ГИБКАЯ ТРУБА

ГИБКАЯ ТРУБА
Изобретение относится к области машиностроения, для изготовления гибких труб из эластичных материалов, и может быть использовано в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности при прокладке трубопроводов для агрессивных жидкостей и газовых сред, перекачиваемых под давлением.
Известны гибкие трубы ( а.с. СССР № 934141, МПК F 16 L И/ 08, а.с. СССР № 1222968, МПК F16L 11/08, а.с. СССР № 1348601, МПКР16Ь 11/08, а.с. СССР№ 1395891, МПК F 16L 11/08, заявка на изобретение № 5030003/29 МПК F16L11/08, положительное решение от 03.04,94 г.), содержащие внутреннюю герметизирующую камеру, на наружной поверхности которой, параллельно оси трубы, установлены грузонесущие элементы, каркас, например спиральный, для радиальных нагрузок, и наружную защитную оболочку.
Общим недостатком гибких труб, имеющих грузонесущие элементы, расположенные вдоль оси, является неравномерность их нагружения в процессее их монтажа и при эксплуатации. Этот недостаток обусловлен технологией изготовления гибких труб. Грузонесущие элементы, располагаемые в процессе намотки гибкой трубы на барабан выше нейтральной оси изгиба, и, соответственно дальше от центра изгиба, имеют большую длину, по сравнению с грузонесущими элементами, располагаемыми ниже нейтральной оси, т.е. ближе к центру изгиба. При размотке труб с барабана более длинные грузонесущие элементы испытывают напряжения сжатия.
МПК F16 L 11/ 08
между тем как более короткие грузонесущие элементы испытывают напряжения растяжения. Развиваемые напряжения G равны :
где: а - расстояние грузонесущего элемента от нейтральной оси R - радиус изгиба гибкой трубы по нейтральной оси Е - модуль упругости материала грузонесущих элементов
Возникающие в грузонесзщих элементах гибкой трубы напряжения, обусловленные технологией изготовления, приводят к снижению расчетного запаса прочности грузонесущих элементов, и, следовательно, гибкой трубы в целом. Данные напряжения могут быть изначально рассчитаны и компенсированы, например путем увеличения площади поперечного сечения грузонесущих элементов, что обеспечит требуемый запас прочности, но приведет к излишнему расходованию материалов. Однако этот расчет может быть произведен с достаточной степенью точности лишь применительно к условиям изготовления гибкой трубы, когда заранее известен радиус намотки, а в реальных условиях прокладки, когда характер положения гибкой трубы заранее предсказать невозможно, учесть фактические напряжения, возникающие в грузонесущих элементах, не представляется возможным. Приложение к гибкой трубе в процессе эксплуатации внутреннего рабочего давления приведет к дополнительному нагружению грузонесзтдих элементов, что в сочетании с их предварительным нагружением может привести к выходу их из строя с последующим разрушением гибкой трубы, а
а G   Б
следовательно к утечкам транспортируемых сред, загрязнению окружающей среды и т.д. Данная ситуация особенно обостряется при транспорте высокоагрессивных сред, например сероводородосодержаших, в труднодоступных условиях, где затруднены обнаружение и устранение аварии.
При определении уровня техники по предлагаемому решению, было выявлено а.с. № 1765598, F 16 L 11/08, в котором по крайней мере один из концов проложенных параллельно оси трубы стержней, выполненных из пластичного материала, снабжен утолщением и расположен подвижно в полости, выполненой в теле соединительной муфты. Это решение имеет внешнее сходство с предлагаемым, но стержни с утолщением не являются грузонесущими элементами, а предназначены для фиксации формы изгиба этого участка гибкой трубы, а утолщение служит замком, фиксирующим положение муфты по отношению к трубе. Кроме того, полости для перемещения утолщений на стержнях выполнены в теле муфты, но не трубы. Т.е. решения проявляют разные свойства при своем осуществлении.
За прототип принято а.с. СССР № 934141 F16 L 11/08, Гибкая труба, БИ № 21.1982 г. Труба содержит внутреннюю герметизирующую камеру, каркас, защитную полимерную оболочку и грузонесущие элементы, уложенные в пазы, выполненые с зазором на наружной поверхности герметизирующей камеры. Прототип выбран по количеству существенных признаков, совпадающих с заявляемым решением.Недостатком прототипа является
Задачей изобретения является повышение надежности трубопроводов, сокращение их материалоемкости. Поставленная задача достигается тем, что в гибкой трубе, включающей внутреннюю полимерную камеру, проложенные на ее наружной поверхности, параллельно оси трубы, трузонесущие элементы, каркас для радиальных нагрузок, например спиральный, и наружную оболочку,грузонесущие элементы снабжены
выравнивающими устройствами. Устройства состоятиз
выполненных в теле трубы, преимущественно по ее торцам, или по крайней мере на одном из них, полостей, например цилиндрических, соединенных между собой кольцевым каналом для перетока несжимаемой жидкости, а концы грузонесущих элементов снабжены поршнями, герметично прилегающими к стенкам полостей. Причем выравнивающим устройством снабжают каждый грузонесущий элемент и выполнено оно может быть, при необходимости, в любом месте по длине трубы, преимущественно по торцам, или на одном из торцев.
Предлагаемое решение позволит устранить предварительные напряжения в грузонесущих элементах, связанные с неравномерностью их длин, за счет перераспределения их положения в гибкой трубе при различных положениях самой гибкой трубы: изогнутой на барабане, разложенной прямолинейно, разложенной криволинейно по пересеченной местности, или, например, огибающей различного рода препятствия и т.д., обеспечит наиболее полное использование прочностных характеристик материала грузонесущих элементов, что в целом повысит надежность гибкой трубы и снизит ее материалоемкость.
На фиг. 1 показана гибкая труба, разделанная послойно и пример расположения выравнивающего устройства на одном из ее торцев. На фиг.2 показан пример выполнения выравнивающего устройства. На фиг.З показано перемещение грузонесущих элементов при изгибе трубы в процессе ее сматывания с барабана и при прокладке трубопровода.
Гибкая труба, представляет собой внутреннюю полимерную герметизирующую камеру 1, грузонесущие элементы 2, расположенные в пазах, выполненных по наружной поверхности герметизирующей камеры параллельно ее оси и диаметрально другдруга, спиральный каркас 3 и наружную оболочку 4. В теле трубы, либо по крайней мере с одного из ее торцев, выполнены полости 5, соединенные между собой каналами 6 для перетока несжимаемой жидкости 7, в полости 5 входят концы грузонесущих элементов, снабженные поршнями 8, герметично прилегающими к стенкам полостей.
При укладке гибкой трубы в трубопровод, изогнутого по рельефу местности в различных положениях по радиусам R1, R2 и т.д., либо обходящего различного рода препятствия, более короткие грузонесущие элементы (2), перемещаясь, поршнями (8) вытесняют жидкость из своих полостей (5), которая по каналу (6), соединяющему все полости, перетекает в соответствующие полости более длинных грузонесз их элементов, и воздействуя на их поршни перемещает их. Перемещение грузонесущих элементов обеспечивает полную их разгрузку от напряжений, вызванных изгибом или изгибами в трубопроводе гибкой трубы. При эксплуатации грузонесущие элементы нагружаются только от воздействия внутреннего рабочего давления в трубопроводе, что позволяет в
максимальной степени использовать прочностные характеристики материала грузонесущих элементов. При этом обеспечивается исключительно равномерное распределение нагрузки по грузонесущим элементам, поскольку любой изгиб трубопровода вызовет соответствующее перемещение грузонесущих элементов и соответственно перераспределение в них нагрузок.