СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ТРУБОПРОВОДА Российский патент 1999 года по МПК F16L47/00 

Изобретение относится к области строительства трубопроводов, а именно к соединительным элементам трубопроводов преимущественно повышенной жесткости, например металлопластовых, и может быть использовано для производства фитингов, выполненных в виде муфты или фигурных элементов (крестовин, тройников, отводов (угольников) и др.), используемых для сооружения трубопроводов, предназначенных для транспортирования жидких и/или газообразных, в том числе агрессивных, сред при избыточном давлении и колебаниях температуры.

Для соединения концов труб друг с другом известен соединительный элемент, выполненный в виде муфты, представляющей собой корпус с цилиндрическими полостями для концов соединяемых труб, корпус выполнен из термопластичного материала, внутри которого размещен армирующий слой, содержащий сплошную арматуру трубчатой формы, и нагревательный элемент, выполненный в виде спирали. [Патент DE N 3932807, МКИ F 16 L 47/02 1991 г.]. Арматура муфты обладает более высокой жесткостью, чем жесткость термопластичного материала и предназначена для восприятия сварочного давления во время сварки.

Цилиндрическая форма полостей обеспечивает возможность применения известной муфты для соединения концов труб только в том случае, если последние в процессе сварочного прогрева могут раздаваться, т.е. увеличиваться по наружному диаметру на величину технологических зазоров между посадочной цилиндрической полостью муфты и наружной поверхностью соединяемого конца трубы. Наличие жесткой сплошной арматуры в корпусе соединительного элемента делает невозможным применение известной муфты для соединения труб с высокой жесткостью, т. е. при сооружении тяжело нагруженных трубопроводов из армированных полимерных труб, т.к. ни муфта, ни соединяемые трубы не могут менять размер посадочных поверхностей в процессе сварки, чтобы обеспечить плотное надежное соединение.

Для повышения нагрузочной способности трубопровода путем повышения прочности мест соединения концов труб друг с другом известен соединительный элемент, выполненный в виде муфты, имеющий внутреннюю, сопрягаемую с концами соединяемых труб конусообразную поверхность, в которой смонтирован нагревательный элемент [Патент США N 4842305, МКИ F 16 L 47/02, 1989 г.].

Известная муфта обеспечивает хорошее соединение концов труб друг с другом, однако, прочность самой муфты к радиальным нагрузкам недостаточно высока.

Известен также соединительный элемент, выполненный в виде муфты и содержащий корпус с коническими полостями для концов соединяемых труб, с установленным в нем со стороны внутренних поверхностей нагревательным элементом в виде спирали, корпус выполнен из монолитного блока полимера и усилен сплошным трубчатым перфорированным каркасом, размещенным в блоке полимера, при этом жесткость каркаса не менее жесткости каркаса соединяемых концов труб, а угол конусности полостей муфты и концов соединяемых труб не более угла трения полимера корпуса муфты и соединяемых труб [Патент RU N 2071689, МПК 6 F 16 L 47/02, 1997 г.].

Известная муфта хорошо зарекомендовала себя при строительстве новых трубопроводов, когда соединение труб друг с другом ведется последовательно, т. е. обеспечивает достижение нагрузочной способности трубопровода равной расчетной нагрузочной способности трубы. Однако при использовании соединительных элементов с конусообразной поверхностью полостей возникают технологические сложности, связанные с соответствующей конструкцией соединяемых труб и необходимостью обеспечения высокой точности соответствия конусности полостей муфты и концов соединяемых труб и, кроме того, в случае замены какого-либо участка трубопровода или отдельной трубы применение известного соединительного элемента делает проведение этих работ трудно реализуемым.

Таким образом, при использовании соединительных элементов, выполненных из полимерного материала и имеющих цилиндрическую форму полостей для концов соединяемых труб, не может быть обеспечена требуемая нагрузочная способность трубопровода, т. к. места соединения не обладают требуемой прочностью к осевым и радиальным нагрузкам. При использовании соединительных элементов с цилиндрической формой полостей, выполненных из полимерного материала и усиленных сплошной арматурой, невозможно обеспечить плотную посадку соединительного элемента. При использовании соединительных элементов с конической формой полостей возникают технологические сложности с монтажом трубопровода и особенно его последующим ремонтом и обслуживанием.

Технической задачей изобретения является упрощение изготовления соединительных элементов, монтажа и ремонта трубопроводов при одновременном достижении расчетной нагрузочной способности трубопровода.

Поставленная задача решается тем, что в качестве соединительного элемента предлагается фитинг, представляющий собой корпус, выполненный из монолитного блока полимера с цилиндрическими полостями для размещения концов соединяемых труб, в блоке полимера размещен перфорированный армирующий каркас, со стороны внутренних поверхностей полостей установлены нагревательные элементы в виде токопроводящих спиралей, делящих внутреннюю поверхность полости на зоны нагрева и холодную зону, при этом, в отличие от известного, перфорированный армирующий каркас выполнен в виде кольца и взаимодействующих с ним продольных элементов, продольные элементы укреплены на кольце с возможностью их радиального перемещения, а ширина кольца соразмерна холодной зоне. При выполнении фитинга в виде муфты холодная зона образована зазором между концами спиралей нагревательных элементов. При выполнении фитинга в виде фигурного элемента, например крестовины, тройника или отвода (угольника), внутренняя полость может дополнительно содержать упорный элемент для фиксирования положения конца соединяемой трубы, а холодная зона образована зазором между упорным элементом и концом спирали нагревательного элемента.

Продольные элементы укреплены на армирующем кольце любым известным способом, например, путем размещения Т-образных загнутых концов продольных элементов в Т-образных пазах армирующего кольца, или с помощью заклепок, обеспечивающих радиальное перемещение продольных элементов, или другими известными способами.

Продольные элементы могут быть установлены друг относительно друга с зазором или взаимодействовать боковыми поверхностями.

Продольные элементы могут иметь любую геометрическую форму, например форму лепестков или П-образную форму, или Z-образную форму, или любую другую конфигурацию.

Токопроводящие спирали выполнены из электро- и теплопроводящего материала, например меди. Витки спиралей электроизолированы друг от друга для исключения электрического замыкания в процессе сборки трубопровода. Концы спиралей в центральной части фитинга дистанцированы друг относительно друга.

Заявляемые фитинги могут быть выполнены в виде муфты, тройников, отводов, крестовин, а также других известных конфигураций. На концах фитингов могут быть установлены фланцы.

В качестве полимера для изготовления соединительных элементов используют известный термопластичный материал, выбранный из группы: полиэтилен, полипропилен и других известных материалов.

В качестве армирующего каркаса используют стальную перфорированную полосу, стекловолокнистые перфорированные полосы и другие известные материалы.

Рабочая часть трубопровода образована путем жесткого соединения концов полимерных армированных труб посредством заявляемых фитингов.

Соединительные элементы, например фланцы, устанавливают в процессе изготовления трубы, а отводы, тройники и крестовины в процессе сборки трубопровода в местах его расположения.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 - место соединения концов труб при помощи фитинга, выполненного в виде муфты;
на фиг. 2 - разрез А-А с двумя вариантами крепления продольных элементов к кольцу;
на фиг. 3 - разрез В-В с тремя вариантами выполнения и размещения продольных элементов друг относительно друга;
на фиг. 4 - фрагмент трубопровода в разрезе с оформлением места соединения концов труб друг с другом посредством тройника, муфты и крестовины.

На представленных чертежах обозначены следующие позиции: 1 - корпус фитинга, выполненный из монолитного блока полимера, 2 - перфорированное кольцо армирующего каркаса, 3 - перфорированные продольные элементы армирующего каркаса, 4 и 5 - варианты мест крепления перфорированных продольных элементов 3 на перфорированном кольце 2, 6 - нагревательные элементы, 7 - холодная зона, 8 - цилиндрические полости для размещения концов соединяемых труб. Продольные перфорированные элементы 3 размещены друг относительно друга с зазором 9 или взаимодействуют боковыми поверхностями 10 или 11. Отвод, тройник и крестовина могут быть дополнительно снабжены упорными элементами для фиксирования положения концов соединяемых труб 19. Соединяемые трубы 12, 13, 14, 15, 16, 17 снабжены объемной арматурой - 18, размещенной в монолитном блоке их полимерных корпусов.

Внутренний диаметр полостей фитинга 8 превышает наружный диаметр концов соединяемых труб 12, 13, 14, 15, 16, 17 на величину допусков на овальность и конусность трубы, включая монтажный зазор.

Ширина перфорированного кольца армирующего каркаса 2 определяется величиной холодной зоны 7 в центральной части фитинга. В случае выполнения фитинга в виде муфты, ширина кольца армирующего каркаса не менее ширины холодной зоны 7, образуемой зазором между концами спиралей нагревательных элементов 6. В случае выполнения фитингов в виде крестовин или тройников или отводов ширина кольца перфорированного армирующего каркаса не менее ширины холодной зоны, образуемой зазором между упорным элементом и концом спирали нагревательного элемента 6.

Перфорированное кольцо армирующего каркаса 2 воспринимает радиальные нагрузки в холодной зоне и в зоне зазора между торцами соединяемых труб 12, 13, 14, 15, 16, 17, а продольные элементы армирующего каркаса 3 воспринимают осевые нагрузки трубопровода. Наличие в корпусе фитинга 1 заявляемой конструкции армирующего каркаса обеспечивает усадку материала корпуса фитинга в активной (сварочной) зоне полостей фитингов на величину технологических зазоров между посадочными поверхностями цилиндрических полостей 8 фитинга с цилиндрическими поверхностями концов соединяемых армированных труб 12, 13, 14, 15, 16, 17.

Заявляемые фитинги нужной конфигурации получают сборкой армирующего каркаса путем укрепления продольных элементов 3 в кольце 2. Полученный перфорированный каркас заливают расплавленным полимерным материалом, заливку полимерного материала осуществляют любыми известными способами. Полимерный материал проникает в перфорацию, образуя прочное соединение полимера с армирующим каркасом фитинга. Внутреннюю сторону фитинга для образования цилиндрических полостей сопряжения оформляют в процессе заливки полимерного материала. Нагревательные элементы 6 на внутренней поверхности полостей 8 устанавливают любым известным способом. Форма фитинга определяется конфигурацией изготовляемого трубопровода.

Заявляемые соединительные элементы используют для сборки трубопровода следующим образом.

Концы соединяемых труб 12 и 13 вставляют в полости 8, фиксируют их в заданном положении с помощью монтажных струбцин, после чего включают нагревательный элемент 6. Сопрягаемые поверхности концов труб 12 и 13 и полостей 8 фитинга равномерно оплавляются, а корпус фитинга 1 дает усадку по мере прогрева на величину зазора, образуя монолитное соединение без рыхлостей, растягивающих напряжений и пустот в зоне сопряжения. Трубы 12 и 13 соединены посредством муфты, трубы 13 и 14 соединены посредством тройника, трубы 15, 16 и 17 соединены посредством крестовины.

Подвижный армирующий каркас заявляемого фитинга обеспечивает требуемую усадку соединительного элемента и равную с трубами 12, 13, 14, 15, 16, 17 несущую способность мест соединения.

Использование заявляемых соединительных элементов позволяет обеспечить высокую прочность мест сопряжения торцов труб, возможность соединения труб друг с другом как в условиях предприятия-изготовителя, так и на месте монтажа трубопровода, а также возможность обслуживания трубопровода, в частности оперативного ремонта в месте его расположения. Заявляемые соединительные элементы могут быть изготовлены с достаточно большим полем допуска, включающим в себя допуск на овальность и конусность трубы и технологические зазоры, которые полностью компенсируются за счет обеспечения усадки фитинга, что обеспечивает также упрощение изготовления соединительных элементов.

Несмотря на то, что в технике известны соединительные элементы, в том числе армированные, заявляемое изобретение позволяет обеспечить трубопроводам повышенную нагрузочную способность в местах соединения отдельных его элементов друг с другом, увеличивает стабильность эксплуатационного цикла и обеспечивает возможность качественного и быстрого ремонта в местах расположения трубопровода.

Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявленного решения критерию "Новизна" и "Изобретательский уровень".

Предлагаемые соединительные элементы для сборки трубопроводов могут быть изготовлены на известном в технике оборудовании с использованием известных приемов.

Заявляемые соединительные элементы могут применяться для монтажа трубопроводов, предназначенных для пищевого водоснабжения населенных пунктов, в химической, нефте- и газодобывающей отраслях промышленности, на установках водоподготовки тепло- и электростанций, в гальваническом производстве.

Соединительный элемент предназначен для использования при строительстве трубопроводов. Армирующий каркас соединительного элемента выполнен перфорированным в виде кольца и взаимодействующих с ним продольных элементов. Продольные элементы размещены на кольце с возможностью их радиального перемещения, а ширина кольца соразмерна с шириной холодной зоны. В результате упрощается изготовление соединительных элементов. 7 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Соединительный элемент трубопровода, преимущественно фитинг, состоящий из корпуса, выполненного из монолитного блока полимера с цилиндрическими полостями для концов соединяемых труб, в блоке полимера размещен армирующий каркас, со стороны внутренних поверхностей полостей установлены нагревательные элементы в виде токопроводящих спиралей, делящие внутреннюю поверхность полости на зону нагрева и холодную зону, отличающийся тем, что армирующий каркас соединительного элемента выполнен перфорированным в виде кольца и взаимодействующих с ним продольных элементов, продольные элементы размещены на кольце с возможностью их радиального перемещения, а ширина кольца соразмерна с шириной холодной зоны. 2. Соединительный элемент трубопровода по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в виде муфты, при этом ширина кольца армирующего каркаса не менее ширины холодной зоны, образованной зазором между концами спиралей нагревательных элементов. 3. Соединительный элемент трубопровода по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в виде крестовины, или тройника, или отвода, при этом внутренняя поверхность полости снабжена упорным элементом для фиксации положения сопрягаемого торца трубы. 4. Соединительный элемент трубопровода по п.3, отличающийся тем, что ширина кольца армирующего каркаса не менее ширины холодной зоны, образованной зазором между упорным элементом и концом спирали нагревательного элемента. 5. Соединительный элемент трубопровода по пп.1 - 4, отличающийся тем, что продольные элементы армирующего каркаса размещены друг относительно друга с зазором. 6. Соединительный элемент трубопровода по пп.1 - 4, отличающийся тем, что продольные элементы перфорированного армирующего каркаса взаимодействуют друг с другом боковыми поверхностями. 7. Соединительный элемент трубопровода по пп.1 - 6, отличающийся тем, что продольные элементы армирующего каркаса подвижно соединены с перфорированным кольцом посредством заклепок. 8. Соединительный элемент трубопровода по пп.1 - 6, отличающийся тем, что продольные элементы перфорированного армирующего каркаса подвижно соединены с перфорированным кольцом посредством размещения Т-образных загнутых концов продольных элементов в Т-образных пазах кольца.