ЭЛЕКТРОИЗОЛИРУЮЩЕЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЛЯ ТРУБОПРОВОДА
ELECTROINSULATING CONNECTION FOR PIPELINE

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для электрического разъединения трубопроводов и/или их участков.
Известно неразъемное электроизолирующее раструбное соединение, содержащее два отрезка металлических труб, один из которых имеет на конце раструб. Смежные концы отрезков соединены неразъемным раструбным соединением через диэлектрический материал (полезная модель RU №82023, МПК F16L 25/02, опубл. в Бюл. №10 от 10.04.2009 г.). Согласно описанию внутренний диаметр раструба больше чем наружный диаметр второго отрезка трубы. Диэлектрический материал размещают между раструбом одного отрезка трубы и смежным концом наружной поверхности второго отрезка трубы. Соединение осуществляют методом редуцирования раструба первого отрезка трубы. Раструб на конце отрезка трубы может быть редуцирован на большую величину, чем остальная часть раструба. Раструб по своей длине может иметь утолщения толщины стенки. В качестве диэлектрического материала могут быть использованы покрытия отрезков труб на основе органических и неорганических соединений.
Недостатком данного соединения является его низкая механическая прочность. При редуцировании раструба по всей длине прочность соединения обеспечивается только силой трения, что не достаточно для трубопроводов с высокими рабочими давлениями. Дополнительное редуцирование раструба на конце отрезка трубы может незначительно повысить прочность соединения в пределах пластических свойств металла трубы. Превышение степени редуцирования раструба за пределы пластичности металла приведет к трещинообразованию по телу отрезков труб. Другим недостатком данного соединения является его низкая герметичность. Не всякое покрытие из органических и неорганических соединений способно сохранить герметичность соединения при воздействии осевых и изгибающих нагрузок, особенно на трубопроводах с высокими рабочими давлениями.
Известно неразъемное электроизолирующее соединение, содержащее два металлических патрубка. Один из патрубков выполнен с раструбом, другой патрубок выполнен с уменьшенным диаметром. В зазоре, образуемом внутренней поверхностью раструба и наружной поверхностью уменьшенного диаметра патрубка, расположено кольцо из диэлектрического материала, а пространство между ними заполнено тканью, пропитанной эпоксидными смолами. Края патрубка с уменьшенным диаметром развальцованы с образованием замкового соединения (патент RU №2371627, МПК F16L 25/00, опубл. в Бюл. №30 от 27.10.2009 г.).
Недостатком данного соединения является низкая механическая прочность, так как она обеспечивается развальцовкой только края одного из патрубков, имеющего уменьшенный диаметр. При этом прочность в осевом направлении такого соединения напрямую зависит от механических свойств кольца из диэлектрического материала и пропитки из эпоксидной смолы, которые намного ниже механических свойств металла. С другой стороны, степень развальцовки ограничена пластическими свойствами металла патрубка. Увеличение степени развальцовки края патрубка для повышения механической прочности соединения приведет к трещинообразованию стенки патрубка. Кроме того, данное соединение может потерять герметичность в процессе эксплуатации, так как эпоксидные смолы имеют низкую пластичность и склонны к растрескиванию под действием изгибающих нагрузок.
Задачей изобретения является повышение механической прочности и герметичности электроизолирующего соединения для трубопровода.
Поставленная задача решается электроизолирующим соединением для трубопровода, содержащим два металлических патрубка, один из которых выполнен с раструбом, а другой - с участком уменьшенного диаметра для вставки в раструб с образованием зоны соединения, кольцо из диэлектрического материала, размещенное между раструбом и участком уменьшенного диаметра патрубков, причем край участка уменьшенного диаметра выполнен развальцованным.
Новым является то, что кольцо, изготовленное из термопластичного материала с ориентацией молекулярной структуры поперек или под углом к оси патрубков, расположено по всей длине зоны соединения, которая выполнена длиной не менее первоначального диаметра патрубков, а конец раструба патрубка выполнен обжатым снаружи длиной, равной длине развальцовки края участка сужения другого патрубка, обеспечивая одновременную с развальцовкой деформацию зоны соединения по всей длине.
На фиг.1 изображен продольный разрез электроизолирующего соединения для трубопровода.
На фиг.2 изображен продольный разрез заготовки электроизолирующего соединения для трубопровода до развальцовки и обжатия.
1
2
1
1
2
1
2
Электроизолирующее соединение для трубопровода (фиг.1) состоит из патрубка 1 с раструбом 2 на части его длины и патрубка 3, имеющего участок 4 уменьшенного диаметра. Диаметр и толщина стенок патрубков 1 и 3 на недеформированных участках (в зонах отсутствия раструба и уменьшения диаметра) одинаковы. Патрубки 1 и 3 выполнены из металла. Патрубок 3 имеет наружную изоляцию 5 из термопластичного материала. В зоне соединения участок 4 уменьшенного диаметра патрубка 3 расположен внутри раструба 2 патрубка 1 на длине L, превышающей первоначальный наружный диаметр патрубков 1 и 3. На конце участка 6 с уменьшенным диаметром 4 патрубка 3 совместно с прилегающим участком раструба 2 патрубка 1 имеется увеличение диаметра. Длина данного участка 6 в сумме с половиной длины переходной зоны L составляет не менее половины длины зоны соединения L/2. Внутренний диаметр d участка 6 равен первоначальному диаметру d патрубков 1 и 3. На второй половине зоны соединения у раструба 2, начиная с его конца, имеется участок 7 с уменьшением диаметра совместно с прилегающим участком 4 уменьшенного диаметра патрубка 3. Наружный диаметр D раструба 2 на участке 7 равен первоначальному наружному диаметру D наружной изоляции патрубка 3. Термопластичный материал (например, полиэтилен) наружной изоляции 5 патрубка 3 имеет ориентацию молекулярной структуры, расположенную поперек или под углом к оси патрубков 1 и 3.
Пример конкретного выполнения.
1
2
1
1
2
1
Один из способов изготовления заявленной конструкции электроизолирующего соединения для трубопровода может производиться в следующей последовательности. На патрубке 1 (фиг.2) методом раздачи выполняют раструб 2 длиной не менее одного первоначального диаметра патрубка 1. На аналогичном патрубке 3 методом обжима выполняют участок 4 с уменьшенным диаметром на длине не менее одного первоначального диаметра. На наружную поверхность патрубка 3 наносят наружное покрытие 5 из термопластичного полимера. Для ориентации молекулярной структуры покрытия 5 поперек оси патрубка 3 его наносят боковой намоткой нагретого расплава полимера (например, полиэтилена) методом экструдирования. Для обеспечения сплошности покрытия 5 осуществляют нахлест смежных витков намотки регулированием поступательно-вращательного движения патрубка 3. При такой намотке длинномерные молекулы расплавленного полимера вытягиваются и ориентируются в структуре покрытия 5 поперек оси патрубка 3. Наружный диаметр покрытия 5 патрубка 3 равен внутреннему диаметру раструба 2 патрубка 1 с минусовым допуском, что позволяет установить участок 4 с уменьшенным диаметром патрубка 3 в раструб 2 патрубка 1 с минимальным значением зазора между ними. Производят обжим методом холодной деформации раструба 2 патрубка 1 (фиг.1) с его торца на длине половины зоны соединения L/2 (в сумме с половиной длины переходной зоны L) до диаметра D, равного наружному диаметру покрытия 5 патрубка 3 (максимально возможная степень обжатия при применении дорнирующего инструмента). При этом деформация обжатием раструба 2 патрубка 1 происходит совместно с участком 4 уменьшенного диаметра патрубка 3 через наружное покрытие 5. Затем производят развальцовку участка 4 патрубка 3 с его торца на длине половины зоны соединения L/2 (в сумме с половиной длины переходной зоны L) до диаметра d, равного первоначальному внутреннему диаметру патрубков 1 и 3 (максимально возможная степень развальцовки при применении дорнирующего инструмента). При этом деформация развальцовки участка 4 уменьшенного диаметра патрубка 3 происходит совместно с участком 2 раструба патрубка 1 через наружное покрытие 5. Совместная деформация элементов патрубков 1 и 3 методом развальцовки и обжатия помимо пластической содержит упругую составляющую, что обеспечивает постоянное контактное давление по всей поверхности их соприкосновения через наружное покрытие 5. Термопластичный материал этого покрытия 5 (фиг.1) под действием вышеуказанного контактного давления обеспечивает не только электрическую изоляцию между патрубками 1 и 3, но и герметичность их соединения. При этом экспериментально установлено, что при ориентации молекулярной структуры полимерного покрытия 5 поперек или под углом к оси патрубков (боковая намотка разогретого полимера на вращающийся патрубок) давление, при котором обеспечивается герметичность электроизолирующего соединения, в 2-2,5 раза выше, чем при прямой ориентации молекул вдоль оси соединения (прямая экструзия разогретого полимера на поступательно двигающийся патрубок). Кроме того, установлено, что герметичность соединения напрямую зависит от длины герметизирующего элемента. Поэтому наружное покрытие 5 в предлагаемом электроизолирующем соединении располагается по всей длине зоны соединения, которая должна быть не менее первоначального диаметра патрубков 1 и 3. Гарантированная герметичность соединения с такой длиной при осевых и изгибающих нагрузках подтверждена практическими исследованиями. Как уже отмечалось, степень холодной деформации металла ограничена его пластическими свойствами. В предлагаемом соединении двух патрубков производится их совместная деформация, как методом развальцовки, так и методом обжатия на разных участках. Это позволяет получить одностороннюю разницу 5 по диаметрам в деформированной зоне в 2 раза большую, чем при той же степени деформации, производимой отдельно или для развальцовки или для обжима. Механическая прочность предлагаемой конструкции электроизолирующего соединения превышает механическую прочность других конструкций, так как находится в прямой пропорциональной зависимости от значения δ.
Предлагаемое электроизолирующее соединение для трубопроводов имеет высокую механическую прочность и надежную герметичность, достаточные для эксплуатации на трубопроводах с повышенным давлением (например, на нефтепромысловых трубопроводах с рабочим давлением выше 20 МПа).