ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЙ ФИТИНГ Российский патент 1998 года по МПК F16L25/02 

Изобретение относится к технике транспортирования газообразных и жидких сред, а именно к электроизоляционным соединениям трубопроводов.

Известно техническое решение, обеспечивающее соединение фланцев металлических труб с применением эластичной диэлектрической втулки, каждая концевая часть которой закреплена между фланцем и прижата концевым прижимным диском, к которому приварена цилиндрическая втулка (авт. св. СССР N 129442, кл. F 16 L 23/00, 1957).

Недостатком устройства является его низкая механическая прочность, что обусловлено конструктивными особенностями выполнения эластичной диэлектрической втулки, которая вследствие малой механической прочности, ухудшения ее физико-механических свойств в результате процессов старения при длительной эксплуатации приводит к разрушению этой втулки и потере герметичности этого соединения. Другим существенным недостатком данного устройства являются низкие электроизоляционные характеристики. При работе данного устройства в области сильных электрических полей максимальная напряженность электрического поля сконцентрирована между цилиндрическими втулками, приваренными к прижимным кольцевым дискам. Именно в этой зоне происходит электрический пробой. При эксплуатации устройства в условиях высокой влажности и загрязнения данное соединение становится практически электропроводно.

Наиболее близким к заявляемому является электроизоляционное соединение, содержащее установленный между патрубками с фланцами трубчатый диэлектрический элемент, скрепленный с каждым из фланцев крепежными элементами с помощью металлических колец с отверстиями под крепежные элементы (авт. св. СССР N 1028939, кл. F 16 L 25/02, 1980).

Данное устройство недостаточно надежно при эксплуатации на газопроводах, в условиях эксплуатации в климатических районах с большими перепадами температур из-за потери герметичности в зоне контакта фланцев соединяемых патрубков с диэлектрическим трубчатым элементом. Данный дефект возникает вследствие различных температурных коэффициентов линейного расширения соединяемых материалов, а также вследствие релаксации механических напряжений растяжения в шпильках и напряжений сжатия в материале диэлектрического трубчатого элемента. Кроме того, данное соединение обладает низкими электроизоляционными характеристиками в области сильных электрических полей вследствие конструктивного выполнения системы крепления соединяемых фланцев с помощью шпилек и металлических запрессованных колец. Практически, величина пробивного напряжения этого электроизоляционного фитинга определяется лишь толщиной стенок защитных диэлектрических втулок, устанавливаемых на шпильках. При эксплуатации данного устройства в условиях повышенной влажности влага может проникать внутрь его через зазоры между трубчатым диэлектрическим элементом и крепежными элементами, что приводит к существенному снижению электрической прочности устройства.

При эксплуатации в условиях повышенной влажности, при воздействии атмосферных осадков (дождя, тумана) в зазорах между фланцами и диэлектрическим трубчатым элементом и на его поверхности образуется слой влаги, который сокращает длину пути утечки электрического тока между токопроводными элементами, что, в конечном итоге, приводит к снижению пробивного напряжения данного соединения.

Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение надежности электроизоляционного фитинга за счет повышения степени герметичности и повышения электроизоляционных характеристик в условиях больших перепадов температур и влажности.

Технический результат достигается тем, что в электроизоляционном фитинге, содержащем два патрубка, соединенных между собой диэлектрическим элементом, диэлектрический элемент выполнен в виде трех коаксиально установленных и закрепленных с помощью отверждаемого состава втулок, при этом внутренняя втулка закреплена в отверстиях соединенных патрубков, образуя между их торцами зазор, в котором закреплена центральная втулка, а внешняя втулка установлена так, что ее внутренняя поверхность сопряжена с внешними поверхностями соединительных патрубков и центральной втулки. Для повышения механической прочности втулки изготовлены из механически напряженного стекловолокна, пропитанного отверждаемым связующим. Центральная втулка может быть изготовлена заодно с внешней или внутренней втулками. Для повышения влагозащиты фитинг может дополнительно содержать диэлектрический стакан с отверстием в торцевой части, закрепленный на его поверхности.

Технический результат достигается особенностью конструктивного исполнения заявляемого фитинга за счет того, что разделяющий диэлектрический элемент имеет сопряженные поверхности с внутренними и внешними поверхностями соединяемых стальных патрубков, обеспечивая самоуплотнение соединений при воздействии как отрицательных, так и положительных температур; за счет введения в конструкцию диэлектрического элемента, выполненного из напряженного стекловолокна, пропитанного отверждаемым связующим; за счет введения в конструкцию диэлектрического стакана, защищающего фитинг от дождевых осадков и снижающего напряженность электрического поля на боковой поверхности фитинга.

Различные варианты конструктивного выполнения электроизоляционного фитинга в разрезе изображены на фиг.1-3.

Фитинг (фиг. 1) содержит два стальных соединительных патрубка 1, соединенных между собой диэлектрическим элементом, состоящим из трех электроизоляционных втулок: внутренней 2, центральной 3 и внешней 4. На внешней поверхности внутренней втулки 2 выполнена резьба, с помощью которой она закреплена в отверстиях соединяемых патрубков. С помощью резьбы также закреплены центральная 3 и внешняя 4 втулки. При этом шаг резьбы на внешних поверхностях соединяемых патрубков и центральной втулке отличен от шага резьбы в отверстиях патрубков и внешней резьбе внутренней втулки. Для обеспечения герметичности соединяемых деталей зазоры между ними заполнены отверждаемым уплотняющим полимерным составом.

На фиг. 2 представлен вариант фитинга, в котором центральная электроизоляционная втулка 3 выполнена заодно с внутренней втулкой 2.

На фиг. 3 представлен конструктивный вариант устройства, в котором внешняя электроизоляционная втулка 4 выполнена заодно с центральной втулкой 3. Кроме того, данный вариант дополнительно содержит диэлектрический стакан 6 с отверстием в торцевой части, закрепленный на поверхности фитинга.

Пример 1 реализации заявляемого технического решения (фиг.1). Соединительные патрубки 1 с резьбовыми отверстиями изготовляли из стали 35. Диэлектрический элемент, состоящий из трех коаксиально закрепленных втулок 2-4, изготовляли из стеклонаполненного поликарбоната. На внешней поверхности внутренней втулки 2 нарезали резьбу с шагом и диаметром, соответствующими шагу и диаметру резьбы в отверстиях патрубков. Центральную втулку изготовляли с резьбовым отверстием, с помощью которого ее устанавливали и закрепляли в зазоре между торцами патрубков. На внешних поверхностях соединительных патрубков и центральной втулки нарезали резьбу с шагом, отличным от шага резьбы на внутренней втулке. В отверстии внешней электроизоляционной втулки нарезали резьбу с шагом и диаметром, соответствующим параметрам внешней резьбы центральной втулки и патрубков. Зазоры во всех резьбовых соединениях заполняли высокопрочным эластичным клеем на эпоксидной основе.

Пример 2 реализации заявляемого технического решения (фиг.2). Электроизоляционные втулки диэлектрического элемента получали методом намотки стекловолокна, пропитанного эпоксидным связующим. При намотке стекловолокна осуществляли его натяжение с фиксируемым усилием, равным 10% от усилия его разрыва. Внутреннюю электроизоляционную втулку 2 изготовляли заодно с центральной втулкой 3 и закрепляли в отверстиях соединительных патрубков 1 по способу, описанному в примере 1. Внешнюю втулку изготовляли методом намотки непосредственно на внешние поверхности соединительных патрубков и центральной втулки.

Пример 3 реализации заявляемого технического решения (фиг.3). Электроизоляционные втулки диэлектрического элемента получали методом намотки по способу, описанному в примере 2. Внутреннюю электроизоляционную втулку 2 изготавляли и закрепляли в соединительных патрубках 1 по способу, описанному в примере 1. Центральную втулку 3 изготовляли заодно с внешней втулкой 4 путем намотки стекловолокна, пропитанного эпоксидным связующим, непосредственно на внешние поверхности внутренней электроизоляционной втулки и соединительных патрубков. Кроме того, на внешней поверхности фитинга с помощью отверждаемого состава - клея, закрепляли конусообразный диэлектрический стакан 6, изготовленный из высокомодульной маслобензостойкой резины.

Электроизоляционные фитинги, изготовленные по представленным конструктивным вариантам, были подвергнуты испытаниям на многократные воздействия внутреннего избыточного давления, термоударов в диапазоне температур от - 60 до +60^oC и повышенной влажности до 93%, а также в полевых условиях эксплуатации газопроводов.

Все испытанные конструкции выдержали воздействия внутреннего давления газа до 100 ати, электрического напряжения до 20 кВ без нарушения герметичности и снижения электроизоляционных параметров.

Полученный технический результат позволяет использовать заявляемое техническое решение в качестве высоковольтного изолятора в системе подвода газа к средствам измерения давления в газопроводах, что обеспечит защиту датчиков давления от выхода их из строя вследствие воздействия наведенных электрических полей от атмосферных грозовых явлений.

Электроизоляционный фитинг относится к технике транспортирования газообразных и жидких сред. Электроизоляционный фитинг содержит два патрубка, соединенных между собой даэлектрическим элементом, выполненным в виде трех коаксиально установленных и закрепленных с помощью отверждаемого состава втулок. При этом внутренняя втулка закреплена в отверстиях соединительных патрубков, образуя между их торцами зазор, в котором закреплена центральная втулка. А внешняя втулка установлена так, что ее внутренняя поверхность сопряжена с внешними поверхностями соединенных патрубков и центральной втулки. Втулки изготовлены из механически напряженного стекловолокна, пропитанного отверждаемым связующим, причем центральная втулка может быть выполнена заодно как с внутренней, так и с внешней втулками. Дополнительно на поверхности фитинга закреплен диэлектрический стакан с отверстием в торцевой части. Изобретение повышает надежность фитинга. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Электроизоляционный фитинг, содержащий два патрубка, соединенных между собой диэлектрическим элементом, отличающийся тем, что диэлектрический элемент выполнен в виде трех коаксиально установленных и закрепленных с помощью отверждаемого состава втулок, при этом внутренняя втулка закреплена в отверстиях соединенных патрубков, образуя между их торцами зазор, в котором закреплена центральная втулка, а внешняя втулка установлена так, что ее внутренняя поверхность сопряжена с внешними поверхностями соединительных патрубков и центральной втулки. 2. Фитинг по п.1, отличающийся тем, что втулки изготовлены из механически напряженного стекловолокна, пропитанного отверждаемым связующим. 3. Фитинг по пп.1 и 2, отличающийся тем, что центральная втулка выполнена за одно с внутренней втулкой. 4. Фитинг по пп.1 и 2, отличающийся тем, что внешняя втулка выполнена за одно с центральной втулкой. 5. Фитинг по пп.1 - 4, отличающийся тем, что он дополнительно содержит диэлектрический стакан с отверстием в торцевой части, закрепленный на поверхности фитинга.