СТЯЖНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ Т-ОБРАЗНОГО СОЕДИНЕНИЯ ТРУБ Российский патент 2009 года по МПК F16L13/00 

Изобретение относится к областям промышленности, в которых используются трубопроводы для перемещения жидкостей или газов высокого давления (энергетика, химическая и нефтехимическая, добывающая промышленность, транспорт).

Предшествующий уровень техники

На многих промышленных предприятиях в технологических процессах используются высокоэнергетические среды (газы и жидкости высокого давления и температуры). В технологическом процессе обычно возникает необходимость транспортировать эти среды от одной единицы оборудования к другой. Транспортируются эти среды, как правило, по трубопроводам. При этом существует потенциальная опасность разрыва трубопровода, содержащего среду высокого давления. Причиной разрывов труб является возникновение и развитие трещин в материале трубопровода, чему способствуют следующие факторы:

- концентрация напряжений в местах с резкими изменениями толщины стенки трубы (например, в местах присоединения трубы к толстостенному патрубку на оборудовании или другом трубопроводе, к тройнику, к корпусу задвижки или клапана);

- наличие температурных напряжений, возникающих в материале трубы при изменении температуры транспортируемой среды;

- наличие разнородных сварных соединений в составе трубопровода (например, сварных соединений материалов с различным коэффициентом теплового расширения);

- наличие дефектов в материале трубопровода и в сварных соединениях;

- чрезмерно напряженные условия работы материала трубы, вызванные ошибками проектирования трубопровода и элементов его закрепления.

Следствием разрывов трубопроводов могут стать следующие явления:

- струи истекающей жидкости или газа;

- ударные волны;

- хлыстовые биения свободного конца трубы, из которого истекает струя газа или жидкости;

- затопление помещений истекающей жидкостью.

Перечисленные явления могут повлечь за собой разрывы соседних трубопроводов, повреждение расположенного рядом оборудования, строительных конструкций, элементов систем управления и энергоснабжения, причинение вреда персоналу предприятия, выброс опасных веществ в окружающую среду и т.д. При этом масштабы аварии могут лавинообразно возрастать. Поэтому при проектировании многих предприятий ставится задача определения возможных мест разрыва трубопроводов и предотвращения негативных явлений, являющихся следствием разрыва. Возможные места разрыва трубы определяются на основе анализа конструкции и напряженно-деформированного состояния трубы, после чего проектируются соответствующие средства защиты от разрывов трубопроводов.

Перед средствами защиты от разрывов трубопроводов ставятся следующие задачи: не допустить расхождения разорвавшихся концов трубы и предотвратить их хлыстовые биения.

Выполнить указанные задачи могут традиционные опоры и подвески, которые используются в промышленности для закрепления трубопроводов (И.К.Никитина, Справочник по трубопроводам тепловых электростанций, М., Энергоатомиздат, 1983 г., стр.78, рис.6.1), если эти элементы закрепления разместить на трубопроводе в районе места предполагаемого разрыва. Однако для их использования необходимо наличие металлических или железобетонных конструкций, к которым и будут крепиться элементы закрепления трубы. В случае, если такие конструкции отсутствуют или расстояние от трубы до них слишком велико, традиционные средства закрепления трубы оказываются непригодны. В этом случае необходимо применять механические устройства, которые соединяют друг с другом два участка трубы, примыкающих к сварному соединению, по которому предполагается разрыв. При нормальной работе трубопроводы будут прикреплены друг к другу сразу двумя типами соединений:

- 1-й тип - сварное соединение;

- 2-й тип - наружное стяжное устройство.

При нормальной работе все нагрузки, возникающие в узле соединения труб (от давления и прочих силовых факторов), несет сварное соединение. Стяжное устройство при нормальной работе трубопровода не нагружено и находится в состоянии ожидания. В случае разрыва сварного соединения нагрузки, имеющиеся в узле соединения труб, перекладываются на стяжное устройство. За счет механической связи с трубами и несущей способности элементов, входящих в его состав, стяжное устройство воспринимает эти нагрузки и предотвращает смещения участков труб, примыкающих к месту разрыва, и их хлыстовые биения.

Известно стяжное устройство (патент США №4635970), предназначенное для стыкового соединения двух труб, оси которых совпадают, без использования сварки. Устройство содержит:

- 2 бандажа (каждый из которых состоит из двух хомутов, кронштейнов и крепежных элементов - болтов и гаек), которые закрепляются на концах соединяемых труб по разные стороны от места стыка;

- крепежные элементы (шпильки и гайки), которые соединяют друг с другом бандажи, надетые на концы соединяемых труб.

Данная конструкция стяжного устройства непригодна в случае, когда необходимо соединить две трубы, оси которых пересекаются (т.е. Т-образного соединения труб, когда подключаемая труба приварена к патрубку, расположенному на наружной поверхности магистрального трубопровода, или к тройнику в составе магистрального трубопровода).

Раскрытие изобретения

Целью изобретения является повышение надежности функционирования соединений трубопроводов для жидкостей или газов под давлением.

Задачей изобретения является создание стяжного устройства для обеспечения надежного, страховочного механического соединения труб при наличии их сварного соединения.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в предотвращении хлыстовых биений в случае разрыва сварного шва соединения труб, а также в гашении ударных волн, возникающих в районе сварного шва.

Рассматриваемый тройниковый узел включает две трубы: подключаемую трубу, которая врезается в магистральный трубопровод, т.е. приварена к патрубку на наружной поверхности магистрального трубопровода или к тройнику в составе магистрального трубопровода. Способ крепления стяжного устройства к подключаемой трубе аналогичен тому, который применен в известном стяжном устройстве (патент США №4635970): используется бандаж, который закрепляется на конце подключаемой трубы и состоит из двух хомутов, кронштейнов и крепежных элементов - шпилек и гаек.

Заявляемое стяжное устройство присоединяется к магистральному трубопроводу с использованием разъемного бандажа, надеваемого на патрубок магистрального трубопровода, и хомута, охватывающего магистральный трубопровод по окружности со стороны, противоположной месту врезки подключаемой трубы, и прикрепленного к бандажу на патрубке.

Краткое описание чертежей

Общий вид заявленного стяжного устройства показан на фиг.1 и 2. Для прикрепления стяжного устройства к трубопроводу 1 в составе стяжного устройства имеются разъемный бандаж 7 и пластины 2. Пластины 2 привариваются к наружной поверхности трубопровода 1. Пластины ориентированы в направлении, параллельном оси трубы 1, и размещены равномерно по окружности трубы 1.

Для прикрепления стяжного устройства к трубопроводу 3 в составе стяжного устройства имеется разъемный хомут 4, охватывающий трубопровод 3 по окружности.

В районе сварного соединения 5 патрубок 6 трубопровода 3 охвачен разъемным бандажом 8. Бандаж 8, надетый на патрубок 6 трубопровода 3, скреплен с хомутом 4, охватывающим трубопровод 3. Бандажи 7, 8 связаны друг с другом шпильками 9, оси которых параллельны оси трубопровода 1. Для выравнивания нагрузки по сечению шпильки 9 поверхность контакта гайки 10 с шайбой 11 выполнена сферической.

После появления разрыва сварного соединения 5 осевая компонента силы, действующей на трубу 1, передается на пластины 2, затем на бандаж 7, далее через шпильки 9 на бандаж 8 и затем на хомут 4, с которого передается на трубу 3. Радиальная компонента силы, действующей на трубу 1, передается на бандаж 8 и далее через патрубок 6 на трубопровод 3.

Конструкция стяжного устройства выполнена полностью разборной и позволяет проводить ее установку на полностью смонтированный узел соединения трубопроводов, а также позволяет проводить разборку и сборку устройства при эксплуатации трубопроводов для проведения контроля элементов устройства, а также контроля трубопроводов.

Осуществление изобретения

Стяжное устройство для соединения труб работает следующим образом. Разъемные металлические бандажи закреплены на соединяемых концах труб. При этом один бандаж закреплен на конце присоединяемой трубы с помощью приваренных к трубе стальных пластин, а другой бандаж охватывает патрубок магистрального трубопровода. Бандажи соединены между собой крепежными элементами, например шпильками. Бандаж на патрубке трубопровода соединен с металлическим разъемным хомутом, который охватывает магистральный трубопровод по окружности со стороны, противоположной месту врезки подключаемой трубы, что обеспечивает предотвращение хлыстовых биений в случае разрыва сварного шва соединения труб и гашение ударных волн, возникающих в районе сварного шва.

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим надежное функционирование трубопроводов и их соединений в отраслях промышленности, использующих перемещение жидкостей или газов высокого давления. Стяжное устройство содержит два разъемных металлических бандажа, один из которых закреплен на присоединяемом конце трубы с помощью привариваемых к этой трубе стальных пластин, а второй надет на патрубок магистрального трубопровода и охватывает его по окружности. Бандажи соединены между собой крепежными элементами, например шпильками с гайками. Для предотвращения хлыстовых биений в случае разрыва сварного шва Т-образного соединения труб, а также гашения ударных волн, возникающих в районе сварного шва, стяжное устройство снабжено разъемным металлическим хомутом, охватывающим магистральный трубопровод по окружности со стороны, противоположной месту врезки присоединяемой трубы, и прикрепленным к бандажу на патрубке. Изобретение повышает надежность соединения. 2 ил.

Стяжное устройство для Т-образного соединения магистрального трубопровода и трубы, приваренной к патрубку на магистральном трубопроводе, содержащее разъемные бандажи, один из которых закреплен на конце присоединяемой трубы, а другой установлен на патрубке магистрального трубопровода, и крепежные элементы, соединяющие эти бандажи, отличающееся тем, что присоединение стяжного устройства к магистральному трубопроводу осуществлено с использованием разъемного хомута, охватывающего магистральный трубопровод по окружности со стороны, противоположной месту врезки присоединяемой трубы.