СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ ДЛЯ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ И ГЕРМЕТИЗАЦИИ СУХИХ НАДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ В СОЕДИНИТЕЛЬНОМ УЗЛЕ ТРУБОПРОВОДА
METHODS AND SYSTEMS FOR DETECTION AND HERMETIC SEALING OF DRY FIT-ON CONNECTIONS IN PIPELINE CONNECTOR ASSEMBLY

Область техники
Настоящее изобретение относится к способам и системам проверки и обеспечения целостности (герметичности) трубопроводных систем, в соединительных узлах которых применяется герметизирующий материал с целью создания герметичных соединений или подключений. Более конкретно, представлены способы и системы для детектирования такого соединительного узла в системе, в котором отсутствует герметизирующий материал (так называемого сухого надвижного соединения) или такого соединительного узла в системе, в котором имеется недостаточное количество герметизирующего материала, каждый из которых представляет собой соединительный узел с ненадлежащей герметичностью. Кроме того, представленные здесь способы и системы предоставляют средства для идентификации местонахождения недостаточно герметичного соединительного узла. Представлены продукты, предназначенные для формирования соединительных узлов; эти продукты также формируют различимый канал утечки в недостаточно герметичном соединительном узле, через который текучая среда может проходить от внутренней полости соединительного узла наружу, и наоборот.
Уровень техники
Существует большое разнообразие применений систем трубопроводов, первостепенное значение для их эксплуатации и обслуживания которых имеет обеспечение герметичности различных соединений и подключений труб. В некоторых трубопроводных системах при создании соединений гнездового типа между элементами трубопровода применяется химическая сварка. В соединениях гнездового типа вследствие жестких допусков размеров соединяемых элементов существует тенденция образования тугой посадки или «сухого соединения» между контактирующими поверхностями. Для создания постоянного герметичного соединительного узла, не допускающего утечки жидкости или газа, на контактирующие компоненты наносится герметизирующий материал или цементирующий раствор, что обеспечивает герметичность их соединения за счет, например, химической сварки, смешивания материалов, сцепления или другой взаимосвязи. Если герметизирующий материал не будет нанесен или, по меньшей мере, будет нанесено недостаточное количество его, то это может привести к образованию сухих соединений в соединительных узлах или подключениях трубопроводной системы, которые будут подвержены утечкам. Однако образовавшееся сухое соединение между контактирующими поверхностями элементов трубопровода может маскировать ненадлежащую герметичность соединения, в результате чего такой узел сможет, по меньшей мере, временно удерживать давление жидкости или газа. Это может создать проблему, поскольку вследствие скачков давления, с течением времени и/или под воздействием вибрации такие сухие соединения или соединения с недостаточным количеством герметика (частично герметичные) могут выйти из строя.
Даже мелкие течи из соединительных узлов с ненадлежащей герметичностью могут причинить ущерб окружающей среде или имуществу. Например, в системе пожаротушения, в частности, в системе пожаротушения для жилых помещений соединительные узлы формируются путем гнездовых соединений с химической сваркой таких элементов трубопровода, как, например, конец трубы, вставляемый в соответствующее гнездо соединителя, причем и конец трубы, и гнездо изготовлены из пластмассы, например, из постхлорированного поливинилхпорида (ХПХВ). Если в такой системе осталось незамеченным сухое/частично герметичное соединение, и систему пустили в эксплуатацию, то результатом в случае выхода из строя такого сухого/частично герметичного соединения может стать ущерб для имущества и, в частности, для имущества жильцов.
В существующей практике поставщик трубопровода для пожаротушения или тот, кто выполняет его установку, сначала осуществляет сборку элементов трубопровода для проверки наличия сухого/частично герметичного соединения, затем разбирает такое соединение, наносит герметик на наружную поверхность трубы и на внутреннюю поверхность гнезда, вновь соединяет элементы и дает возможность герметику схватиться. В системе, предназначенной для жилого помещения площадью 1000 квадратных футов, могут присутствовать 75-100 соединений гнездового типа, каждое из которых требует нанесения герметизирующего материала. Вследствие большого количества присутствующих фитингов и/или ошибок персонала в некоторых соединениях может не оказаться герметика или, по меньшей мере, недостаточное его количество. Поэтому желательно до пуска трубопроводной системы в эксплуатацию провести тестирование системы на утечку или статическое давление жидкости или газа. Если система удерживает требуемое давление, то такую систему пускают в эксплуатацию, и строительство данного жилого помещения считается завершенным. Однако, как уже отмечалось выше, даже в отсутствие герметизирующего материала или при недостаточном его количестве в соединительном узле, такой соединительный узел может пройти тестирование на утечку благодаря сухому/частично герметичному соединению между элементами трубопровода, которое может дать ложный результат положительного прохождения тестирования на утечку.
Более того, пневматическое или гидростатическое испытание трубопроводного соединения может представлять угрозу для персонала, выполняющего установку, или другого подключающего персонала. В некоторых случаях сухое соединение может быть способным удерживать жидкость или газ, в результате чего в сегменте трубопроводной системы, расположенном вокруг такого соединительного узла, может нарастать давление. В процессе пневматического или гидростатического испытания давление может достичь порогового значения для данного сухого соединения, и этот соединительный узел выйдет из строя. Резкое снижение внутреннего давления и его потенциальная энергия могут быть достаточными для того, чтобы оторвать от конца трубы, например, заглушку или другой сегмент трубы, превращая трубный фитинг в летящий снаряд, способный привести к повреждению имущества и/или нанесению травм персоналу.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение представляет способы и системы для сборки, конструирования и испытания трубопроводных систем, включающих в себя соединительный узел или сборные блоки, которые могут определять недостаточную герметичность. Предпочтительно, конфигурация такого соединительного узла предназначена для трубопроводных систем, применяющих для создания герметичных соединений фитинги гнездового типа с текучим герметизирующим материалом. В частности, предпочтительный соединительный узел не способен удерживать давление жидкости или газа в случае ненадлежащей герметичности этого сборного соединения. В частности, предпочтительный соединительный узел не способен удерживать давление жидкости или газа в случае надетого соединения или частичного уплотнения. Более конкретно, в состав такого сборного соединения входит предпочтительный соединитель, т.е. трубный фитинг, концевой фитинг или модифицированная поверхность трубы, предназначенный для соединения трубопроводных сегментов и имеющий в своей конструкции канал для формирования пути утечки совместно с поверхностью сегмента трубы в случае ненадлежащей герметичности данного сборного соединения. Жидкость сможет выходить через этот канал, информируя персонал, занимающийся установкой, поставщика, владельца или оператора (объединенных под общим названием «обслуживающий персонал») о ненадлежащей герметичности, а в особенности, об отсутствии герметизирующего материала, обеспечивающего надлежащую герметичность данного соединительного узла. Соответственно, здесь описаны способы и системы для обнаружения и герметизации сухих соединений в трубопроводных системах. Более того, разработанные изобретателями соединители предотвращают накапливание давления текучей среды вблизи узла с сухим соединением, в котором отсутствует герметизирующий материал или имеется недостаточное его количество. Не имея возможности удерживать давление текучей среды, сухое соединение или частично герметичное соединение не может и накапливать потенциальную энергию, а следовательно, и не обладает потенциалом для нанесения вред окружающей среде или персоналу.
В одном предпочтительном выполнении настоящего изобретения представлен способ для обнаружения утечки в узле трубопровода. Этот способ включает в себя установку, по меньшей мере, одного фитинга, имеющего канал, образующий путь утечки, пневматическое испытание, а затем - гидравлическое испытание узла. Способ обеспечивает проверку целостности трубопроводной системы пожаротушения, содержащей множество соединителей. Этот способ включает в себя создание давления в трубопроводной системе, обнаружение утечки в этой трубопроводной системе, причем обнаружение утечки включает в себя вытекание текучей среды из, по меньшей мере, одного канала в соединителе, герметизацию этого, по меньшей мере, одного канала, а также повторную проверку системы на наличие утечки. Процедура вытекания текучей среды включает в себя размещение, по меньшей мере, одного соединителя на, по меньшей мере, одном сегменте трубы, включая такое размещение вышеупомянутого, по меньшей мере, одного канала, чтобы он сообщался с центральным перепускным каналом этого, по меньшей мере, одного сегмента трубопровода. Размещение канала в положение сообщения с центральным перепускным каналом также определяет глубину, ширину и длину этого, по меньшей мере, одного канала вдоль внутренней поверхности соединителя. Предпочтительно, обнаружение утечки включает в себя мониторинг падения давления в системе, а также идентификацию того, по меньшей мере, одного соединителя, из которого происходит вытекание текучей среды. Часть предпочтительного способа включает в себя нанесение герметика на соединитель и на поверхность сегмента трубы, а также трансформацию канала таким образом, чтобы создать герметичное уплотнение вокруг данного сегмента трубы.
Предлагается способ испытания на наличие утечки трубопроводной системы, содержащей, по меньшей мере, один соединительный узел, включающий в себя трубный фитинг с сегментом трубы, вставленным в этот фитинг. Способ включает в себя определение пути утечки между фитингом и трубой, подачу текучей среды в систему, а также обнаружение вытекания текучей среды из пути утечки. Соответственно, способ обнаружения утечки в трубопроводе предпочтительно включает в себя подключение к трубному сегменту, по меньшей мере, одного соединителя для формирования сборного соединения. В конструкции соединителя имеется канал, определяющий путь утечки. Далее способ включает в себя пропускание текучей среды через канал так, чтобы обнаружить утечку между, по меньшей мере, одним фитингом и сегментом трубы. В более предпочтительном варианте способ предоставляет пневматическое испытание соединения давлением, а также испытание соединения гидростатическим давлением или, в альтернативном варианте, способ может состоять из одного пневматического или гидростатического испытания давлением. Обнаружение вытекания текучей среды при наличии пути утечки включает в себя обнаружение падения давления в системе за предпочтительный период времени, например, в течение двух минут после начала испытания давлением. Пневматическое испытание включает в себя подачу воздуха в систему до достижения начального значения давления 10 фунтов на квадратный дюйм, обнаружение падения давления в системе через путь утечки. Начальная минимальная скорость падения давления составляет приблизительно 0,5 фунтов на квадратный дюйм в минуту. При испытании гидравлическим давлением с начальным давлением 10 фунтов на квадратный дюйм гидравлическое испытание включает в себя обнаружение падения давления минимум 0,5 фунтов на квадратный дюйм/2 мин по всем моделируемым помещениям.
Для осуществления обнаружения утечки предлагается предпочтительный соединитель для создания соединительного узла в трубопроводной системе пожаротушения, этот соединитель включает в себя стенку практически трубчатой формы, имеющую наружную поверхность и внутреннюю поверхность, образующую перепускной канал, располагающийся вдоль оси. Кроме того, соединитель имеет торец, расположенный между внутренней и наружной поверхностями и определяющий толщину трубчатой стенки соединителя. Вдоль внутренней или наружной поверхности располагается канал, сообщающийся с перепускным каналом. Этот канал имеет первую конфигурацию для прохождения текучей среды между внутренней полостью трубопроводной системы и наружной поверхностью трубопроводной системы. Этот канал также имеет вторую конфигурацию, не допускающую прохождения текучей среды между внутренней и наружной поверхностями трубопроводной системы. Кроме того, канал можно трансформировать из первой конфигурации во вторую конфигурацию при наличии минимального количества герметизирующего материала. Если начальное давление воздуха в системе составляет 10 фунтов на квадратный дюйм, то канал в первой своей конфигурации позволяет получить падение давления в системе с предпочтительной начальной минимальной скоростью приблизительно 0,5 фунтов на квадратный дюйм в минуту. В случае испытания гидравлическим давлением 10 фунтов на квадратный дюйм предпочтительные конфигурации канала обеспечивают падение давления с начальной минимальной скоростью измерения давления 0,5 фунтов на квадратный дюйм/2 мин.
Далее предлагается соединитель, имеющий наружную поверхность и внутреннюю поверхность, образующую центральный перепускной канал вдоль продольной оси. С внутренней поверхностью связан кольцеобразный выступ, вытянутый радиально внутрь по направлению к продольной оси. Этот выступ содержит пару боковых стенок, которые ограничивают аксиально-расположенный канал, сообщающийся с центральным перепускным каналом. В предпочтительном варианте этот канал является перестраиваемым, позволяя получать герметичное уплотнение вокруг трубного сегмента. Пара боковых стенок определяет глубину канала, проходящего в направлении вдоль продольной оси. В предпочтительном варианте максимальное значение глубины канал имеет в районе выступа, а соединитель также имеет первый торец и второй торец. Внутренняя поверхность также включает соединяющую поверхность, связывающую пару боковых стенок, эта соединяющая поверхность имеет существенно закругленную форму по отношению к внутренней поверхности канала. В одном исполнении канал может располагаться по спирали вдоль продольной оси. В другом исполнении канал включает в себя часть, конфигурация которой представляет собой сквозное отверстие, проходящее от внутренней поверхности и наружной поверхности и сообщающееся с остальной частью канала. В альтернативном варианте весь канал может быть образован сквозным отверстием, проходящим от внутренней поверхности до наружной поверхности практически перпендикулярно к оси соединителя. Еще в одном исполнении соединитель также содержит выступ, расположенный вдоль наружной поверхности таким образом, чтобы определять постоянную толщину стенки между внутренней поверхностью и наружной поверхностью.
Изобретение предлагает способ проверки герметичности трубопроводной системы пожаротушения, включающей множество соединительных узлов, содержащих, по меньшей мере, один соединитель с каналом, характеризующийся тем, что в трубопроводной системе создают давление и определяют наличие пути утечки между внутренней частью и наружной поверхностью трубопроводной системы в виде, по меньшей мере, одного канала.
Другой способ проверки герметичности трубопроводной системы пожаротушения с множеством соединительных узлов, содержащих, по меньшей мере, по одному соединителю с каналом, включает подачу в трубопроводную систему воды при первоначальном давлении, по меньшей мере, 10 фунтов на квадратный дюйм; и определение наличия пути утечки между внутренней частью и наружной поверхностью трубопроводной системы в виде, по меньшей мере, одного канала, при этом процедура определения включает в себя обнаружение минимальной начальной скорости изменения давления величиной 0,5 фунтов на квадратный дюйм в минуту в течение двух минут после подачи первоначального давления в систему.
Изобретение предлагает способ проверки наличия утечки в трубопроводной системе, содержащей, по меньшей мере, один соединительный узел, включающий трубный фитинг, в который вставлен сегмент трубы. Способ характеризуется тем, что определяют пути утечки между трубным фитингом и элементом трубы; подают в систему текучую среду; и обнаруживают вытекание текучей среды из канала.
Изобретение предлагает способ обнаружения утечки в трубопроводе, характеризующийся тем, что обеспечивают, по меньшей мере, один соединитель, прикрепленный к сегменту трубы, с образованием узла; при этом, по меньшей мере, один фитинг имеет канал для определения пути утечки; и пропускают текучую среду через канал таким образом, чтобы обнаружить утечки между, по меньшей мере, одним фитингом и сегментом трубы.
Изобретение также предлагает способ обнаружения утечки в системе пожаротушения, характеризующийся тем, что обеспечивают систему, по меньшей мере, одним соединителем, соединенным с сегментом трубы, для формирования узла, при этом, по меньшей мере, один фитинг имеет канал для определения пути утечки; испытывают узел давлением, величина которого входит в первый диапазон значений давления; и испытывают узел давлением, величина которого входит во второй диапазон значений, отличный от первого диапазона давлений.
Изобретение предлагает способ обнаружения утечки в трубном узле, характеризующийся тем, что направляют поток текучей среды из внутреннего прохода элемента трубопровода в окружающую среду вблизи указанного элемента трубопровода через заранее образованный вспомогательный канал, по меньшей мере, частично ограниченный указанным элементом трубопровода.
Изобретение также предлагает способ обнаружения потенциальной утечки в узле трубопровода, характеризующийся тем, что наносят материал на поверхность соединительного узла трубопровода вблизи канала в указанном узле трубопровода; и обеспечивают взаимодействие материала с текучей средой, содержащейся в канале, для обнаружения утечки.
Изобретение предлагает соединитель, содержащий наружную и внутреннюю поверхности, ограничивающие центральный перепускной канал вдоль продольной оси; и кольцевой выступ, соприкасающийся с внутренней поверхностью и выступающий радиально внутрь по направлению к продольной оси, при этом выступ включает в себя пару боковых стенок, ограничивающих аксиально-расположенный канал, сообщающийся с центральным перепускным каналом и который выполнен с возможностью видоизменения для ограничения герметичного уплотнения вокруг сегмента.
Изобретение предлагает соединитель труб, содержащий наружную поверхность и внутреннюю поверхность, ограничивающие центральный перепускной канал вдоль продольной оси; и концевую часть, включающую торец, по существу ортогональный к продольной оси, и канал, проходящий радиально от внутренней поверхности и сообщающийся с центральным перепускным каналом, и, кроме того, канал аксиально проходит от торца таким образом, чтобы ограничивать путь утечки из центрального перепускного канала к торцу, причем наружная и внутренняя поверхности определяют стенку минимальной толщины, составляющую, по меньшей мере, восемьдесят пять процентов от максимальной толщины стенки между наружной и внутренней поверхностями.
Предложен также способ выполнения соединительного узла в трубопроводной системе, характеризующийся тем, что выполняют вблизи муфты канал, сообщающийся с центральным перепускным каналом муфты и с окружающей средой снаружи вблизи муфты; наносят герметизирующий материал на соприкасающиеся поверхности муфты и трубы; прекращают связь, обеспечиваемую каналом, таким образом, чтобы устранить сообщение внутреннего перепускного канала с окружающей средой через канал.
Изобретение предлагает трубный узел, трубный фитинг и несколько вариантов трубопроводной системы.
Трубный узел содержит наружную поверхность и внутреннюю поверхность, ограничивающие центральный перепускной канал вдоль продольной оси, и концевую часть, включающую торец, практически ортогональный к продольной оси, и канал, проходящий радиально от внутренней поверхности, причем канал сообщается с центральным перепускным каналом и проходит аксиально от торца таким образом, чтобы ограничивать путь утечки от центрального перепускного канала до торца.
Трубный фитинг для соединения первого сегмента трубы со вторым сегментом трубы содержит первую концевую часть для соединения с первым сегментом трубы и вторую концевую часть для соединения со вторым сегментом трубы; наружную и внутреннюю поверхности, расположенные между первой и второй концевой частью и второй концевой частью, причем внутренняя поверхность ограничивает центральный перепускной канал, а также канал, сообщающийся с центральным перепускным каналом.
Трубопроводная система, включающая сеть труб, и выполненная с возможностью обнаруживать утечку в системе, содержит первый сегмент трубы и второй сегмент трубы, соединенный с первым сегментом трубы, при этом первый сегмент трубы имеет концевую часть, включающую торец, наружную поверхность и внутреннюю поверхность, ограничивающую камеру; второй сегмент трубы имеет концевую часть, включая наружную поверхность, определяющую наружный диаметр, при этом концевая часть второго сегмента трубы вставлена в камеру таким образом, чтобы сформировать тугую посадку с внутренней поверхностью концевой части первого сегмента трубы; и канал, сформированный вдоль внутренней поверхности концевой части первого сегмента трубы, выступающий радиально от внутренней поверхности и проходящий аксиально от торца, причем канал сообщается с наружной поверхностью второго сегмента.
Другой вариант трубопроводной системы содержит, по меньшей мере, один сегмент трубы и соединитель, имеющий наружную поверхность и внутреннюю поверхность, причем внутренняя поверхность определяет гнездо, проходящее вдоль продольной оси, которое размещается вокруг указанного, по меньшей мере, одного сегмента, внутренняя поверхность содержит средство, предотвращающее создание герметичного соединения между соединителем и, по меньшей мере, одним сегментом трубы в отсутствие минимального количества герметизирующего материала, достаточного для преобразования этого средства таким образом, чтобы внутренняя поверхность образовала герметичное соединение около, по меньшей мере, одного сегмента трубы.
Следующий вариант трубопроводной системы содержит, по меньшей мере, один сегмент трубы; и соединитель, имеющий наружную поверхность и внутреннюю поверхность, причем внутренняя поверхность определяет гнездо, вытянутое вдоль оси и расположенное вокруг, по меньшей мере, одного сегмента трубы, внутренняя поверхность включает средство, предотвращающее создание герметичного соединения между соединителем и, по меньшей мере, одним сегментом трубы в отсутствие минимального количества герметизирующего материала, достаточного для деформирования указанного средства таким образом, чтобы внутренняя поверхность образовала герметичное уплотнение вокруг, по меньшей мере, одного сегмента трубы.
Еще один вариант трубопроводной системы относится к трубопроводной системе с начальным давлением воздуха не менее 10 фунтов на квадратный дюйм. Система содержит, по меньшей мере, один сегмент трубы и соединитель, имеющий наружную поверхность и внутреннюю поверхность, причем внутренняя поверхность определяет гнездо, вытянутое вдоль оси и расположенное вокруг, по меньшей мере, одного сегмента, и внутренняя поверхность включает средство для стравливания давления из системы при отсутствии минимального количества герметизирующего материала таким образом, что снижение давления осуществляется с минимальной начальной скоростью 0,5 фунтов на квадратный дюйм/мин, при этом указанного минимального количества материала достаточно для деформации указанного средства таким образом, чтобы внутренняя поверхность образовала герметичное уплотнение вокруг указанного, по меньшей мере, одного сегмента трубы.
Изобретение предлагает также узел трубопровода, содержащий муфту со стенкой и, по меньшей мере, одной концевой частью, причем стенка ограничивает внутренний перепускной канал, сообщающийся с отверстием, по меньшей мере, одной концевой части; и по меньшей мере, одну трубу, один конец которой расположен в указанном внутреннем перепускном канале, а внутренняя часть трубы сообщается с внутренним перепускным каналом, при этом муфта и, по меньшей мере, одна труба имеет соприкасающиеся друг с другом поверхности, которые образуют герметичное соединение между муфтой и указанной, по меньшей мере, одной трубой, причем, по меньшей мере, одна из соприкасающихся поверхностей ограничивает канал, сообщающийся с внутренним перепускным каналом и с окружающей средой вблизи муфты, причем канал перекрывается при нанесении герметизирующего материала на соприкасающиеся поверхности в количестве, достаточном для того, чтобы разомкнуть сообщение, осуществляемое посредством указанного вспомогательного канала.
Краткое описание чертежей
Прилагающиеся чертежи, включенные в настоящее описание и составляющие его часть, иллюстрируют примеры исполнений настоящего изобретения и, совместно с вышеизложенным общим описанием и нижеизложенным подробным описанием, служат для объяснения особенностей изобретения.
Фиг.1 представляет собой схему системы пожаротушения для жилого помещения.
Фиг.2 представляет собой блок-схему алгоритма способа испытания герметичности трубопроводной системы, показанной на фиг.1.
Фиг.3 и 3А представляют собой изображения соединительного узла для применения в системе, показанной на фиг.1.
Фиг.3В - вид в разрезе соединительного узла, показанного на фиг.3В.
Фиг.4 - вид в разрезе предпочтительного соединителя, применяемого в соединительном узле, показанном на фиг.3А и 3В.
Фиг.4А - вид с торца соединителя, показанного на фиг.4
Фиг.4В - увеличенное изображение детали, показанной на фиг.4А.
Фиг.4С - вид в разрезе соединителя, показанного на фиг.4.
Фиг.4D - вид с торца соединителя с каналом, а
фиг.4Е - детальное изображение соединителя с каналом.
Фиг.5 - схематичное изображение тестовой сборки для испытания соединителя.
Фиг.5А-D - графики, демонстрирующие характеристики различных смоделированных систем, включающих в себя соединитель.
Фиг.5Е - график, демонстрирующий сравнение реальных тестовых сборок и смоделированной сборки для соединителя.
Фиг.6А-6С - еще один иллюстративный вариант исполнения соединителя с каналом, предназначенного для применения в соединительном узле, показанном на фиг.3А-3В.
Фиг.7А-12В - различные виды альтернативных исполнений соединителя, сконфигурированного в виде фитинга с каналом.
Фиг.13-15 - различные виды альтернативных исполнений соединителя, сконфигурированного как составляющий одно целое с сегментом трубы концевой трубный фитинг с каналом.
Фиг.16А-17 - различные виды альтернативных вариантов исполнения соединителя, сконфигурированного в виде сегмента трубы с каналом.
Варианты осуществления изобретения
На фиг.1 показан иллюстративный вариант исполнения предпочтительной трубопроводной системы 10, предназначенной для транспортировки газа, жидкости или их комбинации. А именно, показана предпочтительная трубопроводная сеть 10 для системы пожаротушения. Систему 10 в предпочтительном варианте формируют сегменты труб, изготовленные из постхлорированного поливинилхлорида (ХПВХ), и фитинги, примером могут служить трубопроводные системы Тусо Fire & Building Products TFP Blazemaster, показанные и описанные в "Blazemaster: Installation Instructions & Technical Handbook" («Инструкции по установке и техническое описание») (Rev. 0 Jan. 2005) (Addendum #1/IH-1900 (Oct. 2005)), каждая из которых включена полностью путем ссылки. Система 10 включает в себя сеть трубопроводных элементов, которые могут представлять собой любой элемент из следующих: магистральные линии 12, линии ответвления 14, штифты, спуски, подъемы 16, трубные ниппели 18, клапаны 20, спринклеры и/или сопла 22, а также аварийные устройства. Для соединения и взаимосвязи различных элементов трубопроводов система 10 в предпочтительном варианте содержит один или несколько соединительных узлов или сборных соединений 100, сформированных путем соединения между сегментом трубы и соединителем. Соединитель может представлять собой любой из следующих элементов: трубных фитингов, концевых трубных фитингов или модифицированную поверхность трубы для соединения сегментов труб. Предпочтительно система 10 используется в качестве «мокрой» спринклерной системы для пожаротушения жилых помещений, где автоматические спринклеры 22 подключены к трубопроводной системе 10, в которой содержится вода и которая подключена к системе подачи воды таким образом, что поток воды выпускается из спринклеров немедленно после их срабатывания от тепла, выделяемого в случае пожара. В альтернативном варианте система 10 может быть сконфигурирована как «сухая» спринклерная система пожаротушения жилого помещения, где автоматические спринклеры 22 подключены к трубопроводной системе 10, в которой содержится воздух или другой газ под давлением, который вытесняется водой в случае активации регулирующего клапана, подключенного к системе подачи воды. Такая «сухая» система пожаротушения жилых помещений показана и описана в абзацах от [0024] по [0029] и на фиг.1-2 документа US 2006/0021765, включенного полностью путем ссылки. Еще в одном альтернативном варианте предпочтительная система 10 может представлять собой трубопроводную систему любого типа, в предпочтительном случае имеющую пластмассовые компоненты. Альтернативные трубопроводные системы, имеющие пластмассовые фитинги и компоненты могут представлять собой вентиляционные системы, дренажные системы, бассейны и СПА, оросительные системы, химические системы, а также водопроводные системы, в соединительных узлах которых применяется тугая посадка в комбинации с текучим герметизирующим материалом для получения герметичного соединения, не допускающего протечки текучей среды.
Предпочтительная сборка системы 10 включает в себя соединение двух или нескольких трубопроводных элементов в соединительном узле 100 при помощи соединителя гнездового типа с текучим герметизирующим материалом, проверку герметичности системы и пуск системы в эксплуатацию. На фиг.2 показан предпочтительный способ сборки трубопроводной системы и проверки целостности (герметичности) системы 10. В предпочтительном варианте процесс сборки каждого соединительного узла гнездового типа 100 системы 10 включает в себя процедуру соединения сегмента трубы с соединителем, проверку наличия сухого соединения между ними, разборку этого соединения, нанесение герметизирующего материала на наружную поверхность сегмента трубы и на внутреннюю поверхность соединителя, повторное соединение этих элементов и выдержку соединения в течение времени, необходимого для схватывания герметика.
Кроме того, предпочтительный способ включает в себя проверку герметичности системы путем обнаружения утечки. Предпочтительно, в системе 10 создается избыточное давление, однако, в альтернативном варианте в системе 10 может создаваться частичный вакуум. Способ обнаружения утечки может представлять собой способ непосредственного обнаружения утечки путем, например, наблюдения за утечкой из одного или нескольких соединительных узлов 100 после подачи давления в систему 10. В альтернативном варианте или в качестве дополнения способ обнаружения утечки может включать в себя косвенный способ обнаружения утечки путем наблюдения за одним или несколькими манометрами, подключенными к системе 10 с целью обнаружения потери давления в системе. В случае обнаружения утечки в предпочтительном способе сборки системы предусмотрена процедура устранения утечки и герметизации соединения, а также повторной проверки герметичности системы 10. Если утечка не обнаружена, то систему можно начинать эксплуатировать.
Предпочтительный соединитель обеспечивает средство для обнаружения утечки в трубопроводной системе 10, применимое в предпочтительном способе сборки. Более конкретно, такой предпочтительный соединитель при отсутствии надлежащей герметичности и при наличии повышенного давления в системе направляет поток текучей среды из центрального перепускного канала трубопровода в окружающую данный соединительный узел среду через путь утечки, по меньшей мере, частично определяемый соединителем, а в целом сформированный взаимным расположением соединителя и сегментов трубы. При наличии частичного вакуума и при отсутствии должной герметичности предпочтительный соединитель продолжает всасывать внешнюю среду через канал. Предпочтительная конфигурация пути утечки не позволяет трубопроводной системе 10 удерживать давление при отсутствии надлежащей герметичности. Обслуживающий персонал, обнаруживший, что система не в состоянии поддерживать статическое давление, получает, таким образом, сигнал о том, что соединительные узлы, возможно, не достаточно герметичны. Недостаточно герметичным соединительным узлом может быть такой соединительный узел, в котором отсутствует герметизирующий материал или нанесено недостаточное его количество.
После сборки трубопроводной системы 10 с применением предпочтительных соединителей обслуживающий персонал проверяет герметичность системы 10, определяя, не создан ли путь утечки, по которому текучая среда может проходить между внутренней полостью системы и наружной средой. В частности, рекомендуется, чтобы обслуживающий персонал выполнял поэтапное испытание системы давлением. На первом этапе трубопроводная система 10 испытывается пневматическим давлением в диапазоне значений, например, в предпочтительном варианте, приблизительно от 1 фунта на квадратный дюйм до 15 фунтов на квадратный дюйм, а наиболее предпочтительно - давлением приблизительно 15 фунтов на квадратный дюйм. Система 10 проверяется на наличие утечки сжатого воздуха или газа из рекомендованных соединителей при помощи средств прямого или косвенного визуального обнаружения, звукового обнаружения или на ощупь. После этого обслуживающий персонал может надлежащим образом выполнить герметизацию всех обнаруженных недостаточно герметичных соединительных узлов 100, после чего обслуживающий персонал может выполнить повторное пневматическое испытание системы давлением в предпочтительном диапазоне, в предпочтительном варианте приблизительно от 1 фунта на квадратный дюйм до 15 фунтов на квадратный дюйм, а наиболее предпочтительно - давлением приблизительно 15 фунтов на квадратный дюйм, для того, чтобы убедиться, что достигнута надлежащая герметичность.
Второй этап испытания давлением в предпочтительном варианте включает в себя гидравлическое испытание, а более предпочтительно - гидростатическое испытание системы 10 при предпочтительном давлении приблизительно 200 фунтов на квадратный дюйм. Более предпочтительно, чтобы на втором этапе испытания давлением производилось гидравлическое испытание при значениях тестирующего гидростатического давления, определенных в стандарте национальной ассоциации по защите от пожаров (НАЗП) Standard NFPA-13, в главе 24 (2007), озаглавленной «Стандарты установки спринклерных систем: получение разрешения на эксплуатацию систем», включенном полностью путем ссылки.
После достижения требуемого значения гидростатического тестирующего давления в системе данную систему можно проверять на наличие вытекания жидкости из предпочтительных соединителей при помощи прямых и/или косвенных средств визуального, звукового обнаружения и на ощупь. Обслуживающий персонал может заново надлежащим образом выполнить герметизацию всех недостаточно герметичных соединительных узлов, обнаруженных в ходе второго этапа испытания давлением, а затем снова выполнить испытание системы, предпочтительно гидравлическое, гидростатическим давлением в предпочтительном диапазоне значений. Следует понимать, что любой диапазон давлений или конкретное значение давления могут представлять собой начальный диапазон пневматического давления или диапазон гидравлического давления, при условии, что эти начальные значения пневматического и гидравлического давления достаточны для перемещения соответствующей текучей среды из центрального перепускного канала трубопровода в окружающую трубопровод среду через путь утечки с такой скоростью утечки, которую можно обнаружить при помощи прямых и/или косвенных способов. Кроме того, следует понимать, что обслуживающий персонал должен иметь достаточный запас времени между выполнением операций герметизации и испытанием давлением, что позволяло бы осуществить процесс сваривания, смешивания, сцепления герметизирующего материала или другого способа соединения. После выполнения должной герметизации всех соединительных узлов и проверки системы на герметичность данную систему можно заполнять водой или другой текучей средой и пускать в эксплуатацию.
В качестве альтернативы выполнению второго этапа гидравлического испытания давлением после первоначального пневматического испытания давлением может выполняться второй этап пневматического испытания давлением, при котором тестирующее давление увеличивается или имеет более высокое значение, чем значение тестирующего давления на первом этапе, при условии, что это давление второго этапа испытания является приемлемым для данной трубопроводной системы. И в этом случае может выполняться проверка системы на наличие утечки сжатого воздуха или газа из предпочтительных соединителей при помощи прямых и/или косвенных средств визуального, звукового обнаружения или на ощупь. Обслуживающий персонал опять-таки может надлежащим способом выполнить герметизацию всех недостаточно герметичных соединительных узлов, которые удалось обнаружить на этапе испытания системы повышенным давлением, затем система может быть подвергнута повторному пневматическому испытанию таким же тестирующим давлением, как и на втором этапе испытания.
Предпочтительные соединители обеспечивают достаточно быстрый и поддающийся проверке механизм обнаружения недостаточно герметичного соединительного узла в трубопроводной системе. Более конкретно, конфигурация предпочтительного соединителя предполагает наличие канала, который при отсутствии надлежащей герметичности образует путь утечки, через который текучая среда может сразу же вытекать изнутри системы 10 наружу или обратно, что обеспечивает наличие, по меньшей мере, одного индикатора для относительно быстрого прямого и косвенного обнаружения утечки обслуживающим персоналом. Находящиеся под давлением жидкость, газ, воздух или другие текучие среды, вытекая через канал в предпочтительном соединителе, позволяют обслуживающему персоналу идентифицировать недостаточно герметичное соединение. Более того, считается, что предпочтительные соединители предоставляют предпочтительные средства для испытания давлением трубопроводной системы 10, предпочтительно, согласно описанному выше способу. В частности, каналы предпочтительных соединителей в случае отсутствия надлежащего количества герметизирующего материала позволяют в результате получить различимое падение давления в системе 10 в течение двух минут после начала испытания системы давлением. Более того, поскольку предпочтительные соединители предотвращают нарастание давления текучей среды в области недостаточно герметичных соединительных узлов, такие предпочтительные соединители сводят к нулю потенциальную энергию в области соединенных фитингов или сегментов труб, где нет достаточной герметичности соединения. Этот механизм может предотвратить резкое разъединение или разрыв ненадлежащим образом соединенных трубных фитингов или сегментов труб, которые могли бы превратиться в летящие снаряды, способные причинить повреждение имуществу и/или серьезно травмировать находящийся рядом персонал.
Конфигурация предпочтительного соединителя для формирования соединительного узла 100 с сегментом трубы позволяет обнаружить и идентифицировать недостаточно герметичное соединение за счет того, что не допускает удержания давления сухим соединением между соединяемыми поверхностями трубного сегмента и предпочтительного соединителя в узле 100 при отсутствии должного количества герметизирующего материала, позволяя вместо этого текучей среде вытекать в атмосферу. При наличии должного количества герметизирующего материала предпочтительный соединитель образует герметичное уплотнение вокруг трубного сегмента. Герметизирующим материалом может служить, например, цемент, цементирующий растворный компаунд, эпоксидная смола, припой или другой текучий материал, применяемый для восстановления, химической сварки, сцепления или иного постоянного соединения соединителя с одним или несколькими сегментами труб. Примерами герметизирующих материалов, пригодных для применения в соединителях, являются (i) Blazemaster CPVC Cement TFP-400 Red Heavy Bodies или (ii) Blazemaster CPVC Cement TFP-500, каждый из которых описан на страницах 43-50 справочника "Blazemaster: Installation Instructions & Technical Handbook" (Rev. 0 Jan. 2005), включенного полностью путем ссылки, или их эквиваленты. Поскольку предпочтительный соединитель показывает наличие недостаточно герметичного соединения путем выпускания в атмосферу текучей среды, проходящей через данный соединительный узел, то такой предпочтительный соединитель не позволяет нарастать давлению в области соединительного узла 100 в отсутствие надлежащей химической герметичности. Кроме того, конфигурация предпочтительного соединителя позволяет осуществить тугую посадку соединяемых поверхностей соединительного узла, что дает возможность избежать скапливания излишнего количества герметизирующего материала между соединяемыми элементами трубопровода, согласно рекомендациям на странице 33 справочника "Blazemaster: Installation Instructions & Technical Handbook" (Rev. 0 Jan. 2005).
Предпочтительный соединитель включает элемент с по существу трубчатой стенкой, определяющий одно или несколько гнезд, предназначенных для того, чтобы в них вставлялись сегмент трубы или такой элемент, как труба, фитинг или переходник. Показанный на фиг.3 и 3А и описанный в настоящем описании в основном для иллюстрации и объяснения предпочтительный соединитель представляет собой трубный фитинг 300 в виде муфты для соединения первого сегмента трубы 24 и второго сегмента трубы 26, предпочтительно при помощи соединения гнездового типа. Этот фитинг 300 имеет продольную ось А-А, вдоль которого располагаются соединяемые трубные сегменты 24, 26, совмещаемые друг относительно друга. В альтернативном варианте конфигурация фитинга 300 может представлять собой колено с углом сгиба в диапазоне, например, между 30° и 90°. Таким образом конфигурация предпочтительного фитинга 300 может представлять собой колено с углом сгиба в 45°, 60°, 90° или с другим углом. Конфигурация фитинга 300 может также позволять соединение более двух сегментов труб, а следовательно, трубный фитинг 300 может иметь конфигурацию фитинга в форме крестовины, Т-образного тройника или Y-образного тройника. В целом, описанные здесь для иллюстрации предпочтительный фитинг 300 и его характеристики может иметь любую желаемую конфигурацию для соединения двух или нескольких сегментов труб, а следовательно, может иметь конфигурацию, подобную любому из фитингов, показанных на страницах 3-6 каталога Тусо Fire & Building Products, под заглавием "TFP1915: Blazemaster CPVC Fire Sprinkler Pipe & Fittings Submittal Sheet" (Jan. 2006) («TFP1915: каталог трубопроводных элементов и фитингов из ХПВХ для спринклерной системы пожаротушения от компании Blazemaster» (январь 2006)), включенного полностью путем ссылки. Таким образом, конфигурация фитинга 300 может быть выполнена в виде, например, (i) тройника; (ii) переходного тройника; (iii) крестовины или переходной крестовины; (iv) колена с изгибом 90° или переходного колена; (v) колена с изгибом 45° или (vi) переходной крестовины. В альтернативном варианте конфигурация фитинга 300 может быть выполнена в виде торцевой заглушки единичного сегмента трубы. Еще в одном альтернативном варианте предпочтительный фитинг 300 может иметь конфигурацию в виде соединительного переходника с пазом, предназначенного для соединения простого торца трубы с торцом трубы, имеющим паз, или представлять собой имеющий соответствующую конфигурацию переходник типа «папа» или «мама» для труб с резьбой. Конфигурация такого переходника может быть выполнена в виде (i) прямой муфты; (ii) тройника; (iii) последовательности тройников; (iv) последовательности крестовин или (v) колена. Кроме того, конфигурация фитинга может быть выполнена в виде переходника для подключения спринклера или другого устройства для распределения (разбрызгивания) жидкости или газа. В более общем случае предпочтительный соединитель может иметь такую форму или конфигурацию для соединения сегментов труб, как любой из существующих фитингов.
На фиг.3В предпочтительный соединитель, показанный снова в виде фитинга 300, имеет наружную поверхность 311 и внутреннюю поверхность 313, образующую перепускной канал 315 внутри фитинга 300. Например, в фитинге 300 внутренняя поверхность образует центральный перепускной канал 315, расположенный вдоль продольной оси А-А. Внутренний перепускной канал 315 фитинга делится одним или несколькими выступами 314, имеющими форму окружностей или колец и, в предпочтительном варианте, выполненными как одно целое с внутренней поверхностью 313, а более предпочтительно - как одно целое с фитингом 300. Разделенный перепускной канал 315 в предпочтительном варианте образует различные гнезда для приема сегментов труб, фитингов или переходников. Например, в фитинге 300, показанном на фиг.3В, имеется первое гнездо 312а, предназначенное для приема первого сегмента трубы 24, а также второе гнездо 312b, в которое вставляется второй сегмент трубы 26. Каждый из выступов 314 фитинга 300 имеет центральное отверстие, что обеспечивает непрерывность перепускного канала 315 и сообщение между сегментами труб 24 и 26, как показано схематично на виде в разрезе. Предпочтительно конфигурация обоих гнезд 312а, 312b, а также внутренней поверхности 313 позволяет получить тугую посадку одной или нескольких своих кольцеобразных частей на наружную поверхность сегментов труб 24, 26. Например, гнезда 312а, 312b также образованы предпочтительно конусообразной внутренней поверхностью 313 (показано без соблюдения масштаба) таким образом, чтобы получить по существу по окружности тугую посадку на сегменты труб 24, 26. Конусность внутренней поверхности 313 может определять наклонную поверхность, которая ограничивает движение сегментов труб 24, 26 вдоль оси таким образом, чтобы между торцами сегментов труб 24 и 26 и выступом 314 получался зазор. В альтернативном варианте торцы сегментов труб могут упираться в выступ 314, препятствующий дальнейшему продвижению этих сегментов труб 24, 26 вдоль фитинга 300.
На фиг.4 предпочтительный фитинг 300 показан более конкретно в виде соединителя с номинальным диаметром один дюйм и общей длиной в предпочтительном варианте приблизительно 2,50 дюйма. Предпочтительно наружная поверхность 311 фитинга 300 представляет собой в целом трубчатую часть вблизи отверстий каждого из гнезд в фитинге 300. Как было описано выше, внутренняя поверхность 313 образует гнезда 312а, 312b фитинга 300, предпочтительно одинаковой конфигурации. Подробнее рассматривая гнездо 312а, нужно сказать, что в предпочтительном варианте внутренняя поверхность 313 конусообразно сужается в направлении от торца 310а фитинга 300 к выступу 314, определяя длину гнезда L предпочтительно 1,19 дюйма. Если, например, фитинг 300 представляет собой предпочтительный соединитель номинальным диаметром один дюйм, то конусность внутренней поверхности 313 также определяет первый диаметр D1 на входе гнезда 312а величиной приблизительно 1,325 дюйма, а также второй диаметр D2 в основании или днище гнезда 312а, вблизи выступа 314 величиной приблизительно 1,310 дюйма. Соответственно, для фитинга с любым номинальным диаметром в каждом гнезде второй диаметр D2 меньше первого диаметра D1, таким образом, образуя желаемую конусность, определяемую величиной абсолютной разности между первым и вторым диаметрами, поделенной на длину гнезда. Таким образом, внутренняя поверхность 313 в предпочтительном варианте определяет конусность |(D2-D1)|/L для каждого гнезда предпочтительного фитинга 300, эквивалентную приблизительно 0,015 дюйма/1,19 дюйма или приблизительно 0,012.
Выступ 314 в предпочтительном варианте радиально выступает внутрь по направлению к центральной оси А-А на величину, достаточную для того, чтобы не позволить трубному сегменту перемещаться в аксиальном направлении к центру фитинга, однако, имеет и достаточно низкий профиль для обеспечения движения желаемой текучей среды внутри фитинга при желаемых значениях давления и/или скорости движения текучей среды. В предпочтительном варианте выступ 314 определяет внутренний диаметр D3 фитинга 300, составляющий приблизительно девяносто четыре процента первого диаметра D1 или приблизительно 1,25 дюйма, а более предпочтительно имеющий величину приблизительно 1,10 дюйма. Обе поверхности выступа, расположенные перпендикулярно к центральной оси А-А могут быть зенкованными таким образом, что выступ 314 будет определять еще один внутренний диаметр D4, величина которого, например, в предпочтительном фитинге 300, в предпочтительном варианте составляет приблизительно 1,11 дюйма. Предпочтительная глубина зенковки поверхности составляет приблизительно 0,035 дюйма. Размеры гнезд 312а, 312b также могут соответствовать размерам, для фитингов с номинальными диаметрами в диапазоне от 3/4 дюйма до трех дюймов, приведенным в таблице В, озаглавленной «Размеры фитингов ХПВХ в дюймах согласно АОИМ» на странице 19 справочника "Blazemaster: Installation Instructions & Technical Handbook" (Rev. 0 Jan. 2005) (Addendum #1/IH-1900 (Oct. 2005)), включенного путем ссылки. В альтернативном варианте гнезда фитинга могут иметь размеры, соответствующие номинальным размерам фитингов в диапазоне примерно от 1/2 дюйма до 18 дюймов.
В фитинге 300 также имеется один или несколько каналов 318, предназначенных для образования пути утечки текучей среды, проходящей через соединительный узел 100. Более конкретно, в фитинге 300 в предпочтительном варианте имеется канал 318, предназначенный для создания пути или канала утечки поверх наружных поверхностей сегментов труб 24, 26, по которому газ или жидкость, содержащиеся в сегментах труб 24, 26, могут выходить в атмосферу. Предпочтительно канал 318 формирует единственный разрыв в тугой посадке между предпочтительно гладкой цилиндрической внутренней поверхностью 313 и наружной поверхностью сегментов труб 24, 26 таким образом, чтобы он сообщался с центральным перепускным каналом 315 фитинга. Соответственно, канал 318 сообщается с гнездами 312а, 312b таким образом, чтобы текучая среда, выходящая из концов сегментов труб 24а, 24b в центральную часть перепускного канала 315 фитинга 300, могла выходить в атмосферу. При выполнении процедуры герметичного соединения для работы в трубопроводной системе герметизирующий материал, предпочтительно представляющий собой (i) Blazemaster CPVC Cement TFP-400 Red Heavy Bodies или (ii) Blazemaster CPVC Cement TFP-500, каждый из которых описан на страницах 43-50 справочника "Btazemaster: Installation Instructions & Technical Handbook" (Rev. 0 Jan. 2005), наносится на наружную поверхность сегментов труб 24, 26, а также на внутреннюю поверхность 313 гнезд 312а, 312b. Для данной конфигурации сегментов труб 24, 26 и гнезд 312а, 312b достаточное количество герметизирующего материала заполняет, смешивает, сваривает, деформирует, восстанавливает и/или совокупным действием трансформирует канал 318 фитинга 300 таким образом, чтобы предотвратить выпуск текучей среды в атмосферу, и формирует герметичное уплотнение вокруг соединительного узла.
Благодаря тому, что в случае недостаточной герметичности текучая среда может выходить в атмосферу, канал 318 в любом из соединительных узлов 100 системы 10 становится индикатором, сигнализирующим обслуживающему персоналу о неполной или нарушенной герметичности сборного соединения. Более конкретно, обслуживающий персонал получает немедленное уведомление о недостаточном наличии или полном отсутствии герметизирующего материала в гнезде 312а или в гнезде 312b путем непосредственного визуального обнаружения, звукового обнаружения или обнаружения на ощупь вытекания текучей среды из любого канала 318 и/или неспособности фитинга 300 удерживать давление. Могут быть задействованы и косвенные способы обнаружения утечки из канала 318. Например, в описанном выше способе, в процессе проведения пневматического и/или гидравлического испытания системы 10, обслуживающий персонал наблюдает за показаниями манометра, чтобы видеть, способна ли система 10 удерживать данное значение давления. Если система не способна поддерживать давление на постоянном уровне, то сборные соединения 100 системы проверяются для определения наличия вытекания текучей среды через каналы 318 вследствие недостаточной герметичности фитинга 300. Например, если в системе 10 содержится жидкость, на фитинг 300 можно нанести определенный материал с тем, чтобы в случае вытекания жидкости из канала 318 и контакта ее с этим материалом происходила бы реакция жидкости с материалом, давая возможность визуального обнаружения или обнаружения на ощупь места недостаточной герметичности.
Как видно на фиг.4В и 4С, канал 318 располагается с обеих сторон выступа 314 и, в предпочтительном варианте, тянется до торцов 310а, 310b фитинга 300. Более предпочтительно, чтобы канал 318 заходил в осевом направлении внутрь поверхности выступа 314, образуя длину канала, превышающую длину гнезда L, а еще более предпочтительно, чтобы канал 318 тянулся вдоль всей продольной оси соединителя 300, проходя через выступ 314. Если в фитинге 300 имеется больше одного гнезда, то желательно, чтобы канал 318 проходил через выступ 314 с тем, чтобы часть канала 318, находящаяся в одном гнезде, сообщалась с частью канала 318, находящейся, по меньшей мере, еще в одном гнезде. Продление канала 318 в осевом направлении за пределы поверхностей выступа 314 может дать дополнительную возможность каналу 318a, 318b оставаться открытым и не оказаться закрытым за счет простого прижатия торцов сегментов труб 24, 26 к боковым поверхностям выступа 314. Более конкретно канал 318 образуется парой отстоящих друг от друга и, предпочтительно, практически параллельных боковых стенок 320, а также общей соединяющей стенкой 322, расположенной между ними. Хотя, как боковые стенки 320, так и общая поверхность 322 показаны практически плоскими, одна или несколько из поверхностей канала 320, 322 могут иметь радиус кривизны, а более предпочтительно - иметь вогнутую форму по отношению к внутренней части канала, как показано, например, в варианте исполнения, представленном на фиг.7С.
Боковые стенки 320 канала 318 отделены друг от друга некоторым расстоянием, определяющим ширину канала W, предпочтительная величина которой составляет 0,045 дюйма, а более предпочтительно приблизительно 0,060 дюйма. Внутренняя поверхность 313 и боковые стенки 320 также определяют глубину канала 318 или высоту его профиля Н. Предпочтительное значение высоты канала 318 возле торца 310а составляет приблизительно 0,010 дюйма, а более предпочтительно - приблизительно 0,025 дюйма. Еще более предпочтительно, чтобы высота профиля Н канала 318 увеличивалась по направлению к центру фитинга таким образом, чтобы наибольшую глубину канал имел вблизи выступа 314, где значение глубины канала Н составляет, например, около 0,07 дюйма. Обращаясь к фиг.4С, где показан в разрезе канал 318, в частности, гнездо 312b, отметим, что внутренняя поверхность 313 также определяет высоту Н канала 318. Если общая соединяющая стенка 322 канала 318 практически параллельна продольной оси А-А фитинга 310, то высота профиля канала Н конусообразно уменьшается от выступа 314 к торцу 310b фитинга 310. В качестве альтернативы или в качестве дополнения канал 318 можно охарактеризовать с помощью радиального расстояния R, предпочтительно измеряемого от центральной оси А-А до общей соединяющей поверхности 322. В альтернативном варианте общая соединяющая поверхность 322 канала 313 может иметь конусообразную форму, параллельно внутренней поверхности 313 гнезда 312b, в результате чего канал 318 будет иметь постоянную высоту профиля Н по всей своей длине. Еще в одном альтернативном варианте общая соединяющая поверхность 322 может иметь вдоль своей продольной оси не плоский профиль, а, например, волнообразный. Высота Н канала 318 может симметрично варьироваться в какой-то части фитинга 310, а в альтернативном варианте высота Н может варьироваться по всей длине фитинга.
На фиг.4В боковые стенки 320 канала 318 показаны параллельными друг другу, однако, в альтернативном варианте они могут располагаться под углом друг к другу. Соответственно, ширина канала W в предпочтительном варианте будет постоянной, а в альтернативном варианте она может варьироваться вдоль глубины канала 318. Результирующее сужение канала 318 может создавать эффект Вентури, в результате чего текучая среда будет выбрасываться в канал 318 с некоторой ощутимой скоростью. Например, боковые стенки 320 могут располагаться под углом к оси, определяемой торцом фитинга 310. Более того, этот угол может варьироваться по высоте канала. На фиг.4D и 4Е детально показан другой канал 318, образованный боковыми стенками 320, который может быть изготовлен или сформирован в любом из показанных и описанных здесь соединителей. Более предпочтительно, чтобы часть боковой стенки 320, которая формирует выступ 314 фитинга 310 или представляет собой одно целое с ним, образовывала один или несколько углов по отношению к радиально расположенной вертикальной оси, образованной торцом 310а или выступом 314 фитинга 310, а также желательно, чтобы она рассекала канал 318. В предпочтительном варианте боковая стенка 320 состоит из первой части 320а, параллельной вертикальной оси торца, а также из второй части 320b, расположенной под углом α по отношению к вертикальной оси торца 310а. Значение угла α может находиться в диапазоне приблизительно от сорока пяти градусов до ста градусов, а предпочтительно составляет приблизительно девяносто градусов. Кроме того, в предпочтительном варианте боковая стенка 320 также имеет третью часть 320с, расположенную под вторым углом β по отношению к вертикальной оси торца 310а. Значение угла β может находиться в диапазоне приблизительно от десяти градусов до пятидесяти градусов, а предпочтительно составляет сорок пять градусов. Значения углов наклона боковой стенки 320 варьируются вдоль радиально расположенной рассекающей оси канала 318, предпочтительно образуя, по меньшей мере, часть канала 318, предназначенную для сообщения с сегментом трубы, вставленном в гнездо фитинга 310, в результате чего скорость и/или давление жидкости или газа могут варьироваться по высоте Н канала 318. В частности, в показанном на фиг.4Е профиле канала 318 имеются прямые и тупые углы, образованные по периметру канала. Более предпочтительно, чтобы углы, повороты или изгибы поверхностей канала выполнялись с закруглением.
В показанном на фиг.4В канале 318 внутренняя поверхность канала 322 и наружная поверхность 311 определяют минимальную толщину стенки Tmin фитинга 300 значением приблизительно от 0,12 до 0,16 дюйма, а более предпочтительно приблизительно 0,14 дюйма. Конфигурация минимальной толщины стенки фитинга в предпочтительном варианте должна быть такой, чтобы фитинг после соответствующего испытания мог удовлетворять и/или превосходить требования промышленных стандартов, например, таких как стандартная спецификация F 438 американского общества испытания и материалов (АОИМ), представляющая собой перечень стандартов для трубных фитингов гнездового типа, изготовленных из хлорированного поливинилхлорида (ХПВХ), перечень 40; (ii) стандартная спецификация F 439 АОИМ для трубных фитингов из хлорированного поливинилхлорида (ХПХВ), перечень 80; (ii) стандартная спецификация F 1970-05 АОИМ для фитингов, приспособлений и клапанов специальной конструкции, применяемых в системах из поливинилхлорида (ПВХ) или из хлорированного поливинилхлорида (ХПВХ); и/или стандарты, представленные в международном издании ежегодного справочника стандартов АОИМ за 2003 г., том 08.04: раздел восьмой «Пластмассы - пластмассовые трубы и строительные продукты» (2003). Предпочтительная конструкция предпочтительного фитинга должна не только удовлетворять требованиям таких промышленных стандартов, но также требовать минимальное количество материала для его изготовления. Соответственно, предпочтительная максимальная толщина стенки Tmax такого фитинга 300, показанного, например, на фиг.4, должна составлять приблизительно 0,15 дюйма, а более предпочтительно - приблизительно 0,147 дюйма. Предпочтительная минимальная толщина стенки Tmin должна составлять, по меньшей мере, восемьдесят пять процентов (85%) от максимальной толщины стенки Tmax. Вес предпочтительного соединителя номинальным диаметром один дюйм не превышает 0,07 фунта. Если предпочтительная толщина стенок может определяться исходя из требований промышленных стандартов и/или минимизации материальных затрат, то конкретная требуемая толщина стенок определяется необходимостью создания канала или пути утечки, представляющего собой полость, выходящую на наружную поверхность сегмента труб, через которую текучая среда может беспрепятственно вытекать, являясь визуальным индикатором для обнаружения недостаточно герметичного соединения с целью преобразования его в соединение с надлежащей герметичностью путем нанесения необходимого количества герметизирующего материала.
Более предпочтительно, чтобы размеры канала 318 были такими, чтобы канал или путь утечки мог образовать полость, выходящую на наружную поверхность сегмента труб, через которую текучая среда может беспрепятственно вытекать, являясь визуальным индикатором для обнаружения недостаточно герметичного соединения с целью преобразования его в соединение с надлежащей герметичностью путем нанесения необходимого количества герметизирующего материала. В предпочтительном варианте объем канала определяется длиной канала, шириной канала W и высотой профиля Н. Полное значение объема каналов фитинга 300 может быть определено, исходя из числа каналов 318, радиально расположенных возле гнезда 312а, 312b. Хотя на фиг.4А в торце 310b фитинга 300 показан только один канал 318, вокруг центральной оси А-А фитинга 300 может радиально располагаться множество каналов 318, представляющих собой множество индикаторов, позволяющих обслуживающему персоналу оценить герметичность соединений в соединительном узле 100, как было описано выше. Желательно, чтобы внутренняя поверхность между каналами 318 находилась на постоянном радиальном расстоянии от оси фитинга 300 для того, чтобы представлять собой практически гладкую внутреннюю поверхность 313. В таблице 1а представлен перечень значений глубины Н и ширины W канала, измеренных возле торца 310, которые могут применяться в фитингах с широким диапазоном номинальных диаметров.
Таблица 1a
Глубина канала - Н (дюйм)
Ширина канала - W (дюйм)
Глубина канала - Н (дюйм)
Ширина канала - W (дюйм)
0,060
0,060
0,050
0,015
0,015
0,100
0,025
0,025
0,025
0,060
0,005
0,100
0,025
0,030
0,035
0,015
0,025
0,020
0,015
0,035
0,050
0,025
0,005
0,080
0,035
0,035
0,025
0,015
0,015
0,080
0,015
0,025
0,015
0,060
0,005
0,060
0,025
0,035
0,015
0,015
0,035
0,025
Хотя высота профиля канала Н и ширина W могут иметь постоянное значение для фитингов с различными номинальными размерами, длина канала, ширина канала W и/или высота канала Н могут варьироваться в соответствии с размерами фитинга, чтобы сохранять постоянные пропорции размеров. Если, например, соотношение между значениями высоты и длины H:L предпочтительного канала 318 одного гнезда 312 в предпочтительном фитинге 300 номинальным диаметром один дюйм составляет приблизительно 0,008, то для фитинга с большим или с меньшим номинальным размером значения длины и высоты Н канала могут быть подобраны такими, чтобы сохранить такое предпочтительное соотношение. Ниже, в таблице 1b, представлены примеры размеров для канала 318, где один или несколько размеров, например, ширина канала W, варьируются в зависимости от номинального размера фитинга 300.
Таблица 1b
Номинальный диаметр трубы (дюйм)
Первый диаметр D1
Второй диаметр D2
Минимальная длина (дюйм)
Радиус канала R (дюйм)
Макс. высота канала Н (дюйм)
Ширина канала (дюйм)
0,75
1,058
1,046
0,719
0,567
0,038
0,076
1
1,325
1,310
0,875
0,707
0,044
0,088
1,25
1,670
1,655
0,938
0,882
0,047
0,094
1,5
1,912
1,894
1,375
1,023
0,067
0,134
2
2,387
2,369
1,500
1,267
0,073
0,146
2,5
2,889
2,868
1,750
1,537
0,092
0,184
3
3,516
3,492
1,875
1,858
0,100
0,200
На фиг.6А-6С, показан другой альтернативный соединитель, в виде фитинга 300' имеющий канал 318'. Этот фитинг 300' представляет собой муфту, внутренняя конфигурация и общая длина которой подобны описанным ранее для фитинга 300. В частности, общая длина предпочтительного фитинга 300' составляет приблизительно 2,50 дюйма, что достаточно для того, чтобы соединить первый сегмент трубы 24 и второй сегмент трубы 26 предпочтительным соединением гнездового типа. Фитинг 300' имеет продольную ось А'-А', вдоль которой вставляются сегменты труб 24 и 26, друг напротив друга.
Предпочтительный фитинг 300' включает в себя два или несколько гнезд 312а', 312b', куда вставляются трубопроводные элементы, такие как труба, фитинг или переходник. Соединитель 300' имеет наружную поверхность 311' и внутреннюю поверхность 313', образующую центральный перепускной канал 315', располагающийся вдоль оси А'-А'. Гнезда 312а', 312b' отделены друг от друга кольцеобразным выступом или кольцом 314', предпочтительно выполненным как одно целое с внутренней поверхностью 313', а еще более предпочтительно выполнено как одна деталь с фитингом 300'. Этот выступ 314' имеет центральное отверстие, в результате чего центральный перепускной канал 315' будет непрерывным и обеспечивающим сообщение между сегментами труб 24, 26. Желательно, чтобы конфигурация гнезд 312а', 312b' была одинаковой и чтобы вдоль внутренней поверхности 313' они формировали тугую посадку в одном или нескольких местах по окружности наружной поверхности сегментов труб 24, 26. Например, гнезда 312а', 312b' могут быть также образованы предпочтительно конусообразной внутренней поверхностью 313', таким образом, чтобы формировать тугую посадку на сегменты труб 24, 26. Конусность внутренней поверхности 313' может определять наклонную плоскость, ограничивающую продвижение сегментов труб 24, 26 вдоль оси таким образом, чтобы между торцами сегментов труб 24, 26 и выступом 314 образовался зазор. В альтернативном варианте торцы сегментов труб 24, 26 могут упираться в выступ 314', что прекращает дальнейшее продвижение сегментов труб 24, 26 вдоль оси фитинга 300'.
Кроме того, фитинг 300' также содержит один или несколько каналов 318', образующих путь утечки для текучей среды, проходящей через данный соединительный узел. В частности, в предпочтительном фитинге 300' имеется канал 318', образующий путь утечки поверх наружных поверхностей сегментов труб 24, 26, по которому газ или жидкость, содержащиеся в сегментах труб 24, 26, могут вытекать в атмосферу. Канал 318' может образовывать разрыв тугой посадки между поверхностью 313' и наружной поверхностью сегментов труб 24, 26, что дает ему возможность сообщаться с центральным перепускным каналом 315'. Соответственно, канал 318' сообщается с гнездами 312а', 312b' таким образом, что текучая среда, текущая из торцов труб 24а, 24b в центральный перепускной канал 315' фитинга 300', может выходить в атмосферу. Как и описанный выше фитинг 300, фитинг 300' образует герметичный соединительный узел при помощи предпочтительно текучего герметизирующего материала, как было рассмотрено выше.
Желательно, чтобы внутренняя поверхность 313' конусообразно сужалась от торца 310а' фитинга 300' к выступу 314', определяя длину гнезда L' с предпочтительным значением приблизительно 1,19 дюйма. Кроме того, желательно, чтобы конусность внутренней поверхности 313' определяла первый диаметр D1' на входе гнезда 312а' значением приблизительно 1,325 дюйма, а также второй диаметр D2' у основания или днища гнезда 312а' возле выступа 314' значением приблизительно 1,310 дюйма. Соответственно, рекомендуется, чтобы второй диаметр D2' был меньше первого диаметра D1'. Желательно, чтобы выступ 314', расположенный вдоль внутренней поверхности 313', выступал радиально внутрь по направлению к оси А'-А' на такую высоту, которая была бы достаточной для создания поверхности, не допускающей продвижение сегмента трубы вдоль оси по направлению к центру фитинга, и в то же время с достаточно низким профилем для обеспечения прохождения желаемой текучей среды по трубопроводу с требуемым давлением и/или скоростью. В предпочтительном варианте выступ 314' определяет внутренний диаметр D3' фитинга 300', который должен составлять приблизительно девяносто четыре процента от диаметра D1' или приблизительно 1,25 дюйма, а более предпочтительно - 1,10 дюйма. Каждая из поверхностей выступа, расположенных перпендикулярно центральной оси А'-А', может быть зенкованной таким образом, что выступ 314 определяет еще один внутренний диаметр D4' фитинга 300 с предпочтительным значением приблизительно 1,11 дюйма Предпочтительное значение глубины зенковки поверхности составляет приблизительно 0,035 дюйма.
Как видно на фиг.6С, внутренняя поверхность 313' образует, в частности, с обеих сторон выступа 314' канал 318', определяемый парой отстоящих друг от друга и предпочтительно практически параллельных боковых стенок 320', а также стенкой поверхности 322', расположенной между ними. Еще раз, обратившись к фиг.6А, следует отметить, что канал 318' в предпочтительном варианте тянется в аксиальном направлении от выступа 314' по всей длине гнезда 312а', 312b' до торца фитинга 310а', 310b'.
Боковые стенки 320' канала 318' разделены пространством, определяющим ширину канала W' с предпочтительной величиной приблизительно 0,045 дюйма, а более предпочтительно - приблизительно 0,060 дюйма. Кроме того, внутренняя поверхность 313' и боковые стенки 320' также определяют глубину или высоту Н' канала 318'. Предпочтительное максимальное значение высоты канала 318' в районе гнезда 312а', 312b' составляет приблизительно 0,010 дюйма, а более предпочтительно - 0,025 дюйма, а объем канала в предпочтительном варианте определяется длиной канала L', шириной канала W' и глубиной Н'. Канал 318' может быть изготовлен с такими значениями размеров, глубины Н' и ширины W', измеренными возле торца 310', которые соответствуют значениям, приведенным в таблице 1а для фитингов с широким значением номинальных размеров. Хотя значения высоты Н' и ширины W' канала могут оставаться постоянными для различных номинальных размеров фитингов, значения длины L' канала, ширины канала W' и высоты канала Н' могут варьироваться в зависимости от номинального размера фитинга для того, чтобы сохранялось постоянное соотношение между размерами. Если, например, для предпочтительного фитинга 300' номинальным диаметром один дюйм размеры канала 318' выбраны такими, что соотношение между высотой и длиной H':L' составляет приблизительно 0,008, то для фитингов с меньшим или большим номинальным размером значения длины L' и высоты Н' канала могут подбираться соответствующим образом, чтобы сохранялось предпочтительное соотношение между ними. Более предпочтительно, чтобы размеры канала 318' были такими, чтобы канал или путь утечки образовывал выходящую на наружную поверхность вставленного сегмента трубы полость, по которой текучая среда может беспрепятственно вытекать наружу, таким образом, представляя собой индикатор, дающий возможность обнаружения недостаточно герметичного соединения, обнаружив которое можно путем нанесения достаточного количества герметизирующего материала получить соединение с должной герметичностью.
Полный объем каналов фитинга 300' можно затем определить по числу каналов 318', радиально расположенных в гнезде 312а', 312b'. Хотя на фиг.6А в торце 310b' фитинга 300' показан только один канал 318', радиально относительно центральной оси А-А фитинга 300' может располагаться множество каналов 318', представляющих собой множество индикаторов, которые дают возможность обслуживающему персоналу оценивать надлежащую герметичность соединения в узле 300', как было описано выше.
Желательно, чтобы фитинг 300' представлял собой муфту номинальным диаметром один дюйм, соответствующую перечню 40 для фитингов из ХПВХ. Рекомендуется, чтобы внутренняя поверхность 313' и наружная поверхность 311' определяли постоянную минимальную толщину стенки величиной приблизительно 0,14 дюйма. Соответственно, в районе канала 318' наружная поверхность 311' фитинга 300 образует выступ 319' с рекомендованной шириной W'' и высотой Н'' и с аксиальной длиной, образующими объем, дающий постоянную или минимальную толщину стенки. Эта постоянная толщина стенки фитинга в предпочтительном варианте должна быть такой, чтобы фитинг после надлежащего испытания мог удовлетворять и/или превосходить требования промышленных стандартов, таких как, например, спецификация АОИМ F438-02.
Рассматриваемые в настоящем описании рекомендованные соединители представляют собой соединители, изготовленные в соответствии с перечнем 40 или перечнем 80 из материала ХПХВ, например, такого, как материал ХПХВ, описанный в каталогах продуктов компании Lubrizol: (i) TempRite 3205 (2003) или (ii) TempRite 3205 (2003), включенных полностью путем ссылки, в альтернативном варианте это может быть поливинилхлоридный материал (ПВХ). Предпочтительный способ изготовления фитингов 300 представляет собой общеизвестный способ литья под давлением, в котором применяется, например, такой процесс литья под давлением, как описан в издании Noveon Inc. под заглавием "TempRite CPVC Material Solutions: General Injection Molding Guide" (Jan. 2003) («Применения материалов ХПВХ TempRite: справочник по литью под давлением» (январь 2003 г.)), включенном полностью путем ссылки. В предпочтительном процессе применяется литейная форма, которая формирует внутреннюю поверхность 313 и аксиально-расположенный центральный перепускной канал предпочтительного фитинга 300. На поверхности литьевой формы, формирующей внутреннюю поверхность 313, также расположены вытянутые в аксиальном направлении рубцы (ребра) или выступы, которые формируют один или несколько описанных выше каналов 318. Рекомендуется, чтобы в остальном изготовление фитингов 300 соответствовало стандартам АОИМ, включая F438-02, определяющий размеры 13,5 в соответствии с СОР (стандартным отношением размеров) для определения предпочтительного отношения наружного диаметра к толщине стенки фитинга, стандарт АОИМ F 439 или F 1970. Соответственно, канал 318 вырезается таким, чтобы отношение высоты канала Н к толщине стенки составляло приблизительно 1/3.
В альтернативном варианте материалом для предпочтительных фитингов или концевых фитингов (штуцеров) может служить медь или сталь и/или их применение в комбинации с сегментами стальных или медных труб с целью создания трубопровода с паяными или химическими герметичными соединениями. Конфигурация предпочтительного фитинга и/или сборного соединения меди со сталью (МСС) может быть выполнена для труб с диаметрами в широком диапазоне, в предпочтительном варианте приблизительно от 1/4 дюйма до 24 дюймов. Хотя описанные здесь предпочтительные фитинги и сборные соединения вполне пригодны для применения в системах пожаротушения, следует понимать, что такие предпочтительные соединители могут применяться и в других механических/водопроводных или трубопроводных системах для жилых зданий, для применений в промышленности или торговле. В качестве альтернативы изготовлению описанных здесь предпочтительных каналов путем литья под давлением или экструзии, эти каналы можно формировать в процессе установки готового фитинга или трубопроводного элемента, изготовленного из ХПВХ. В частности, можно вырезать (вручную или на станке) в соответствующей поверхности фитинга или сегмента трубы такой канал, глубиной, достаточно большой для того, чтобы получить желаемый канал, и в то же время, достаточно малой, чтобы избежать излишнего скапливания герметизирующего материала.
Как отмечалось выше, канал 318 в альтернативном варианте может быть достаточно длинным, чтобы предоставить возможность рекомендованному соединителю сформировать в соединительном узле 100 путь утечки, сигнализирующий обслуживающему персоналу о недостаточной герметичности соединения. На фиг.7А-7С, фиг.8; фиг.9A-9D; фиг.10; фиг.11A-11F и фиг.12А, 12В показаны альтернативные исполнения соединения 100, фитинга 300 и канала 318. Хотя особенности этих альтернативных исполнений проиллюстрированы на примере одного гнезда в фитинге, следует понимать, что эти особенности применимы ко всем гнездам фитинга 300. Более того, хотя альтернативные особенности показаны или описаны по отношению к одному соединителю, следует понимать, что эти особенности применимы ко всем соединителям, представленным в настоящем описании. На фиг.7А показан фитинг 300'' в соединительном узле 100, канал 318'' которого расположен в точке узла 100 с низкой гравитационной энергией, где текучая среда, а особенно жидкость, может скапливаться. Желательно, чтобы в канале 318'' был выполнен ступенчатый переход для формирования резервуара, в котором скапливалась бы вытекающая текучая среда, что делает более эффективным выполнение функции индикации недостаточной герметичности соединения.
Другой иллюстративный пример соединителя 300а'' показан на фиг.7В и 7С, внутренние поверхности 313'' гнезд 312а'', 312b'' в предпочтительном варианте включают в себя канал 318'', образованный спиральной канавкой, проходящей по спирали вдоль фитинга 300''. Желательно, чтобы спиральный канал 318'' имел закругленный профиль в поперечном сечении, выполненном по отношению к длине канала, однако, могут применяться и другие профили, например профиль канала может быть v-образным, наклонным или квадратным. Профиль канала 318" определяет глубину или высоту Н канавки относительно внутренней поверхности 313'', а также образует проход, в предпочтительном варианте позволяющий одному концу канала 318'' сообщаться с другим концом канала 318'' и/или с любой другой областью, примыкающей к каналу 318'', например, с внутренним перепускным каналом 315''. Предпочтительно канал 318'' проходит от одного или обоих торцов 310а'', 310b'' соединителя 300а'' по направлению к середине, и желательно, чтобы он ограничивался упором или выступом 314'', расположенным на середине длины внутри соединителя 300а''. В альтернативном варианте канал 318'' может тянуться только через часть длины гнезд 312а'', 312b'', не упираясь в выступ 314''.
В любом из вариантов представленных здесь предпочтительных фитингов 300 текучая среда, вытекающая из каналов 318 в предпочтительном случае выпускается в атмосферу из отверстия канала, расположенного в торцах 310а, 310b фитинга 300. В качестве альтернативы или добавления канал 318 может включать в себя сквозное отверстие 324 (или иметь конфигурацию такого отверстия) вдоль средней части его наружной поверхности 311 между торцами 310а, 310b. Например, в другом альтернативном исполнении, показанном на фиг.8, канал 318 может включать в себя часть, имеющую одно или несколько сквозных отверстий 324, проходящих через стенку соединителя 300а'' и сообщающихся с остальной частью канала 318''. Это сквозное отверстие 324 дает возможность текучей среде, поступающей в канал 318'' из перепускного канала 315'', вытекать из соединителя 300а'', предоставляя возможность прямого или косвенного обнаружения утечки в соединительном узле 100. Предпочтительно, сквозное отверстие 324 располагается возле выступа 314'' или сформировано в нем. В альтернативном варианте сквозное отверстие 324 может располагаться между выступом 314'' и торцами 310а'', 310b''. Если сквозное отверстие 324 расположено в таком промежуточном положении, то остальной части канала 318'' нет нужды тянуться до торцов 310а'', 310b'', что позволяет каналу 318'' иметь меньшую длину, заканчиваясь сквозным отверстием 324.
Показанный на фиг.9A-9D, вариант исполнения фитинга 300b'' представляет собой комбинацию особенностей описанного выше канала 318. В частности, здесь показан соединитель, имеющий множество продольных каналов 318''. В предпочтительном варианте, по меньшей мере, четыре продольных канала 318а'', 318b'', 318с'', 318d'' расположены радиально на внутренней поверхности 313'', однако, можно использовать любое желаемое число каналов. Рекомендуется, чтобы каждый из каналов 318'' имел закругленную внутреннюю поверхность с тем, чтобы каждый отдельный канал 318'' представлял собой практически полукруглый канал. В качестве дальнейшей альтернативы или дополнения наружная поверхность 311'' соединителя 300b'', показанного на фиг.9С, может содержать выступы 319'', расположенные таким образом, чтобы обеспечить дополнительную опору стенке, примыкающей к каждому из каналов 318'', и/или образовать постоянную или минимальную толщину стенки фитинга. Желательно, чтобы выступы 319'' располагались вдоль наружной поверхности 311'' на расстояние, эквивалентное длине соответствующего канала 318''. В альтернативном варианте размеры выступов 319'' могут соответствовать только части длины канала 318'', или же они могут располагаться на наружной поверхности 311'' соединителя 300b'', примыкая только к торцу 310''. В альтернативном исполнении фитинга 300b'', показанного на фиг.9D, один или несколько каналов 318а'', 318b'', 318с'', 318d'' имеют такую длину, что не достигают до торца фитинга 310а''. Более короткие каналы 318'' имеют сквозное отверстие 324, предоставляющее возможность каналу сообщаться с окружающей средой.
В представленном на фиг.10 иллюстративном исполнении предпочтительного фитинга 300с'' каналы 318а'', 318b'', сформированные вдоль внутренней поверхности 313'' муфты, являются предпочтительно изогнутыми как в продольном направлении, так и по окружности, результатом чего является приблизительно волнистая форма канала 318''. В другом иллюстративном исполнении фитинга 300d'', показанном на фиг.11А, внутренняя поверхность 313'' имеет ряд изгибов, расположенных по длине или (в альтернативном варианте) расположенных по окружности (не показано) таким образом, что канал 318'', сформированный на внутренней поверхности 313'' будет иметь синусоидальную глубину или высоту Н. Желательно, чтобы волнистость была образована поочередно пиками, направленными радиально внутрь от поверхности 313, и впадинами, направленными радиально наружу от поверхности 313. Желательно, чтобы впадины канала 318'' сообщались с торцом 310а'', 310b'' и/или имели сквозное отверстие 324 (не показано), что позволяло бы получить предпочтительный индикатор утечки.
В показанном на фиг.11В альтернативном исполнении фитинга 300d'' на внутренней поверхности 313'' имеется ряд пиков, направленных радиально внутрь от поверхности 313'', но нет радиально направленных наружу впадин. Расположенные между пиками зазоры образуют канал 318''. Высота пиков определяет расположение сегмента трубы, вставленного в гнездо 312b, на радиальном расстоянии от внутренней поверхности 313'' таким образом, что зазоры между внутренней поверхностью 313'' и наружной поверхностью сегмента трубы образуют путь утечки, по которому текучая среда может вытекать в случае отсутствия соответствующего герметизирующего материала. Пики на фиг.11В показаны в виде непрерывных колец, отстоящих друг от друга вдоль оси гнезда 312b. Обратившись теперь к фиг.12А и 12В, отметим, что в альтернативном варианте конфигурация пика может представлять собой один или несколько радиальных выступов внутрь 326. Набор выступов 326 радиально располагается по внутренней поверхности 313''. Выступы 326 могут представлять собой вдавливания 326, предпочтительно в форме полусфер, расположенные таким образом по внутренней поверхности гнезд 312а'', 312b'', чтобы прижиматься к наружной поверхности сегмента трубы, вставленного в эти гнезда. Возможны и альтернативные варианты геометрической формы радиально расположенных направленных внутрь выступов 326, например, приблизительно цилиндрические. В другом альтернативном варианте выступы 326 могут представлять собой один или несколько удлиненных в аксиальном направлении выступов 326 (не показаны), образованных внутренней поверхностью 313'' таким образом, чтобы выступать в гнезда 312а'', 312b'' и прижиматься к наружной поверхности сегментов труб. Предпочтительно, чтобы пути утечки были сформированы около выступа 326 или с каждой его стороны и поверх наружной поверхности сегмента трубы, таким образом предоставляя один или несколько каналов для обнаружения соединения с недостаточной герметичностью. Предпочтительно, размеры пиков или выступов 326 были достаточно малыми, чтобы в присутствии достаточного количества герметизирующего материала эти пики или выступы 326 деформировались бы или растворялись таким образом, чтобы вокруг сегмента трубы получалось герметичное уплотнение.
На фиг.11C-11F показаны дальнейшие альтернативные исполнения волнистой внутренней поверхности 313'', образующей канал 318''. В частности, показанная на фиг.11С внутренняя поверхность 313'' в предпочтительном варианте содержит ряд впадин, направленных радиально внутрь от поверхности 313'', образующих канал 318'', но не содержит пиков. На внутренней поверхности 313'', показанной на фиг.11D, расположены поочередно ряд пиков, направленных радиально внутрь от поверхности 313'', и ряд впадин, направленных радиально наружу от поверхности 313'', а между пиками и впадинами непосредственно на внутренней поверхности 313 расположены промежутки 56. На внутренней поверхности 313'', показанной на фиг.11Е, расположен ряд впадин, а на наружной поверхности соединителя 20 расположен ряд выступов 319, направленных радиально наружу от наружной поверхности 311 соединителя 300d'', определяя постоянную или минимальную толщину стенки фитинга. На фиг.11F выступов 319 нет, а толщина стенки фиттига 300d'' увеличена до величины, соответствующей радиальному расстоянию наружных выступов 319, показанных на фиг.11Е.
На фиг.13 показано еще одно альтернативное исполнение соединительного узла, обозначенного 100', предназначенного для применения в системе 10. Узел 100' формируется при помощи предпочтительного соединения гнездового типа между сегментом трубы 26 и другим соединителем, причем этот соединитель предпочтительно имеет конфигурацию в виде концевого фитинга 200 с сегментом трубы 24'. Рекомендуется, чтобы первый сегмент трубы 24' и концевой фитинг 200 были изготовлены как одно целое. Концевой фитинг 200 может быть изготовлен под углом по отношению к первому сегменту трубы 24' таким образом, чтобы между первым сегментом трубы 24' и вторым сегментом трубы 26 был внутренний угол величиной, например, 45°, 60°, 90° или другой угол. Конфигурация фитинга 200 может быть в целом подобной конфигурации любого из гнезд 312 описанных выше фитингов 300, включая один или несколько каналов 218, образующих путь утечки для индикации соединительного узла с недостаточной герметичностью соединения. Кроме того, предпочтительно, чтобы концевой фитинг 200 имел наружную поверхность 211 и внутреннюю поверхность 213, образующую гнездо 212, сообщающееся с центральным перепускным каналом интегрального элемента трубы 24'. На внутренней поверхности 213 также имеется кольцо или выступ 214, также образующий ступенчатый переход между гнездом 212 и центральным перепускным каналом первого сегмента трубы 24'. Помещение второго сегмента трубы 26' в гнездо 212 концевого фитинга 200 устанавливает центральный перепускной канал второго сегмента трубы 26' в положение сообщения с первым сегментом трубы 24'.
Предпочтительная конфигурация гнезда 212 и внутренней поверхности 213 дает возможность тугой посадки в одном или в нескольких местах на наружную поверхность второго сегмента трубы 26. Например, гнездо 212 может также быть образовано предпочтительно конусообразной внутренней поверхностью 213 таким образом, чтобы сформировать практически круговую тугую посадку 216 на второй сегмент трубы 26. Конусность внутренней поверхности 213 может определять наклонную поверхность, которая ограничивает аксиальное продвижение сегмента трубы 26, образуя зазор между торцом сегмента трубы 26 и выступом 214. В альтернативном варианте торец второго сегмента трубы 26 может упираться в выступ 214, что еще больше ограничивает аксиальное перемещение второго сегмента трубы 26 вдоль концевого фитинга 210.
Как и в случае с описанными выше рекомендованными фитингами 300 концевой фитинг 200 трубного сегмента 24' также содержит одно или несколько гнезд или каналов, образующих путь утечки, по которому текучая среда может вытекать в случае отсутствия должного количества герметизирующего материала. Более конкретно, концевой трубный фитинг 200 в предпочтительном варианте содержит, по меньшей мере, один канал 218, образующий путь утечки поверх наружных поверхностей второго сегмента трубы 26, по которому газ или жидкость, содержащиеся в сегментах труб 24', 26, может выходить в атмосферу. Канал 218 может представлять собой разрыв в тугой посадке 216 между внутренней поверхностью 213 и вторым сегментом труб 26. Канал 218 также сообщается с гнездом 212 таким образом, что текучая среда, вытекающая из сегментов труб 24', 26 в концевой фитинг 210 может вытекать в атмосферу в случае отсутствия герметичного соединения. Для того чтобы получить герметичный соединительный узел 100', пригодный для применения в трубопроводной системе 10, на наружную поверхность второго сегмента трубы 26 и на внутреннюю поверхность 213 гнезда 212 наносится герметизирующий материал (не показано), желательно текучий. В герметично выполненном соединении герметизирующий материал заполняет каналы 218 фитинга 210 таким образом, чтобы предотвратить выпуск текучей среды в атмосферу. Таким образом, каналы 218 предоставляют соединительному узлу 200 средство для обнаружения обслуживающим персоналом системы 10 недостаточно герметичных или вышедших из строя соединительных узлов. Более конкретно, обслуживающий персонал при помощи одного из описанных выше способов обнаружения получает немедленное уведомление о недостаточном наличии или полном отсутствии герметизирующего материала в гнезде 212 путем индикации текучей среды, вытекающей из канала 218 и/или неспособности соединения 200 удерживать давление.
На фиг.14А и 14В представлены соответственно вид сверху и вид в разрезе предпочтительного концевого трубного фитинга 200. Наружная поверхность 211 предпочтительного концевого фитинга 200 представляет собой в целом трубчатый элемент, наружный диаметр которого предпочтительно превышает диаметр неразрывно присоединенного первого трубного сегмента 24'. Как описывалось ранее, внутренняя поверхность 213 образует гнездо 212 концевого трубного фитинга 200. Желательно, чтобы внутренняя поверхность 213 конусообразно сужалась от торца 210 фитинга 200 к выступу 214, определяя длину гнезда L'. Конусность внутренней поверхности 213 в предпочтительном случае определяет первый диаметр D'1 на входе в гнездо 212, а также второй диаметр D'2 у основания или днища гнезда 212а, примыкающего к выступу 214. Соответственно, желательно, чтобы второй диаметр D'2 был меньше первого диаметра D'1. Также желательно, чтобы поверхность 213 также образовывала один или несколько каналов 218. Как более подробно показано на фиг.14А, расположенными на внутренней поверхности парой отстоящих друг от друга и практически параллельных боковых стенок 220 и общей соединяющей стенкой внутренней поверхности 222, располагающейся между ними, образуется канал 218. Желательно, чтобы этот канал 218 располагался аксиально, превышая длину L' гнезда 212, таким образом, длина канала L'1 больше длины гнезда L'. Продление канала 218 в аксиальном направлении дальше выступа 214 может дополнительно обеспечить, чтобы канал 218 оставался открытым и не мог бы быть закрыт за счет простого прижатия торца второго сегмента трубы 26 к выступу 214.
В детально показанном гнезде 212 внутренняя поверхность 213 определяет глубину или высоту Н' канала 218. Высота канала Н в предпочтительном варианте увеличивается от минимального значения на торце 210 фитинга 200 до максимального значения на выступе 214. Канал 218 может быть охарактеризован (в качестве альтернативы или добавления) радиальным расстоянием R', предпочтительно измеряемым от центральной оси А'-А' до соединяющей поверхности стенки 222, причем желательно, чтобы это радиальное расстояние R' было постоянным. В альтернативном варианте соединяющая поверхность 222 канала 218 может быть параллельной конусообразной внутренней поверхности 213 таким образом, чтобы радиальное расстояние R' соответственно изменялось по длине канала. Еще в одном альтернативном варианте профиль соединяющей поверхности вдоль оси может быть не плоским, а например, волнообразным.
В предпочтительном варианте объем канала определяется длиной канала, высотой канала Н' и шириной канала W'. Значение полного объема каналов фитинга 200 можно определить, исходя из количества каналов 218, радиально расположенных в гнезде 212. Хотя в торце 210 фитинга 200 показан только один канал 218, множество каналов 218 может быть радиально расположено относительно центральной оси А'-А' фитинга 200, предоставляя обслуживающему персоналу множество индикаторов, сигнализирующих о недостаточной герметичности соединения 200, как было описано выше. Канал должен иметь достаточный объем для того, чтобы образовать требуемый путь утечки, предотвращающий удержание давления текучей среды тугой посадкой между внутренней поверхностью 213 и сегментом трубы 26' в соединении 100'. Кроме того, объем канала должен быть достаточно малым во избежание нежелательного скапливания герметизирующего материала в канале 218, примыкающем к элементу трубы внутри гнезда 212.
Предпочтительно, чтобы различные размеры канала 218, т.е., его глубина Н' и ширина W' были постоянными для труб с некоторым диапазоном номинальных диаметров. Значения глубины Н' и ширины W' в торце 210а могут соответствовать значениям высоты и ширины, приведенным в таблице 1а. В альтернативном варианте размеры канала могут варьироваться в зависимости от размеров сегментов труб, вставляемых в фитинг. Соответственно, фитинг 210 может иметь конфигурацию переходника, в котором внутренний диаметр D'1, D'2 меньше диаметра центрального перепускного канала сегмента трубы 24', что позволяет соединять между собой трубы разного диаметра. Кроме того, конфигурация гнезда 212 может быть такой, чтобы в него можно было вставлять переходник, предназначенный для преобразования соединения гнездового типа 212 в резьбовое соединение. В таблице 2 представлен перечень предпочтительных значений размеров описанных выше гнезда и канала в соответствии с данным номинальным диаметром сегмента трубы.
Таблица 2
Номинальный размер трубы (дюйм)
Первый диам. D'1
Второй диам. D'2
Минимальная длина L'
Радиус канала R'
Максимальная высота канала Н'
Ширина канала W'
0,75
1,058
1,046
0,719
0,567
0,038
0,076
1
1,325
1,310
0,875
0,707
0,044
0,088
1,25
1,670
1,655
0,938
0,882
0,047
0,094
1,5
1,912
1,894
1,375
1,023
0,067
0,134
2
2,387
2,369
1,500
1,267
0,073
0,146
2,5
2,889
2,868
1,750
1,537
0,092
0,184
3
3,516
3,492
1,875
1,858
0,100
0,200
Опять-таки, характеристики наружной и внутренней поверхностей 211, 213 и канала 218, включая боковые стенки 220 и соединяющую поверхность 222, концевого фитинга 200 могут иметь альтернативную конфигурацию, выполненную любым из описанных выше способов по отношению к наружным и внутренним поверхностям 311, 313 и каналу 318, включая боковые стенки 320 и соединяющую поверхность 322 фитинга 300. Соответственно, боковые стенки 220 отделены друг от друга расстоянием, определяющим ширину канала W', и, кроме того, в предпочтительном случае являются практически вертикальными. Однако в альтернативном варианте боковые стенки 120 могут располагаться под углом к оси XIVB-XIVB, рассекающей канал 218, таким образом, чтобы ширина W канала 218 варьировалась по его высоте Н. Внутренняя соединяющая поверхность 222 показана практически плоской, однако эта поверхность может иметь существенную кривизну или, предпочтительно, быть вогнутой относительно внутренней поверхности канала 218. Более того, повороты или изгибы поверхностей канала 218 могут быть угловатыми, как показано на фигурах, или, в альтернативном варианте - закругленными. Ширина канала W' может быть постоянной, а может и варьироваться вдоль оси по длине L', 1/1 канала 218. В частности, ширина канала W может конусообразно уменьшаться от торца 210а к выступу 214. Результирующее сужение канала 218 может создавать эффект Вентури, проявляющийся в том, что текучая среда будет выбрасываться из канала 218 с ощутимой скоростью. На фиг.15 показан альтернативный вариант концевого фитинга 200', в котором предпочтительная конфигурация канала 218 такова, что он располагается в узле 100' с низкой потенциальной энергией, где может скапливаться текучая среда, особенно жидкость. Конструкция канала 218 может включать в себя уступ 217, образующий резервуар для сбора вытекающей жидкости.
Каждое из предпочтительных сборных соединений, описанных выше, включает в себя соединитель, имеющий канал, расположенный вдоль внутренней поверхности соединительного гнезда, предназначенный для создания (совместно с сегментом трубы) пути утечки, который давал бы возможность обслуживающему персоналу обнаруживать недостаточно герметичные соединения. Следует понимать, что такой же эффективный путь утечки может быть создан путем формирования канала вдоль наружной поверхности трубчатого элемента, например, сегмента трубы, во взаимодействии с внутренней поверхностью гнезда трубного фитинга или концевого фитинга. Например, на фиг.16А показано соединение 100'', в котором сформирован канал 418, расположенный аксиально вдоль наружной поверхности сегмента трубы 426, 426. В частности, контур наружной поверхности стенки сегмента трубы 424, 426 изготовлен таким образом, что часть этой наружной поверхности имеет канал. Если такой предпочтительный канал 218 формируется в трубном сегменте, а конкретнее, на наружной поверхности трубы, то формирование этого канала и/или сквозного отверстия может осуществляться в процессе экструзии трубы или ее литья. Желательно, чтобы канал 418 располагался от торца трубы 424, 426 и дальше по трубе параллельно ее оси на некоторую длину. В альтернативном варианте канал 418 выходит внутрь торца трубы и располагается полностью по диаметру наружной поверхности трубы 424, 426.
Различные конфигурации канала, описанные выше для предпочтительных фитингов 300 и концевых трубных фитингов 200, вполне применимы и для канала 418, формируемого на наружной поверхности сегмента трубы 424, 426. Соответственно, ширина, высота и/или глубина канала 418 может варьироваться по его длине. Например, значения ширины и глубины канала 418 могут соответствовать значениям, представленным в таблице 1а. Более того, канал 418 может быть практически линейным параллельно оси, а может быть расположен вдоль оси и по окружности, как, например, показанный на фиг.17 спиральный канал 418. Еще в одном альтернативном варианте, таком, как показан на фиг.16В, канал 418 представляет собой радиально расположенное сквозное отверстие в стенке сегмента трубы, сообщающееся с гнездом 112 и с центральным перепускным каналом трубного сегмента.
Каналы 418 различной конфигурации могут быть сформированы и расположены на наружной поверхности сегмента трубы 26', который вставляется в концевой фитинг гнездового типа, имеющий цилиндрическую и в целом непрерывную внутреннюю поверхность 213, с целью образования желаемого пути утечки. На фиг.16С и 16D показаны альтернативные исполнения соединения 200 и канала 418.
Изготовленные в соответствии с приведенным выше описанием по настоящему изобретению образцы соединителей с каналом подключались в тестовую трубопроводную систему для проведения пневматического и гидравлического испытания. Программа предпочтительных гидравлических и пневматических испытаний предназначена для определения или оценки следующих рабочих характеристик фитинга 300: (i) длительность полного удаления из тестируемого узла текучей среды, содержащейся там под определенным начальным давлением; (ii) период времени, в течение которого удерживается заданное давление; (iii) число циклов, в течение которых значение давления в фитинге изменяется между низким и высоким; и (iv) давление разрыва (разрушающее давление) сборного соединения. Результаты испытаний можно использовать для оценки каждой конфигурации канала с целью применения в работающем соединителе.
На фиг.5 представлена тестовая сборка, предназначенная для оценки предпочтительного соединителя. Один конец первого сегмента трубы 24' длиной шесть дюймов вставляется во входное гнездо фитинга 300, показанного как соединитель. На противоположном конце первого сегмента трубы 24' установлена заглушка 28' с входным адаптером, подключенным через счетчик-расходомер 29' к источнику сжатого воздуха (для пневматического испытания) и к источнику жидкости или воды (для гидравлического испытания). В выходной конец соединителя 300 вставлен один конец второго сегмента трубы 26', предпочтительно длиной также шесть дюймов. Противоположный конец второго трубного сегмента 26' представляет собой заглушку 30', герметично запирающую этот конец трубного сегмента 26'. Тестируемый фитинг 300, все тестируемые сегменты труб 24', 26' и все заглушки 28', 30' совместно образуют полный объем V тестовой сборки. Эта тестовая сборка включает в себя порт, подключенный к манометру 31' для наблюдения за изменением давления в тестовой сборке в процессе пневматических и гидравлических испытаний. Манометр 31'показан подключенным к заглушке 31'. Манометр 31' можно устанавливать в любом месте тестовой сборки, при условии, что этот манометр сможет показывать изменения давления в системе. Показанная на фиг.5 тестовая сборка предназначена для оценки муфты 300, а поэтому здесь показаны только две тестовые трубы. Если тестируемый фитинг 300 имеет больше двух гнезд, то тестовая сборка может содержать соответствующее число сегментов труб.
Гидравлические и пневматические испытания включают в себя: (i) пневматическое испытание на утечку; (ii) гидравлическое испытание на утечку; (iii) испытание первым гидростатическим давлением; (iv) испытание вторым гидростатическим давлением; (v) гидравлическое испытание на разрыв, и (vi) гидравлическое испытание на цикличность. В ходе как пневматического, так и гидравлического испытания на утечку концы трубных сегментов 24', 26' вставляются с усилием (запрессовываются) в соответствующие гнезда фитинга 300' без применения герметика для того, чтобы создать сухое соединение с целью оценки способности канала 318 выполнять функцию индикатора недостаточно герметичного соединения. В ходе пневматического испытания в тестовую сборку подается сжатый воздух через вход в заглушке 28', и входное давление поднимается до 10 фунтов на квадратный дюйм. Отмечается время полного выхода сжатого воздуха из каналов 318. В ходе гидравлического испытания в тестовую сборку подается вода через вход в заглушке 28', и входное давление поднимается до 10 фунтов на квадратный дюйм. Отмечается время полного выхода сжатой жидкости из каналов 318.
На следующем этапе на каждый из концов тестовых сегментов труб 24', 26' и на внутреннюю поверхность 313 гнезд фитинга 300 наносится герметизирующий материал, предпочтительно Blazemaster CPVC Cement TFP-500, с целью трансформации каналов 318 или восстановления поверхности, где расположены эти каналы, а также для полной герметизации тестовой сборки с целью последующего проведения испытаний гидравлическим статическим давлением, испытания на цикличность и разрушающим давлением. В ходе первого гидравлического испытания статическим давлением в герметичную тестовую сборку подается давление, соответствующее предпочтительному рабочему давлению испытываемого фитинга, приблизительно 175 фунтов на квадратный дюйм, и по показаниям манометра 31' проверяют, чтобы давление в тестовой сборке удерживалось постоянным в течение, по меньшей мере, пяти минут. В ходе второго гидравлического испытания статическим давлением в герметичную тестовую сборку подается давление приблизительно 875 фунтов на квадратный дюйм и по показаниям манометра 31' проверяют, чтобы давление в тестовой сборке удерживалось постоянным в течение, по меньшей мере, пяти минут. В ходе испытаний на цикличность воду подают в тестируемую сборку и выпускают из нее так, чтобы выполнить цикл изменения давления в сборке, предпочтительно от 0 фунтов на квадратный дюйм до 350 фунтов на квадратный дюйм. Такое изменение давления производится в количестве 3000 циклов или до выхода сборки из строя. После этого давление воды увеличивается для определения значения разрушающего давления и местонахождения разрыва в тестовой сборке.
Описанные выше испытания были выполнены для каналов 318 с различными профилями, определяемыми высотой Н и шириной W канала 318, которые измерялись в торце 310 фитинга 300, как показано, например, на фиг.4В. Испытания были проведены, по меньшей мере, по пяти образцам фитингов с каналами каждого профиля. В таблице 3а представлены итоговые результаты пневматического испытания. В этой таблице представлено соответствие значений давления и времени, требуемого для снижения давления в сборке на 10 фунтов на квадратный дюйм.
Таблица 3а
- Длительность полного выхода сжатого воздуха при «сухом соединении»
число каналов
Глубина канала - Н (дюйм)
Ширина канала - W (дюйм)
площадь (кв.дюйм)
Объем сборки - V (куб. дюйм)
Время полного выхода сжатого воздуха начальным давлением 10 фунтов на квадратный дюйм (сек)
Среднее значение времени - (сек)
обр.No.1
обр.No.2
обр.No.3
обр.No.4
обр.No.5
1
0,060
0,060
0,0036
12,02
1,00
0,69
0,78
0,81
0,65
0,79
1
0,015
0,100
0,0015
12,02
2,44
2,47
2,41
2,94
2,25
2,50
1
0,025
0,060
0,0015
12,02
1,88
2,15
2,06
2,10
2,22
2,08
2
0,025
0,030
0,0015
12,02
1,22
0,82
1,34
1,25
1,25
1,18
3
0,025
0,020
0,0015
12,02
0,50
0,65
0,94
0,81
0,78
0,74
1
0,050
0,025
0,00,13
12,02
2,28
2,25
2,10
2,15
2,03
2,16
1
0,035
0,035
0,0012
12,02
2,56
2,31
2,50
2,68
2,40
2,49
1
0,015
0,080
0,0012
12,02
2,56
2,44
2,44
2,44
2,75
2,53
1
0,015
0,060
0,0009
12,02
2,09
2,75
2,59
2,13
2,25
2,36
1
0,025
0,035
0,0009
12,02
3,60
3,84
3,25
3,22
4,22
3,63
1
0,035
0,025
0,0009
12,02
3,22
3,31
3,44
4,00
3,62
3,52
1
0,050
0,015
0,0008
12,02
3,00
3,03
3,59
3,25
2,85
3,14
1
0,025
0,025
0,0006
12,02
4,34
4,40
4,59
4,06
4,25
4,33
1
0,005
0,100
0,0005
12,02
2,57
2,65
3,15
3,06
2,53
2,79
1
0,035
0,015
0,0005
12,02
1,81
1,00
1,12
1,28
1,03
1,25
1
0,015
0,035
0,0005
12,02
1,68
2,18
2,13
1,50
2,09
1,92
1
0,005
0,080
0,0004
12,02
3,97
3,72
4,22
4,38
4,09
4,08
1
0,025
0,015
0,0004
12,02
4,19
3,57
2,60
3,00
3,22
3,32
1
0,015
0,025
0,0004
12,02
4,10
5,60
4,47
4,84
5,25
4,85
1
0,005
0,060
0,0003
12,02
4,56
3,43
3,31
3,97
4,53
3,96
1
0,015
0,015
0,0002
12,02
4,78
7,65
4,97
5,50
6,41
5,86
Согласно итоговым результатам таблиц, при различных конфигурациях канала среднее значение давления, при котором можно заметить утечку сжатого воздуха, находится в диапазоне приблизительно от 0,5 фунтов на квадратный дюйм до 1,7 фунтов на квадратный дюйм. Желательно, чтобы утечку из канала можно было замечать при давлении в тестовой сборке, не превышающем 1 фунтов на квадратный дюйм. Считается, что возможность обнаружения утечки при давлении в 1 фунтов на квадратный дюйм или ниже позволит осуществлять раннюю идентификацию утечки в заполненной трубопроводной системе, в которой может быть большое число соединительных узлов и сотни футов труб. Относительно времени выхода сжатого воздуха рекомендуется, чтобы тестовая сборка, а в частности канал соединителя, позволяли сжатому воздуху с начальным давлением 10 фунтов на квадратный дюйм полностью выйти приблизительно в течение 3,5 сек или быстрее. Считается, что такая предпочтительная скорость выхода воздуха позволит осуществлять обнаружение утечки в заполненной трубопроводной системе, в особенности, если в способе обнаружения утечки применяется только один манометр. Если текучая среда легко и беспрепятственно вытекает из канала в соединителе, то это отразится в виде резкого изменения показаний манометра, что может быть легче идентифицировано обслуживающим персоналом как наличие утечки, сигнализирующей о необходимости герметизации соединения.
В таблице 3b представлены итоговые результаты гидравлического испытания. В этой таблице показаны значения времени, требуемого для полного удаления воды с начальным давлением 10 фунтов на квадратный дюйм из сборки.
Таблица 3b
Время полного удаления воды с начальным давлением 10 фунтов на квадратный дюйм при «сухом соединении»
Число каналов
Глубина канала - Н (дюйм)
Ширина канала - W (дюйм)
Площадь (кв. дюйм)
Объем сборки - V (куб. дюйм)
Время полного удаления воды с начальным давлением 10 фунтов на квадратный дюйм (сек)
Среднее время (сек)
обр.No.1
обр.No.2
обр.No.3
обр.No.4
обр.No.5
1
0,060
0,060
0,0036
12,02
1,54
1,63
5,50
4,53
1,43
2,9
1
0,015
0,100
0,0015
12,02
7,85
8,28
9,18
8,66
9,00
8,6
1
0,025
0,060
0,0015
12,02
6,34
10,22
6,54
8,06
7,03
7,6
2
0,025
0,030
0,0015
12,02
2,10
2,53
2,41
2,10
2,53
2,3
3
0,025
0,020
0,0015
12,02
1,53
1,34
1,21
1,59
1,44
1,4
1
0,050
0,025
0,0013
12,02
7,97
8,00
8,10
7,18
7,81
7,8
1
0,035
0,035
0,0012
12,02
7,09
8,65
7,35
8,87
8,50
8,1
1
0,015
0,080
0,0012
12,02
4,78
5,34
6,44
7,09
6,12
6,0
1
0,015
0,060
0,0009
12,02
3,69
9,15
6,22
5,91
7,19
6,4
1
0,025
0,035
0,0009
12,02
10,00
8,69
8,91
8,25
8,60
8,9
1
0,035
0,025
0,0009
12,02
8,62
9,57
8,03
10,00
9,56
9,2
1
0,050
0,015
0,0008
12,02
7,81
5,72
7,90
6,93
6,09
6,9
1
0,025
0,025
0,0006
12,02
7,31
9,32
10,25
9,69
9,84
9,3
1
0,005
0,100
0,0005
12,02
5,70
9,40
10,12
6,50
9,66
8,3
1
0,035
0,015
0,0005
12,02
3,22
3,15
3,91
3,94
3,06
3,5
1
0,015
0,035
0,0005
12,02
3,84
3,00
3,41
2,81
3,47
3,3
1
0,005
0,080
0,0004
12,02
8,15
7,62
10,00
8,90
8,50
8,6
1
0,025
0,015
0,0004
12,02
7,81
5,41
5,68
8,34
5,97
6,6
1
0,015
0,025
0,0004
12,02
12,38
17,78
6,81
11,72
12,19
12,2
1
0,005
0,060
0,0003
12,02
8,53
7,00
6,53
15,97
10,32
9,7
1
0,015
0,015
0,0002
12,02
4,09
16,19
8,47
9,43
8,91
9,4
Относительно времени выхода сжатого воздуха рекомендуется, чтобы тестовая сборка, а в частности канал соединителя, позволяли полностью удалить начальное давление 10 фунтов на квадратный дюйм приблизительно в течение 10 сек или быстрее. Считается, что такая предпочтительная скорость выхода позволит осуществлять обнаружение утечки в заполненной трубопроводной системе, в особенности, если в способе обнаружения утечки жидкости применяется только один манометр. Если текучая среда легко и беспрепятственно вытекает из канала в соединителе, то это отразится в виде резкого изменения показаний манометра, что может быть легче идентифицировано обслуживающим персоналом как наличие утечки, сигнализирующей о необходимости герметизации соединения.
В таблицах 4с и 4d представлены результаты гидравлического испытания, при котором была выполнена герметизация соединителя в тестовой сборке при помощи герметизирующего материала для ХПВХ Blazemaster CPVC TFP-500 Cement. Каждый образец был подвергнут динамическому испытанию. Более конкретно, по каждому из образцов с конфигурациями канала записывалось число циклов, в ходе которых давление жидкости изменялось между нулем и тремястами пятьюдесятью (0-350) фунтов на квадратный дюйм. Затем каждый из герметичных образцов подвергался гидравлическому испытанию. Сначала давление в системе подняли до 175 фунтов на квадратный дюйм и наблюдали в течение пяти минут. Затем давление в сборке повысили до 875 фунтов на квадратный дюйм и наблюдали в течение пяти минут. С каждым из образцов сборка успешно удерживала статическое давление в течение всего периода тестирования. Затем давление в сборке поднимали до выхода соединения из строя.
Таблица 4с
Испытание герметичного соединения на цикличность
Число каналов
Глубина канала - Н (дюйм)
Ширина канала - W (дюйм)
Площадь (кв. дюйм)
Объем сборки - V (куб. дюйм)
Циклы гидравлического испытания 0-350 фунтов на квадратный дюйм (число циклов)
Среднее время (сек)
обр.No.1
обр. No.2
обр. No.3
обр. No.4
обр.No.5
1
0,060
0,060
0,0036
12,02
3056
3056
3056
3056
3056
3056
1
0,015
0,100
0,0015
12,02
3006
3006
3006
3006
3006
3006
1
0,025
0,060
0,0015
12,02
3056
3056
3056
3056
3056
3056
2
0,025
0,030
0,0015
12,02
3000
3000
3000
3000
3000
3000
3
0,025
0,020
0,0015
12,02
3000
3000
3000
3000
3000
3000
1
0,050
0,025
0,0013
12,02
3212
3212
3212
3212
3212
3212
1
0,035
0,035
0,0012
12,02
3006
3006
3006
3006
3006
3006
1
0,015
0,060
0,0009
12,02
3004
3004
3004
3004
3004
3004
1
0,025
0,035
0,0009
12,02
3104
3104
3104
3104
3104
3104
1
0,025
0,025
0,0006
12,02
3004
3004
3004
3004
3004
3004
1
0,005
0,100
0,0005
12,02
3212
3212
3212
3212
3212
3212
1
0,015
0,015
0,0002
12,02
3104
3104
3104
3104
3104
3104
Таблица 4d
Разрушающее давление & выход из строя герметичного соединения
Число каналов
Глубина канала - H (дюйм)
Ширина канала - W (дюйм)
Площадь (кв. дюйм)
Объем сборки - V (куб. дюйм)
Разрушающее давление
Среднее время (сек)
обр.No.1
обр. No.2
обр. No.3
обр. No.4
обр.No.5
1
0,060
0,060
0,0036
12,02
1500
1490
1440
1480
1460
1474
1
0,015
0,100
0,0015
12,02
1480
1480
1490
1510
1510
1494
1
0,025
0,060
0,0015
12,02
1520
1500
1510
1520
1480
1506
2
0,025
0,030
0,0015
12,02
1500
1520
1500
1510
1500
1506
3
0,025
0,020
0,0015
12,02
1520
1450
1480
1530
1540
1504
1
0,050
0,025
0,0013
12,02
1440
1510
1500
1490
1440
1476
1
0,035
0,035
0,0012
12,02
1460
1360
1500
1510
1510
1468
1
0,015
0,060
0,0009
12,02
1470
1490
1500
1510
1520
1498
1
0,025
0,035
0,0009
12,02
1500
1480
1450
1480
1510
1484
1
0,025
0,025
0,0006
12,02
1440
X
1500
1400
1475
1454
1
0,005
0,100
0,0005
12,02
1500
1000
1480
1480
1490
1390
1
0,015
0,015
0,0002
12,02
1470
1490
1500
1510
1520
1498
X - данные отсутствуют
Каждая из тестовых сборок с герметичными соединениями успешно прошла 3000 или большее число циклов изменения давления в диапазоне 0-350 фунтов на квадратный дюйм. В отношении испытания на разрушающее давление и точку выхода соединения из строя следует заметить, что каждая из испытываемых сборок выходила из строя в среднем при давлении приблизительно от 1400 до 1500 фунтов на квадратный дюйм. Следует отметить, что разрыв происходил на трубе, а не на соединителе. Соответственно, результаты испытаний герметизированных соединений демонстрируют, что для всех перечисленных выше конфигураций каналов соединитель, в котором имеется такой канал, можно герметизировать, после чего он будет успешно работать с показателями, не худшими, чем соединитель без канала. Для сравнения были проведены аналогичные испытания работы герметичных соединений образцов стандартных муфт номинальным диаметром один дюйм (не имеющих каналов), в результате оказалось, что средняя цикличность в диапазоне давлений 0-350 фунтов на квадратный дюйм составила 3118 циклов. Среднее значение разрушающего давления соединений со стандартными фитингами составило приблизительно 1480 фунтов на квадратный дюйм, причем разрыв соединения происходил на трубе, а не на муфте.
Для того чтобы дополнительно продемонстрировать, что наличие канала в конструкции соединителя не ухудшает его работу, в тестовой сборке применяли альтернативный герметизирующий материал. Три конфигурации каналов подвергли описанным выше пневматическим и гидравлическим испытаниям. Для испытаний, проводимых с герметичными соединениями соединитель в тестовой сборке герметизировали при помощи эпоксидного материала, предпочтительно эпоксидного продукта 10-3216 от компании EPOXIES ETC…, расположенной в Кренстоне, Род-Айленд. Итоговые результаты испытаний представлены ниже в таблицах 5а-5b и 6а-6b.
Таблица 5а
Время полного выхода сжатого воздуха при «сухом соединении»
Число каналов
Глубина канала - Н (дюйм)
Ширина канала - W (дюйм)
Площадь (кв. дюйм)
Объем сборки - V (куб.дюйм)
Время полного удаления сжатого воздуха с начальным давлением 10 фунтов на квадратный дюйм (сек)
Среднее время (сек)
обр.No.1
обр.No.2
обр. No.3
обр. No.4
обр. No.5
1
0,060
0,060
0,0036
12,02
0,65
0,72
0,72
0,88
0,81
0,76
1
0,025
0,060
0,0015
12,02
1,97
1,85
1,69
2,03
1,72
1,85
1
0,015
0,015
0,0002
12,02
2,18
2,16
1,87
1,78
1,94
1,99
Таблица 5b
Время полного удаления жидкости с начальным давлением 10 фунтов на квадратный дюйм при «сухом соединении»
Число каналов
Глубина канала - H (дюйм)
Ширина канала - W (дюйм)
Площадь (кв. дюйм)
Объем сборки - V (куб. дюйм)
Время полного удаления воды с начальным давлением 10 фунтов на квадратный дюйм (сек)
Среднее время (сек)
обр.No.1
обр.No.2
обр. No.3
обр. No.4
обр. No.5
1
0,060
0,060
0,0036
12,02
1,91
2,41
3,47
4,6
2,28
2,93
1
0,025
0,060
0,0015
12,02
6
8,34
7,47
7,12
8,75
7,54
1
0,015
0,015
0,0002
12,02
4,34
4,38
3,9
5,88
4,72
4,64
Таблица 6а
Испытание герметичного соединения на цикличность
Число каналов
Глубина канала - Н (дюйм)
Ширина канала - W (дюйм)
Площадь (кв. дюйм)
Объем сборки - V (куб. дюйм)
Циклы гидравлического испытания 0-350 фунтов на квадратный дюйм (число циклов)
Среднее время (сек)
обр.No.1
обр.No.2
обр. No.3
обр. No.4
обр. No.5
1
0,060
0,060
0,0036
12,02
3308
3308
3308
3308
3308
3308
1
0,025
0,060
0,0015
12,02
3214
3214
3214
3214
3214
3214
1
0,015
0,015
0,0002
12,02
3214
3214
3214
3214
3214
3214
Таблица 6b
Разрушающее давление & точка выхода из строя герметичного соединения
Число каналов
Глубина канала - Н (дюйм)
Ширина канала - W (дюйм)
Площадь (кв. дюйм)
Объем сборки - V (куб. дюйм)
Разрушающее давление (фунтов на квадратный дюйм)
Среднее время (сек)
обр.No.1
обр.No.2
обр. No.3
обр. No.4
обр. No.5
1
0,060
0,060
0,0036
12,02
1480
1480
1440
1500
1500
1480
1
0,025
0,060
0,0015
12,02
1500
1500
1500
1500
1500
1500
1
0,015
0,015
0,0002
12,02
1490
1500
1500
1500
1510
1500
По результатам испытания на разрушающее давление и точку выхода соединения из строя видно, что каждая из сборок выходила из строя в среднем при давлении приблизительно 1500 фунтов на квадратный дюйм. Следует отметить, что разрыв происходит на трубе, а не на соединителе.
Для того чтобы продемонстрировать, что предпочтительный соединитель можно изготовлять из других материалов, была изготовлена медная тестовая сборка из соединителя номинальным диаметром один дюйм и медной трубки длиной двенадцать дюймов. Описанным выше пневматическим и гидравлическим испытаниям подвергали две конфигурации каналов. Итоговые результаты этих испытаний представлены ниже в таблицах 7a-7b.
Таблица 7а
Время полного удаления сжатого воздуха при «сухом соединении»
Число каналов
Глубина канала - Н (дюйм)
Ширина канала - W (дюйм)
Площадь(кв. дюйм.)
Объем сборки - V (куб.дюйм)
Время полного удаления сжатого воздуха с начальным давлением 10 фунтов на квадратный дюйм (сек)
Среднее время (сек)
обр.No.1
обр.No.2
обр. No.3
обр. No.4
обр. No.5
1
0,025
0,060
0,0015
11,82
1,34
2,06
2,47
1,90
1,75
1,90
1
0,015
0,045
0,0007
11,82
1,69
2,78
2,41
2,66
1,75
2,26
Таблица 7b
Время полного выхода жидкости с начальным давлением 10 фунтов на квадратный дюйм при «сухом соединении»
Число каналов
Глубина канала - Н (дюйм)
Ширина канала - W (дюйм)
Площадь(кв. дюйм)
Объем сборки - V (куб. дюйм)
Время полного удаления воды с начальным давлением 10 фунтов на квадратный дюйм (сек)
Среднее время (сек)
обр.No.1
обр.No.2
обр. No.3
обр. No.4
обр. No.5
1
0,025
0,060
0,0015
11,82
2,87
4,81
5,87
2,53
2,18
3,65
1
0,015
0,045
0,0007
11,82
2,6
6,22
6,41
5,13
6,85
5,44
Соединения в медной тестовой сборке спаяли для получения герметичного соединения. Для проведения гидравлического испытания герметичного соединения в сборку подали давление 200 фунтов на квадратный дюйм и наблюдали в течение пяти минут. При гидравлическом испытании в сборку подали давление до 1000 фунтов на квадратный дюйм и наблюдали в течение пяти минут. В случае с каждым из образцов сборка успешно удерживала статическое давление в течение всего времени испытания. Затем каждый образец подвергли динамическому тестированию. В частности, для каждого образца и конкретной конфигурации его каналов записывали число циклов, во время которых значение давления изменялось между нулем и 400 (0-400) фунтов на квадратный дюйм. Итоговые результаты испытания на цикличность представлены в таблице 8а. Затем сборку с каждым из образцов подвергали испытанию давлением 3000 фунтов на квадратный дюйм, и все образцы, за исключением одного, оставались герметичными и не проявляли признаков выхода из строя. Образец, не прошедший испытание давлением 3000 фунтов на квадратный дюйм, вышел из строя вследствие проблемы с припоем, а не из-за наличия канала в испытываемом фитинге.
Таблица 8а
Испытание герметичного соединения на цикличность
Число каналов
Глубина канала - Н (дюйм)
Ширина канала - W (дюйм)
Площадь(кв. дюйм)
Объем сборки - V (куб. дюйм)
Циклы гидравлического испытания 0-400 фунтов на квадратный дюйм (число циклов)
Среднее время (сек)
обр.No.1
обр.No.2
обр. No.3
обр. No.4
обр. No.5
1
0,025
0,060
0,0015
11,82
3142
3142
3142
3142
3142
3142
1
0,015
0,045
0,0007
11,82
3142
X*
3142
3142
3142
3142
* Вышло из строя паяное соединение - не испытывался
Для того чтобы продемонстрировать, что канал данной конфигурации может применяться для различных номинальных размеров труб, была изготовлена тестовая сборка из муфты ХПВХ номинальным диаметром три дюйма и одного фута трубы номинальным диаметром три дюйма. Гидравлическому и пневматическому испытаниям, описанным выше, подвергли две конфигурации каналов. Итоговые результаты испытаний представлены ниже в таблицах 9a-9d.
Таблица 9а
Время полного удаления сжатого воздуха при «сухом соединении»
Число каналов
Глубина канала - Н (дюйм)
Ширина канала - W (дюйм)
Площадь (кв. дюйм)
Объем сборки - V (куб. дюйм)
Время полного удаления сжатого воздуха с начальным давлением 10 фунтов на квадратный дюйм (сек)
Среднее время (сек)
обр.No.1
обр. No.2
обр.No.3
обр. No.4
обр.No.5
1
0,025
0,060
0,0015
108,6
4,90
3,62
5,37
6,06
4,15
4,82
1
0,060
0,060
0,0036
108,6
1,50
1,25
1,78
1,72
1,37
1,52
Таблица 9b
Время полного удаления жидкости с начальным давлением 10 фунтов на квадратный дюйм при «сухом соединении»
Число каналов
Глубина канала - Н (дюйм)
Ширина канала - W (дюйм)
Площадь (кв. дюйм)
Объем сборки - V (куб. дюйм)
Время полного удаления воды с начальным давлением 10 фунтов на квадратный дюйм (сек)
Среднее время (сек)
обр.No.1
обр. No.2
обр.No.3
обр. No.4
обр. No.5
1
0,025
0,060
0,0015
108,6
50,54
40,34
61,75
66,16
41,19
52,00
1
0,060
0,060
0,0036
108,6
25,03
25,03
42,53
37,28
56,60
37,29
Таблица 9с
Испытание герметичного соединения на цикличность
Число каналов
Глубина канала - Н (дюйм)
Ширина канала - W (дюйм)
Площадь (кв. дюйм)
Объем сборки - V (куб. дюйм)
Циклы гидравлического испытания 0-400 фунтов на квадратный дюйм (число циклов)
Среднее время (сек)
обр.No.1
обр. No.2
обр.No.3
обр. No.4
обр. No.5
1
0,025
0,060
0,0015
108,6
3218
X
X
3218
X
3218
1
0,060
0,060
0,0036
108,6
3218
X
3218
X
X
3218
Х - данные отсутствуют
Таблица 9d
Разрушающее давление & точка выхода из строя герметичного соединения
Число каналов
Глубина канала - Н (дюйм)
Ширина канала - W (дюйм)
Площадь (кв. дюйм)
Объем сборки - V (куб. дюйм)
Разрушающее давление (фунтов на квадратный дюйм)
Среднее время (сек)
обр.No.1
обр. No.2
обр.No.3
обр. No.4
обр. No.5
1
0,025
0,060
0,0015
108,6
1200
X
X
1300
X
1250
1
0,060
0,060
0,0036
108,6
840
X
1080
X
X
960
Х - данные отсутствуют
В соответствии с результатами испытаний, по меньшей мере, две конфигурации канала, продемонстрировавшие свою пригодность для муфты номинальным диаметром один дюйм, оказались столь же эффективными и для муфт номинальным диаметром три дюйма. В частности, испытания герметичных соединений снова продемонстрировали, что наличие каналов в муфте номиналом три дюйма не ухудшает работу муфты. В частности, значения среднего числа циклов и разрушающего давления оказались такими, какие и требуются от фитинга номинальным диаметром три дюйма. Во время испытания гидростатическим давлением все испытываемые образцы удерживали воду под давлением 175 фунтов на квадратный дюйм в течение пяти минут, а испытание гидростатическим давлением 875 фунтов на квадратный дюйм не смог успешно пройти только один из четырех испытывавшихся образцов. Следует отметить, что при испытаниях на разрушающее давление муфта не выдержала в средней своей части, что свидетельствует о том, что выход из строя не связан с наличием каналов.
0
Для дальнейшей оценки результатов испытаний и предпочтительных соединителей и тестовых сборок был разработан ряд гидро(аэро)динамических моделей (математических) с целью сравнения результатов испытаний с расчетными рабочими характеристиками. Более конкретно, каждая модель была разработана для того, чтобы охарактеризовать данный соединитель, а конкретнее - чтобы охарактеризовать фитинг с каналом данной конфигурации в предпочтительной тестовой сборке. Затем эта модель была расширена для оценки работы данного соединителя при установке его в трубопроводе системы пожаротушения жилых, а также коммерческих помещений. Каждая модель характеризует соединитель, установленный в трубопроводной системе с объемом, являющимся типичным для данной трубопроводной системы. В каждой модели симулируется начальное давление в трубопроводе, предпочтительно 10 фунтов на квадратный дюйм сжатого воздуха. При заданном начальном значении давления в модели трубопровода далее моделируется поведение трубопровода в начальный момент времени t=0 с, при наличии открытого отверстия, соответствующего пути утечки, образованному каналом в моделируемом фитинге по сегменту трубы. Далее модель симулирует удаление текучей среды (в данном случае воздуха) из моделируемого канала путем вычисления давления, остающегося в трубопроводной системе в каждую единицу времени.
Модель вычисляет давление в каждую единицу времени путем решения системы уравнений, связывающих давление в системе со скоростью выхода газа через канал соединителя. Для трубопровода, в котором установлен соединитель с предпочтительным каналом, скорость выхода газа (в единицах массы за единицу времени) через открытый канал определяется следующим образом
или
где  - скорость потока (в единицах массы за единицу времени),
а
∞
Р- начальное давление в системе, а Р - атмосферное давление,
а
Т - температура газа в системе,
а
А - площадь потока, определяемая глубиной и шириной канала,
γ - отношение удельной теплоемкости при постоянном давлении к удельной теплоемкости при постоянном давлении и постоянном объеме, γ=1.4 для двухатомных газов, и
R - газовая постоянная.
Для того чтобы связать изменения давления, объем и температуры со скоростью утечки газа, применяется следующее уравнение:
a
где V - полный объем трубопровода.
Для находящегося под давлением трубопровода, в котором установлен соединитель с открытым каналом, образующий путь утечки, изменение внутреннего давления газа можно охарактеризовать следующим образом
где  и  - соответственно давление и температура газа в момент открывания спринклера;
1
γ=γ для адиабатического движения газа в трубопроводной системе,
1
γ=1 для изотермического движения газа.
В ур.1 и ур.2:
где  и  - соответственно начальные значения давления и температуры газа в тестовой сборке. Для определения давления воздуха в системе, как функции времени, уравнение 4 можно интегрировать по стандартной схеме численного интегрирования.
a
a
Приведенные выше уравнения применялись для моделирования работы моделей трубопровода и нахождения значений давления в моделируемой системе в каждом интервале времени. На основании приведенных выше уравнений входными переменными для моделей являются: (i) полный объем системы V, (ii) начальное давление в системе ; (iii) начальная температура воздуха в системе ; и (iv) размер отверстия, соответствующего площади поперечного сечения канала. Объем системы вычисляется, исходя из предполагаемого числа погонных футов трубы данного номинального диаметра, а также из предполагаемого количества фитингов соответствующего номинального размера. Для оценки с запасом к вычисленному объему системы V добавили еще четыре процента. Для каждой из моделируемых систем начальное давление было установлено величиной 10 фунтов на квадратный дюйм, а начальная температура газа - приблизительно равной температуре окружающей среды, т.е. шестьдесят восемь градусов по Фаренгейту (68°F). Для каждой модели были сделаны дополнительные допущения, включая допущение, что потерями от трения в трубопроводе можно пренебречь и что путь утечки, образованный каналом, является чистым и лишенным каких-либо препятствий. Кроме того, допускается, что удаление газа начинается немедленно после старта, т.е. в момент времени = 0 сек.
a
Первая модель была разработана в соответствии с тестовой сборкой для рекомендованного фитинга номинальным диаметром один дюйм, описанного выше. Моделируемый фитинг включал в себя канал размером 0,015 дюйма × 0,015 дюйма, и, с учетом наличия трубы длиной в один фут и номинальным диаметром один дюйм, было определено, что объем сборки V составляет приблизительно 0,228 галлонов (галл.) Начальное давление воздуха  в системе было установлено величиной 10 фунтов на квадратный дюйм, а начальная температура воздуха в системе  была принята значением 68°F. В соответствии с результатами моделирования, воздух из системы при начальном давлении 10 фунтов на квадратный дюйм был удален за пять секунд. При моделировании было сделано допущение, что путь утечки в сборном соединении является минимальным, образованным исключительно каналом моделируемого фитинга. Поэтому модель не учитывает дополнительный объем пути утечки, образованный в дополнение к каналу зазорами между внутренней поверхностью фитинга и наружной поверхностью трубы, существующими в реальной тестовой сборке.
Для дальнейшей демонстрации точности модели были изготовлены две тестовые сборки с герметичными соединениями, на концах труб установлены заглушки с просверленными в них отверстиями диаметром 0,063 дюйма. Это отверстие является единственной точкой выпуска текучей среды в каждой из тестовых сборок. Затем эти тестовые сборки были подвергнуты испытанию на скорость удаления сжатого воздуха. График зависимости давления от времени для этих двух тестовых сборок представлен на фиг.5Е. Затем была разработана модель такой тестовой сборки и получен график зависимости давления от времени. Результаты моделирования оказались достаточно близкими к результатам реальных тестовых сборок.
a
Модель расширили для оценки выпускной способности предпочтительного соединителя и канала в более крупной трубопроводной системе. Соответственно, была разработана вторая модель, соответствующая рекомендованному соединителю, установленному в системе пожаротушения небольшого жилого помещения. Во второй модели были сделаны допущения, что конструкция системы содержит приблизительно 225 футов трубы диаметром один дюйм, двадцать пять колен с изгибом в 90 градусов и двадцать пять тройников, совместно образующих объем системы V, составляющий с дополнительными четырьмя процентами величину 11,544 галлона. Начальное значение давления системы  было установлено величиной 10 фунтов на квадратный дюйм, а начальная температура воздуха в системе  была принята равной 68°F. Были определены профили зависимости между давлением и временем для семи различных конфигураций каналов в фитинге номинальным диаметром один дюйм, имеющих пять различных значений площади поперечного сечения, измеренных в торце фитинга: (i) 0,0002 кв.дюйма; (ii) 0,0012 кв.дюйма; (iii) 0,0015 кв.дюйма; (iv) 0,0030 кв.дюйма; (v) 0,0036 кв.дюйма. Данные различных конфигураций каналов представлены ниже в таблице 10.
Таблица 10
Число каналов
Число гнезд
Глубина канала - Н (дюйм)
Ширина канала - W (дюйм)
Площадь (кв. дюйм)
1
1
0,015
0,015
0,0002
1
1
0,035
0,035
0,0012
1
1
0,025
0,060
0,0015
1
1
0,015
0,100
0,0015
2
1 и 2
0,025
0,030
0,0015
2
1 и 2
0,025
0,060
0,0030
1
1
0,060
0,060
0,0036
2
2
Поскольку модель зависит от полной площади поперечного сечения отверстия канала в торце моделируемого фитинга, данный профиль снижения давления представляет несколько негерметичных сухих соединений. Для сценария с одним каналом модель характеризуется только одним гнездом в недостаточно герметичном соединении. Для двухканального сценария модель характеризуется: (i) одним каналом, расположенным по всей длине муфты, причем каждое гнездо муфты недостаточно герметично; или (ii) двумя каналами одного гнезда в недостаточно герметичной муфте. Соответственно, для канала с конфигурацией, предполагающей глубину Н 0,015 дюйма и ширину W 0,060 дюйма, площадь 0,0015 дюйм покрывает одно гнездо в недостаточно герметичном фитинге, а два недостаточно герметичных гнезда покрывает площадь 0,0030 дюйм. Следует понимать, что представленные площади поперечного сечения могут использоваться для непредставленных конфигураций каналов.
Для каждого из пяти значений полной площади поперечного сечения канала была вычислена зависимость давления от времени и график этой зависимости для небольшой системы пожаротушения жилого помещения представлен на фиг.5А. График показывает, что по каждой из пяти площадей каналов в системе для небольшого помещения давление падает в течение двух минут. В соответствии с графиками увеличение площади поперечного сечения приводит к увеличению скорости удаления давления из каналов.
a
Третья модель была разработана для оценки предпочтительного соединителя, установленного в системе пожаротушения для жилого помещения средних размеров. В третьей модели сделаны допущения, что конструкция системы содержит 450 футов трубы диаметром один дюйм, пятьдесят колен с изгибом под 90 градусов и пятьдесят тройников, совместно определяющих объем системы V, вместе с добавкой четырех процентов по составляющий приблизительно 23,192 галлона. Начальное значение давления системы  было установлено величиной 10 фунтов на квадратный дюйм, а начальная температура воздуха в системе  была принята равной 68°F. График зависимости давления от времени для каждой из пяти площадей поперечного сечения канала представлен на фиг.5В.
a
Четвертая модель была разработана для оценки рекомендованного соединителя, установленного в системе пожаротушения крупного жилого помещения. В четвертой модели сделаны допущения, что в конструкции системы имеется приблизительно 750 футов трубы диаметром один дюйм, семьдесят колен с изгибом 90 градусов и семьдесят тройников, совместно определяющих объем системы V, вместе с добавкой четырех процентов, составляющей приблизительно 38,584 галлона. Начальное значение давления системы  было установлено величиной 10 фунтов на квадратный дюйм, а начальная температура воздуха в системе  была принята равной 68°F. График зависимости давления от времени для каждой из пяти площадей поперечного сечения канала представлен на фиг.5С.
a
Пятая модель была разработана для оценки предпочтительного соединителя при установке в системе пожаротушения для коммерческого помещения. В пятой модели сделаны допущения, что конструкция системы включает в себя приблизительно 500 футов трубы номинальным диаметром 1-1/2 дюйма, 750 футов трубы диаметром один дюйм, сто колен с изгибом в девяносто градусов и сто тройников, совместно определяющих объем системы V, вместе с добавкой четырех процентов составляющий приблизительно 90,168 галлона. Начальное значение давления системы  было установлено величиной 10 фунтов на квадратный дюйм, а начальная температура воздуха в системе  была принята равной 68°F. График зависимости давления от времени для каждой из пяти площадей поперечного сечения канала представлен на фиг.5D.
2
2
Представленные графики характеризуют насколько быстро моделируемый рекомендованный соединитель с каналом позволяет уменьшать давление в системе, находящейся под давлением. По каждой из моделируемых площадей поперечного сечения канала умеренное падение давления воздуха происходит в течение двух минут. На основании результатов моделирования и результатов, полученных при испытаниях тестовой сборки можно сделать вывод, что путь утечки может быть образован соединителем, имеющим канал с площадью поперечного сечения в диапазоне приблизительно от 0,0002 квадратного дюйма (дюйм) до 0.01 дюйм. Однако графики также показывают, что скорость удаления текучей среды уменьшается при увеличении объема системы, а считается, что для того, чтобы предпочтительный соединитель создавал эффективный путь утечки, дающий возможность обнаружить недостаточно герметичное соединение, скорость изменения давления в полной системе должна быть достаточно резкой, чтобы ее мог обнаружить персонал, обслуживающий трубопроводную систему. Поэтому, если персонал, например, наблюдает за давлением в системе по манометру в подвале жилого помещения средних размеров, а недостаточно герметичное соединение находится в наиболее удаленном соединительном узле трубопроводной системы, скорость падения давления в системе, вызванного вытеканием текучей среды через канал соединителя, должна быть довольно значительной, чтобы ее мог зарегистрировать манометр давления системы и мог обнаружить обслуживающий персонал.
2
Таким образом, для каждой конкретной площади поперечного сечения канала график скорости падения давления определяет ту скорость изменения давления, которая может быть отмечена имеющимися датчиками давления или приборами измерения давления. Предпочтительным манометром является манометр, применяемый для контроля систем пневматических трубопроводов, например, один из описанных выше и имеющихся в наличии. Кроме того, желательно, чтобы манометр был откалиброван для измерения избыточного давления в диапазоне от 0 фунтов на квадратный дюйм до 30 фунтов на квадратный дюйм, с тем, чтобы иметь возможность отмечать предпочтительную минимальную скорость изменения давления в трубопроводной системе приблизительно 0,5 фунтов на квадратный дюйм в минуту. Примером такого пневматического манометра является изготовляемый компанией WIKA Instrumentation Corporation, Лоренсвилль, Джорджия со шкалой от 0 до 30 фунтов на квадратный дюйм. Представленные на фиг.5А-5В графики показывают, что модели по всем поперечным площадям каналов обеспечивают минимальную скорость изменения давления величиной 0,5 фунтов на квадратный дюйм/мин в системах с объемом, не превышающим объем системы пожаротушения жилого помещения средних размеров. Однако конфигурации каналов с площадью поперечного сечения не менее 0,0015 дюйм обеспечивает предпочтительную минимальную скорость изменения начального давления значением 0,5 фунтов на квадратный дюйм/мин во всех моделируемых системах для помещений. Соответственно, имеется набор конфигураций каналов, образующих эффективный путь утечки, способный обеспечить снижение минимального давления 10 фунтов на квадратный дюйм со скоростью не менее 0,5 фунтов на квадратный дюйм/мин при пневматическом испытании в различных применениях. В процессе испытания гидравлическим давлением конфигурации каналов должны обеспечивать минимальную начальную скорость изменения давления значением 0,5 фунтов на квадратный дюйм/2 мин для всех моделируемых помещений.
Однако способность канала создавать эффективный путь утечки является только одним из факторов, определяющих соответствующую конфигурацию канала для соединителя. Как отмечалось выше, желательно, чтобы толщина стенки соединителя была минимальной, для того, чтобы удовлетворять требованиям одного или нескольких промышленных стандартов. Соответственно, считается, что если на наружной поверхности 319 соединителя нет выступов, подобных показанному на фиг.6С, определяющих постоянную толщину стенки, то предпочтительная максимальная глубина Н канала должна составлять приблизительно 0,06 дюйма. Кроме того, глубина канала может иметь такую конфигурацию, которая не позволяет (или минимизирует возможность) торцам сегментов труб, упираясь в выступ, закрывать сообщение канала с атмосферой. Более того, конфигурация канала глубиной Н, не превышающей предпочтительное максимальное значение, в соединителе из ХПВХ минимизирует возможность нежелательного скапливания герметизирующего материала в канале.
2
2
2
2
2
2
С учетом вышеупомянутых факторов, если в соединителе создается один канал, то значение площади его поперечного сечения может находиться в диапазоне приблизительно от 0,0002 дюйм до 0,0036 дюйм, предпочтительно, в диапазоне приблизительно от 0,0012 дюйм до 0,0036 дюйм, а более предпочтительно - в диапазоне от 0,0015 дюйм до 0,0036 дюйм. Значение глубины канала Н может находиться в диапазоне приблизительно от 0,005 дюйма до 0,060 дюйма, а значение ширины канала может находиться в диапазоне приблизительно от 0,015 дюйма до 0,1 дюйма. Предпочтительный диапазон значений глубины канала Н приблизительно от 0,025 дюйма до 0,060 дюйма, а наиболее предпочтительное значение - приблизительно 0,025 дюйма, предпочтительный диапазон значений ширины канала W приблизительно от 0,025 дюйма до 0,060 дюйма, а наиболее предпочтительное значение - приблизительно 0,060 дюйма.
Хотя настоящее изобретение изложено здесь применительно к определенным вариантам его исполнения, возможны многочисленные модификации, переделки и изменения описанных исполнений, не выходящие за сферу и рамки настоящего изобретения. Соответственно, настоящее изобретение не ограничивается описанными исполнениями, а его рамки определяются поданной ниже формулой изобретения и ее эквивалентами.