Эластичное термостойкое устройство для компенсации осевых перемещений и герметизации элементов трубопроводов

Полезная модель относится к строительству и используется при сооружении, реконструкции и ремонте трубопроводов для герметизации элементов трубопроводов и компенсации осевых перемещений. Полезная модель может быть использована при герметизации элементов трубопроводов тепловых сетей магистральных трубопроводов, на теплоэлектростанциях, а также продуктопроводов, промысловых трубопроводов и трубопроводов, транспортирующих агрессивные среды, в том числе в нефтяной и газовой промышленности. Полезная модель может быть использована для защиты трубопроводов от грунтовых вод и внешней агрессивной среды. Кроме того, предложенное устройство позволяет упростить и удешевить строительство трубопроводов, повысить их износостойкость, уменьшить габариты соединений труб в тепловых сетях при температуре эксплуатации от -50 до 150 градусов Цельсия.
Из уровня техники известно устройство для компенсации температурных изменений длины трубопровода (см. патент РФ №2.157.944, F16L 51/02, 2000 г.). Устройство представляет собой компенсатор, имеющий эластичный уплотнительный элемент, закрепленный своими оконечными частями на концах трубопровода. Эластичный уплотнительный элемент выполнен из резинокордовой чулочной мембраны «перекатывающегося» типа, причем резина выполнена термостойкой, а чулок армирован капроновой кордной тканью с основой вдоль чулка. Известна конструкция устройства для гидроизоляции, которая включает в себя эластичный уплотнительный элемент в виде герметизирующей манжеты (см. патент РФ №2.253.720 кл. Е04В 1/62, 2005 г.).
Прототипом предложенного технического решения является устройство для герметичной изоляции при проведении строительно-монтажных или ремонтных работ пространства между полыми цилиндрическими элементами разного диаметра, описанное в патенте РФ №2.282.002 кл. F16L 51/02, 2006 г. Устройство включает в себя эластичный уплотнительный элемент в виде герметизирующей манжеты «перекатывающегося» типа, закрепленный своими концами на конце трубы большого диаметра и на трубе малого диаметра элементов трубопровода.
К недостаткам как аналогов, так и прототипа следует отнести ненадежную герметизацию подвижных элементов трубопроводов от воздействия внешней среды при низких температурах, преимущественно начиная от -50 градусов Цельсия, особенно в условиях крайнего севера и вечной мерзлоты. В случае эксплуатации соединения труб в тепловых сетях при высоких температурах герметизация подвижных трубных элементов также ненадежна. Таким образом, морозостойкость и теплостойкость, то есть термостойкость известными манжетами «перекатывающегося» типа не обеспечивается. Они малоэластичны и недолговечны. Также недостаточно надежна герметизация под давлением замкнутого пространства из-за невысокой циклической и прочностной стойкости конструкции из-за потери геометрии эластичным уплотнительным элементом. Кроме того, в условиях работы трубопровода с агрессивными средами, в нефтепроводах и т.п. известные манжеты «перекатывающегося» типа недостаточно устойчиво функционируют. Они не обеспечивают влагостойкость, маслостойкость, не обладают хорошими диэлектрическими свойствами и износостойкостью, не обладают высокой прочностью при растяжении.
Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является обеспечение работы соединения в элементах трубопровода при температурном режиме от - 50 до 150 градусов Цельсия. Также к задачам следует отнести выполнение соединения, обеспечивающего повышение его срока эксплуатации за счет увеличения эластичности манжеты «перекатывающегося» типа не только при эксплуатации трубопровода, но также и при его строительстве. К задачам относится также исключение потери ее геометрии и повышение герметизации под давлением замкнутого пространства за счет увеличения циклической и прочностной стойкости манжеты. Задачей также является обеспечение устойчивой работы соединения в трубопроводе с агрессивными средами за счет повышения влагостойкости, маслостойкости, диэлектрических свойств, а также за счет увеличения износостойкости и прочности при растяжении.
Техническим результатом при реализации предлагаемой полезной модели является то, что эластичное термостойкое устройство для компенсации осевых перемещений и герметизации элементов трубопроводов обеспечивает работу трубопровода в условиях крайнего севера и вечной мерзлоты при эксплуатации соединения труб в тепловых сетях, а также на теплоэлектростанциях. При этом повышается долговечность, надежность, безопасность эксплуатации и расширение сферы использования устройства. В процессе эксплуатации исключается потеря ее геометрии за счет несущей прочности и циклической температурной стойкости, манжета не меняет свои свойства в пределах указанных температур. Кроме того, эластичное термостойкое устройство для компенсации осевых перемещений и герметизации элементов трубопроводов обеспечивает устойчивую работу трубопровода под шоссейными и железными дорогами, при прокладке трубопровода через реки и водоемы, а также в сейсмически активных зонах.
На достижение указанного технического результата оказывают влияние следующие существенные признаки. В эластичном термостойком устройстве для компенсации осевых перемещений и герметизации элементов трубопроводов, включающим в себя эластичный уплотнительный элемент в виде герметизирующей манжеты, закрепленной своими концами на элементах трубопровода большого диаметра и малого диаметра, герметизирующая манжета выполнена из эластомера, не меняющего свои свойства по эластичности и термостойкости в диапазоне эксплуатации от -50 до 150 градусов Цельсия. В устройстве в качестве эластомера может быть использован этилен-пропиленовый каучук. В устройстве в качестве эластомера может быть использована невулканизированная силиконовая пластина, армированная тканью полиэстер.
Отличительными признаками заявленного технического решения от прототипа является то, что герметизирующая манжета выполнена из эластомера, не меняющего свои свойства по эластичности и термостойкости в диапазоне эксплуатации от -50 до 150 градусов Цельсия. В устройстве в качестве эластомера может быть использован этилен-пропиленовый каучук. В устройстве в качестве эластомера может быть использована невулканизированная силиконовая пластина, армированная тканью полиэстер.
За счет выполнения герметизирующей манжеты «перекатывающегося» типа из эластомера, не меняющего свои свойства по эластичности и термостойкости в диапазоне эксплуатации от -50 до 150 градусов Цельсия, соединение обеспечивает надежную эксплуатацию трубопровода при температурном режиме от - 50 до 150 градусов Цельсия, что важно и для соединения труб в тепловых сетях и для работы трубопровода в условиях крайнего севера и вечной мерзлоты. При этом манжета не меняет свои свойства в пределах указанных температур. За счет выполнения герметизирующей манжеты «перекатывающегося» типа из этилен-пропиленового каучука соединение обеспечивает повышение срока эксплуатации трубопровода за счет увеличения эластичности манжеты устройства для герметизации трубных переходов и проходов. Увеличивается циклическая и прочностная стойкость манжеты, что обеспечивает повышение герметизации соединения. Свойства этилен-пропиленового каучука влагостойкость, маслостойкость, износостойкость, прочность при растяжении, диэлектрические характеристики, позволяют обеспечить устойчивую работу герметизирующей манжеты соединения в трубопроводе с агрессивными средами и в условиях нагрузок, характерных в сейсмически активных зонах. Также за счет выполнения герметизирующей манжеты «перекатывающегося» типа из невулканизированной силиконовой пластины армированной тканью полиэстер соединение обеспечивает надежную эксплуатацию трубопровода, а также долговечное соединение труб при эксплуатации в тепловых сетях и одновременно для работы трубопровода в условиях крайнего севера, а также вечной мерзлоты.
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом.
На фиг. 1 представлено эластичное термостойкое устройство для компенсации осевых перемещений и герметизации элементов трубопроводов, применяемое в тепловой сети;
На фиг. 2 представлено эластичное термостойкое устройство для компенсации осевых перемещений и герметизации элементов трубопроводов, применяемое в проходе через стену;
На фиг. 3 представлена схема монтажа герметизирующей манжеты, где:
а). закрепление герметизирующей манжеты на трубе малого диаметра;
б). закрепление герметизирующей манжеты на конце трубы большого диаметра;
в). представлен полный ход герметизирующей манжеты при смещении трубы большого диаметра относительно трубы малого диаметра.
Эластичное термостойкое устройство для компенсации осевых перемещений и герметизации элементов трубопроводов включает в себя эластичный уплотнительный элемент 1 в виде герметизирующей манжеты, закрепленный посредством стягивающих элементов 2 своими концами на конце трубы 3 большого диаметра и на трубе 4 малого диаметра. Герметизирующая манжета выполнена из эластомера, не меняющего свои свойства по эластичности и термостойкости в диапазоне эксплуатации от -50 до 150 градусов Цельсия. В примере исполнения устройства в качестве эластомера может быть использована невулканизированная силиконовая пластина, армированная тканью полиэстер. Также в качестве эластомера может быть использован этилен-пропиленовый каучук. Кроме того, в примере исполнения устройства для компенсации осевых перемещений и герметизации элементов трубопроводов (фиг. 1), трубопровод 5 в месте перехода имеет сильфон 6 для компенсации линейных расширений трубопровода, подвижный кожух 7 с конструкцией 8 манжетной защиты от грунта. Эластичный уплотнительный элемент 1 в виде герметизирующей манжеты закреплен на конце трубы 3 большого диаметра защитного патрубка и на трубе 4 малого диаметра защитного патрубка посредством стягивающих элементов 2. В примере исполнения эластичного термостойкого устройства для компенсации осевых перемещений и герметизации элементов трубопроводов в проходе через стену (фиг. 2) труба 3 большого диаметра размещена в месте прохода через стену 9. На трубе 4 малого диаметра размещаются опорные направляющие 10. Эластичный уплотнительный элемент 1 в виде герметизирующей манжеты закреплен на конце трубы 3 большого диаметра опорного патрубка и на трубе 4 малого диаметра, который может являться самим трубопроводом. Крепление осуществляется посредством стягивающих элементов 2. В случае прохода, например, через стену с другой стороны трубы 3 большого диаметра опорного патрубка таким же образом, как и с одной стороны, крепится герметизирующая манжета - с другой стороны. Таким образом, осуществляется надежная герметизация трубных проходов с двух сторон. Герметизирующая манжета «перекатывающегося» типа является эластичным уплотнительным элементом устройства для компенсации осевых перемещений и герметизации элементов трубопроводов, выполнена, например, из этилен-пропиленового каучука, который может быть марки, например, Дутрал С0 054 или из других аналогов этилен-пропиленового каучука.
Устройство для герметизации трубных переходов и проходов работает следующим образом. Герметизирующая манжета длиной L устанавливается на трубе 4 малого диаметра d с небольшим натягом, обеспечивая плотное прилегание к ней и крепится стягивающим элементом 2 (этап крепления «а» на фиг. 3). Далее создается сферическая часть манжеты путем выворачивания свободного конца на диаметр D. При этом с наружной и внутренней стороны сферической части создаются напряженные области, которые пытаются вернуть этот конец герметизирующей манжеты в исходное положение. За счет этого создается контурная жесткость манжеты. Второй конец ее крепится к трубе 3 большого диаметра D стягивающим элементом 2 (этап крепления «б» на фиг. 3). На фиг. 3 на этапе крепления «в» представлен полный ход герметизирующей манжеты (или компенсирующей величины S) при смещении трубы большого диаметра относительно трубы малого диаметра в крайнее положение при проверке во время установки возможности смещения и величины расстояния R при перекатывании образовавшегося валика на манжете. Параметры герметизирующей манжеты L, d, D, R и S определяются расчетным путем и обеспечивают эффект перекатывания сферической зоны манжеты при движении то в одну, то в другую стороны. То есть при движении в одну сторону патрубка с диаметром D манжета наматывается на патрубок с диаметром d, при движении в другую сторону - сматывается с патрубка с диаметром d. При этом обеспечивается напряженное состояние в сферической части и возникновения контурной жесткости манжеты в целом. Такой эластичный уплотнительный элемент способен воспринимать как внутренние, например, от сжатого воздуха, так и наружные нагрузки, например, от грунтовых вод. При этом эластичный уплотнительный элемент в виде герметизирующей манжеты выполненный из эластомера, не меняющего свои свойства по эластичности и термостойкости в диапазоне эксплуатации от -50 до 150 градусов Цельсия, например, из этилен-пропиленового каучука или невулканизированной силиконовой пластины армированной тканью полиэстер, обладает циклической температурной стойкостью и несущей прочностью, что исключает потерю ее геометрии.
Таким образом, заявленное техническое решение в процессе эксплуатации исключает потерю геометрии герметизирующей манжеты за счет несущей прочности и циклической температурной стойкости, манжета не меняет свои свойства в пределах указанных температур. При этом устройство для компенсации осевых перемещений и герметизации элементов трубопровода обеспечивает устойчивую работу трубопровода для подземной прокладки, например, под шоссейными и железными дорогами, прокладки бесканальным способом (в проходных каналах и туннелях) и надземной прокладке, при прокладке трубопровода через реки и водоемы, а также в сейсмически активных зонах. Также обеспечивается работа трубопровода в условиях крайнего севера и вечной мерзлоты, при эксплуатации соединения труб в тепловых сетях, на теплоэлектростанциях. Устройство обеспечивает повышение долговечности, надежности, безопасности эксплуатации и расширение сферы использования, а именно техническое решение может быть использовано при герметизации элементов трубопроводов тепловых сетей магистральных трубопроводов, на теплоэлектростанциях, а также продуктопроводов, промысловых трубопроводов и трубопроводов, транспортирующих агрессивные среды, в том числе в нефтяной и газовой промышленности и может быть использована для защиты трубопроводов от грунтовых вод и внешней агрессивной среды. Кроме того, предложенное устройство позволяет упростить и удешевить строительство трубопроводов, повысить их износостойкость, уменьшить габариты соединений труб в тепловых сетях при температуре эксплуатации от -50 до 150 градусов Цельсия.