ЦЕНТРИРУЮЩАЯ ОПОРА

Полезная модель относится к производству труб и трубопроводных систем, конструкции которых построены по типу «труба в трубе», содержащих в своем составе, по меньшей мере, одну внутреннюю рабочую трубу, наружную гидрозащитную трубу-оболочку, расположенный между ними слой изоляции и может быть использована при производстве предварительно изолированных труб и фасонных изделий с тепловой изоляцией из пенополиуретана (ППУ) применяемых для ЖКХ, объектов теплоэнергетики, нефтегазовом комплексе и др.
Основные функции центрирующей опоры, как элемента конструкции - обеспечение концентричного расположения рабочей трубы относительно гидрозащитной трубы-оболочки и размещение с фиксацией элементов системы оперативного дистанционного контроля (СОДК) в межтрубном пространстве на технологических этапах сборки и т.д.
Известно устройство для концентрического размещения одной трубы в полости другой (патент на изобретение US 2551867; 08.05.1951), которое, согласно изобретению, содержит множество удлиненных распорных элементов из материала, имеющего высокую диэлектрическую и механическую прочность и низкое влагопоглощение, расположенных на внешней поверхности внутренней трубы. Ряд U-образных стержней, используемых для жесткого зажима указанных элементов к внутренней трубе, проходит в поперечном направлении сквозь распорные элементы. Стержни расположены попарно, напротив друг друга, и снабжены средствами для протягивания, что позволяет прижать распорные элементы к внутренней трубе.
Рассмотренное устройство позволяет получить кольцевую полость между внешней и внутренней трубой, однако является нетехнологичным, ввиду относительно сложной конструкции и необходимости проведения дополнительных работ по сборке опоры.
Известно центрирующее устройство, описанное в заявке на систему силовой, легкой и компактной супер-изоляции (международная заявка WO 2004099554; 18.11.2004). Система использует распорки, чтобы обеспечить поддержку конструкции трубопровода, а также ограничить прогиб тонкой защитной наружной оболочки, которая поддерживается распорками, чтобы сформировать прочный катеноид для защиты изоляционного материала.
Система в целом и центрирующее устройство, в частности, предназначены для работы в условиях, характеризующихся высокими сжимающими нагрузками, воздействующими на трубопровод, например, глубоководные трубопроводы. Однако, использование распорочного элемента из описанного выше патента, при производстве труб с теплоизоляционным покрытием из отвержденного вспенивающегося изолирующего материала, имеет некоторые ограничения. В частности, большая плотность витков распорочного элемента препятствует течению жидкой реактивной композиции пенополиуретана (ППУ) в момент ее подачи, создает сопротивление в качественном и количественном заполнении межтрубного пространства, кроме того, монтаж такого элемента на рабочую трубу является достаточно трудоемким.
Известна концентрическая опора для трубопровода (авторское свидетельство SU 1613776; 15.12.1990; МПК F16L 7/00), которая включает в себя несущую часть, выполненную в виде незамкнутого хомута из полосы, имеющей на общей продольной линии надрез, с каждого из торцов. После ввода трубы в кожух производят вращение гайки резьбового распорного элемента, в результате чего два торцевых участка хомута, несущих распорный элемент, отклоняются от поверхности трубы, чем обеспечивается раскрепление (с центровкой) трубы относительно внутренней поверхности кожуха на упорах в стержни центрирующего элемента, радиально укрепленные на хомуте.
Конструкция описанной концентрической опоры дает возможность закреплять ее на рабочей трубе, и, с помощью той же опоры, позволяет зафиксировать рабочую трубу внутри оболочки, что и является основной задачей полезной модели. Тем не менее, при производстве труб с ППУ изоляцией, от центрирующих опор не требуется жесткая фиксация рабочей трубы относительно трубы-оболочки. Это связано с тем, что пенополиуретан, благодаря высоким адгезионным свойствам, объединяет в единую конструкцию рабочую трубу с оболочкой. Кроме того, вращение гайки резьбового распорного элемента, после ввода трубы в кожух, нетехнологично, так как нормальный доступ инструмента к гайке будет отсутствовать.
Наиболее близким, к заявляемому, является устройство центрирующей опоры для внутренней трубы (патент на изобретение RU 2350829; 19.09.2007; МПК F16L 59/14), представляющее собой хомут со стяжным замком, охватывающий внутреннюю трубу, стойками для фиксации положения внутренней трубы, радиально расположенными на хомуте. Хомут и стойки выполнены как единая конструкция из пластмассы. На концах стоек размещены опорные башмаки, а стяжной замок, исполнен в виде выполненной на одном конце хомута изогнутой вдоль поверхности внутренней трубы зубчатой гребенки и выполненной напротив нее на другом конце ответной зубчатой гребенки. Образован щелевидный проход для зубчатой гребенки. Зубчатая гребенка, ответная зубчатая гребенка и направляющая полоса в поперечном сечении выполнены с одним уступом.
Известное центрирующее устройство характеризуется упрощенной конструкцией и технологией изготовления, позволяет исключить применение инструмента для установки и фиксации центрирующей опоры на внутренней трубе. Тем не менее, такая конструкция центрирующей опоры не позволяет создавать натяжение при стягивании рабочей трубы хомутом опоры. На практике это означает, что хомут, после закрытия замка, охватывает стальную рабочую трубу с минимальной степенью обжатия и имеет свойство смещаться вдоль рабочей трубы при выполнении сборки конструкции «труба в трубе» за счет силы трения ввиду контакта башмаков опоры с торцевой части и внутренней поверхностью трубы-оболочки. Более того, описанный в изобретении механизм взаимодействия замка и направляющей, не является достаточно надежным, так как, не предотвращается раскрытие замка, или сдвиг гребенок в сторону от мест зацепления.
Технической проблемой, решаемой полезной моделью, является разработка устройства центрирующей опоры, которая при простоте конструкции и низкой себестоимости позволит обеспечить высокую скорость технологического процесса сборки, простоту установки и закрепления, с одновременной надежностью конструкции, предотвращающей раскрытие и боковой сдвиг взаимодействующих элементов замка.
Концентрическое размещение рабочей трубы внутри гидрозащитной трубы-оболочки является важным и неотъемлемым этапом производства изолированных труб и фасонных изделий. Именно на центрирующие опоры возлагается функция по обеспечению требуемых геометрических параметров кольцевой полости межтрубного пространства, вследствие чего равномерность толщины изолирующего покрытия находится в прямой зависимости от качества установки, функционирования и работоспособности центрирующих опор.
Достигаемый полезной моделью технический результат заключается в повышении надежности устройства при эксплуатации за счет устранения проблем, связанных с несанкционированным раскрытием стяжного замка и, как следствие, с несанкционированным перемещением центрирующей опоры вдоль рабочей трубы при проведении технологической операции «сборка конструкции» типа «труба в трубе» при одновременном предотвращении сдвига взаимодействующих частей стяжного замка в сторону от зацепления.
Наиболее простым и одновременно эффективным с технической точки зрения решением, позволяющим устранить недостатки предшествующих конструкций, в том числе наиболее близкого аналога, и решить указанную техническую проблему, является применение конструкции центрирующей опоры, которая, за счет собственной упругости обжимает рабочую трубу, увеличивая силы взаимодействия (трения), действующие между центрирующей опорой и рабочей трубой, тем самым предотвращая их взаимное перемещение.
Для достижения указанного эффекта и предотвращения потери жесткости конструкции предложена опора, в которой упругость конструкции обеспечивается пружинным элементом, работающим на стягивание. Кроме того, в предложенной центрирующей опоре, указанный выше пружинный элемент, работающий на стягивание, одновременно является элементом стяжного замка, так как одна из зубчатых гребенок выполнена непосредственно на его свободном конце.
Таким образом, центрирующая опора, как и наиболее близкий аналог, представляет собой единую конструкцию, выполненную из полимерного материала, и содержит:
- хомут в виде жесткой пластины, имеющей форму незамкнутого кольца со стойками, радиально расположенными по наружному периметру незамкнутого кольца;
- стяжной замок, который содержит зубчатые гребенки, закрепленные на противоположных сторонах незамкнутого кольца, выполненные с возможностью вступать во взаимное зацепление и гладкую направляющую, расположенную с образованием щелевого зазора над первой зубчатой гребенкой и повторяющую общую форму ее контура.
Заявленная полезная модель характеризуется следующими существенными отличительными признаками, обеспечивающими решение поставленной технической проблемы с достижением указанного технического результата:
- выполнение направляющей, в виде прижимной пружины, обеспечивающей возможность прижатия зацепляемых между собой зубчатых гребенок друг к другу при закрытом положении замка;
- снабжение стяжного замка пружинным элементом, работающим на стягивание, на свободном конце которого размещена одна из зубчатых гребенок стяжного замка;
- снабжение направляющей ограничителями бокового сдвига второй гребенки при закрытом положении замка.
Указанный выше технический результат, а именно, надежность работы устройства при эксплуатации, т.е. обеспечение гарантировано плотного и надежного прижатия центрирующей опоры к поверхности рабочей трубы, достигается за счет того, что крепление центрирующей опоры на рабочей трубе осуществлено с заданным конструкцией опоры натягом, который обусловлен наличием пружинного элемента, работающего на стягивание при закрытом (рабочем) положении замка, т.е. при взаимозацеплении зубчатых гребенок стяжного замка; кроме того, направляющая, выполненная в виде прижимной пружины, расположенной с образованием щелевого зазора над первой зубчатой гребенкой с возможностью поджатия к ней второй зубчатой гребенки при закрытом положении замка, исключает возможность самопроизвольного раскрытия стяжного замка под воздействием усилия, работающего на стягивание, для этого же служат боковые ограничители на направляющей, препятствующие сдвигу взаимодействующих частей стяжного замка в сторону от зацепления.
В частных случаях выполнения центрирующей опоры прижимная пружина может быть выполнена заодно с ближайшей, к незамкнутой части, стойкой хомута, а концы стоек, контактирующие с трубой-оболочкой, выполнены с заходной фаской по одному или обоим торцам.
Кроме того, предпочтительно, чтобы направленные навстречу друг другу зубья первой зубчатой гребенки и зубья второй зубчатой гребенки, закрепленной на консольном конце пружинного элемента, работающего на стягивание, при закрытом положении замка располагались в клиновидном щелевидном зазоре с обеспечением зацепления с одновременным поджатием гребенок навстречу друг другу посредством направляющей, выполненной в виде прижимной пружины.
Как отмечено выше, технический результат от использования полезной модели заключается в повышении надежности фиксации центрирующей опоры на наружной поверхности рабочей трубы за счет создания усилия стягивания на элементах стяжного замка и исключения его самопроизвольного раскрытия, которое может произойти под действием упомянутого стягивающего усилия, при этом заявленная центрирующая опора за счет наличия тех же существенных признаков позволяет сократить технологическое время на установку центрирующей опоры вследствие удобства работы с описанной выше конструкцией стяжного замка. В частности, одним из признаков, позволивших повысить надежность работы стяжного замка, является использование прижимной пружины в качестве направляющей. Прижимная пружина закреплена на одной стороне незамкнутого кольца, на которой закреплена также первая зубчатая гребенка и конструктивно, при этом прижимная пружина может быть выполнена как прямой, так и изогнутой формы. В первом случае прижимную пружину закрепляют так, что свободное плечо пружины находится под острым углом к опоре и совместно зубчатой гребенкой образует клиновидный (под углом) щелевой зазор.
Особенностями данного технического решения является то, что свободное плечо прижимной пружины расположено над зубьями первой гребенки таким образом, что образованный этими двумя элементами щелевой (угловой) зазор имеет наименьшую высоту в месте входа в зацепление второй зубчатой гребенки.
Важным является и то, что указанная минимальная высота клиновидного щелевого зазора, в предложенной полезной модели, меньше, чем толщина второй зубчатой гребенки, закрепленной на пружинном элементе, работающем на стягивание. Благодаря этому, при вхождении второй зубчатой гребенки в клиновидный зазор, прижимная пружина, за счет изгиба, переходит в упруго деформированное состояние, тем самым, придавливая гребенки стяжного замка друг к другу. Прижимная пружина одновременно выполняет функцию направляющей скольжения и вместе с расположенными на ее концах ограничителями, охватывает входящую в щелевой зазор вторую зубчатую гребенку, задавая ее движение строго в направлении, обеспечивающем зацепление с первой зубчатой гребенкой, и ограничивая аксиальное перемещение второй зубчатой гребенки.
В качестве материалов для центрирующей опоры выступают известные полимеры способные перерабатываться литьем под давлением и вторичной переработке, например, полиолефины (полиэтилен, полипропилен, полиамид и др.)
В соответствии с современными требованиями, важным компонентом трубопроводов из предварительно изолированных труб, является система оперативного дистанционного контроля (СОДК), позволяющая в процессе эксплуатации осуществлять мониторинг состояния теплоизоляционного слоя пенополиуретана и выявлять участки повышенной влажностью изоляции. Размещение элементов СОДК (проводников, датчиков и др.) в межтрубном пространстве является еще одной задачей, в выполнении которой рационально задействовать центрирующие опоры. Для этих целей, на предложенной центрирующей опоре, как и в наиболее близком аналоге, предусмотрены известные элементы крепления, которые в зависимости от количества и видов закрепляемых компонентов СОДК могут быть выполнены в виде крючков, проушин, отверстий в стойках опоры и др.
Сущность заявляемой полезной модели иллюстрируется следующими чертежами.
Фиг. 1 - аксонометрический вид центрирующей опоры.
Фиг. 2 - увеличенное изображение части стяжного замка, снабженной плоской прямой прижимной пружиной, вид спереди.
Фиг. 3 - альтернативное исполнение стяжного замка с изогнутой прижимной пружиной, вид спереди.
Фиг. 4 - увеличенное изображение части стяжного замка, снабженной пружинным элементом, работающим на стягивание, вид спереди.
Фиг. 5 - центрирующая опора, зафиксированная на рабочей трубе.
Центрирующая опора 1 представлена следующими элементами: хомут в виде жесткой пластины, имеющей форму незамкнутого кольца 2, стяжной замок 3, выполненные на хомуте стойки 4 с приспособлениями для крепления СОДК 16. На концах стоек 4 могут быть выполнены заходные фаски 12 и утолщения в виде опорных башмаков 5. Стяжной замок 3 состоит из двух частей, закрепленных соответственно на концах жесткой пластины, имеющей форму незамкнутого кольца 2. На одном конце незамкнутого кольца 2 закреплена первая часть стяжного замка, в которую входит направляющая, выполненная в виде прижимной пружины 9 (с прямолинейным участком или изогнутой формы по фиг. 2 или 3 соответственно) и снабженная по бокам ограничителями 11, и первая зубчатая гребенка 10, расположенная под прижимной пружиной 9. Между направляющей - прижимной пружиной 9 и первой зубчатой гребенкой 10 присутствует щелевой зазор 13 с минимальной высотой 15 на входе, которая не превышает, а, предпочтительно, менее толщины 8 второй зубчатой гребенки 7 второй части стяжного замка, закрепленной другом конце незамкнутого кольца. В случае исполнения стяжного замка 3 в соответствии с фиг. 2, когда прижимная пружина 9 выполнена в виде пружины изгиба с прямолинейным участком, минимальная высота зазора 15 обеспечивается за счет закреплением прижимной пружины так, что образуется угол 14 между стойкой 4 и прижимной пружиной 9.
На другом конце жесткой пластины, имеющей форму незамкнутого кольца 2, закреплена вторая часть стяжного замка, в которую входит пружинный элемент 6, работающий на стягивание, и упомянутая выше вторая зубчатая гребенка 7. Пружинный элемент 6, работающий на стягивание, закреплен одним концом на хомуте, при этом на свободном конце пружинного элемента 6 выполнена или закреплена вторая зубчатая гребенка 7.
На фигурах также показаны рабочая труба 17, труба-оболочка 18 и проводники СОДК 19.
Установка центрирующей опоры производится следующим образом. Хомут в виде жесткой пластины, имеющей форму незамкнутого кольца 2, изготовленного литьем под давлением, размещают в требуемом месте на стальной, рабочей трубе 17, путем охватывания жесткой пластиной, имеющей форму незамкнутого кольца 2, наружной поверхности указанной трубы 17. Положение центрирующей опоры 1 фиксируют, закрывая стяжной замок 3 за счет направления второй зубчатой гребенки 7, выполненной на пружинном элементе 6, работающем на стягивание, в зацепление с первой зубчатой гребенкой 10 через зазор между первой зубчатой гребенкой 10 и прижимной пружиной 9, одновременно являющейся направляющим элементом для второй зубчатой гребенки. При этом, с каждым последующим зубцом, приходящим в зацепление, пружинный элемент 6, работающий на стягивание, изгибается, заставляя хомут центрирующей опоры 1 с большей силой обжимать рабочую трубу 17. Таким же образом на рабочей трубе размещают остальные центрирующие опоры в количестве, необходимом для осуществления технологического процесса.
По окончании монтажа центрирующих опор, используя приспособления 16 для крепления элементов СОДК, которые могут быть выполнены в виде крючков или проушин, производят установку проводников СОДК 19. Далее рабочую трубу 17 размещают в трубе-оболочке 18, продвигая трубу-оболочку 18 по наружной поверхности центрирующих опор, зафиксированных на рабочей трубе, причем заходные фаски 12, расположенные на концах стоек 4 центрирующих опор, упрощают данную операцию. После окончания монтажа на трубы-оболочки 18 устанавливают торцевые заглушки и через технологическое отверстие подают вспенивающиеся компоненты слоя изоляции.