ФИТИНГ Российский патент 2024 года по МПК F16L55/11 F16L47/03 

Область техники

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта на основе напорных труб из термопластических материалов, используемых для перемещения жидких и газообразных веществ под давлением, в том числе в газопроводах, нефтепроводах и водопроводах подземной, наземной и надземной прокладки. Фитинг относится к техническим средствам, предназначенным для проведения аварийных и ремонтно-восстановительных работ на действующих трубопроводах без прекращения их эксплуатации. Для сочленения труб из термопластов и соединительных деталей к ним применяют процедуры сварки нагревательным инструментом. Применение фитинга возможно практически в любом подлежащем ремонту месте трубопровода, находящегося под высоким давлением.

Уровень техники

Известен «Способ сварки полимерных труб соединительными деталями с закладным нагревателем» по патенту на изобретение Российской Федерации RU 2744141, опубликованному 03.03.2021, позволяющий получать качественный сварной шов для сварки полиэтиленовых труб с помощью муфты при температурах окружающего воздуха более низких, чем предусмотрено нормативными документами, без строительства специального отапливаемого сооружения. Указанный технический результат достигается за счет того, что перед сваркой полимерных труб через клеммы муфты с помощью самого сварочного аппарата подается определенное напряжение и производится предварительный подогрев в зоне оплавления между трубой и муфтой до значения температуры из допустимого интервала от минус 15°С до плюс 45°С, предусмотренного нормативными документами. Для того, чтобы сварочный аппарат мог производить сварку при низких температурах окружающего воздуха, в его программном обеспечении устанавливается программа с расчетными данными по подаваемым напряжениям для предварительного подогрева, технологической паузы и скорости охлаждения сварного соединения.

Известен «Способ сварки полимерных труб с помощью электромуфт» по патенту на изобретение Российской Федерации RU 2458279, опубликованному 10.08.2012, позволяющий уменьшить отрицательное влияние зазора между трубой и муфтой при сварке и получить более прочный сварочный слой. Это достигается за счет того, что во время сварки воздействуют переменным магнитным полем на электроспираль, которая совершает продольные колебательные движения, увлекая за собой приграничный слой полимерного расплава. Магнитное поле создается с помощью размещения вдоль полимерных труб впереди и сзади корпуса муфты соосно с трубами двух катушек, намотанных на ферромагнитный сердечник в форме полуцилиндрического сегмента, которые подключают к генератору переменного тока. За счет изменения частоты и амплитуды тока в катушках, регулируют продольные колебания электроспирали.

Известно «Устройство для соединения труб, имеющее механическое и сварное соединение» по патенту на изобретение США US 6,375,226, опубликованному 23.04.2002. Устройство представляет собой фитинг, предназначенный для стыковки многослойных композитных труб, содержащих один армирующий слой или слой высокой прочности, один внутренний термопластовый слой и один внешний защитный слой. Фитинг содержит полый трубчатый корпус, приспособленный для вставки в него с противоположных концов стыкуемых труб, снабженный механическими средствами захвата указанных труб и средства сварки в виде термопластовой цилиндрической втулки с размещенной внутри нее спиралью из электропроводящего провода. Эта втулку сваривают с внутренним термопластовым слоем стыкуемых труб для получения плотного и герметичного соединения. За счет прочного корпуса фитинга и механических средств захвата труб практически полностью снимают продольные и поперечные механические нагрузки на сварной шов, что исключает его повреждение и разрыв.

Известен «Закрывающий резьбовой фитинг» по патенту на изобретение США US 6,907,896, опубликованному 21.06.2005. Фитинг, является резьбовым фитингом или нарезным тройником для крепления его на термопластовую трубу с целью создания ответвления. Фитинг включает в себя корпус с основной полой секцией, режущий узел, смонтированный внутри нее с возможностью осевого перемещения, снабженный вращаемым режущим лезвием. Корпус фитинга имеет седловидную нижнюю часть, которая может быть сплавлена с термопластовой трубой с помощью электромуфтовых элементов, и боковое ответвление. Основным преимуществом устройства является использование одного уплотняющего элемента между режущим узлом и корпусом фитинга, который обеспечивает одинаково эффективное уплотнение независимо от фактического вертикального положения лезвия. Фитинг имеет более простую и менее дорогостоящую конструкцию при сравнимых технических параметрах с известными предшествующими аналогами.

Известен «Фитинг» по заявке на изобретение США US 2005/0034762, опубликованной 17.02.2005. Фитинг предназначен для бурения трубопровода и осуществления отвода от него. Фитинг содержит корпус, изготовленный из термопласта и соединенный электросваркой с термопластовой трубой. В фитинге размещен соединительный элемент с возможностью осевого перемещения, который снабжен сверлом.

Отличительной особенностью фитинга является наличие предохранительного запорного устройства с исполнительным элементом, размещенного в боковом ответвлении от корпуса фитинга как неотъемлемого составного элемента этого корпуса. Запорное устройство может быть приведено в действие при необходимости. Фитинг обладает относительно небольшими габаритами, достаточно высокой надежностью и характеризуется невысокими затратами на производство и установку.

Известен «Фитинг с плавкой заглушкой» по заявке на изобретение США US-2010/0154988, опубликованной 24.06.2010. По совокупности общих существенных признаков техническое решение по указанной заявке на изобретение выбрано в качестве прототипа.

Фитинг содержит цилиндрический корпус из термопласта, который жестко и герметично приварен к изготовленному из термопласта трубопроводу с полным охватом места на трубопроводе, в котором проделывается сквозное отверстие. Съемный адаптер для монтажа оборудования прикреплен к верхней внешней части цилиндрического корпуса из термопласта с помощью металлических шпилек и гаек. Цилиндрическая заглушка из термопласта плотно размещена в верхней внутренней части корпуса из термопласта и закреплена в ней. Указанная заглушка снабжена кольцевой проточкой, в которую вставлено уплотнительное эластичное кольцо. На наружную боковую часть цилиндрической заглушки из термопластика намотан электропроводящий металлический провод в виде спирали, концы которого подсоединены к клеммам электродов для подключения к источнику электрического тока.

Это устройство позволяет производить ремонтные работы на трубопроводе из термопласта, находящимся под давлением транспортируемого по нему газообразного или жидкого вещества. На съемном адаптере монтируют запорную арматуру (шиберную задвижку), оборудование для врезки (буровую машину) и оборудование для перекрытия (стоп-систему). После завершения работ на трубопроводе из термопласта в цилиндрический корпус из термопласта устанавливают цилиндрическую заглушку из термопласта, которую затем приваривают к внутренней поверхности цилиндрического корпуса из термопласта за счет нагрева намотанного металлического провода в виде спирали от источника электрического тока. Эта заглушка служит конструктивным элементом постоянного действия.

Прототип имеет несколько недостатков.

При использовании фитинга на действующем трубопроводе на установленную цилиндрическую заглушку из термопласта, плотно размещенную в верхней внутренней части цилиндрического корпуса из термопласта, действует выталкивающее давление находящегося в трубопроводе жидкого или газообразного вещества. Для противодействия этому давлению в прототипе использованы установленные над цилиндрической заглушкой из термопласта раздвижные створки, которые входят в зацепление с выполненной в верхней внутренней части цилиндрического корпуса из термопласта кольцевой канавкой. Кроме того, для устранения давления на цилиндрическую заглушку из термопласта в процессе электрической сварки в ее центральной части выполнено сквозное отверстие, в которое установлен клапан для выравнивая давления в трубе и в пространстве между цилиндрической заглушкой из термопласта и крышкой глухого фланца. Нижняя часть сквозного отверстия для клапана выравнивая давления подлежит герметизации электрической сваркой с помощью закладного нагревательного элемента. Как следует из рисунка (Фигура 8) заявки на изобретение США US 2005/0034762, показывающего поперечное горизонтальное сечение фитинга, зона сплавления контактирующих поверхностей является неоднородной по форме, размеру, плотности, прочности и однородности сварочного слоя. В этом слое возможны полости и неоднородности, из-за которых нельзя гарантировать высокую герметичность указанной заглушки из термопласта. Кроме того, потенциальным источником утечки может стать сварной шов нижней части сквозного отверстия для клапана выравнивая давления, полученный с помощью закладного нагревательного элемента. С целью обеспечения достаточной надежности и герметичности фитинга в случае утечки через сварные швы к фланцу фитинга крепится дополнительная постоянная крышка с помощью металлических шпилек и гаек или приваривается электрической сваркой. Все это делает процесс установки указанной заглушки сложным и дорогостоящим.

Уплотнительное эластичное кольцо, вставленное в кольцевую проточку, выполненную в цилиндрической заглушке из термопласта, размещено над электропроводящим металлическим проводом в виде спирали. Оно не препятствует поступлению находящегося в трубопроводе вещества под давлением в область электрической сварки. Это может негативно влиять на качество и надежность получаемого сварного шва с точки зрения его прочности, герметичности и способности выдерживать климатические и эксплуатационные нагрузки.

Эффективное применение прототипа на действующих трубопроводах возможно только для транспортируемых веществ, не обладающих электрической проводимостью. В водопроводах при расположении уплотнительного эластичного кольца над электрической спиралью возможно попадание воды под давлением в область электрической сварки, приводящее к межвитковым замыканиям, нарушению режима сварки и ухудшению качества сварного шва.

Сущность изобретения

Использование данного устройства для ремонта действующего трубопровода обеспечивает проведение ремонта на действующем трубопроводе высокого давления, повышает надежность, прочность и герметичность фитинга, используемого в качестве постоянной заглушки, что приводит к повышению качества ремонта и снижению его стоимости. Указанный положительный эффект достигается за счет того, что

- верхняя внутренняя часть цилиндрического корпуса из термопласта снабжена внутренней резьбой резьбового соединения,

- верхняя наружная боковая часть цилиндрической заглушки из термопласта снабжена внешней резьбой резьбового соединения,

- цилиндрическая заглушка из термопласта закреплена в верхней внутренней части цилиндрического корпуса из термопласта с помощью резьбового соединения,

- вдоль винтовой линии, проходящей между впадиной витков внешней резьбы цилиндрической заглушки из термопласта и вершиной витков внутренней резьбы цилиндрического корпуса из термопласта размещен указанный электропроводящий металлический провод в виде внутренней спирали по всей длине резьбы, концы которой подсоединены к клеммам электродов для подключения к источнику электрического тока, а также вдоль винтовой линии, проходящей между впадиной витков внутренней резьбы цилиндрического корпуса из термопласта и вершиной витков внешней резьбы цилиндрической заглушки из термопласта, размещен дополнительный электропроводящий металлический провод в виде внешней спирали по всей длине резьбы, концы которой подсоединены к клеммам электродов для подключения к источнику электрического тока.

В фитинге вдоль винтовой линии во впадине витков внешней резьбы цилиндрической заглушки из термопласта выполнена канавка по всей длине резьбы, в которой размещен указанный электропроводящий металлический провод в виде внутренней спирали, концы которой подсоединены к клеммам электродов для подключения к источнику электрического тока.

В фитинге вдоль винтовой линии на вершине витков внешней резьбы цилиндрической заглушки из термопласта выполнена канавка по всей длине резьбы, в которой размещен дополнительный электропроводящий металлический провод в виде внешней спирали, концы которого подсоединены к клеммам электродов для подключения к источнику электрического тока.

В фитинге вдоль винтовой линии во впадине витков внутренней резьбы цилиндрического корпуса из термопласта выполнена канавка по всей длине резьбы, в которой размещен дополнительный электропроводящий металлический провод в виде внешней спирали, концы которой подсоединены к клеммам электродов для подключения к источнику электрического тока.

В фитинге кольцевая проточка со вставленным в нее уплотнительным эластичным кольцом расположена в цилиндрической заглушке из термопласта ниже ее верхней наружной боковой части, снабженной внешней резьбой резьбового соединения.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения со ссылками на прилагаемые рисунки. На рисунке (Фигура 1) представлен общий вид фитинга. На рисунке (Фигура 2) показан вид в сечении части резьбового соединения цилиндрического корпуса из термопласта и цилиндрической заглушки из термопласта.

Осуществление изобретения

Фитинг 1 (Фигура 1) содержит цилиндрический корпус из термопласта 2, который жестко и герметично приварен к изготовленному из термопласта трубопроводу 3 с полным охватом места на трубопроводе, в котором проделывается сквозное отверстие 4. Съемный металлический адаптер для монтажа оборудования 5, содержит верхний стяжной фланец 6 и нижний стяжной фланец 7, которые прикреплены к верхней внешней части цилиндрического корпуса из термопласта 2 фитинга 1 с помощью стяжных болтов 8 с использованием гаек 9 и шайб 10. Прижимной фланец 11 прикреплен к верхнему стяжному фланцу 6 с применением болтов 12. Цилиндрическая заглушка из термопласта 13 плотно размещенная в верхней внутренней части цилиндрического корпуса из термопласта 2 и закрепленная с помощью резьбового соединения. Оно образовано внутренней резьбой в верхней внутренней части цилиндрического корпуса из термопласта 2 и внешней резьбой на верхней наружной боковой части цилиндрической заглушки из термопласта 13. Цилиндрическая заглушка из термопласта 13 снабжена кольцевой проточкой, в которую вставлено уплотнительное эластичное кольцо 14. Вдоль винтовой линии, проходящей по впадине витков внешней резьбы цилиндрической заглушки из термопласта 13, размещен указанный электропроводящий металлический провод в виде внутренней спирали 15 по всей длине резьбы, концы которого подсоединены к клеммам электродов 16 для подключения к источнику электрического тока. Вдоль винтовой линии, проходящей по впадине витков внутренней резьбы цилиндрического корпуса из термопласта 2, размещен дополнительный электропроводящий металлический провод в виде внешней части спирали 17 по всей длине резьбы, концы которого подсоединены к клеммам электродов 18 для подключения к источнику электрического тока. Внутренняя спираль 15 отличается от внешней спирали 17 более близким расположением к центральной продольной оси цилиндрического корпуса из термопласта 2 фитинга 1. Для обеспечения высокого уровня герметизации фитинга 1 в процессе работы с дополнительным оборудованием, например с буровой машиной, в нижней части верхнего стяжного фланца 6, примыкающей к верхней части цилиндрического корпуса из термопласта 2, выполнена кольцевая проточка, в которую вставлен дополнительный уплотняющий эластичный кольцевой элемент 19. Уплотнительное эластичное кольцо 14 полностью исключает попадание находящегося в трубопроводе вещества под давлением в область электрической сварки и устраняет его негативное влияние на качество получаемого сварного шва.

На рисунке (Фигура 2) показан вид в сечении части резьбового соединения цилиндрического корпуса из термопласта 2 и цилиндрической заглушки из термопласта 13 с изображением указанного электропроводящего металлического провода в виде внутренней спирали 15 и дополнительного электропроводящего металлического провода в виде внешней спирали 17, а также с показом областей локальной электрической сварки 20.

Крепление цилиндрической заглушки из термопласта 13 в цилиндрическом корпусе из термопласта 2 фитинга 1 с помощью резьбового соединения, обеспечивает полную компенсацию выталкивающего воздействия на заглушку вещества, находящегося в трубопроводе под высоким давлением.

За счет размещения указанного и дополнительного электропроводящих металлических проводов в виде внутренней спирали 15 и внешней спирали 17 вдоль винтовой линии по всей длине резьбы, а также путем подбора оптимального режима электрической сварки по величине электрического напряжения, времени сварки и времени охлаждения достигается образование областей локальной сварки 20 (Фигура 2) только около вершин и углублений витков резьбового соединения без расплавления основной центральной части между ними. Форма профиля резьбы существенным образом не меняется. Резьбовое соединение не теряет свою прочность и возможность противостоять высокому давлению вещества в трубопроводе, которое оказывает выталкивающее воздействие на цилиндрическую заглушку из термопласта 13. По этой причине устанавливать как в прототипе дополнительную постоянную крышку, закрепляемую с помощью металлических шпилек и гаек или привариваемую электрической сваркой, не требуется. Нет необходимости оставлять механическое крепление после завершения работ. Съемный металлический адаптер для монтажа оборудования 5 может быть снят для последующего многократного использования по назначению.

Созданный протяженный сварной шов вершины и углубления витков резьбового соединения вдоль винтовой линии по всей длине резьбы обеспечивает высокую степень герметизации резьбового соединения, которое первоначально могло быть не полностью герметичным. Указанный сварной шов практически исключает негативное влияние отдельных, характерных для электрической сварки термопластов, внутренних дефектов сварного соединения в виде непроваров, трещин, пор, газовых и твердых инородных включений.

Таким образом, в фитинге 1 одновременно реализованы механическое резьбовое соединение и сварное соединение цилиндрической заглушки из термопласта 13 с цилиндрическим корпусом из термопласта 2. При этом наличие резьбового соединения полностью защищает сварное соединение и исключает негативное влияние на его прочность возможных продольных и поперечных механических нагрузок в виде растяжения, скрутки, поперечного изгиба и ударного изгиба.

В фитинге 1 обеспечиваются более благоприятные условия для получение высококачественного сварного шва по сравнению с прототипом. Это достигнуто за счет расположения в цилиндрической заглушке из термопластика 13 кольцевой проточкой с вставленным в нее уплотнительным эластичным кольцом 14 ниже резьбового соединения. Наличие и расположение такого уплотнительного эластичного кольца исключает попадание находящего в трубопроводе вещества в область электрической сварки. Это позволяет использовать фитинг 1 на водопроводах под давлением. В отличии от прототипа применение фитинга на действующих трубопроводах возможно практически для любых транспортируемых веществ, в том числе обладающих электрической проводимостью.

В фитинге 1 достигнута надежная фиксация резьбового соединения за счет электрической сварки, которая практически полностью исключает самопроизвольное отвинчивание цилиндрической заглушки из термопласта 13 из цилиндрического корпуса из термопласта 2. При этом значительно снижается вероятность ослабевания резьбового соединения под воздействием эксплуатационных и климатических нагрузок, которые, как известно, способны приводить к снижению усилия затяжки, самопроизвольному отвинчиванию элементов, усталости материалов резьбового соединения и скрепляемых деталей, проседанию из-за деформации деталей, находящихся под давлением затяжки, и проскальзыванию.

Промышленная применимость фитинга была подтверждена в ходе проведения заводских испытаний.

Полиэтиленовый фитинг DN 160, изготовленный из полиэтилена высокой плотности РЕ-100, был приварен к полиэтиленовой трубе с маркировкой РЕ-100 SDR 11, диаметром 160 мм и с толщиной стенки 14.6 мм.

В полиэтиленовой трубе было прорезано отверстие, соединяющее полость этой трубы с полостью цилиндрического корпуса фитинга. Затем была установлена цилиндрическая заглушка фитинга из такового же полиэтилена. В резьбовом соединении цилиндрического корпуса фитинга и цилиндрической заглушки использовалась трапецеидальная резьба.

В полиэтиленовой трубе было создано испытательное давление величиной 2.4 МПа, при котором фитинг выдерживался в течение 8 часов. В качестве вещества в трубопроводе под давлением в процессе испытания использовалась вода.

После завершения испытаний фитинга на прочность и герметичность, давление было снижено до рабочего уровня 1.6 МПа, при котором была произведена приварка цилиндрической заглушки из полиэтилена посредством подачи электрического напряжения величиной 39 В на спираль этой заглушки в течение 240 секунд. Указанная заглушка удерживалась прижимным фланцем 11 (Фигура 1), препятствующим ее выдавливанию в процессе получения локальных оплавлений 20 вокруг внутренней спирали 15 (Фигура 2). В испытанном образце фитинга из полиэтилена была использована только одна внутренняя спираль, размещенная во впадине витков внешней резьбы цилиндрической заглушки из полиэтилена.

После завершения процесса сварки, фитинг был выдержан в течение 30 минут для остывания. Прижимной фланец был демонтирован. Далее, давление в трубе было снова увеличено до значения 2.4 МПа и произведена выдержка в течение 8 часов.

Утечки и деформации корпуса фитинга и заглушки полностью отсутствовали.

Изобретение предназначено для проведения ремонтных и восстановительных работ на действующих трубопроводах, выполненных на основе напорных труб из термопластических материалов, используемых для перемещения жидких и газообразных веществ под давлением. В фитинге одновременно реализованы механическое резьбовое соединение и сварное соединение цилиндрической заглушки из термопласта с цилиндрическим корпусом из термопласта. Наличие резьбового соединения полностью защищает сварное соединение и исключает негативное влияние на его прочность возможных продольных и поперечных механических нагрузок. Надежная фиксация резьбового соединения за счет электрической сварки исключает ослабевание резьбы и самопроизвольное отвинчивание цилиндрической заглушки из термопласта из цилиндрического корпуса из термопласта под воздействием эксплуатационных и климатических нагрузок. Изобретение обладает высокой надежностью, прочностью и герметичностью. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Фитинг, содержащий цилиндрический корпус из термопласта, который жестко и герметично приварен к изготовленному из термопласта трубопроводу с полным охватом места на трубопроводе, в котором проделывается сквозное отверстие, съемный адаптер для монтажа оборудования, прикрепленный к верхней внешней части цилиндрического корпуса из термопласта с помощью металлических шпилек и гаек, цилиндрическую заглушку из термопласта, плотно размещенную в верхней внутренней части цилиндрического корпуса из термопласта и закрепленную в ней, снабженную кольцевой проточкой, в которую вставлено уплотнительное эластичное кольцо, а также намотанный на наружную боковую часть цилиндрической заглушки из термопласта электропроводящий металлический провод в виде спирали, концы которой подсоединены к клеммам электродов для подключения к источнику электрического тока, отличающийся тем, что верхняя внутренняя часть цилиндрического корпуса из термопласта снабжена внутренней резьбой резьбового соединения, верхняя наружная боковая часть цилиндрической заглушки из термопласта снабжена внешней резьбой резьбового соединения, цилиндрическая заглушка из термопласта закреплена в верхней внутренней части цилиндрического корпуса из термопласта с помощью резьбового соединения, вдоль винтовой линии, проходящей между впадиной витков внешней резьбы цилиндрической заглушки из термопласта и вершиной витков внутренней резьбы цилиндрического корпуса из термопласта, размещен указанный электропроводящий металлический провод в виде внутренней спирали по всей длине резьбы, концы которой подсоединены к клеммам электродов для подключения к источнику электрического тока, а также вдоль винтовой линии, проходящей между впадиной витков внутренней резьбы цилиндрического корпуса из термопласта и вершиной витков внешней резьбы цилиндрической заглушки из термопласта, размещен дополнительный электропроводящий металлический провод в виде внешней спирали по всей длине резьбы, концы которой подсоединены к клеммам электродов для подключения к источнику электрического тока.

2. Фитинг по п. 1, отличающийся тем, что вдоль винтовой линии во впадине витков внешней резьбы цилиндрической заглушки из термопласта выполнена канавка по всей длине резьбы, в которой размещен указанный электропроводящий металлический провод в виде внутренней спирали, концы которой подсоединены к клеммам электродов для подключения к источнику электрического тока.

3. Фитинг по п. 1, отличающийся тем, что вдоль винтовой линии на вершине витков внешней резьбы цилиндрической заглушки из термопласта выполнена канавка по всей длине резьбы, в которой размещен дополнительный электропроводящий металлический провод в виде внешней спирали, концы которой подсоединены к клеммам электродов для подключения к источнику электрического тока.

4. Фитинг по п. 1, отличающийся тем, что вдоль винтовой линии во впадине витков внутренней резьбы цилиндрического корпуса из термопласта выполнена канавка по всей длине резьбы, в которой размещен дополнительный электропроводящий металлический провод в виде внешней спирали, концы которой подсоединены к клеммам электродов для подключения к источнику электрического тока.

5. Фитинг по п. 1, отличающийся тем, что кольцевая проточка со вставленным в нее уплотнительным эластичным кольцом расположена в цилиндрической заглушке из термопласта ниже ее верхней наружной боковой части, снабженной внешней резьбой резьбового соединения.