УЗЕЛ МЕХАНИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ ТРУБ

Полезная модель относится к трубным соединениям, в частности к механическому соединению труб, используемых в высоконапорных нефтепроводах, газопроводах, при транспортировке сжатого пара, в водоснабжении и т.п.
Известно раструбное безраспорное облегченное соединение, включающее в себя концы труб одинакового диаметра, выполненные с раздачей, и имеющее в своем составе фланцы, уплотнительный элемент и крепежные детали, при этом наружная труба имеет коническо-цилиндрическую раздачу, в которую установлены внутренняя труба, имеющая меньшую по размеру цилиндрическую раздачу, при этом только один из фланцев выполнен с обнижением и является уплотнительным, а уплотнительный элемент размещен между конической частью наружной трубы, фланцем и обнижением цилиндрической раздачи (патент Российской Федерации №2087786, F16L 23/02, 1997 г.) Для восприятия распорных усилий первый фланец, соединенный со вторым фланцем при помощи болтов и гаек, имеет диаметр отверстия меньше, чем диаметр разданного конца трубы, за счет чего обеспечивается противодействие выходу одной трубы из другой.
Известное решение, имеет сложную конструкцию за счет использования стягиваемых резьбовыми элементами фланцев, является разъемным и предназначено для обеспечения возможности одновременного противодействия силам, действующим противоположно друг другу в осевом и угловом направлениях, и способного компенсировать осевые и угловые перемещения.
Известно также неразъемное механическое соединение труб (патент США 4,696,499, НКИ 285/334.4, 1987 г.), предназначенное для использования в системе Батлер, включающее соединение двух секций труб, на конце одной из труб выполнено сужение, а на конце другой трубы - раздача, в которую вставлено сужение первой трубы, при этом указанная раздача, включает цилиндрическую секцию, имеющую внутренний диаметр меньший, чем внешний диаметр сужения, чтобы формировать запрессовку одной трубы в другую, когда сужение вставлено в раздачу. Сужение имеет угол, меньший, чем угол суженной секции раздачи, чтобы сформировать кольцевую впадину между суженной секцией раздачи и части цилиндрической секции раздачи, в которой размещают герметик, чтобы герметизировать соединение, когда суженная секция размещена в положение вблизи к суженной секции раздачи.
Ближайшим аналогом (прототипом) заявленной полезной модели является узел механического соединения трубопровода, предназначенный для использования в системе Батлер. В данном узле концы соединяемых труб подвергнуты обработке под соединение в полевых или стационарных условиях (патент США 4,095,825, НКИ 285/55, 1978 г.). Обработка концов труб заключается в формировании раструба на одном конце первой трубы, при этом указанный раструб имеет цилиндрическую секцию и смежную с ней коническую секцию, сужающуюся от цилиндрической секции внутрь к продольной оси трубы. Внутренний диаметр цилиндрической секции раструба несколько меньше, чем внешний диаметр второй трубы, чтобы обеспечить запрессовку одной трубы в другую.
На конце второй трубы выполняют сужение, при этом указанное сужение имеет вид конической секции, сужающейся внутрь, а угол ее конусности выполняется большим, чем угол конусности конической секции раструба первой трубы. За счет этого углового различия между указанными коническими секциями труб образуется зазор между ними, в котором между внутренней конической стенкой раструба и внешней конической стенкой сужения располагается жидкий затвердевающий агент, чтобы обеспечить после затвердевания агента герметичное соединение между указанными коническими секциями.
Описанные выше устройства по патентам США, реализующие систему «Батлер», позволяют создать герметичное соединение труб запрессовкой одной трубы в другую без использования сварки и дополнительных соединительных элементов. Однако при выполнении стыка в полевых условиях точная стыковка труб может вызвать затруднения, а небольшой перекос при запрессовке может вызвать механические повреждения сопрягаемых поверхностей - царапины, задиры, что впоследствии скажется на эксплуатационных свойствах стыка.
Задачей, решаемой полезной моделью, является упрощение выполнения стыка труб в полевых условиях, снижение риска механического повреждения труб, в том числе с антикоррозионным покрытием при его наличии и сохранение его сплошности по внутренней поверхности трубопровода.
Поставленная задача решается за счет того, что узел механического соединения труб одинакового диаметра содержит первую трубу и соединяемую с ней запрессовкой вторую трубу, при этом первая труба выполнена с раструбом на одном конце, состоящим из цилиндрической секции, расположенной со стороны торца трубы, и смежной с ней конической секцией, сужающейся от цилиндрической секции внутрь; на конце второй трубы выполнена коническая секция, сужающаяся внутрь трубы, между внутренней стенкой конической секции раструба первой трубы и внешней стенкой конической секции второй трубы расположен герметик, обеспечивающий после затвердевания герметичное соединение между указанными коническими секциями, при этом цилиндрическая секция первой трубы у торца выполнена с дополнительной раструбной раздачей, расширяющейся в направлении от продольной оси трубы.
Кроме того, внутренний диаметр цилиндрической секции раструбной части первой трубы меньше, чем внешний диаметр второй трубы.
Технический результат, получаемый при осуществлении полезной модели, заключается в том, что выполнение первой трубы у торца с дополнительной раструбной раздачей, расширяющейся в направлении от продольной оси трубы, позволяет упростить сборку узла, в особенности, в полевых условиях, снизить риск повреждения металла соединяемых труб, а также внутреннего антикоррозионного покрытия, если оно имеется, и, тем самым, повысить эксплуатационные свойства узла.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых изображено:
На фиг.1 - труба с отформованной раструбной частью под механическое соединение.
На фиг.2 - труба с отформованной конусной частью под механическое соединение.
На фиг.3 - пример сборки механического стыка из труб с внутренним защитным покрытием с применением эпоксидной смолы.
На фиг.4 - готовый узел механического соединения труб.
Соединяемые трубы 1 и 2 имеют одинаковый диаметр. Для выполнения узла соединения труб конец первой трубы 1 выполняют с раструбной частью, которая имеет двойную раздачу - на цилиндрическую секцию 3, внутренний диаметр которой незначительно меньше наружного диаметра соединяемой с ней второй трубы (чтобы при сборке обеспечить надежную запрессовку), и на коническую секцию 4, образующую переход от исходного внутреннего диаметра трубы к увеличенному после раздачи внутреннему диаметру.
Конец второй трубы 2 выполняют с конусной секцией 5, которая имеет только одну раздачу - на конус со схождением к торцу (внутрь трубы, к ее продольной оси), т.е. меньший диаметр конусной секции второй трубы расположен по ее торцу.
Труба с раструбной частью непосредственно вблизи торца дополнительно имеет дополнительную раструбную раздачу 6 на конус с расширением от продольной оси трубы наружу.
Сборка узла механического соединения труб осуществляется следующим образом.
Процесс обработки концов труб для получения конфигурации, позволяющей запрессовать один конец трубы в другой, производится на существующем оборудовании, обеспечивающем соединение труб по системе Батлер («Шуер-Лок»). Оборудование представляет собой комплект из трех агрегатов со вспомогательными силовыми установками. Два агрегата применяются для подготовки концов труб под соединение в полевых или стационарных условиях. Один формует «раструбный» конец, а другой - «конусный». Третий агрегат производит сборку (запрессовку «конусной» секции в «раструбную»). В рабочем положении сборочный агрегат подвешивается на стрелу трубоукладчика, чем обеспечивается его продвижение вдоль трубопровода во время строительства. При подготовке концов труб их термообработка не производится.
При подготовке труб к формовке очищают их внутреннюю полость, предназначенную к обработке, от загрязнений. Изготавливают раструбную часть на первой трубе 1, для чего, на внутреннюю поверхность трубы со стороны раздаваемого конца наносят тонкий слой солидола на глубину 30-40 мм от кромки, затем на первом агрегате формовки формуют раструбную часть трубы (цилиндрическая и коническая секции, а также дополнительная раструбная раздача) и удаляют слой солидола со всей внутренней поверхности трубы.
Аналогично изготавливают конусную часть второй трубы 2 на втором агрегате формовки.
Далее производят сборку стыка труб посредством третьего агрегата. На соединяемые трубы наносят затвердевающий герметик 7 (например, эпоксидную смолу), выступающую также в роли смазывающего вещества во время соединения, а впоследствии - как уплотнение, предотвращающее возможность утечки транспортируемой среды. При этом герметик 7 (эпоксидную смолу) наносят на внутреннюю часть раструбной части на глубину, как правило, 30-40 мм и на наружную конусную часть второй трубы, а затем запрессовывают конусную часть стыка в раструбную часть на заданную глубину (обычно, около 1,5 диаметра трубы).