ТРУБА С ВНУТРЕННЕЙ ПЛАСТМАССОВОЙ ОБОЛОЧКОЙ
PIPE WITH INTERNAL PLASTIC SHELL

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и может быть использовано при строительстве трубопроводов различного назначения, транспортирующих агрессивные среды.
Известна стальная труба с внутренней пластмассовой облицовкой (патент RU №2238470, МПК F16L 9/02, опубл. 20.10.2004 г.), содержащая в каждом из концов концентрично расположенные наружное и внутреннее защемляющие кольца. Наружное кольцо расположено между торцами трубы и ее внутренней облицовкой и выполнено из металла трубы. Внутреннее защемляющее кольцо прижимает конец облицовки к трубе и выполнено из коррозионно-стойкой стали. Внутренний диаметр концов трубы в интервале размещения защемляющих колец превышает внутренний диаметр самой трубы. Между торцами облицовки и наружного кольца расположено герметизирующее кольцо из упругоэластичного материала, которое по термостойкости больше, чем облицовка.
Недостатками данной трубы является то, что она не имеет достаточную герметичность прижатия концов облицовки к трубе внутренними защемляющими кольцами. Поэтому в конструкции предлагается использовать дополнительные герметизирующие кольца из упругоэластичного материала, что приводит к удорожанию конструкции. Для обеспечения работоспособности герметизирующих колец требуется высокая точность изготовления контактных поверхностей облицовки, защемляющих колец и внутренней поверхности трубы. При раздаче колец (согласно описанию патента) все изначальные геометрические размеры облицовки и защемляющих колец изменяются как в осевом, так и в радиальном направлениях. Как показывает практика, это неизбежно приводит к потере работоспособности герметизирующих колец. Отсутствие надежной фиксации внутреннего защемляющего кольца относительно наружного кольца приводит к его сдвигу в осевом направлении при раздаче, что приводит к разрушению конструкции прижатия концов облицовки. Предлагаемая труба не имеет достаточной фиксации облицовки, предотвращающей ее сдвиг относительно трубы в осевом направлении, что может привести к разрушению конструкции в процессе эксплуатации.
Известна стальная труба с внутренней пластмассовой трубой (патент RU №2525032, МПК F16L 13/02, опубл. в бюл. №22 от 10.08.2014 г.), содержащая на концах наружные и внутренние втулки. Наружные втулки, изготовленные из того же металла, что и труба, расположены между торцами пластмассовой и стальной труб. Внутренние втулки из коррозионно-стойкой стали закрепляют концы пластмассовой трубы от продольного перемещения. Между внутренними концами внутренних втулок и внутренними поверхностями наружных втулок размещен клей, или мастика, или герметик. Клей расположен также (согласно описанию) между внутренними концами внутренних втулок и концами пластмассовой трубы.
Недостатком данной трубы является то, что она не имеет достаточную герметичность прижатия концов пластмассовой трубы к стальной трубе внутренними втулками. Поэтому в конструкции трубы предлагается использовать клей, или мастику, или герметик, что приводит к удорожанию конструкции. Отсутствие фиксации внутренней втулки относительно наружной втулки приводит к ее сдвигу в осевом направлении при расширении, осуществляемом согласно описанию, разрушая конструкцию прижатия концов облицовки. Предлагаемая труба не имеет достаточной фиксации пластмассовой трубы, предотвращающей ее сдвиг относительно стальной трубы в осевом направлении, что может привести к разрушению конструкции в процессе эксплуатации.
Известна труба с внутренней пластмассовой оболочкой (патент RU №2141598, МПК F16L 9/02, опубл. 20.11.1999 г.), содержащая концентрично расположенные на концах сборные защитные втулки, состоящие из внутренних и наружных колец. Внутренние кольца выполнены из коррозионно-стойкого металла и выступают наружными концами не более чем на 2 мм за торцы трубы, а наружные кольца выполнены из того же металла, что и труба, с толщиной стенки, не превышающей толщину пластмассовой оболочки. Между внутренней поверхностью концов пластмассовой оболочки и наружными поверхностями внутренних колец размещен герметик из упругого эластичного материала. На наружной поверхности внутренних колец выполнены выступы, высота которых не превышает толщину стенки пластмассовой оболочки.
Недостатком данной трубы является то, что она не имеет достаточную герметичность прижатия концов пластмассовой оболочки к трубе внутренними кольцами. Поэтому между внутренней поверхностью концов пластмассовой оболочки и наружными поверхностями внутренних колец предлагается дополнительно использовать герметик, что приводит к удорожанию конструкции трубы. Отсутствие надежной фиксации внутреннего кольца относительно наружного кольца приводит к его сдвигу в осевом направлении при их расширении гидропрессом (применяется согласно описанию), что приводит к разрушению конструкции прижатия концов пластмассовой оболочки. Наличие на наружной поверхности внутренних колец выступов уменьшает толщину пластмассовой оболочки в местах их расположения после расширения колец, создавая опасные сечения в стенке оболочки. Это может привести к обрыву оболочки в процессе эксплуатации трубы.
Задачами изобретения являются снижение стоимости антикоррозионной защиты трубы, обеспечение прочности сборных защитных втулок, достижение необходимой герметичности и прочности зоны прижатия пластмассовой оболочки к стальной трубе.
Поставленные задачи решаются трубой с внутренней пластмассовой оболочкой, содержащей концентрично расположенные на концах трубы и скрепленные с ней сборные защитные втулки, состоящие из внутренних и наружных колец, причем наружные кольца изготовлены с толщиной стенки, не превышающей толщину пластмассовой оболочки.
Новым является то, что внутреннее кольцо снабжено наружной фаской внутри трубы, а на наружной поверхности в районе пластмассовой оболочки - кольцевыми проточками глубиной не менее 0,5 мм и не более до 1/3 толщины внутреннего кольца, причем толщина наружного кольца меньше толщины оболочки не более чем на 1/3, при этом кольцевые проточки внутреннего кольца снабжены на торцах фасками или в углах скруглениями, а наружные и внутренние кольца между собой изнутри трубы соединены сваркой.
На фиг. 1 изображен продольный разрез трубы с внутренней пластмассовой оболочкой.
На фиг. 2 изображен продольный разрез кольцевой проточки внутреннего кольца с фасками на торцах.
На фиг. 3 изображен продольный разрез кольцевой проточки внутреннего кольца, имеющей в углах сгругления.
Труба с внутренней пластмассовой оболочкой (фиг. 1) состоит из стальной трубы 1, внутренняя поверхность которой облицована пластмассовой оболочкой 2. На концах стальной трубы концентрично расположены сборные защитные втулки, состоящие из наружных колец 3 и внутренних колец 4. Наружные кольца 3 расположены между торцами стальной трубы 1 и торцами пластмассовой оболочки 2. Внутренние кольца 4 перекрывают внутреннюю поверхность наружных колец 3 и внутреннюю поверхность конечных участков пластмассовой оболочки 2. Внутренние кольца 4 на данных участках образуют зоны прижатия конечных участков пластмассовой оболочки 2 к внутренней поверхности стальных труб 1. Стенки пластмассовой оболочки 2 в зоне прижатия к стальной трубе 1 имеют уменьшение толщины до значения, равного толщине наружного кольца 3, и находятся в напряженно-деформированном состоянии сжатия. Толщина наружных колец 3 меньше толщины пластмассовой оболочки 2 вне зоны ее прижатия не более чем на 1/3. Внутренние кольца 4 выполнены из коррозионно-стойкой стали. На наружной поверхности внутренних колец 4 в зоне прижатия ими пластмассовой оболочки выполнены кольцевые проточки 5. Кольцевые проточки 5 (фиг. 2) снабжены на торцах фасками 6 или в углах (фиг. 3) скруглениями 7. Торцы внутренних колец 4 (фиг. 1), расположенных внутри трубы 1, снабжены наружными фасками 8. Внутренние втулки 4 скреплены с внутренними торцами наружных втулок 3 сваркой 9.
Труба с внутренней пластмассовой оболочкой может быть изготовлена следующим образом.
В трубу 1 вводят внутреннюю пластмассовую оболочку 2. Из концов трубы 1 на длину наружных колец 3 удаляют оболочку 2 и вставляют в них сборные защитные втулки, состоящие из наружных 3 и внутренних 4 колец. При этом наружный диаметр наружных колец 3 меньше чем внутренний диаметр стальной трубы 1, а наружный диаметр внутренних колец меньше, чем внутренний диаметр пластмассовой оболочки 2. Сборные защитные втулки расширяют в радиальном направлении расширителем (на фиг. расширитель не показан), последовательно перемещающимся в осевом направлении от внутренней стороны сборных защитных втулок к их наружной стороне. Наружный диаметр расширителя рассчитывается таким образом, чтобы наружные кольца 3 при расширении сборных защитных втулок прижимались к внутренней поверхности стальной трубы 1. При этом внутренние втулки 4, расширяясь, прижимают конечные участки пластмассовой оболочки 2 к внутренней поверхности стальной трубы 1. Так как толщина наружных колец 3 меньше толщины пластмассовой оболочки 2 не более чем на 1/3, концы пластмассовой оболочки 2 в зонах прижатия деформируются с уменьшением толщины не более чем на 1/3. При такой степени деформации ее упругая составляющая обеспечивает надежную герметизацию прижатия концов пластмассовой оболочки 2 к внутренним кольцам и к внутренней поверхности стальной трубы 1. Как показывает практика, при уменьшении толщины пластмассовой оболочки 2 свыше 1/3 от ее первоначальной толщины упругие напряжения сжатия исчезают, а деформация в данном случае является пластичной. Это приводит к потере герметичности зон прижатия конечных участков пластмассовой оболочки 2. Кроме того, при высоких степенях деформации существует опасность обрыва (среза) пластмассовой оболочки 2 торцами внутренних втулок 4 при их радиальном расширении. При расширении внутренних колец 4 их наружные фаски 8 позволяют прилагать к стенкам пластмассовой оболочки 2 сжимающие нагрузки постепенно от нуля (в начале фаски 8) до максимальных значений (в конце фаски 8), что предотвращает опасность ее обрыва или среза. Для обеспечения перемещения расширителя вдоль оси сборной защитной втулки внешний торец втулки должен фиксироваться упором. При этом расширитель должен иметь выход через упор для радиальной деформации по всей длине сборного наконечника. Так как сборный наконечник состоит из наружных 3 и внутренних 4 колец (как правило, очень тонких), существует опасность сдвига этих колец друг относительно друга в зоне упора, что может привести к потере работоспособности всей трубы. Предусмотренное в конструкции сборной втулки скрепление между собой колец 3 и 4 сваркой 9 полностью предотвращает такую опасность. Коэффициенты термического расширения стали и некоторых пластмасс могут отличаться в десять раз, поэтому температурные изменения внешней среды при хранении, транспортировке и эксплуатации предлагаемых труб могут вызвать перемещения пластмассовой оболочки 2 относительно стальной трубы 1. В некоторых случаях силы прижатия концов пластмассовой оболочки 2 сборными наконечниками может оказаться недостаточно, чтобы противостоять данным перемещениям. При значительной длине трубы 1 концы пластмассовой оболочки 2 при ее температурном сжатии могут выйти из зон прижатия, вызвав потерю их герметичности. Кольцевые проточки 5 внутренних колец 4 исключают возможность осевого сдвига пластмассовой оболочки 2 относительно сборных наконечников. Изготовление проточек 5 выгоднее изготовления выступов из-за меньшей металлоемкости заготовок. При токарном выполнении выступов металл необходимо снимать по всей длине заготовки внутренних колец 4 из дорогостоящей коррозионно-стойкой стали. В процессе прижатия концов пластмассовой оболочки 2 расширяющимися внутренними кольцами 4 проточки 5 заполняются деформируемой пластмассой. При возникновении осевых усилий в пластмассе, находящейся в канавках, возникают напряжения среза, препятствующие выходу концов оболочки 2 из зон прижатия. При радиальном расширении внутренних колец 4 может возникнуть опасность трещинообразования в районе проточек 5, поэтому их глубина не может быть более 1/3 толщины внутренних колец 4. Как показывает опыт, глубина проточек 4 меньше 0,5 мм не может обеспечить надежную фиксацию концов пластмассовой оболочки 2. Трещины, как правило, возникают по углам проточек 4, так как они являются концентраторами напряжений при деформации. Снабжение этих углов фасками 6 (фиг. 2) или скруглениями 7 (фиг. 3) исключает риск трещинообразования.
Таким образом, труба с внутренней пластмассовой оболочкой имеет следующие преимущества:
- снижение стоимости антикоррозионной защиты за счет снижения расхода дорогостоящей коррозионно-стойкой стали;
- высокая герметичность зоны прижатия пластмассовой оболочки к стальной трубе за счет того, что толщина наружного кольца меньше толщины оболочки до ее прижатия не более чем на 1/3;
- высокая герметичность зоны прижатия пластмассовой оболочки к стальной трубе за счет того, что отсутствует вероятность трещинообразования защитной сборной втулки в процессе изготовления;
- высокая прочность зоны прижатия пластмассовой оболочки к стальной трубе за счет того, что она прижимается внутренней втулкой, имеющей кольцевые проточки;
- высокая прочность сборных защитных втулок за счет того, что их внутренние и наружные кольца скреплены между собой сваркой.