СОЕДИНЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ
CONNECTION OF METAL PIPES

Изобретение относится к соединению металлических труб и может найти применение в нефте-, газо-, водо-, теплоснабжении.
Известно соединение эмалированных труб, представляющее собой узел неразъемного соединения труб, содержащий две соединяемые трубы с внутренним эмалевым покрытием и установленную внутри них в зоне стыка коаксиально с зазором втулку с внутренним эмалевым покрытием. В центре внешней поверхности втулки выполнена цилиндрическая проточка, в ее среднем сечении радиально и равномерно по окружности расположены установочные упоры, выполненные заодно с телом втулки и выступающие над поверхностью втулки для фиксации ее в зоне стыка соединяемых труб. В этой проточке размещен теплоизолирующий материал, например стеклоткань. Между внутренней поверхностью зоны стыка труб и проточкой втулки образована полость, которая заполнена материалом с адгезионными свойствами типа клея "ЦИАКРИЛ ЭО". В торцевых зонах втулки на ее внешней поверхности выполнены кольцевые канавки, в которые установлены уплотнительные элементы, а за ними образованы заходные конусы, между которыми и внутренней поверхностью труб размещен материал с адгезионными свойствами. Уплотнительные элементы выполнены, например, в виде резиновых колец и предотвращают проникновение материала в зону стыка труб (патент РФ №2080510, опубл. 27.05.1997).
Недостатком известного соединения является низкая надежность получаемого сварного шва при его применении, которая обусловлена тем, что во время сварки возможно отслоение защитного покрытия втулки, вызванное его локальным перегревом, поскольку радиально расположенные установочные упоры выполнены заодно с телом втулки.
Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является узел сварного соединения труб, состоящий из двух сваренных между собой труб и размещенной внутри них металлической втулки с установочными упорами и уплотнительными элементами, при этом в центральной части внешней поверхности втулки выполнена цилиндрическая проточка, в которой размещен слой теплоизоляционного материала и радиально и равномерно по окружности расположены своими основаниями установочные упоры, при этом в торцевых зонах внешней поверхности втулки выполнены кольцевые канавки, в которых установлены уплотнительные элементы, причем на концах внутренней поверхности втулки выполнены конусные проточки, на поверхность втулки нанесено защитное покрытие, а в зазоре между уплотнительными элементами и концами внешней поверхности втулки размещен герметизирующий материал. Основания установочных упоров расположены на слое теплоизоляционного материала и зафиксированы слоем другого теплоизоляционного материала, размещенного поверх них и имеющего более высокие прочностные характеристики, чем материал, расположенный под основаниями установочных упоров (патент РФ №2483851, опубл. 10.06.2013 - прототип).
Недостатком прототипа является низкое качество получаемого сварного шва, которое обусловлено сложностью и ненадежностью крепления упоров, возможностью их смещения при установке и сварке.
В предложенном изобретении решается задача повышения качества соединения труб.
Задача решается тем, что в соединении металлических труб, состоящем из двух сваренных между собой труб и размещенной внутри них металлической втулки с выполненными на внешней поверхности цилиндрической проточкой в центральной части и кольцевыми канавками в торцевых зонах и антикоррозионным покрытием на поверхности за исключением цилиндрической проточки, с теплоизоляционным материалом и установочными упорами в цилиндрической проточке, с уплотнительными элементами в кольцевых канавках и герметизирующим материалом в зазоре между трубами и втулкой, согласно изобретению в качестве теплоизоляционного материала использовано разрезное кольцо из несгораемого теплоизоляционного материала, в качестве установочных упоров использовано разрезное металлическое кольцо с выступами в виде полусферы и воздушным объемом под выступами, разрезное металлическое кольцо установлено на разрезное кольцо из несгораемого теплоизоляционного материала, концы разрезного металлического кольца точечной сваркой соединены между собой, в качестве уплотнительных элементов в кольцевых канавках использованы резиновые кольца, имеющие торцевые поверхности и выступающие гребни разной высоты, при этом сварной шов соединяет металлические трубы и разрезное металлическое кольцо, соотношение толщины разрезного металлического кольца и толщины стенки металлической трубы составляет 1:(3-5), а высота выступов разрезного металлического кольца превышает его толщину.
Сущность изобретения
К соединениям металлических труб, предназначенных для работы в слабо- и сильноагрессивных жидкостях, предъявляются повышенные требования по качеству соединений. Существующие соединения не в полной мере отвечают повышенным требованиям. В предложенном изобретении решается задача повышения качества соединения труб. Задача решается следующим образом.
Выполняют соединение металлических труб, состоящее из двух сваренных между собой труб и размещенной внутри них металлической втулки с выполненными на внешней поверхности цилиндрической проточкой в центральной части и кольцевыми канавками в торцевых зонах и антикоррозионным покрытием на поверхности за исключением цилиндрической проточки, с теплоизоляционным материалом и установочными упорами в цилиндрической проточке, с уплотнительными элементами в кольцевых канавках и герметизирующим материалом в зазоре между трубами и втулкой.
В качестве теплоизоляционного материала использовано разрезное кольцо из несгораемого теплоизоляционного материала, в качестве установочных упоров использовано разрезное металлическое кольцо с выступами в виде полусферы и воздушным объемом под выступами, разрезное металлическое кольцо установлено на разрезное кольцо из несгораемого теплоизоляционного материала, концы разрезного металлического кольца точечной сваркой соединены между собой, в качестве уплотнительных элементов в кольцевых канавках использованы резиновые кольца, имеющие торцевые поверхности и выступающие гребни разной высоты, при этом сварной шов соединяет металлические трубы и разрезное металлическое кольцо, соотношение толщины разрезного металлического кольца и толщины стенки металлической трубы составляет 1:(3-5), а высота выступов разрезного металлического кольца превышает его толщину.
На фиг.1-4 представлено заявленное соединение, где 1 - соединяемые металлические трубы, 2 - металлическая втулка, 3 - цилиндрическая проточка, 4 - кольцевые канавки, 5 - антикоррозионное покрытие, 6 - разрезное кольцо из несгораемого теплоизоляционного материала, 7 - разрезное металлическое кольцо, 8 - выступы в виде полусферы, 9 - воздушным объем, 10 - резиновые кольца, 11 - торцевые поверхности резиновых колец 10, 12 - нижний гребень резинового кольца 10, 13 - верхний гребень резинового кольца 10, 14 - герметизирующий материал, 15 - точки сварки, 16 - сварной шов, 17 - толщина разрезного металлического кольца 7, 18 - толщина стенки металлической трубы 1, 19 - высота выступов 8 разрезного металлического кольца 7.
Соотношение толщины 17 разрезного металлического кольца 7 и толщины 18 стенки металлической трубы 1 составляет 1:(3-5), а высота выступов 19 превышает толщину 17 разрезного металлического кольца 7.
Соединение собирают следующим образом.
На металлическую втулку 2 устанавливают разрезное кольцо из несгораемого теплоизоляционного материала 6, например из листового асбеста, на него устанавливают разрезное металлическое кольцо 7, сдавливают несгораемый теплоизоляционный материал 6 разрезным металлическим кольцом 7, концы разрезного металлического кольца 7 между собой прихватывают в точках сварки 15. Разрезное металлическое кольцо 7, притянутое к несгораемому теплоизоляционному материалу 6, частично заходит в цилиндрическую проточку 3, что не позволяет ему перемещаться по втулке 2. В кольцевые канавки 4 помещают резиновые кольца 10. На наружную поверхность втулки 2 и все установленные элементы наносят герметизирующий материал 14. С двух сторон втулки 2 надвигают соединяемые металлические трубы 1 до контактирования с выступами 8 разрезного металлического кольца 7. Резиновые кольца 10 упираются своими торцевыми поверхностями 11 в край кольцевой канавки 4. Трубы 1 прихватывают сваркой в нескольких точках (не менее 3). Сваривают трубы 1 и разрезное металлическое кольцо 7 сварным швом 16.
Соотношение толщины 17 разрезного металлического кольца 7 и толщины 18 стенки металлической трубы 1 составляет 1:(3-5), за счет чего обеспечивается сварка швом 16 соединяемых деталей без не проваров и без прожогов.
При сварке стыка труб 1 выделяется большое количество тепла. Несгораемый теплоизоляционный материал 6 служит для поглощения тепла и предотвращает растрескивание антикоррозионного покрытия 5 на внутренней поверхности втулки 2 в зоне сварки. Воздушный объем 9 способствует поглощению тепла и сохранению целостности антикоррозионного покрытия 5 в месте выступов 8.
Разрезное кольцо из несгораемого теплоизоляционного материала 6 изготавливают из полосы материала сворачиванием его в кольцо и помещением в цилиндрической проточке 3.
Разрезное металлическое кольцо 7 (фиг.4) изготавливают штамповкой на стальной полосе выступов в виде полусферы 8 с образованием воздушного объема 9 и сворачиванием полосы в кольцо. Для установки разрезного металлического кольца 7 в цилиндрической проточке 3 на разрезное кольцо из несгораемого теплоизоляционного материала 6 разрезное металлическое кольцо 7 слегка разжимают, надевают на втулку 2 и опускают в цилиндрическую проточку 3.
Резиновые кольца 10 имеют торцевые поверхности 11, конусные поверхности 12 разной конусности и выступающие поверхности разной высоты 13. Все эти поверхности служат для облегчения монтажа труб 1 и герметичного контакта с трубами 1 и втулкой 2. Такая конструкция резиновых колец 10 позволяет создать надежную изоляцию сварного шва 16 от агрессивной среды внутри трубопровода.
Принцип работы резинового кольца заключается в следующем.
При сборке стыка труб 1 стягивающим устройством (не показано) верхний гребень резинового кольца 10 плотно прилегает по всему диаметру трубы 1 и тянет за собой герметизирующий материал 14 по антикоррозионному покрытию 5 трубы 1 (фиг.2). Верхний гребень 13 резинового кольца 10 прижат по всей поверхности трубы 1 и частично деформируется по внутреннему диаметру трубы 1, создавая упругость стыковки труб 1. Нижний гребень 12 резинового кольца 10 служит для частичного сгребания герметизирующего материала 14 и не касается антикоррозионного покрытия 5 трубы 1.
При полном стягивании труб 1 до выступов 8 сваркой прихватывают трубы 1 между собой в нескольких точках, снимают стягивающее устройство и производят сварку стыка труб 1.
После сварки стыка труб 1 и определенного промежутка времени герметизирующий материал 14 отверждается и не дает возможности проникновения жидкой среде в околошовную зону стыка труб 1 при эксплуатации.
В результате удается создать качественное соединение труб.
Применение предложенного устройства позволит повысить качество соединения металлических труб.