ПОЛИМЕРНЫЙ ТРУБОПРОВОД

Полимерный трубопровод
Полезная модель относится к производству и строительству трубопроводов в химической, газовой и нефтяной промышленностях для использования в условиях агрессивных сред и высоких давлений.
Известен трубопровод, в котором для соединения концов труб друг с другом используется соединительный элемент, выполненный в виде муфты с цилиндрическими полостями для концов соединяемых труб. Корпус муфты выполнен из термопластичного материала, внутри которого размещен армирующий слой, содержащий сплошную арматуру трубчатой формы, и нагревательный элемент, выполненный в виде спирали. (См. патент DE № 3932807, МКИ F16 L 47/02, 1991 г.)
Недостатком известной конструкции трубопровода является использование соединительного элемента, дополнительно содержащего жесткую арматуру в виде сплошной трубы, расположенной внутри монолита полимера муфты. Это делает невозможным применение известной муфты при сооружении тяжело нагруженных трубопроводов из армированных полимерных труб, т.к. ни муфта, ни соединяемые трубы не могут менять диаметр посадочных поверхностей в процессе сварки, чтобы обеспечить плотное надежное соединение.
Известен полимерный трубопровод, состоящий из жестко соединенных друг с другом посредством соединительных элементов полимерных армированных труб заданной длины, запорной аппаратуры, насосов, при этом полимерные трубы содержат усилитель прочности, выполненный в виде объемного армирующего каркаса, размещенного в монолите полимера, а соединительный элемент выполнен в виде фитинга и представляет собой корпус, выполненный из монолитного блока полимера с цилиндрическими полостями для концов соединяемых труб, в блоке полимера размещен армирующий каркас, со стороны внутренних поверхностей полостей
2 о о 1 1 г о о и 1
F16L9/12, 47/00
установлены нагревательные элементы в виде токопроводящих спиралей, делящие внутреннюю поверхность полости на зоны нагрева и холодную зону, при этом армирующий каркас соединительного элемента выполнен перфорированным в виде кольца и взаимодействующих с ним продольных элементов, размещенных на кольце с возможностью их радиального перемещения, а ширина кольца соразмерна с шириной холодной зоны. (См. патент РФ № 2135875, «Полимерный трубопровод, МПК F16 L 9/12, 47/00, заявл. И.И.98, опубл. 27.08.99, БИ№24, 1999г.)
Недостатком известного трубопровода является использование в нем соединительного элемента, выполненного из монолитного блока полимера с размещенными в нем перфорированным армирующим каркасом и нагревательными элементами в виде токопроводящих спиралей. С помощью нагревательных элементов осуществляют сварку труб с соединительным элементом, при этом в соединительном элементе остается холодная зона, не приваренная к трубам, и сами трубы остаются не сваренными между собой. В зазор между трубами, установленными встык, и в так называемую холодную зону, может попадать агрессивная среда. 11ри воздействии высоких давлений агрессивная среда может попадать и в бывшую зону нагрева, где находятся нагревательные спирали из металла. Т.к. адгезии металла и полимера не бывает, между ними всегда остается микрозазор, в который может проникнуть агрессивная среда. Любой металл, соприкасающийся с агрессивной средой, может быть подвержен коррозии и разрушению, что снижает надежность соединения труб и надежность работы трубопровода.
Известны трубопроводы с соединительными элементами в виде неразъемных соединений труб из армированного термопласта, содержащие втулку с законцовками, размещенную между торцевыми поверхностями труб и охватывающую законцовками их цилиндрические поверхности, а также металлическую гильзу, охватывающую цилиндрические поверхности втулки, при этом втулка выполнена из двух частей, сваренных между собой встык по торцевым поверхностям, на законцовках втулки выполнены упорные
поверхности, сопрягаемые с фиксирующими элементами в виде металлических клиньев, приваренных к гильзе (см. патент РФ № 2087785, «Неразъемное соединение труб из армированного термопласта и способ его осуществления, заявл. 12.05.93 г., опубл. 20.08.1997 г., БИ № 23, 1997 г.)
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известного неразъемного устройства в трубопроводе, принятом за прототип, относится то, что в неразъемном соединении труб дополнительно используется цельная металлическая гильза, которая устанавливается на уже сваренные части втулки.  исключения относительного смещения гильзы и втулки устанавливаются дополнительные фиксирующие элементы в виде металлических клиньев, привариваемые к гильзе. Приварка клиньев к гильзе производится на трубопроводе и может привести к прогарам термопласта и разгерметизации трубопровода. Установка металлической гильзы усложняет и удорожает сборку, а выполнение гильзы цельной не предполагает использование соединения труб на поворотах трассы.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании трубопроводов с прочными, не подверженными коррозии неразъемными соединениями металлопластовых труб, использовании таких неразъемных соединений, как на прямолинейных участках трассы трубопроводов, так и на любых поворотах трассы.
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в расширении возможностей применения трубопровода на любых участках трассы, изменяющих направление движения под любым углом, при упрощении сборки соединений, а также в повышении надежности работы трубопроводов любых диаметров в условиях высоких давлений и агрессивных сред.
Указанный технический результат достигается тем, что в полимерном трубопроводе, преимущественно металлопластовом, включающем жестко соединенные друг с другом посредством соединительных элементов
полимерные трубы заданной длины с усилителем прочности, выполненным в виде объемного армирующего каркаса, запорную арматуру, насосы, а неразъемный соединительный элемент выполнен в виде корпуса из сваренных стыковой сваркой концевых втулок, с выполненными в них полостями, сопрягающихся с поверхностями установленных в эти полости труб, согласно изобретению, трубопровод включает неразъемное соединение кольцевых торцовых участков труб, сваренных встык, а соединение трубы и концевой втулки, выполненное радиальной сваркой трением, содержит заданную последовательность сопряжений с начальным натягом и без натяга, при этом одно из сопряжений без натяга выполнено по предварительно сформированным конусным торцовым поверхностям втулки и трубы и расположено между сопряжениями, выполненными по цилиндрическим поверхностям, сопряжения без натяга по цилиндрическим поверхностям выполнены с противоположных сторон от сопряжения с начальным натягом, одно - на диаметре, меньшем внутреннего диаметра армирующего каркаса и на длине, обусловленной конструкцией втулки, другое - на наружном, предварительно отцентрированном с втулкой диаметре трубы, на длине более длины сопряжения по поверхности с натягом.
На конусной торцовой поверхности втулки выполнен кольцевой паз шириной не менее толщины армирующего каркаса трубы, расположенный противоположно торцу каркаса.
Концевые втулки и кольцевые торцовые участки труб обрезаны и сварены под углом .
Выполнение трубопровода с неразъемным соединением кольцевых торцовых участков труб и с неразъемным соединительным элементом в виде корпуса из сваренных стыковой сваркой концевых втулок и приваренных к ним радиальной сваркой трением металлопластовых труб с заданной последовательностью сопряжений трубы и втулки позволяет получить новую конструкцию трубопровода.
Выполнение неразъемного соединения со сваркой встык кольцевых торцовых участков труб позволяет полностью герметизировать армирующий каркас трубы и исключить попадание в него агрессивной среды.
Выполнение соединения трубы и втулки по одной, выполненной сваркой трением, сопрягающейся поверхности с натягом и по последовательности поверхностей, сопрягающихся без натяга, позволяет получить герметичную конструкцию соединения с заданной несущей способностью, упростить сборку конструкции при сохранении прочности и надежности соединения.
Возможность выполнения сопрягаемых торцовых поверхностей трубы и втулки коническими исключает выполнение дополнительной посадочной поверхности с натягом, упрощает расчеты и приспособления для осуществления натяга и сварки только по одной цилиндрической поверхности..
Предварительное центрирование втулки на трубе обеспечивает выполнение сопряжения без натяга на наружном диаметре трубы и на длине более, чем длина сопряжения по поверхности с натягом, исключая задиры и возможность некачественной сварки, которые могут нарушить несущую способость соединения.
Выполнение сопряжения без натяга на диаметре, меньшем внутреннего диаметра армирующего каркаса и на длине, обусловленной линейными размерами втулки, обеспечивающими, в свою очередь, возможность сваривания соединений встык, позволяет выполнить конструкцию соединения без дополнительных торцовых швов внутри трубы, исключить возможность попадания агрессивной среды на каркас трубы и, тем самым, повысить надежность соединения трубчатых деталей. Швы внутри трубопровода остаются только в местах кольцевых сварных стыков торцовых участков труб.
расположенным противоположно торцам элементов, образующих каркас, исключает на площади паза контакт каркаса трубы и корпуса втулки, обеспечивая качество сопряжения и необходимую герметизацию каркаса после соответствующей осадки втулки и трубы при их сварке трением.
Выполнение неразъемного соединения из обрезанных и сваренных под углом  втулок и кольцевых торцовых участков труб, позволяет получить трубопровод заданного направления без дополнительных вставок и элементов, изменяющих направление трассы трубопровода.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах полезной модели, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналоги, характеризующиеся признаками, тождественными всем существенным признакам устройства. Выбор прототипа позволил выявить совокупность существенных отличительных признаков устройства, не известных из уровня техники и не вытекающих для специалиста явным образом из известного уровня техники. Заявитель считает, что заявляемая полезная модель соответствует условию «новизна.
Полимерный трубопровод представлен на чертеже элементом трубопровода в виде неразъемного соединения термопластовых труб:
Фиг. - Неразъемное соединение труб из армированного термопласта, продольный разрез.
Устройство содержит соединяемые армированные трубы 1 и корпус герм он ластовойвтулки 2, сваренный с помощью закладного
нагревательного инструмента сваркой встык |1| из двух частей 2, в которых выполнены полости для сопряжения с трубами 1. Труба 1 содержит усилитель прочности в виде жесткого сварного каркаса 3, сваренного из продольных 4 и навитых на них спиральных элементов 5, и сопрягается с полостями в корпусе 2 известным способом радиальной сварки трением 2 .
На торцовой конусной поверхности втулки 2 выполнен кольцевой паз 6 шириной не менее толщины каркаса 3 и расположенный противоположно ему. Труба 1 сопрягается с корпусом втулки 2 по сваренным радиальной сваркой трением цилиндрическим поверхностям 7 с натягом, по цилиндрическим поверхностям 8 и 9 - без натяга, по конусным кольцевым поверхностям 10 - без натяга. В теле втулки выполнены технологические отверстия для выхода грата 11. Кольцевые участки торцов 12 труб 1 и торцы частей втулки 2 обрезаны и сварены между собой по торцовым поверхностям под углом 0 р 90°. Угол (3 определяется направлением трассы трубопровода.
Способ осуществления соединения трубы и втулки заключается в следующем. Обрабатывают поверхности 7 трубы 1 и корпуса втулки 2 по заданному диаметру и на длине, обеспечивающим прочность и плотность сопряжения с заданным натягом, а также поверхности 8 и 9 по заданным диаметрам и на соответствующих длинах сопряжений, обеспечивающим сопряжение трубы 1 и корпуса втулки 2 без натяга.
Обрабатывают части торцов труб I и внутренние торцы втулки 2 на конус под заданным углом.
Центрируют втулку 2 на трубе по поверхностям 8 и осуществляют по ним сопряжение без натяга.
Осуществляют сопряжения втулки 2 с трубой 1 с натягом по посадочным поверхностям 7, по коническим поверхностям 10 - без натяга с заданным аксиальным усилием, и по цилиндрическим поверхностям 8 и 9 по свободной посадке.
Относительным вращением деталей 1 и 2 производят радиальную сварку трением |2| поверхностей 7, сопряженных с натягом, при этом осуществляют сопряжения по поверхностям 8 и 9 и по коническим поверхностям 10. Контроль качества сварки осуществляют по выходу грата из отверстий 11.
Сборку трубопровода осуществляют следующим образом.
Обрезают и сваривают готовые неразъемные соединения труб по торцам под заданным углом 0 р 90° друг к другу. Нагревают торцы соединений до температуры плавления термопласта (200-250°С) известным способом 1|, прижимая их к нагретому инструменту. Затем удаляют инструмент, соединяют торцы между собой и прикладывают к ним осевое усилие для осуществления сварки. Сварку продолжают до тех пор, пока расплавленный термопласт образует кольцевой шов, качество которого контролируют по выходу кольцевого грата. Величина осевого усилия выбирается в зависимости от марки полимера, диаметра и толщины стенок труб, времени формирования кольцевого шва. Прекращают действие осевого усилия, соединение охлаждают естественным образом.
Предлагаемые трубопроводы и соединительные элементы для их сборки могут быть изготовлены на известном в технике оборудовании с использованием известных приемов. Трубопроводы могут использоваться в закрытых траншеях с засыпкой грунтом, а также при прокладке по поверхности грунта, не требуют электрохимической защиты от коррозии, а также теплоизолирующего покрытия.
Таким образом, изложенные сведения показывают, что конструкция предлагаемого трубопровода предназначена для работы с агрессивными транспортируемыми средами в нефтяной, газовой и химической промышленности. При этом появляется возможность использования предлагаемого трубопровода на любых поворотах трассы без применения дополнительных устройств и вставок в трубопровод, при упрощении сборки, при повышении надежности работы соединений. . 2. Список использованной литературы. Полимеры в газоснабжении. Справочник. М., Машиностроение, 1998. Патент РФ № 2085383, конвенц. приоритет от 01.11.1993, опубл. 27.07.1997 г. МПК В29С65/06, «Способ радиальной сварки трением трубчатых деталей на основе полиолефинов
1. Полимерный трубопровод, преимущественно металлопластовый, включающий жестко соединенные друг с другом посредством соединительных элементов полимерные трубы заданной длины с усилителем прочности, выполненным в виде объемного армирующего каркаса, запорную арматуру, насосы, а неразъемный соединительный элемент выполнен в виде корпуса из сваренных стыковой сваркой концевых втулок, с выполненными в них полостями, сопрягающихся с поверхностями установленных в эти полости труб, отличающийся тем, что трубопровод включает кольцевое неразъемное соединение торцовых участков труб, сваренных встык, а соединение трубы и концевой втулки, выполненное радиальной сваркой трением, содержит заданную последовательность сопряжений с начальным натягом и без натяга, при этом одно из сопряжений без натяга выполнено по предварительно сформированным конусным торцовым поверхностям втулки и трубы и расположено между сопряжениями, выполненными по цилиндрическим поверхностям, сопряжения без натяга по цилиндрическим поверхностям выполнены с противоположных сторон от сопряжения с начальным натягом, одно - на диаметре, меньшем внутреннего диаметра армирующего каркаса и на длине, обусловленной конструкцией втулки, другое - на наружном, предварительно отцентрированном с втулкой, диаметре трубы, на длине более длины сопряжения по поверхности с натягом
2.Полимерный трубопровод по п.1, отличающийся тем, что на конусной торцовой поверхности втулки выполнен кольцевой паз шириной не менее толщины армирующего каркаса трубы, расположенный противоположно торцу каркаса.
Формула.