ЭЛЕКТРОИЗОЛИРОВАННОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ
ELECTRO-INSULATED CONNECTION OF PIPELINES

Изобретение относится к области изготовления трубопроводных соединений, выполняемых с применением композитных волокнистых материалов, и может быть использовано при изготовлении узлов соединения труб, предназначенных для электрического секционирования трубопроводов, проходящих в зонах воздействия блуждающих токов, повышения эффективности систем электрохимической защиты трубопроводов.
Известны моноблочные изолирующие соединения производства “RMA”, “SCHUCK”, “NUOVAGIUNGAS”, изготовленные по схеме сварных фланцевых соединений, где в качестве уплотнительных элементов используются кольцевые уплотнения из полимерных материалов различного сечения, в том числе манжеты, требующие обеспечения стабильности величины уплотняемого зазора и начального поджатия, достигаемых за счет высоких жесткостей (материалоемкости) сопрягаемых деталей (Петров Н.Г., Захаров Д.Б., Передерий В.И., Яковлев В.А. Совершенствование конструкций неразъемных электроизолирующих соединений для катодной защиты трубопроводов // Территория нефтегаз. 2008. №6. С.82-85).
Известно электроизолированное соединение трубопроводов, содержащее металлические патрубки, манжету с полостью из газонепроницаемого материала, силовую оболочку из волокнистого композиционного материала (заявка на полезную модель 98101969/20). Предлагаемое техническое решение не обеспечивает формирование плавного изменения кривизны внутренней поверхности манжеты, что неизбежно приведет к высокой концентрации напряжений в материале манжеты в зонах окончания полости при нагружении внутренним давлением и сокращению срока службы изделия в целом.
Известен узел соединения металлических труб, включающий две металлические законцовки с образованием на наружной поверхности каждой из них кольцевых буртов и уложенным на них с охватом буртов армирующего ровинга, пропитанного полимерным связующим (заявка 2002118886/06). В предлагаемом техническом решении не предусмотрена дополнительная герметизация соединения, что ограничивает возможность применения соединения низкими давлениями транспортируемой среды.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является электроизолированное соединение трубопроводов, содержащее металлические патрубки с кольцевыми утолщениями и крепежный элемент в виде втулки из волокнистого композиционного материала, установленным между торцами патрубков защитным кольцом, а концевые участки патрубков охвачены уплотнением, выполненным в виде кольцевой манжеты из газонепроницаемого материала (заявка на изобретение №95118231/06). В предлагаемом техническом решении кольцевая манжета при действии внутреннего давления работает на отрыв от патрубков, что ограничивает применение предлагаемого технического решения малыми типоразмерами трубопроводов либо низкими давлениями транспортируемой среды.
Технической задачей настоящего изобретения является повышение надежности и долговечности работы электроизолирующего узла соединения в широком диапазоне давления транспортируемой среды за счет нового конструктивного исполнения элементов соединения.
Технический результат достигается тем, что электроизолированное соединение трубопроводов, содержащее металлические патрубки с кольцевыми утолщениями, на которых сформирован крепежный элемент в виде втулки из композитного материала, защитное кольцо из диэлектрического материала, установленное между торцами патрубков и уплотнительную манжету из эластомерного материала, охватывающую концевые участки патрубков, выполнено таким образом, что на концевых участках патрубков на их торцевых поверхностях образованы кольцевые углубления, а за сечением углублений в сторону противоположного патрубка выполнены кольцевые выступающие участки, защитное кольцо имеет узкую часть, установленную между кольцевыми выступающими участками и выпуклую часть, насаженную на кольцевые выступающие участки, при этом уплотнительная манжета своей внутренней поверхностью охватывает защитное кольцо, а внешней поверхностью контактирует с поверхностью полости, образованной крепежным элементом и торцами патрубков, и имеет кольцевые выступы, входящие в углубления на торцах патрубков, причем прилегающие поверхности выступающих участков торцев патрубков и уплотнительной поверхности склеены. На краях манжеты с прилеганием к торцам металлических патрубков и крепежному элементу установлены ограничительные кольца из жесткого полимерного материала.
Все отличительные признаки в формуле изобретения являются существенными.
- кольцевые углубления на торцевых поверхностях патрубков и соответствующие выступы на манжете, входящие в углубления на торцах патрубков, исключают возможность радиального смещения прилегающей части манжеты, благодаря чему снижается нагрузка на клеевой шов;
- кольцевые выступающие участки на патрубках, обращенные друг к другу, и узкая часть защитного кольца образуют посадочные поверхности, обеспечивающие при сборке взаимное положение патрубков и защитного кольца;
- выпуклая часть защитного кольца является формообразующей для внутренней поверхности манжеты, охватывающей выпуклую часть кольца, и обеспечивает равномерность деформаций при нагружении внутренним давлением;
- склеивание поверхностей выступающих участков манжеты и соответствующих углублений на торцах патрубков исключает необходимость начального поджатия уплотнительного элемента и обеспечивает работоспособность уплотнения в широком диапазоне изменения начального осевого зазора между патрубками;
- ограничительные кольца из относительно жесткого по сравнению с материалом манжеты полимерного материала предотвращают выдавливание материала манжеты в радиальный зазор между крепежным элементом и патрубком при действии высоких уровней давления.
Изобретение поясняется чертежом, представленном на фиг.1, 2.
Изолирующий узел включает: металлические патрубки 1 с кольцевыми утолщениями 2; крепежный элемент (втулка из композитного материала) 3; защитное кольцо 4, состоящее из внутренней узкой 5 и наружной выпуклой 6 частей; манжета 7, клеевой шов 8, ограничительные кольца 9.
Особенность работы узла заключается в следующем.
Под действием внутреннего давления транспортируемая среда поступает во внутреннюю полость манжеты и прижимает манжету к ограничивающим его поверхностям, чем препятствует проникновению транспортируемого продукта между торцами патрубков. При этом возникающие в процессе эксплуатации сжимающие, растягивающие и изгибающие нагрузки, действующие на элементы узла, принимает на себя композитная втулка, которая выполняется, исходя из требований по несущей способности.
2
Проведенные испытания опытного узла изолирующего соединения для трубопровода наружным диаметром 426 мм подтвердили надежность и работоспособность уплотнительного элемента при нагружении статическим и циклическим внутренним давлением в диапазоне от 0 до 700 кг/см.
Таким образом, использование изобретения позволит повысить надежность, несущую способность и, соответственно, ресурс работы электроизолирующего соединения трубопроводов.