсы при погрузке или разгрузке ближайшего аналога, если эта область дна не находится в плотном контакте с внутренней поверхностью трубы.
Указанная выше задача, на решение которой направлена предлагаемая группа технических решений, решается тем, что в трубе с установленной на ней заглушкой, выполненной как одно целое из полимерного материала, содержащей внешний цилиндр, внутренний диаметр которого равен внешнему диаметру трубы, внутренний цилиндр, расположенный коаксиально в полости внешнего цилиндра, торцовое кольцо, соединяющее один из торцов внешнего цилиндра с одним из торцов внутреннего цилиндра, и донышко, расположенное на другом торце внутреннего цилиндра, причем внешний цилиндр заглушки посажен на трубу без зазора, внутренний цилиндр заглушки выполнен с внешним диаметром, равным внутреннему диаметру трубы, и посажен в трубу без зазора, труба выполнена из стали, заглушка в целом выполнена с толщиной стенки 2 мм÷4 мм, в качестве полимерного материала использован полиэтилен, обработанный антипиреном и УФ-стабилизатором, причем заглушка установлена до упора торцовым кольцом в кромку трубы.
Легко видеть, что в предлагаемом устройстве в качестве заглушки используется предлагаемая в настоящей заявке заглушка, труба выполнена из стали, причем заглушка установлена до упора в кромку трубы.
Предлагаемая труба с установленной на ней заглушкой во всех случаях отличается от ближайшего аналога тем, что внутренний цилиндр заглушки выполнен с внешним диаметром, равным внутреннему диаметру трубы, и посажен в трубу без зазора при нормальной температуре, труба выполнена из стали, заглушка в целом выполнена с толщиной стенки 2 мм÷4 мм, в качестве полимерного материала использован полиэтилен, обработанный антипиреном и УФ-стабилизатором, причем заглушка установлена до упора торцовым кольцом в кромку трубы.
Связь тех существенных признаков предлагаемой трубы с установленной на ней заглушкой, которые совпадают с отличительными признаками предлагаемой заглушки, изложена в настоящем описании выше.
Посадка внешнего цилиндра заглушки на трубу без зазора исключает соскальзывание заглушки с трубы при нормальных и пониженных температурах окружающей среды.
Посадка внутреннего цилиндра заглушки в трубу без зазора исключает соскальзывание заглушки с трубы при нормальных и повышенных температурах окружающей среды.
Установка заглушки до упора торцовым кольцом в кромку трубы обеспечивает максимальную прочность сцепления заглушки с трубой и уменьшает износ заглушки в области ее торцового кольца при применении торцовых захватов и крюков для перемещения предлагаемой трубы с установленной на ней заглушкой.
Предлагаемые технические решения поясняются примерами осуществления с привлечением следующих схематичных рисунков.
Фиг. 1. Заглушка. Общий вид с вырезом.
Фиг. 2. Заглушка. Вид сверху.
Фиг. 3. Заглушка. Продольное диаметральное сечение.
Фиг. 4. Труба. Вид сверху.
Фиг. 5. Труба. Продольное диаметральное сечение.
Фиг. 6. Труба с установленной на ней заглушкой. Продольное диаметральное сечение. Нормальная температура.
Фиг. 7. Труба с установленной на ней заглушкой и торцовым захватом. Продольное диаметральное сечение.
Фиг. 8. Труба с установленной на ней заглушкой. Продольное диаметральное сечение. Повышенная температура.
Фиг. 9. Труба с установленной на ней заглушкой. Продольное диаметральное сечение. Пониженная температура.
Фиг. 10. Заглушки, собранные в штабель. Продольное диаметральное сечение.
Пропорции на рисунках условные.
1
2
1
1
2
Предлагаемая заглушка 1 изготовлена как одно целое по технологии вакуумного формования из полиэтилена высокой плотности D-Y250, обработанного антипиреном FR 400 и УФ-стабилизатором ПО АЛ 22. Заглушка 1 содержит внешний цилиндр 2, внутренний цилиндр 3, торцовое кольцо 4, донышко 5. Внутренний цилиндр 3 расположен коаксиально в полости внешнего цилиндра 2. Внутренний диаметр D внешнего цилиндра 2 составляет 133 мм. Внешний диаметр D внутреннего цилиндра 3 составляет 101,6 мм. Толщина h стенки заглушки составляет 3±1 мм. Высота H внутреннего цилиндра 3 составляет 20 мм. Высота H внешнего цилиндра 2 составляет 30 мм. В донышке заглушки опционально выполнены два отверстия 6.
3
1
2
4
2
Предлагаемая труба 7 изготовлена из стали и снабжена предлагаемой заглушкой 1, причем внешний диаметр D трубы 7 равен внутреннему диаметру D внешнего цилиндра 2 заглушки 1 и составляет 133 мм, толщина h стенки трубы 7 составляет 15,3 мм, внутренний диаметр D трубы 7 составляет 101,6 мм и равен диаметру внешнему D внутреннего цилиндра 3 заглушки 1. Заглушка 1 установлена на трубе 7 до упора торцовым кольцом 4 в кромку 9 при температуре окружающей среды, близкой к нормальной (0°C÷20°C), с возможностью снятия, без зазора между внутренней поверхностью внешнего цилиндра 2 заглушки 1 и внешней поверхностью трубы 7, без зазора между внешней поверхностью внутреннего цилиндра 3 заглушки 1 и внешней поверхностью трубы 7.
Труба с установленной на ней заглушкой может быть поднята с применением торцевых захватов 8, как показано на фиг. 7. При этом предлагаемое техническое решение обеспечивает сохранность кромки 9, фаски 10, донышка 5.
На фиг. 8 штриховые линии условно показывают возможное образование зазора между внутренней поверхностью внешнего цилиндра 2 заглушки 1 и внешней поверхностью трубы 7 вследствие теплового расширения полиэтилена при повышении температуры окружающей среды. При этом сохраняется плотность и надежность посадки заглушки на трубе вследствие увеличения силы прижатия внутреннего цилиндра 3 заглушки 1 к внутренней поверхности трубы 7.
На фиг. 9 штриховые линии условно показывают возможное образование зазора между внешней поверхностью внутреннего цилиндра 3 заглушки 1 и внутренней поверхностью трубы 7 вследствие теплового сжатия полиэтилена при понижении температуры окружающей среды. При этом сохраняется плотность и надежность посадки заглушки на трубе вследствие увеличения силы прижатия внешнего цилиндра 2 заглушки 1 к внешней поверхности трубы 7.
2
1
На фиг. 10 показано, как предлагаемые заглушки 1 могут быть упакованы в штабель с надежным сцеплением заглушек друг с другом силами трения вследствие упругих свойств полиэтилена и полуторакратного превышения высотой H внешнего цилиндра 2 высоты H внутреннего цилиндра 3.
При испытаниях заглушка 1 была работоспособна в диапазоне температур окружающей среды от минус 60°C до плюс 60°C. Оптимальная температура окружающей среды для установки заглушки 1 на трубу 7 до минус 20°C.
Предлагаемые заглушка и труба, снабженная заглушкой, могут быть изготовлены на существующих промышленных предприятиях, без увеличения производственных затрат по сравнению с изготовлением известных заглушек и труб, снабженных заглушками.