Устройство для ремонта трубопровода

Полезная модель относится к области ремонта трубопроводов и, в частности, рассматривает конструкцию устройства, предназначенного для ремонта точечных повреждений стенок трубопроводов. В частности речь идет не только наземных или размещенных в грунте трубопроводов, но и трубопроводов, проложенных под водой.
Современные технологии устранения локальных или точечных повреждений стенок трубопроводов, проложенных под водой, используют практически одинаковый принцип, заключающийся в зачистке стенки трубопровода вокруг зоны повреждения (например, сквозного отверстия), наложении полимеризирующегося герметика и фиксации его муфтой до застывания этого герметика. При этом используются различные конструкции самих муфт.
В рамках настоящей полезной модели рассматриваются конструкции муфт, размещаемых на трубопроводе с непосредственным опиранием на стенку трубопровода для удержания заплаты и герметизирующего состава.
Так, например, известно устройство для ремонта трубопровода, включающее взаимосвязанные между собой и смонтированные на корпусе петлеобразные концы со стяжными элементами - опорным с резьбовыми отверстиями и прижимным с проходными отверстиями стержнями, композиционная муфта трубопровода выполнена в виде полумуфт и имеет противоположно расположенные напротив стяжных элементов шарнирно выполненные между собой петлеобразные концы полумуфт с пропущенными через петлеобразные концы цилиндрическим стержнем, муфта трубопровода снабжена расположенным в средней части корпуса приспособлением локального давления на стенку трубопровода для ремонта дефектов, приспособлением обнаружения и идентификации и выноса на местность относительной координаты дефекта и приспособлением концевых смещений композиционных несущих элементов муфты, а приспособление концевых смещений композиционных несущих элементов муфты выполнено в виде расположенных на опорном резьбовом стержне формообразующих втулок (RU 80530, F16L 1/024, опубл. 10.02.2009 г.).
Данная композиционная муфта обладает достаточной конструктивной сложностью исполнения и требует достаточного времени на ее наложение и фиксацию на трубопроводе. Конструкционная сложность этой муфты обусловлена сложностью исполнения концевых частей полумуфт, и выполнением связей соединения полумуфт между собой. Усложнена технология постановки герметизирующих пластин на зону дефекта. Если учесть, что ремонтные работы проводятся под водой в условиях течения или плохой видимости, то такие простые операции как удержание заплаты (пластины) под водой приобретают сложность и требуют навыков.
Например, при использовании известного устройства - муфты в виде двух полумуфт - вначале подготавливают к работе взаимосвязанные между собой и смонтированные на корпусе петлеобразные концы со стяжными элементами - опорным с резьбовыми отверстиями и прижимным с проходными 7 отверстиями стержнями. Муфту трубопровода снабжают расположенным в средней части корпуса приспособлением локального давления на стенку трубопровода для ремонта дефектов, приспособлением обнаружения и идентификации и выноса на местность относительной координаты дефекта и приспособлением концевых смещений композиционных несущих элементов муфты. Приспособление локального давления выполняют в виде установленных на внутренней поверхности корпуса полумуфты перекрывающих дефект трубопровода съемных пластин с крепежными винтами.
При работе в подводных условиях необходимо решить две главные задачи: первая заключается в упрощении постановки муфты на трубопровод с сведением операций крепления к минимуму, вторая заключается в том, чтобы время на постановку муфты было сведено к минимуму. При этом, естественно, подразумевается, что операции остановки муфты не должны требовать специальных условий для их выполнения: например, обязательная ориентация или позиционирование самой муфты или ее частей по отношению к зоне точечного дефекта.
Известная муфта для устранения течи из стенки трубопровода не позволяет решить все эти сложные вопросы в силу определенного конструктивного исполнения.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции устройства для сокращения времени постановки муфты на зону точечного дефекта трубопровода.
Указанный технически результат достигается тем, что устройство для ремонта трубопровода, предпочтительно точечных дефектов стенок, представляющее собой охватывающую трубопровод муфту, выполненную из двух полумуфт из полимерного материала, каждая из которых на концевых участках выполнена утолщенной, при этом обе полумуфты связаны шарнирно между собой с одной стороны для возможности охвата трубы за счет поворота вокруг стержневого элемента, пропущенного вдоль образующей полумуфт через выступы одной полумуфты, размещенные во впадинах другой полумуфты, а на другой стороне каждой полумуфты в утолщениях размещены металлические закладные со сквозными отверстиями, расположенными напротив друг друга на разных полумуфтах для пропуска закрепляемых гайками болтов в направлении, поперечном продольной оси муфты, снабжено вставляемой в полость муфты втулкой из полимерного материала в виде разрезной вдоль образующей трубы, используемой для охвата трубопровода в зоне точечного дефекта и закрепляемой поверх муфтой за счет стягивания болтами с гайками полумуфт в направлении навстречу друг другу, при этом на каждой полумуфте в зоне размещения сквозных отверстий выполнены углубления под головку болта и гайку, а по крайней мере на одной полумуфте сквозные отверстия выполнены диаметром большим диаметра резьбовой части болта.
При этом в устройстве для ремонта трубопровода во второй полумуфте сквозные отверстия выполнены резьбовыми или эти отверстия выполнены диаметром большим диаметра резьбовой части болта. Полумуфты выполняются из конструкционных полимеров или из стеклопластиков или углепластиков или смеси стекло- углепластиков.
А втулка из полимерного материала, выполненная тонкостенной и упругодеформируемой для возможности разведения ее стенки при одевании на трубопровод, так же может быть выполнена из конструкционных полимеров или из стеклопластиков или углепластиков или смеси стекло- углепластиков или текстолита. При этом для исключения необходимости точного позиционирования втулки по отношению к зоне дефекта и к муфте втулка выполняется высотой, превышающей высоту муфты.
Указанные признаки являются существенными для достижения технического результата.
Полезная модель поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата.
На фиг. 1 - общий вид устройства в сборе со стороны размещения болтов;
фиг. 2 - общий вид устройства в сборе со стороны шарнирного соединения.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция устройства для ремонта дефектов трубопроводов не только наземных или размещенных в грунте трубопроводов, но и трубопроводов, проложенных под водой. Речь идет о муфте, используемой для охвата трубопровода в зоне дефекта, предпочтительно, относящегося к категории точечных дефектов, то есть небольших сквозных повреждений стенок трубопровода, и удержания герметизирующего отверстие в стенке элемента.
Это устройство для ремонта трубопровода представляет собой охватывающую трубопровод муфту, выполненную из двух полумуфт 1 и 2 из полимерного материала. Каждая полумуфта на концевых участках выполнена утолщенной. При этом в каждой полумуфте на одном ее конце (вдоль образующей) утолщение 3 выполнено в виде выступов 4 и впадин, а на другом утолщение выполнено в виде идущего вдоль образующей валика 5. Обе полумуфты связаны шарнирно между собой с одной стороны для возможности охвата трубы за счет поворота вокруг стержневого элемента, пропущенного вдоль образующей полумуфт через выступы 4 одной полумуфты, размещенные во впадинах другой полумуфты. Таким образом, с одного конца полумуфты шарнирно связаны между собой соединением типа рояльной петли.
На другой стороне каждой полумуфты в утолщениях в виде валика 5 размещены металлические закладные со сквозными отверстиями, расположенными напротив друг друга на разных полумуфтах для пропуска закрепляемых гайками болтов 6 в направлении, поперечном продольной оси муфты.
Полумуфты выполняются из конструкционных полимеров или из стеклопластиков или углепластиков или смеси стекло- углепластиков. Предпочтительно полу муфты выполняют методом намотки. Изготовление заготовки детали может производиться с использованием препрега - предварительно пропитанного связующим наполнителя, высушенного или подотвержденного (т. наз. сухой способ намотки, выкладки), с пропиткой наполнителя в процессе его выкладки или намотки (т. наз. мокрый способ намотки, выкладки), с чередованием слоев непропитанного или частично пропитанного наполнителя со слоями связующего в виде плавкой пленки или с использованием наполнителей, в к-рых армирующие волокна чередуются с волокнами матричного материала (волоконная технология). Возможно получение заготовки изделия из полимерных материалов, армированных непрерывными волокнистыми наполнителями (гл. обр. нитями, жгутами, ровингами, лентами, тканями, трикотажными материалами), осуществляют методами послойной выкладки, намотки, методом плетения или ткачества, а также комбинир. методом. Можно использовать метод послойной выкладки с наполнителями из непрерывных волокон. При послойной выкладке слои препрега или непропитанного армирующего наполнителя последовательно, соблюдая заданную ориентацию, собирают на жесткой форме (пуансоне), повторяющей форму изделия, в пакет до требуемой толщины. В процессе выкладки производят послойное уплотнение пакета с помощью ролика или др. инструмента. Метод намотки широко применяют для изготовления заготовок изделий, имеющих форму тел вращения. При использовании однонаправленных непрерывных армирующих наполнителей в виде нитей, жгутов, лент, ровницы применяют окружную, продольную, спиральную (геликоидную) или комбинированную намотку. Спиральную намотку применяют для изготовления оболочек совместно с днищами, деталей конич. формы, изделий переменного сечения. При комбинированной намотке сочетают в любых вариантах спиральную, продольную или окружную намотку для достижения требуемой анизотропии свойств материала. Простейший вид комбинированной намотки - продольно-поперечная. Применение многокоординатных намоточных станков с программным управлением позволяет автоматизировать процесс намотки и сделать его высокопроизводительным. При использовании армирующих наполнителей в виде тканей, холстов, бумаги, лент с перекрестным расположением волокон применяют окружную намотку с прикаткой, например, при изготовлении труб, цилиндров, оболочек конической формы. Если уплотнение материала вследствие натяжения наполнителя или при прикатке является достаточным для обеспечения необходимой плотности материала при последующем отверждении изделия, то намотка представляет собой и метод формования.
Независимо от метода намотки полумуфты приобретают сравнительно пониженный вес и простую форму, при этом побирается композит, хорошо противостоящий агрессивному воздействию внешней среды, например, морской воды. Вопрос снижения веса относится к существенному, так как работать с тяжелым изделием в водной среде требует использования держателей, позиционирующих муфту в то время, как производится затягивание болтов. Либо необходим второй оператор для удержания муфты во время затягивания болтов первым оператором.
При закрытой муфте внутренняя поверхность ее относится к цилиндрической или близко к цилиндрической (цилиндрообразной). Наружная поверхность так же в целом имеет цилиндрическую или цилиндрообразную поверхность, кроме участков утолщений.
На каждой полумуфте в зоне размещения сквозных отверстий выполнены углубления 7 под головку болта и гайку, а по крайней мере на одной полумуфте сквозные отверстия выполнены диаметром большим диаметра резьбовой части болта. То есть, на второй полумуфте сквозные отверстии могут быть выполнены резьбовыми. Как пример, на второй полумуфте сквозные отверстия так же могут быть выполнены диаметром большим диаметра резьбовой части болта. Это существенно, так как при обжатии трубопровода не всегда утолщения со стороны сквозных отверстий ложатся друг на друга. Обжатие может быть произведено на диаметре трубы, превышающем внутренний диаметр цилиндрической поверхности муфты. В этом случае, утолщения не смыкаются, а находятся на расстоянии друг от друга. Металлические закладные со сквозными отверстиями позиционированы напортив друг друга и жестко заделаны в тело полумуфт. Поэтому наличие зазоров между телом болта и стенкой сквозного отверстия позволяет компенсировать несоосность положения сквозных отверстий при охвате трубы. Это исключает трудоемкую операцию по точной выверке соосности отверстий для установки болтов, что важно при проведении работ под водой в условиях плохой видимости. Такая конструктивная особенность позволяет существенно сократить время на установку муфты.
После изготовления методом намотки полумуфт последние шарнирно связывают между собой. Для этого выступы одной полумуфты вставляют в выемки другой полумуфты и в сквозное отверстие, проходящее через утолщения на стороне выступов, вводят стержневой элемент (металлический или полимерный стержень). Этот стержень проходит через все выступы, обеспечивая их связь между собой. Затем с торцевых сторон полумуфт в сквозные отверстия с двух сторон вводят заглушки 8, например, винтовые, которые закрывают сквозное отверстие с двух сторон и одновременно являются ограничителями продольного смещения стержня. Муфта готова к использованию.
Особенностью заявленной муфты является то, что на каждой полумуфте в зоне размещения сквозных отверстий выполнены углубления под головку болта и гайку. Эти углубления представляют собой гнезда, которые позволяют в условиях плохой видимости гарантированно попасть болтом в сквозное отверстии или подвести ключ для закрутки гайки. Это важно, так как операция затягивания болтов относится к категории, осуществляемой на основе тактильных ощущений. А в перчатках или в подводном костюме такие ощущения получить нельзя, но можно легко нащупать гнезда. Это существенно сокращает время на проведение операций по стягиванию полумуфт в части установки болтов в отверстия и приложения инструмента к ним и к гайкам.
Для муфты заявленной конструкции используется герметизирующий элемент в виде вставляемой в полость муфты втулки 9 из полимерного материала в виде разрезной вдоль образующей трубы. Эта втулка используется для охвата трубопровода в зоне точечного дефекта. Она закрепляется поверх одеваемой муфтой за счет стягивания болтами с гайками полумуфт в направлении навстречу друг другу.
Втулка выполняется из конструкционных полимеров или из стеклопластиков или углепластиков или смеси стекло- углепластиков или текстолита. При этом как тонкостенная оболочка втулка обладает упругодеформируемость для возможности разведения ее стенок при одевании на трубопровод. В направлении образующей втулка представляет собой жесткий и недеформируемый конструктив. При этом втулка из полимерного материала предпочтительно выполняется высотой, превышающей высоту муфты. Упругая деформация обеспечивает возможность самозакрепления втулки на трубопроводе после снятия с нее внешнего усилия растягивания. Это удобно, так как исключает липшие операции по удержанию втулки на трубопроводе. Кроме того, выполнение втулки высотой (длиной) большей высоты муфты позволяет исключить операции по точному позиционированию втулки по отношению к зоне дефекта и к самой муфте. Втулка используется как элемент удержания герметика, который предварительно наносится на внутреннюю поверхность втулки. После посадки втулки на зону дефекта на стенке трубопровода втулка обжимает трубопровод, обеспечивая герметичное соединение через герметик на ее стенке. Затем одевают муфту поверх втулки и затяжкой болтов фиксируют сборку. При обжатии втулки муфта практически уравнивает давление внутри трубопровода с наружным, что обеспечивает гарантию локализации дефекта, исключение нагрузок, приводящих к увеличению размеров дефекта и т.д. После полимеризации втулка вместе с герметиком становится общим бандажом для трубопровода в зоне устраненного дефекта.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Участок стенки трубопровода подготавливают путем очистки от загрязнений. Затем на внутреннюю поверхность втулки, выполнено в виде разрезанной по образующей полимерной трубы наносят слой герметика, используемого в водной среде, и эту трубу, раздвинув ее края, одевают на трубопровод в зоне дефекта так, чтобы эта зона оказалась не напротив разрезав втулки. При этом нет необходимости в точном позиционировании втулки относительно дефекта. После этого разомкнутую муфту накладывают на втулку и сводят концы полумуфт навстречу друг другу. При крайнем положении утолщений полумуфт, несущих сквозные отверстия, по очереди вводят через гнезда болты и затягивают их гайками с применением инструмента по контролю за усилием затяжки. Постановка устройства для ремонта завершено и не требует дальнейшего участия рабочих по контролю за герметизацией. Так как втулка с герметиком при полимеризации герметика объединяются, то образуется надежный герметизирующий дефект бандаж на участке трубопровода, превышающем по площади зону самого дефекта. Этого вполне достаточно для герметизации трубопровода при точечном дефекта. Как показала практика применения заявленного устройства, такой герметизации достаточно для восстановления жизнеспособности трубопровода. Однако, появление самого точечного дефекта в стенке трубопровода представляет собой, с высокой степенью вероятности, результат неоднородности структуры металла в самой трубе: наличие механического дефекта, наличие вкрапление в металле, ослабление межмолекулярных связей на локальном участке в стенке трубы, То есть на каком-то участке стенки сформировано ослабленное сечение или сечение с низко несущей способностью по нагрузке. В связи с этим, начало появления пластической деформации в металле трубы понижено (наступает раньше при более низких нагрузках) по сравнению с теми участками, структура металла которых однородна. Поэтому, несмотря на герметизацию сквозного отверстия в стенке трубопровода, могут продолжаться процессы пластической деформации, приводящие к развитию дефектного разрыва металла. Это развитие возможно в силу того, что существует разница в давлениях внутри трубопровода и снаружи него. Используемая в устройстве для ремонта муфта позволяет сжатием полумуфт уравнять давление на стенке трубопровода, что существенно снижает или прекращает развитие загерметизированного дефекта.
Заявленное устройство для ремонта трубопроводов промышленно применимо, неоднократно испытано и показала резкое сокращение времени на локализацию разрывов в стенках трубопровода за счет простой конструкции самой муфты.