Заглушка изоляции

Полезная модель относится к конструктивным элементам систем трубопроводов и предназначена для защиты теплоизолирующего слоя от увлажнения, механического повреждения, и может быть использована при производстве концевых элементов систем трубопроводов с тепловой изоляцией из пенополиуретана (ППУ) в защитной оболочке.
Известна конструкция заглушки для теплоизолированной трубы по заявке Японии JPH 11190080 (А), 13.07.1999. Для обеспечения прижатия торцевой крышки к теплоизоляционному материалу, ее размер по высоте корпуса крышки может быть уменьшен путем обеспечения правильного положения крышки. Для этого прижимной элемент выполнен в виде металлической пластины со сквозным отверстием, в котором размещен наконечник штифта. Металлическая пластина со стороны внутренней периферической поверхности изогнута в направлении наружу по всей окружности, а по центру, где располагается сквозное отверстие, металлическая пластина изогнута внутрь с образованием вогнутой формы.
Недостатками данной конструкции является сложность изготовления и необходимость в точном размещении с целью устранения зазоров. Кроме этого, конструкция требует использование штифтов, наконечники которых с течением времени коррозируют и разрушаются.
Известна заглушка трубы с теплоизоляцией по заявке на выдачу патента США на изобретение US 2008121304, 29.05.2008. Трубы, образованные наружной и внутренней трубой, соединены сваркой к двум торцевым заглушкам, расположенным по концам трубы. Кольцевое пространство между внутренней и внешней трубами заполнено изоляционным материалом. Заглушки прикреплены с помощью сварки, как к концам наружной трубы, так и к концам внутренней трубы, при этом внешняя и внутренняя поверхности торцевых заглушек по форме продольном разрезе соответствуют наружной и внутренней поверхностям труб. Упомянутые торцевые заглушки имеют, по существу, ту же толщину, что и наружная и внутренняя трубы, к которым они прикреплены. Между наружной и внутренней поверхностями заглушек образованы две кольцевые полости, одна из которых открыта наружу, другая внутрь трубы. Первая и вторая кольцевые полости каждой заглушки разнесены друг относительно друга по оси Х-Х и разделены кольцевой перегородкой.
Низкая технологичность данной конструкции обусловлена избыточным числом сварочных технологических операций, требующих прикрепления заглушки как к наружной, так и внутренней поверхностям и как следствие, выполнения дополнительных, подготовительных работ перед сваркой.
Известна теплоизолированная труба, предназначенная для подачи жидкости с температурой ниже или равной 90°С (заявка на изобретение КНР CN 103498996 (А) 08.01.2014). Теплоизолированная труба состоит из рабочей стальной трубы, на которую надета труба-оболочка. Слой вспененного полиуретана, используемого в качестве теплоизоляции, расположен между стальной трубы и трубой-оболочкой. Каждый из двух концов трубы-оболочки снабжен своей торцевой заглушкой с центральным отверстием для прохода рабочей трубы. Как указано в данном аналоге, описанная конструкция предназначена при температуре ниже или равной 90°С.
Недостатком этого технического решения является ограничения по эксплуатационным условиям, так как затруднено его использование в системах трубопроводов, работающих при температурах эксплуатации выше 90°С.
Известна конструкция заглушки для труб с тепловой изоляцией, описанная в патенте РФ на изобретение RU 2273787, 20.09.2004.
В данной конструкции кольцевой зазор со стороны торцов герметизирован заглушками, выполненными в виде усеченного конуса с наружной и внутренней конусностью и большими основаниями направленными противоположно. Наружный конус ограничен диаметрами D1 и D2, а внутренний конус - диаметрами d2 и d1, причем (D1-D2) - поле допуска внутреннего диаметра оболочки, a (d2-d1) - поле допуска наружного диаметра трубы, сопрягаемые поверхности заглушек предварительно покрыты герметизирующим составом.
Конструкция такой заглушки трудоемкая и требует использования дополнительных материалов как герметизирующие составы.
Известна заглушка изоляции концевых и фасонных элементов трубопроводов, содержащая крышку с герметизатором, сварную обечайку и сварной шов, соединяющий их (см. ГОСТ 30732-2006. Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана с защитной оболочкой. Технические условия - Москва: Стандартинформ, 2007, с. 36).
Данная заглушка обладает низкой технологичностью, что обусловлено высокой трудоемкостью и энергоемкостью в изготовлении, имеет низкие эксплуатационные характеристики, обусловленные потерей герметических и коррозионных свойств сварных соединений.
Известна полезная модель КНР CN 2911362 (Y). 13.06.2007, в которой описана теплоизолированная труба, состоящая из рабочей стальной трубы (первый слой), антикоррозионного поверхностного покрытия рабочей стальной трубы (второй слой), теплоизолирующего слоя, расположенного поверх антикоррозионного покрытия (третий слой), четвертый слой состоит из полиэтиленовой защитной трубы, покрытой слоем бетона, являющегося пятым слоем. Изолирующая торцевая заглушка с центральным отверстием для прохода рабочей трубы имеет ступенчатую форму, расположена по концам трубы, заведена под полиэтиленовую защитную трубу так, что охватывает слой теплоизоляции.
Данная заглушка выполнена из полиэтилена высокой плотности, поэтому не обладает достаточной механической прочностью и необходимой жесткостью, таким образом, заглушка обладает эксплуатационными ограничениями.
Известна заглушка изоляции из оцинкованной стали для концевых и фасонных элементов трубопроводов, представленная в каталоге (см. Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой и оцинкованной стальной оболочках. Руководство к применению. Каталог - М: ОАО МЕЖРЕГИОНТЕПЛОСЕТЬ-ЭНЕРГОРЕМОНТ, с. 74), содержащая плоскую крышку, привариваемую к обечайке с продольным сварным швом, и сварной кольцевой шов, соединяющий их.
Данная заглушка изоляции, имеет следующие недостатки: высокая протяженность сварных швов, приводящая к перерасходу сварочных материалов, электроэнергии, трудозатрат; сварной шов, соединяющий крышку и обечайку, выступающий над поверхностью обечайки повреждается при транспортировке, монтаже или эксплуатации, а острые углы заглушки и заусенцы небезопасны для обслуживающего персонала.
Наиболее близким, к заявляемому, является устройство заглушки изоляции для теплоизолированной трубы или фасонного изделия (патент на изобретение RU 2588320; 27.06.2016; МПК F16L 59/12, F16L 7/02). Заглушка изоляции состоит из обечайки и присоединенной к ней крышки, выполненной с двумя отгибами - с отбортовкой по центральному осевому отверстию и отгибом-отбортовкой по наружному краю, при этом крышка по отбортовке жестко соединена с обечайкой. Обечайка цилиндрической формы образована из листового материала посредством продольного соединения гибкой через фальцевый шов. Разнонаправленные отгибы крышки выполнены с длиной шеек 5÷30 мм.
Известная заглушка изоляции, принятая за аналог, решает одну из основных функциональных задач конструкции - обеспечение герметичности, но срок ее службы ограничен конструктивными особенностями. Заглушка изоляции должна иметь длительный срок эксплуатации, составляющий десятки лет, при этом изделия, в состав которых она входит, периодически подвергаются механическим нагрузкам, перепадам температур, воздействию агрессивных сред, влаги, и др. В работе, при таких условиях, у известной заглушки не исключена потеря необходимого уровня герметичности, что, в большинстве случаев, является следствием раскрытия шва фальцевого соединения, и как следствие, появлением в месте изгиба кромок фальцевого шва коррозионных процессов и др.
Технической проблемой решаемой полезной моделью является повышение ее долговечности и уровня герметизации конструкции за счет упрочнения шва фальцевого соединения исключающего его раскрытие в процессе эксплуатации, обеспечивающего сохранение антикоррозионного покрытия изделия за счет использования технологий, не приводящих к его нарушению, что позволит увеличить срок службы и повысить качественные характеристики изделия.
Основными функциями заглушки изоляции является обеспечение длительной защиты изделия от механических повреждений, сохранение необходимого уровня герметизации, оказание препятствия увлажнению теплоизолирующего слоя и тем самым сохранение его качественные характеристики.
Как правило, для ненагруженных конструкций, фальцевое соединение обеспечивает приемлемую герметичность, однако в связи с тем, что в процессе эксплуатации заглушка подвергается механическим и температурным воздействиям, эти нагрузки способствуют частичному раскрытию фальцевого шва. Вместе с тем, даже незначительное раскрытие шва с учетом влияния окружающей среды, например, воздействия грунтовых вод, попавших в раскрытый участок шва, в совокупности с многократными перепадами температур теплоносителя, могут стать причиной разгерметизации изделия, и как следствие, привести к выполнению ремонтных работ трубопроводной системы.
Указанная техническая проблема решается за счет того, что конструкция заглушки изоляции, как и наиболее близкий аналог, содержит обечайку из листового материала с продольным фальцевым соединением и жестко прикрепленную к ней с торца торцевую крышку, при этом торцевая крышка выполнена с центральным отверстием и разнонаправленными отгибами, предназначенными для последующего охватывания соответствующих элементов (рабочей трубы, обечайки и др.), и соединенную с обечайкой неразъемным соединением.
Отличительными признаками заявленной полезной модели является то, что по продольному шву фальцевого соединения выполнено упрочнение дополнительным швом (сварным или паяным), обеспечивающим неразъемное соединение на обечайке.
При этом сварной или паяный шов выполняется известными способами сварки или пайки, например с использованием технологий MIG/MAG, ММА и др., (http://avtogran.ru/index.php/ru/2009-11-10-20-22-08/98ewmmmatigmigmag?format=pdf); http://ewm-welding.ru/files/Mig-Mag.pdf. Упрочнение фальцевого соединения за счет усиления его неразъемным швом, сварным или паяным, может осуществляться как по всей длине шва фальцевого соединения, так и на отдельных его участках т.е. дискретно. Еще одним примером неразъемного шва, упрочняющего фальцевое соединение, может быть плотный заклепочный шов, обеспечивающий герметичность.
Усиление шва фальцевого соединения дополнительным неразъемным швом позволяет обеспечить решение указанной выше технической проблемы и достичь технического результата - обеспечения герметичности конструкции заглушки в течение длительного времени за счет придания ей дополнительной прочности, что достигается вследствие исключения раскрытия фальцевого соединения в процессе эксплуатации трубопроводной системы. Кроме этого, проведенное усиление фальцевого соединения с использованием одной из известных технологий (MIG/MAG, ММА), позволит не нарушить антикоррозионное покрытие на материале, из которого она выполнена.
В зависимости от конструктивных особенностей, допустимо чтобы в заглушке изоляции было выполнено не менее одного отверстия для вывода проводников системы оперативно-дистанционного контроля (СОДК), например на торцевой крышке, или обечайке, или на торцевой крышке и обечайке одновременно, а отгибы, со стороны их внутренней поверхности, выполнены с фаской для упрощения процесса сборки.
Таким образом, заявленная конструкция заглушки изоляции обладает более высоким уровнем герметизации и улучшенными эксплуатационными характеристиками за счет длительного сохранения прочности продольного шва, образованного фальцевым соединением и сварным или паяным швом поверх фальцевого соединения, одновременного сохранения антикоррозионного покрытия на заглушке. В конечном итоге, полезная модель позволяет сохранять стабильность характеристик теплоизолирующего слоя трубопроводной системы в течение длительного времени, что обусловлено длительным сроком службы заглушки изоляции.
Сущность заявляемой полезной модели иллюстрируется чертежами.
Фиг. 1 - Заглушка изоляции в сборе, главный вид совмещен с разрезом по оси симметрии.
Фиг. 2 - Заглушка изоляции с торцевым отверстием в торцевой крышке для вывода проводников СОДК.
Фиг. 3 и 4 - пример выполнения сварного или паяного шва фальцевого соединения, увеличенное сечение А-А по фиг. 1.
На фигурах позициями обозначено:
1 - торцевая крышка;
2 - отгиб по центральному осевому отверстию торцевой крышки;
3 - отгиб по наружному краю торцевой крышки;
4 - обечайка;
5 - продольное фальцевое соединение;
6 - неразъемное соединение торцевой крышки с обечайкой;
7 - отверстие для проводника СОДК;
8 - сварной или паяный шов вдоль фальцевого соединения,
9 - фаска.
Заглушка изоляции представляет собой неразъемную конструкцию, состоящую из обечайки 4 и неразъемно присоединенной к ней торцевой крышки 1 с центральным отверстием. Торцевая крышка 1 выполнена с двумя противоположно направленными отгибами: отгибом 2 по центральному (осевому) отверстию, направленным во внешнюю сторону, и отгибом 3 по наружному краю торцевой крышки 1, направленным в противоположную сторону - в сторону обечайки 4.
Обечайка 4 имеет цилиндрическую форму и образована гибкой из листового материала с последующим соединением продольным швом, образованным фальцевым соединением 5. Обечайка 4 неразъемно соединена с торцевой крышкой 1 сварным или паяным швом 6 по периметру отгиба 3, расположенного по наружному краю торцевой крышки 1 и охватывающего обечайку 4.
Фальцевое соединение 5 усилено дополнительным швом 8, обеспечивающим неразъемное соединение листового материала, образующего обечайку 4. Дополнительный шов 8 представляет собой неразъемное соединение - сварной или паяный шов, выполненный вдоль фальцевого соединения 5 с использованием одной из известных технологий (MIG/MAG, ММА).
Принцип технологии Mig/Mag заключается в том, что на проволочный электрод, незадолго до выхода из горелки, подается ток, через токоподводящий мундштук, вследствие чего между концом проволочного электрода и изделием возникает электрическая дуга, а защитный газ подается через газовое сопло, концентрически окружая проволочный электрод, благодаря чему осуществляется защита наплавляемого металла от атмосферных газов (кислорода, водорода и азота). Кроме этого, данная технология сварки предусматривает возможность подачи защитного газа на обратную сторону корня шва, где расплавляемый материал находится в жидком состоянии, но недостижим для защитного газа, подаваемого на верхнюю сторону. Использование настраиваемой низкой скорости подачи проволочного электрода делает процесс зажигания дуги надежнее, а настраиваемое время затухания предотвращает пригорание электрода в кратере в конце шва, что повышает качество соединения.
В качестве примера можно отметить, что для заглушки изоляции, выполненной из материала с оцинкованным покрытием, пайка Mig, используемая в транспортном машиностроении для жесткого соединения оцинкованных листов и материалов, достаточно эффективна и позволяет исключить плавление основного металла, уменьшить испарение антикоррозионного покрытия, сократить количество пор и др. Паяный шов гораздо меньше подвержен коррозии, и цинковый слой остается неповрежденным даже в зоне паяного шва.
Торцевая крышка 1 может быть выполнена с фаской 9 со стороны внутренней поверхности отгиба 2. В зависимости от конструктивных особенностей и предназначения изделия торцевая крышка 1 может содержать отверстие 7 для проводников СОДК.