Гибкая труба и концевое соединение гибкой трубы Российский патент 2020 года по МПК F16L11/08 F16L23/00 

F16L11/08

F16L23/00

Гибкая труба и концевое соединение гибкой трубы

Изобретение относится к полимерным трубам, изготовленным из гибких пластических масс с усиливающей арматурой, заделанной в стенку, и имеющим концевые фланцевые соединения. Изобретение может найти применение в нефтяной, химической и смежных отраслях промышленности, а также при изготовлении водопроводов для питьевого водоснабжения.

Гибкие трубы имеют целый ряд преимуществ по сравнению с жесткими стальными трубами. Материал гибких труб успешно противостоит многим высокоагрессивным средам. Силовые элементы гибких труб, выполняемые из высокопрочных сталей, обеспечивают их высокую механическую прочность к комплексу нагрузок в процессе транспортирования, монтажа и эксплуатации труб. Трубы экологичны и монтажеспособны, легко транспортируются.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является гибкая труба, содержащая внутреннюю герметизирующую камеру, на наружной поверхности которой по винтовой линии выполнены пазы, продольные силовые элементы, уложенные в пазы камеры, спиральный каркас и внешнюю защитную полимерную оболочку (см. SU 934141, МПК 7 F 16 L 11/08, 07.06.1982).

Недостатки конструкции состоят в низкой надежности и низкой несущей способности трубы в осевом направлении, ограничении по рабочему давлению.

Наиболее близким аналогом предлагаемого концевого соединения является концевое соединение гибких труб, приведенное в описании изобретения SU 989223, МПК 7 F 16 L 11/10, 15.01.1983, содержащее собственно гибкую трубу и концевую арматуру, включающую охватываемую деталь с фланцем (ниппель с кольцевым выступом в описании), входящую в гибкую трубу, и бандаж (муфту в описании), охватывающий гибкую трубу, продольные силовые элементы (стальной каркас в описании) которой выступают за торец трубы, и имеют изогнутую часть, взаимодействующую с бандажом.

Однако известная конструкция имеет недостаточную надежность соединения труб, так как требует обжатия элементов трубы, в результате чего появляется концентрация напряжений в заделке.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении заявляемой группы изобретений, и которая не могла быть решена при осуществлении аналогов, является повышение надежности, а также прочности гибких труб. Технический результат, который обеспечивается предложенными изобретениями, заключается в повышении несущей способности труб в радиальном и осевом направлениях, в обеспечении пониженных требований к точности угла навивки и к его сохранению по всей длине трубы на протяжении всего срока эксплуатации, а также в обеспечении полной герметичности и надежности концевого соединения труб.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в гибкой трубе, содержащей внутреннюю герметизирующую камеру, на наружной поверхности которой по винтовой линии выполнены пазы, продольные силовые элементы, уложенные в пазы камеры, спиральный каркас и внешнюю защитную полимерную оболочку, при этом продольные силовые элементы выполнены в виде двух слоев повивов, навитых в противоположных направлениях к оси трубы, и имеют конечные участки, выступающие за торцы тела трубы.

Это обеспечивает повышенную несущую способность труб в радиальном и осевом направлениях и прочность трубы.

Указанный технический результат достигается также тем, что концевое соединение гибкой трубы, содержащее собственно гибкую трубу и концевую арматуру, включающую охватываемую деталь с фланцем, входящую в гибкую трубу, и бандаж, охватывающий гибкую трубу, продольные силовые элементы которой выступают за торец трубы, и имеют изогнутую часть, взаимодействующую с бандажом, при этом загиб продольных силовых элементов осуществлен в обратную сторону и размещен в конусной полости, образованной втулкой, охватывающей торец гибкой трубы, и бандажом, а полость заполнена самотвердеющим компаундом.

Это обеспечивает повышение надежности соединения труб.

На фиг.1 представлен вид на трубу в сборе с послойными вырывами, изометрия. На фиг.2 – конструкция концевого соединения предлагаемой гибкой трубы, поперечный разрез.

Гибкая труба включает в себя внутреннюю изолирующую камеру 1, продольные силовые элементы левого и правого повива 2, размещенные в канавках, имеющихся в теле трубы, намотанный поверх них спиральный каркас 3 и внешний изолирующий слой 4.

Концевая арматура включает внутреннюю втулку 5, входящую в гибкую трубу по внутренней поверхности изолирующей камеры 1, и стыковой фланец, соединенный с бандажом 8, охватывающим гибкую трубу с зазором, образующим коническую полость 7 для размещения конечных участков продольных силовых элементов 2, загнутых вокруг втулки 6.

В заявляемой гибкой трубе силовые элементы разделены по виду воспринимаемых нагрузок: на продольные силовые элементы (воспринимают в основном осевую нагрузку) и радиальные (воспринимают только радиальную). Продольные силовые элементы выполнены из стального каната или канатной проволоки и уложены в пазы, нарезанные на внешней поверхности внутренней герметизирующей камеры. Для обеспечения гибкости трубы пазы выполнены по винтовым линиям, равнорасположенным по окружности герметизирующей камеры и имеющим два направления – левое и правое для предотвращения раскручивания продольных силовых элементов под воздействием осевого усилия, вызванного давлением внутри трубы. Число пазов левого направления равно числу пазов правого направления. Угол подъема винтовой линии пазов определяется расчетным путем и зависит от диаметра трубы. Радиальные силовые элементы выполнены из нескольких слоев стальной ленты, навитых во встречных направлениях по внешней поверхности внутренней герметизирующей камеры поверх продольных силовых элементов. Толщина ленты и число слоев определяются расчетным путем и зависят от диаметра трубы и рабочего давления. Разделение нагрузок по отдельным силовым слоям делает конструкцию устойчивой по отношению к перепадам температур, динамике транспортируемой жидкости, подвижкам грунтов, транспортным нагрузкам и т.д.

Внутренняя камера гибкой трубы выполнена из полимеров класса полиолефинов, предпочтительно из полиэтилена. Для защиты силовых элементов от коррозионного воздействия внешней среды и механических повреждений служит внешняя защитная оболочка, выполненная экструзионным способом из полиэтилена низкого давления по внешней поверхности трубы

Согласно технологии сборки, производят наложение на полиэтиленовую (полипропиленовую) трубу в соответствующие канавки двух слоев повивов продольных силовых элементов 2 из стали или жгутов углеродного волокна, затем производят намотку спирального каркаса 3 - радиальных силовых элементов из стальной ленты (или проволоки) или ленты углеродного волокна и наложение внешней защитной оболочки из полиэтилена (пропилена) 4. Сборку гибкой трубы с концевой арматурой осуществляют следующим образом. После введения загнутых частей концевых участков продольных силовых элементов 2 в пазы зажимной втулки 6 их фиксируют путем заполнения полости 7 твердеющим компаундом – например, тампонажным цементным раствором с получением готового концевого соединения после полного отверждения раствора.

Данная конструкция трубы проявила неожиданный технический результат - снижение металлоемкости трубы, так как количество и толщина силовых элементов в точности соответствует воспринимаемым нагрузкам, при этом силовые элементы не несут никаких дополнительных функций

Указанный технический результат достигается также тем, что на концевое соединение гибкой трубы замыкаются все усилия, воспринимаемые силовыми элементами, при этом конструкция концевого соединения исключает концентраторы напряжений в местах заделки силовых элементов, что позволяет использовать их полную расчетную прочность, что также снижает металлоемкость трубы.

Например, испытания образцов трубы на разрушающее давление показали, что разрушение силовых элементов происходит не в местах заделки, а по телу трубы.

Конструкцию и размеры деталей арматуры концевого соединения с элементами гибкой трубы выбирают из условия равнопрочности.

Спиральный каркас предназначен для восприятия только радиальных нагрузок (составляющая внутреннего давления и сминающая от веса грунта в траншее и веса проходящего транспорта).

Два силовых слоя, состоящих из правого и левого повивов продольных силовых элементов, воспринимают осевые растягивающие нагрузки от внутреннего давления и от монтажных нагрузок.

Такие трубы транспортируются всеми видами транспорта, имеют большую вместимость в транспортное средство. При необходимости гибкие трубопроводы могут быть легко демонтированы и использованы повторно.

Изобретение относится к полимерным трубам, имеющим концевые фланцевые соединения, и может найти применение в нефтяной, химической и строительной отраслях промышленности, а также для водоснабжения. Технический результат заключается в повышении несущей способности труб в радиальном и осевом направлениях, а также в обеспечении полной герметичности и надежности концевого соединения труб. В гибкой трубе, содержащей внешнюю оболочку, спиральный каркас и внутреннюю герметизирующую камеру с пазами, в которые уложены продольные силовые элементы в виде двух слоев, навитых в противоположных направлениях, силовые элементы имеют конечные участки, выступающие за торцы тела трубы. Концевое соединение гибкой трубы содержит охватываемую деталь с фланцем, входящую в гибкую трубу, и бандаж, охватывающий гибкую трубу, продольные силовые элементы которой имеют изогнутую в обратную сторону часть, размещенную в конусной полости, образованной бандажом и трубой, которая заполнена самотвердеющим компаундом. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гибкая труба, содержащая внутреннюю герметизирующую камеру, на наружной поверхности которой по винтовым линиям выполнены пазы, продольные силовые элементы, уложенные в пазы камеры, спиральный каркас и внешнюю защитную полимерную оболочку, отличающаяся тем, что продольные силовые элементы выполнены в виде двух слоев повивов, навитых в противоположных направлениях к оси трубы, и имеют конечные участки, выступающие за торцы тела трубы.

2. Концевое соединение гибкой трубы, содержащее собственно гибкую трубу и концевую арматуру, включающую охватываемую деталь с фланцем, входящую в гибкую трубу, и бандаж, охватывающий гибкую трубу, продольные силовые элементы которой выступают за торец трубы и имеют изогнутую часть, взаимодействующую с бандажом, отличающееся тем, что загиб продольных силовых элементов осуществлен в обратную сторону и размещен в конусной полости, образованной втулкой, охватывающей торец гибкой трубы, и бандажом, а полость заполнена самотвердеющим компаундом.