Стопольная манжета внутритрубного перекрытия

Полезная модель относится к устройствам для проведения ремонтно-восстановительных работ на участках магистральных трубопроводов и может быть применена в отрасли энергетики.
Известна стопольная манжета внутритрубного перекрытия, содержащая основание, выполненное из резины и имеющее плоскую рабочую поверхность для взаимодействия с внутренней поверхностью трубы [CN 201696802, дата публикации: 05.01.2011 г., МПК: F16L 55/105].
Недостатком известного технического решения является недостаточно высокая степень герметизации участка трубы из-за того, что при износе плоской рабочей поверхности для взаимодействия с внутренней поверхностью трубы или отвердевании резинового основания происходит потеря контакта между манжетой и внутренней поверхностью трубы.
Известна стопольная манжета внутритрубного перекрытия, содержащая основание, которое содержит рабочую кромку, образованную наружной и внутренней наклонными поверхностями основания [CN 208348787, дата публикации: 08.01.2019 г., МПК: F16L 55/115].
Преимуществом известного технического решения является более высокая степень герметизации участка трубы за счет наличия выступающей рабочей кромки, которая даже при локальном износе или отвердевании обеспечивает надежный контакт между стопольной манжетой и внутренней поверхностью трубы. Однако недостатком известного технического решения является недостаточно высокая износостойкость резинового основания, вследствие чего может произойти его дефект и отслаивание рабочей кромки при проведении монтажа или демонтажа внутритрубного перекрытия.
В качестве прототипа выбрана стопольная манжета внутритрубного перекрытия, содержащая резиновое основание, армированное тканевым материалом, и кольцевое уплотнение с рабочей кромкой, образованной наклонными внутренней и внешней поверхностями, при этом наклон внутренней поверхности рабочей кромки к оси вращения уплотнения составляет от 30 до 35° [FR 1281001 A, дата публикации: 08.01.2019 г., МПК: F16L 55/115].
Преимуществом прототипа является его более высокая износостойкость за счет присутствия в резиновом основании армирующего тканевого материала, что снижает риск разрушения основания и потери герметичности в месте его соединения с рабочей кромкой. Однако недостатком прототипа является высокий риск потери герметичности стопольной манжеты внутритрубного перекрытия в месте контакта рабочей кромки кольцевого уплотнения и внутренней поверхности трубы из-за недостаточного наклона внутренней поверхности рабочей кромки к оси вращения уплотнения, вследствие чего при монтаже внутритрубного перекрытия может произойти заламывание края кромки в противоположную от направления монтажа сторону и возникнуть дефект в структуре кольцевого уплотнения, после чего при повторных циклах монтажа и демонтажа внутритрубного перекрытия может произойти отделение края рабочей кромки от уплотнения или от основания, что может привести к прорыву среды наружу из перекрытой трубы и к возникновению чрезвычайной ситуации на участке ремонтно-восстановительных работ.
Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, заключается в необходимости повышения надежности стопольной манжеты внутритрубного перекрытия.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении износостойкости стопольной манжеты внутритрубного перекрытия.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Стопольная манжета внутритрубного перекрытия содержит основание и уплотнение, при этом основание выполнено из эластичного материала, армированного тканевым материалом, а уплотнение содержит рабочую кромку c наклонными наружной и внутренней поверхностями. В отличие от прототипа угол наклона внутренней поверхности рабочей кромки к оси вращения уплотнения составляет от 45 до 60°.
Уплотнение обеспечивает возможность герметизации зазора между внутритрубным перекрытием и внутренней поверхностью трубы. Форма уплотнения повторяет форму трубы и преимущественно может быть круглой. Уплотнение в поперечном сечении преимущественно может иметь трапециевидную форму, при этом для обеспечения возможности закрепления манжеты на внутритрубном перекрытии оно в центральной части может иметь цилиндрический или конический вырез. Уплотнение может быть выполнено из упругих и эластичных материалов, например из резины, силиконового или акрилатного каучука.
Рабочая кромка обеспечивает точки контакта между уплотнением и внутренней поверхностью трубы. Рабочая кромка представляет собой выступ на внешней поверхности уплотнения, образована за счет разницы в диаметрах верхнего и нижнего основания уплотнения и имеет наклонные внутреннюю и наружную поверхности.
Наклонная внутренняя поверхность рабочей кромки обеспечивает возможность взаимодействия рабочей кромки со средой в перекрытой трубе. Угол наклона внутренней поверхности рабочей кромки к оси вращения уплотнения составляет от 45 до 60°, что улучшает плавность распределения усилий по поверхности рабочей кромки, снижая риск ее надлома при монтаже внутритрубного перекрытия, тем самым повышая износостойкость стопольной манжеты внутритрубного перекрытия. В случае если угол наклона внутренней поверхности рабочей кромки будет составлять менее 45°, то не будет обеспечиваться необходимая степень эластичности структуры уплотнения, вследствие чего возможно возникновение его скрытого структурного дефекта при монтаже внутритрубного перекрытия и отслаивание рабочей кромки при последующих монтажах внутритрубного перекрытия. В случае если угол наклона внутренней поверхности рабочей кромки будет составлять более 60°, то рабочая кромка будет иметь избыточную эластичность, вследствие чего при монтаже внутритрубного перекрытия также будет происходить ее заламывание. При этом наиболее предпочтительным является угол, величина которого составляет от 50 до 55°, что обеспечивает наиболее эффективное распределение изгибающей нагрузки по структуре уплотнения при монтаже внутритрубного перекрытия и наиболее эффективно противодействует излому рабочей кромки.
Наклонная наружная поверхность рабочей кромки обеспечивает взаимодействие уплотнения с внутренней поверхностью трубы и с внешней средой. Угол наклона наружной поверхности рабочей кромки к оси вращения может составлять от 2 до 10°, что обеспечивает возможность плавного распределения усилий по рабочей кромке при демонтаже внутритрубного перекрытия, также дополнительно повышая износостойкость стопольной манжеты внутритрубного перекрытия.
Дополнительно для снижения риска растрескивания рабочей кромки, повышения надежности соединения уплотнения с основанием стопольной манжеты и повышения таким образом износостойкости стопольной манжеты внутритрубного перекрытия уплотнение может быть одновременно получено и соединено с основанием посредством термопрессования. При этом уплотнение может быть выполнено с возможностью закрытия торцевой поверхности основания, благодаря чему дополнительно повышается площадь контакта уплотнения и основания, тем самым дополнительно повышая износостойкость стопольной манжеты внутритрубного перекрытия.
Дополнительно для снижения риска потери герметичности стопольной манжеты внутритрубного перекрытия эластичный и тканевый материалы могут быть термокомпрессионно соединены между собой, за счет чего обеспечивается не только проникновение эластичного материала между нитями тканевого материала, но и также образуется прочная адгезионная связь между эластичным и тканевым материалом, таким образом снижая риск расслоения основания в процессе монтажа/демонтажа внутритрубного перекрытия, дополнительно повышая износостойкость стопольной манжеты внутритрубного перекрытия.
Дополнительно для повышения износостойкости стопольной манжеты внутритрубного перекрытия за счет снижения риска разрушения ее структуры при демонтаже внутритрубного перекрытия на наклонной внутренней поверхности рабочей кромки у места соединения уплотнения с основанием может быть выполнена диаметральная разгрузочная канавка, снижающая негативное воздействие изгибающих нагрузок на структуру уплотнения.
Основание обеспечивает возможность закрепления манжеты на поверхности внутритрубного перекрытия и имеет для этого отверстия на поверхности. Форма основания повторяет форму внутритрубного перекрытия и преимущественно может быть круглой. Эластичный материал обеспечивает возможность плотного прижатия манжеты к поверхности внутритрубного перекрытия и снижает риск потери герметичности стопольной манжеты внутритрубного перекрытия. В качестве эластичного материала может быть использована резина, силикон, фторопласт и другие аналогичные материалы. Тканевый материал обеспечивает повышение износостойкости стопольной манжеты и также дополнительно снижает риск потери герметичности стопольной манжеты внутритрубного перекрытия. При этом может быть использован тканевый материал на основе нитей полиэфира, полиамида, полиэстера, капрона и других аналогичных синтетических материалов.
Уплотнение и основание могут быть соединены любыми известными способами разъемного или неразъемного соединения. Преимущественно уплотнение может быть соединено с основанием посредством вулканизации. При этом в месте соединения уплотнения и основания могут быть выполнены впадины и углубления, что увеличивает площадь контакта между основанием и уплотнением, снижая риск отделения уплотнения от основания и повышая износостойкость стопольной манжеты внутритрубного перекрытия.
Полезная модель может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Полезная модель обладает ранее не известной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что угол наклона внутренней поверхности кольцевого уплотнения составляет от 45 до 60°, что снижает риск надлома края рабочей кромки за счет более плавного распределения возникающих при монтаже внутритрубного перекрытия усилий, что снижает риск возникновения дефекта в структуре уплотнения при проведении многократных циклов монтажа и демонтажа внутритрубного перекрытия, благодаря чему обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении износостойкости стопольной манжеты внутритрубного перекрытия, тем самым повышая надежность стопольной манжеты внутритрубного перекрытия.
Полезная модель обладает ранее не известной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «новизна».
Полезная модель поясняется следующими фигурами.
Фиг. 1 - Стопольная манжета внутритрубного перекрытия, поперечный разрез.
Фиг. 2 - Стопольная манжета внутритрубного перекрытия, вид сверху.
Стопольная манжета внутритрубного перекрытия содержит основание 1 и кольцевое уплотнение 2, при этом основание 1 выполнено из эластичного материала, армированного тканевым материалом, а кольцевое уплотнение имеет рабочую кромку 3 и наклонные наружную и внутреннюю поверхности при рабочей кромке, при этом угол α наклона внутренней поверхности кольцевого уплотнения при рабочей кромке составляет от 45 до 60°.
Полезная модель работает следующим образом.
Стопольная манжета закрепляется на трубном перекрытии (не показано на фигурах) посредством болтового соединения. При проведении ремонтно-восстановительных работ трубное перекрытие опускается в трубу, и происходит взаимодействие рабочей кромки 3 и внутренней поверхности трубы, за счет чего обеспечивается герметизация зазора между внутренней поверхностью трубы и трубным перекрытием. При этом за счет того, что угол наклона внутренней поверхности кольцевого уплотнения при рабочей кромке составляет от 45 до 60° повышается стойкость кромки 3 к деформирующим нагрузкам, возникающим в момент монтажа внутритрубного перекрытия снижая риск его залома в противоположную сторону от направления монтажа и последующего растрескивания или разрушения рабочей кромки 3 при демонтаже или последующих циклах монтажа внутритрубного перекрытия. Таким образом достигается технический результат, заключающийся в повышении износостойкости стопольной манжеты внутритрубного перекрытия, тем самым повышается надежность стопольной манжеты внутритрубного перекрытия.