УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ Российский патент 2004 года по МПК F16L25/00 

Изобретение относится к области изготовления труб, а именно узлов их соединения, выполняемых из композиционных волокнистых материалов, и может быть использовано при изготовлении узлов соединения труб, являющихся элементами катодной защиты от электрохимической коррозии в нефте-газопродуктопроводах, тепловых сетях и т.д.

Известны узлы соединения металлических труб, являющиеся элементами катодной защиты трубопроводов (см. например, заявку Японии №51-13885, свидетельство на полезную модель РФ №0006216). Известен узел соединения металлических труб, включающий две металлические законцовки с выполненными на них кольцевыми буртами и уложенный на них с охватом армирующий ровинг (см. RU №2119114 С1, 20.09.1998), в котором, как показано на чертеже описания изобретения, кольцевые бурты имеют прямоугольное сечение.

Известен узел соединения металлических труб, также включающий две металлические законцовки с выполненными на них кольцевыми буртами и уложенный на них с охватом армирующий ровинг (см. RU №2111404 С1, 20.05.1998), в котором кольцевые бурты имеют в сечении трапецеидальное сечение фиг.1, фиг.2.

Как следует из вышеприведенных патентных материалов, до настоящего времени разработчики не придавали существенного значения профилированию боковой поверхности кольцевых буртов. Однако необходимо отметить, что продольные слои ровинга в процессе нагружения узла осевой нагрузкой подвергаются воздействию изгибающих напряжений, что, в конечном счете, приводит к резкому снижению несущей способности всей вставки. На фиг.3 показан один бурт вставки до ее нагружения осевой нагрузкой. Продольные слои ровинга 1 примотаны к вставке кольцевыми слоями 2 и прилегают к плоской боковой поверхности бурта 3. Как показали исследования, в процессе нагружения вставки осевым усилием Т (фиг.4) продольный слой частично вытягивается из впадины между буртами на величину L. Соответственно, на величину L перемещаются точки А и В, лежащие на боковой поверхности бурта 2 и удаленные друг от друга на величину L (А - вдоль боковой поверхности бурта, точка В - в осевом направлении). В результате перемещения продольного слоя ровинга вдоль боковой поверхности бурта в точке А происходит резкое изменение радиуса его кривизны от R=∞ до конкретного значения R=Rбурта. В точке В, наоборот, радиус кривизны изменяется от R=Rбурта до R=∞. В итоге, на всем участке АВ кривизна (величина, обратная радиусу) дважды меняет свое значение - от 1/∞ до 1/Rбурта и обратно до 1/∞.

Изменение кривизны ровинга приводит к возникновению в нем изгибных напряжений (см. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. - Наука, 1972, стр. 126, формула 4.3), вызывающих преждевременное разрушение узла в целом.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение несущей способности соединения за счет снижения значений изменений радиусов кривизны поверхности кольцевых буртов на деформируемом участке продольного ровинга и, как следствие, изгибных напряжений в нем, особенно в зоне вершины бурта.

Технический результат достигается тем, что в узле соединения металлических труб, содержащем две металлических законцовки с образованными на наружной поверхности каждой из них кольцевыми буртами и уложенный на них с охватом буртов армирующий ровинг, например, из стеклонитей, пропитанный полимерным связующим, поперечное сечение буртов на участке поверхности, контактирующей с продольным слоем, выполняется в виде овала или участка спирали таким образом, чтобы радиус кривизны сечения бурта плавно увеличивался от его основания к вершине.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1-4 приведен известный аналог, на фиг.5 общий вид узла соединения металлических труб, на фиг.6 - бурт в разрезе с характерными точками А и С, на фиг.7 - схема перемещения продольного слоя ровинга по поверхности бурта, на фиг.8 - схема профилирования боковой рабочей поверхности бурта.

Точка А лежит в основании профилируемой поверхности, а точка С - на расстоянии L от крайней верхней точки профилируемой поверхности (L - величина перемещения продольного слоя ровинга вдоль боковой поверхности бурта под действием осевой силы Т) бурта. Теоретически радиус кривизны поверхности бурта на его вершине должен быть равным R=∞. На фиг.7 представлена схема перемещения на величину L продольного слоя ровинга по поверхности бурта. Здесь точки В и D, точки конечного положения соответствующих им точек А и В, а Ra, Rb, Rc, Rd - радиусы кривизны в соответствующих точках профилируемой поверхности. При смещении продольного слоя по поверхности бурта от точки А к точке В величина изгибных напряжений будет тем меньше, чем меньше изменение кривизны смежного профиля бурта на этом участке. В качестве примера таких профилей можно назвать эллипсоидальный профиль, спираль Архимеда, логарифмическую спираль и т.д. В этих случаях радиус кривизны изменяется плавно, на длине всего профилируемого участка бурта.

На фиг.8 показана схема профилирования боковой рабочей поверхности бурта. В таблице представлены результаты расчета изгибных напряжений в зоне схода продольного слоя с вершины бурта при скольжении продольного однонаправленного слоя стеклопластика толщиной 1 мм по поверхности бурта от точки А в направлении точки В для круглого, эллипсоидального и спиральных видов ребер. Величина перемещения - 2 мм. Значения коэффициентов в уравнениях принимались из условий, что размеры ребра в осевом направлении не превышают 30-40 мм, а в радиальном (т.е. высота ребра) - 32 мм.

Как следует из таблицы, величина скачка напряжений в зависимости от типа сечения кольцевого бурта отличается до трех раз, причем наибольшие напряжения соответствуют бурту с круглым сечением.

Таким образом, использование изобретения позволит существенно уменьшить изгибные напряжения в зонах схода продольных слоев и тем самым повысить несущую способность узла соединения в целом.

Изобретение относится к области изготовления труб, а именно узлов их соединения, выполняемых из композиционных материалов, и может быть использовано при изготовлении электроизолирующих, компенсационных и других вставок из композиционных материалов в нефтегазопродуктопроводах, тепловых сетях и т.д. Узел соединения металлических труб включает две металлических законцовки с образованными на наружной поверхности каждой из них кольцевыми буртами и уложенный на них с охватом буртов армирующий ровинг, например из стеклонитей, пропитанный полимерным связующим. Поперечное сечение бурта на участке поверхности, контактирующей с продольным слоем, выполняется в виде овала или участка спирали таким образом, чтобы радиус кривизны сечения бурта плавно увеличивался от основания ребра к его вершине. Использование изобретения позволит снизить изгибные напряжения в продольных слоях стеклопластика узла соединения труб и тем самым повысить надежность и безопасность эксплуатации оснащенных ими трубопроводов. 8 ил., 1 табл.

Узел соединения металлических труб, включающий две металлических законцовки с образованными на наружной поверхности каждой из них кольцевыми буртами и уложенный на них с охватом буртов армирующий ровинг, например, из стеклонитей, пропитанный полимерным связующим, отличающийся тем, что поперечное сечение бурта на участке поверхности, контактирующей с продольным слоем, выполняется в виде овала или участка спирали таким образом, чтобы радиус кривизны сечения бурта плавно увеличивался от его основания к вершине.