Разъемный зажим

Настоящая полезная модель относится к разъемному зажиму, предназначенному для снижения внутренних напряжений, возникающих в восстановленных сварных соединениях, и повышению прочностных характеристик сварных швов труб, и может быть использована при проведении регламентных, ремонтных и иных работ на морских нефтегазовых сооружениях (нефтепроводах, газопроводах, морских стационарных платформ и др.).
Морские нефтегазовые сооружения (МНГС), из-за воздействия внешних сил находятся в сложнонапряженном состоянии, часто подвергаясь знакопеременным циклическим нагрузкам. Действия этих напряжений приводят к накоплению усталостных повреждений с последующим разрушением сварных соединений. Как показали данные экспериментальных исследований, ресурс отремонтированного сварного соединения значительно ниже, чем у нового соединения. В результате при проведении ремонта сварных соединений МНГС их ресурс в некоторых случаях может не соответствовать необходимому сроку продления эксплуатации.
Величина прогнозируемого ресурса напрямую зависит от величин знакопеременных напряжений, действующих в сварном соединении. Одним из путей увеличения срока службы восстановленного сварного соединения является снижение действующих в нем переменных напряжений, что можно сделать с помощью усиливающей конструкции, выполняющей роль своеобразного бандажа, воспринимающего на себя большую часть воздействующих на сварное соединение нагрузок.
Как правило, в качестве указанной выше конструкции, для разных случаев, используют разъемные зажимы в виде хомутов, которые, в основном, применяют для устранения протечек путем установки конструкции непосредственно на трубу, с возможностью ее охватывания, с последующей стяжкой охватывающих трубу элементов. При этом хомуты используют не только для устранения протечек, но и для соединения труб, оси которых расположены под разными углами по отношению друг к другу и где требуется простое механическое соединение.
Примером такого механического соединения двух перпендикулярных труб служит техническое решение, известное из патента РФ № 145540, класс F16L 23/00, опубликован20.09.2014.
Механическое соединение труб в данном примере осуществляется посредством разъемного зажима (хомута) для соединения двух взаимно перпендикулярных труб, состоящего из двух полуколец, где первое полукольцо выполнено с одним сквозным отверстием на каждом из торцов с возможностью прохождения через каждое отверстие зажимного винта, а второе полукольцо выполнено с одним углублением на каждом из торцов с возможностью резьбового удержания в каждом углублении по одному винту, для охвата и стягивания наружной поверхности первой трубы, на внешней поверхности одного из полуколец выполнены пазы, обеспечивающие возможность погружения в них головок зажимных винтов, причем, на внешней поверхности, по меньшей мере, одного из полуколец выполнен, по меньшей мере, один выступ, в торце выступа выполнено глухое отверстие для охвата присоединяемой трубы, глухое отверстие в торце выступа выполнено с осью перпендикулярной оси хомута, в стенке выступа выполнено сквозное отверстие для крепежного элемента фиксирующего присоединяемую трубу.
Известный хомут используется исключительно в качестве соединительного элемента, не предназначенного при этом для восприятия каких-либо значительных по величине знакопеременных внешних нагрузок.
Из патента РФ №189577, класс F16L 55/17, опубликован 28.05.2019, известен разъемный зажим, состоящий из двух сопрягаемых частей, при этом каждая часть имеет форму полуцилиндра и выполнена с возможностью соединения с другой частью. При использовании каждая часть накладывается на поверхность трубы в продольном направлении и затем обе части стягиваются между собой крепежными элементами, образуя при этом достаточно жесткое соединение, усиливая тем самым зону пониженной прочности.
Недостаткам данного технического решения является отсутствие возможности охвата труб, соединенных, например, посредством сварки и расположенных под углом друг к другу, например, перпендикулярно.
Из патента РФ № 153566, класс А63В 17/02, опубликован 27.07.2015, (принят в качестве наиболее близкого аналога) известен разъемный зажим, для соединения двух взаимно перпендикулярных труб, состоящий из двух полуколец, где первое полукольцо имеет по одному сквозному отверстию с внешним пазом на каждом из торцов с возможностью прохождения через каждое отверстие зажимного винта и погружения его головки в паз, а второе полукольцо имеет на каждом из торцов по одному углублению с возможностью резьбового удержания в каждом углублении по одному винту, при этом указанные полукольца образуют две взаимно перпендикулярные сообщающиеся полости цилиндрической формы, где первая полость сформирована внутренней поверхностью полуколец с возможностью охвата и стягивания наружной поверхности первой трубы заданного диаметра, а вторая полость сформирована двумя симметрично расположенными пазами, выполненными на торцевой поверхности внутри одного из сопрягаемых концов каждого полукольца, с возможностью охвата и стягивания наружной поверхности торцевого конца второй трубы заданного диаметра, при этом обеспечивается возможность сквозного прохождения через указанную вторую полость и торцевой конец второй трубы одного из зажимных винтов, при этом на торцевых концах полуколец выполнены одинаковые срезы таким образом, что образующиеся торцевые поверхности полуколец расположены параллельно друг другу и перпендикулярно скрепляющим винтам.
К недостаткам данного технического решения следует отнести формирование полости для второй трубы двумя симметрично расположенными пазами, выполненными на торцевой поверхности внутри одного из сопрягаемых концов каждого полукольца, с возможностью охвата и стягивания наружной поверхности торцевого конца второй трубы, при этом указанная полость выполнена с возможностью прохождения сквозь нее одного из зажимных винтов, который одновременно проходит сквозь торцевую часть второй трубы, ослабляя тем самым несущую способность стенок трубы и нарушая ее целостность.
Технической задачей, для решения которой предназначена заявленная полезная модель является создание конструкции разъемного зажима, усиливающего несущую способность сварного стыковочного узла трубопровода и его ответвлений и повышающего ресурс сварных соединений.
Это же является и техническим результатом, для достижения которого предназначена заявленная полезная модель.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, заявленная полезная модель содержит два элемента, каждый из которых  выполнен с возможностью соединения с другим, образуя при этом две рабочие полости, оси которых ориентированы в продольном и вертикальном направлении соответственно, при этом каждый элемент содержит два участка, образующих Т-образную форму, причем каждый участок каждого элемента выполнен в виде полуцилиндра, при этом стенки обеих участков одного из элементов выполнены сплошными, а стенка одного из участков другого элемента содержит отверстие, имеющее разрыв, образующий две, разнесенные друг относительно друга ветви, концевые участки которых выполнены отогнутыми с образованием проушин, при этом второй участок данного элемента и оба участка второго элемента также снабжены проушинами.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведен общий вид разъемного зажима в разобранном виде, на фиг. 2 приведено трехмерное изображение охвата нескольких взаимно перпендикулярных труб с помощью данного зажима.
Заявленное устройство разъемного зажима состоит из двух, 1 и 2, конструктивных элементов, имеющих возможность соединения и разъединения друг с другом. Оба элемента имеют Т-образную форму. На элементе 1 указанная форма образована участками 3 и 4, на элементе 2 – участками 5 и 6 соответственно. Все участки упомянутых элементов выполнены в виде полуцилиндра. Стенки участков 5 и 6 выполнены сплошными, а стенка участка 3 содержит отверстие, имеющее разрыв, образующий разнесенные друг относительно друга ветви 7 и 8, концевые участки которых выполнены отогнутыми с образованием проушин 9 и 10. Аналогичные проушины выполнены на участке 4 (поз. 11), а также участках 5 и 6 (поз.12 и 13 на фиг.1). Посредством указанных проушин, с помощью крепежных средств, происходит соединение элементов 1 и 2.
При использовании заявленного разъемного зажима, элементами 1 и 2 осуществляют охват стыковочного узла трубопровода как это показано на фиг.2 и затем производят плотный зажим указанного участка элементами 1 и 2 непосредственно через проушины с помощью крепежных средств, в частности болтов и гаек. Происходит жесткая фиксация всех элементов стыковочного узла и соответственно его сварных соединений, при этом часть величины внешнего воздействия на трубы воспринимается непосредственно зажимом, что ведет к снижению внутренних напряжений в сварных швах и соответственно к увеличению их несущей способности и повышению ресурса самого сварного соединения.
Как показали исследования, наибольшее снижение напряженного состояния в восстановленных сварных соединениях (от 45% до 65%)достигается при увеличении толщины стенок обеих рабочих полостей, образуемых элементами 1 и 2 устройства. На практике, предпочтительно использовать конструкцию разъемного зажима с толщиной стенок участка 6 равной 2 мм, а участка 3 – 4 мм соответственно, при этом длина указанных участков должна составлять 0,5 от величины их диаметров.
Для изготовления заявленного разъемного зажима возможно применение технологий, хорошо апробированных на практике: литье в формы, горячая штамповка и сварка из составных стальных деталей. Наиболее рентабельной технологией производства с экономической точки зрения считается метод горячего штампования.