ЗАГЛУШАЮЩЕЕ РЕЗИНОКОРДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКРЫТИЯ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 2025 года по МПК F16L55/12 

Изобретение относится к герметизирующим устройствам для трубопроводной сети и может быть использовано для перекрытия труб нефтепроводов, водопроводов и других трубопроводных систем.

Известно заглушающее резинокордное устройство для перекрытия трубопроводов, содержащее камеру, образованную цилиндрической и двумя сопряженными с ней торцевыми стенками, включающими наружную покровную резиновую оболочку, упрочняющий каркас, состоящий из слоев прорезиненной кордной ткани, армирующей цилиндрическую и торцевые стенки, и внутреннюю герметизирующую резиновую оболочку, одна из торцевых стенок снабжена, расположенным по оси камеры трубным штуцером, переходящим внутри камеры в кольцевой диск, соединенный с торцевой стенкой камеры через резиновую прослойку, причем прорезиненная кордная ткань упрочняющего каркаса, армирующая обе торцевые стенки, выполнена из отдельных радиально направленных и частично перекрывающих одна другую полос (патент РФ №2037727, кл. F 16 L 55/12).

Недостатками данной конструкции являются:

- невысокая долговечность устройства вследствие наличия большого количества армирующих слоев в зоне сопряжения торцевой и цилиндрической стенок. Это приводит к возникновению больших напряжений при раздувании оболочки в трубе, что влечет за собой расслаивание и разрушение устройства.

Наиболее близким аналогом является заглушающее резинокордное устройство для перекрытия трубопроводов, (RU 2277661 C1, кл. F 16 L 55/12), содержащее внутреннюю камеру, образованную цилиндрической и двумя сопряженными с ней торцевыми стенками, включающими внутреннюю герметизирующую резиновую оболочку, наружную покровную резиновую оболочку и расположенный между ними упрочняющий каркас. Каркас состоит из слоев резинокордной ткани, армирующих цилиндрическую стенку камеры, и отдельных радиально направленных и частично перекрывающих одна другую полос резинокордной ткани, армирующих торцевые стенки камеры. Одна из торцевых стенок снабжена расположенным по оси камеры трубным штуцером, переходящим внутри камеры в кольцевой диск, соединенный с торцевой стенкой через резиновую прослойку. Кроме того, упрочняющий каркас включает, по меньшей мере, один дополнительный слой прорезиненной кордной ткани, наложенный на внутреннюю камеру и расположенный в зоне сопряжения цилиндрической и торцевых стенок.

Недостаток данной конструкции:

- не обеспечивается двухкратный запас прочности заглушающего резинокордного устройства при накачивании оболочки избыточным давлением сжатого воздуха, превышающим рабочее давление в два раза, в следствии недостаточной прочности упрочняющего каркаса в зоне сопряжения цилиндрической и торцевой стенки.

Задачей изобретения является определение оптимальной ширины дополнительного слоя упрочняющего каркаса, с целью обеспечения гарантированного двухкратного запаса прочности устройства.

Поставленная задача решена за счет того, что в заглушающем резинокордном устройстве для перекрытия трубопроводов, содержащем внутреннюю герметичную оболочку, образованную цилиндрической и двумя сопряженными с ней торцевыми стенками, причем одна из торцевых стенок снабжена расположенным по оси оболочку трубным штуцером, переходящим внутри оболочки в кольцевой диск, соединенный с торцевой стенкой оболочки через резиновую прослойку, упрочняющий армирующий каркас, состоящий из слоев прорезиненной кордной ткани, наложенных на цилиндрическую и торцевые поверхности герметичной оболочки, при этом прорезиненная кордная ткань каркаса, на торцевых стенках оболочки, выполнена из отдельных радиально направленных и частично перекрывающих одна другую полос, и наружный покровной слой, размещенный на упрочняющем каркасе, упрочняющий каркас включает, по меньшей мере, один дополнительный слой прорезиненной кордной ткани, наложенный на внутреннюю герметичную оболочку в зоне сопряжения цилиндрической и торцевых стенок, отличающееся тем, что концевые участки слоев прорезиненной кордной ткани цилидрической и/или торцевых стенок, прилегающих к внутренней герметичной оболочки наложены внахлест на дополнительный слой прорезиненной кордной ткани, при этом оптимальная ширина дополнительного слоя H, определяется из соотношения:

,

где D - диаметр цилиндрической стенки резинокордного устройства от 400 до 1000мм,

k - эмпирический коэффициент для определения оптимальной ширины дополнительного слоя, выбран от 1,3 до 1,7.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении эксплуатационной надежности заглушающего резинокордного устройства за счет исключения возможности его разрушения при подаче в него избыточного давления сжатого воздуха, превышающего рабочее давление в два раза и снижение материалоемкости.

Экспериментальными исследованиями определена зависимость запаса прочности заглушающего резинокордного устройства от ширины дополнительного слоя прорезиненной кордной ткани и диаметра цилиндрической стенки резинокордного устройства.

Исследования проводились на пяти опытных образцах заглушающих резинокордных устройств, каждого типоразмера, с наружными диаметрами цилиндрической стенки 400, 500, 600, 700 и 800мм, при этом ширина дополнительного слоя варьировалась от 300мм до 500мм, на опытных образцах устройств, с наружными диаметрами цилиндрической стенки 900мм и 1000мм, ширина дополнительного слоя варьировалась от 400мм до 600мм. Запас прочности (Зп) определялся как отношение величины давления разрушения (Р раз) резинокордного устройства при гидравлических испытаниях, к рабочему давлению (Р раб) заглушающего устройства, равному 0,4 МПа.

Таблица 1 - Зависимость показателей запаса прочности резинокордного устройства от ширины дополнительного слоя и диаметра резинокордного устройства.

Диаметр
цилиндрической стенки, D, мм Показатели Ширина дополнительного слоя, Н, мм Давление разрушения,
Р раз, МПа Запас прочности,
ЗП = Р раз/Рраб 400 300 1,41 1,41/0,4 = 3,5 350 1,36 1,36/0,4 = 3,4 400 1,34 1,34/0,4 = 3,4 450 1,31 1,31/0,4 = 3,3 500 1,28 1,28/0,4 = 3,2 500 300 1,01 1,01/0,4 = 2,5 350 1,12 1,12/0,4 = 2,8 400 1,02 1,02/0,4 = 2,5 450 0,98 0,98/0,4 = 2,4 500 0,94 0,94/0,4 = 2,3 600 300 1,13 1,13/0,4 = 2,8 350 1,14 1,14/0,4 = 2,8 400 1,27 1,27/0,4 = 3,2 450 1,09 1,09/0,4 = 2,7 500 0,96 0,96/0,4 = 2,4 700 300 0,91 0,91/0,4= 2,3 350 0,98 0,98/0,4= 2,4 400 1,05 1,05/0,4= 2,6 450 1,10 1,10/0,4= 2,7 500 1,02 1,02/0,4= 2,5 800 300 0,91 0,91/0,4= 2,3 350 0,95 0,95/0,4= 2,4 400 0,96 0,96/0,4= 2,4 450 1,05 1,05/0,4= 2,6 500 0,98 0,98/0,4=2,5 900 400 0,95 0,97/0,4= 2,4 450 0,97 0,97/0,4= 2,4 500 0,99 0,99/0,4= 2,5 550 1,03 1,03/0,4= 2,6 600 0,96 0,96/0,4= 2,4 1000 400 0,92 0,92/0,4= 2,3 450 0,94 0,94/0,4= 2,3 500 0,97 0,97/0,4= 2,4 550 0,97 0,97/0,4= 2,4 600 1,02 1,02/0,4=2,6

Из данных, приведенных в таблице 1, видно, что:

- для резинокордных устройств с наружным диаметром цилиндрической стенки) 400 мм, наиболее высокое значение запаса прочности получено при ширине дополнительного слоя Н = 300 мм;

- для резинокордных устройств с наружным диаметром цилиндрической стенки) 500 и 600 мм, наиболее высокое значение запаса прочности получено при ширине дополнительного слоя Н, соответственно 350 мм и 400 мм.

- для резинокордных устройств с наружным диаметром цилиндрической стенки 700 и 800 мм, наиболее высокое значение запаса прочности получено при ширине дополнительного слоя Н, соответственно 450 мм и 500 мм.

- для резинокордных устройств с наружным диаметром цилиндрической стенки 900 и 1000мм, наиболее высокое значение запаса прочности получено при ширине дополнительного слоя Н, соответственно 550 мм и 600 мм.

Оптимальная ширина дополнительного слоя Н и диаметр цилиндрической стенки резинокордного устройства D, связаны соотношением D/Н, например:

400/300 = 1,3

500/350 = 1,4;

600/400 = 1,5;

700/450 = 1,6;

800/450 = 1,7;

900/550 = 1,7;

1000/600 = 1,7,

таким образом по результатам экспериментов эмпирический коэффициент для определения оптимальной ширины дополнительного слоя, выбран от 1,3 до 1,7.

Ввиду аналогичности конструкции резинокордных устройств результаты экспериментов опытных образцов по определению оптимальной ширины дополнительного слоя, можно распространить на весь типоразмерный ряд.

Пример расчета оптимальной ширины дополнительного слоя.

Оптимальная ширина дополнительного слоя Н, для резинокордного устройства диаметром D= 500мм:

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображен общий вид устройства (осевое сечение);

на фиг.2 - вид на торцевую стенку упрочняющего каркаса заявляемого устройства
по стрелке А на фиг.1 с условно снятым наружным покровным слоем;

на фиг.3 - увеличенный фрагмент Б на фиг.1;

- на фиг.4 - рабочее положение заглушающего устройства в трубе до и после подачи в него сжатого газа.

Заглушающее резинокордное устройство для перекрытия трубопроводов, содержит внутреннюю герметичную оболочку 1, образованную цилиндрической 2 и двумя сопряженными с ней торцевыми стенками 3, причем одна из торцевых стенок снабжена расположенным по оси камеры трубным штуцером 4, переходящим внутри оболочки в кольцевой диск 5, соединенный с торцевой стенкой оболочки через резиновую прослойку (на чертеже не показана), упрочняющий армирующий каркас 6, состоящий из слоев прорезиненной кордной ткани, наложенных на цилиндрическую 2 и торцевые поверхности 3 герметичной оболочки, при этом прорезиненная кордная ткань каркаса 6, на торцевых стенках 3 оболочки, выполнена из отдельных радиально направленных и частично перекрывающих одна другую полос 7, и наружный покровной слой 8, размещенный на упрочняющем каркасе 6, упрочняющий каркас включает, по меньшей мере, один дополнительный слой 9 прорезиненной кордной ткани, наложенный на внутреннюю герметичную оболочку 1 в зоне сопряжения цилиндрической и торцевых стенок, концевые участки слоев прорезиненной кордной ткани цилидрической 2 и/или торцевых стенок 3, прилегающих к внутренней герметичной оболочки 1 наложены внахлест на дополнительный слой 9 прорезиненной кордной ткани, ширина дополнительного слоя 9 определяется по формуле.

Формула для определения оптимальной ширины дополнительного слоя получена по результатам экспериментальных исследований и расчетов. При воздействии нагрузок от давления сжатого газа более слабым местом в конструкции кордного каркаса устройства является каркас, расположенный в зоне сопряжения цилиндрической и торцевых стенок камеры.

Введение дополнительного слоя прорезиненной кордной ткани в зону сопряжения цилиндрической и торцевых стенок камеры целесообразно для предотвращения деформации торцевых стенок при подаче в заглушающее устройство сжатого воздуха под высоким давлением.

Оптимальная ширина дополнительного слоя, определяемая по формуле, обеспечивает снижение напряжений в зоне сопряжения цилиндрической и торцевых стенок заглушающего устройства при растяжении от давления сжатого газа при накачивании устройства до рабочего давления.

При уменьшении ширины дополнительного слоя появляется вероятность разрыва заглушающего устройства в зоне сопряжения цилиндрической и торцевых стенок.

Увеличение ширины дополнительного слоя приводит к неравномерному распределению нагрузок в зоне сопряжения цилиндрической и торцевых стенок и увеличению массы заглушающего устройства.

Работа заглушающего резинокордного устройства осуществляется следующим образом.

К трубному штуцеру 4 присоединяют шланг 10 и устройство вводят в заглушаемую трубу 11. Исходное положение устройства условно показано пунктиром.

От источника сжатого газа 12 по шлангу 10 и трубному штуцеру 4 в заглушающее устройство подают сжатый газ. В процессе подачи сжатого газа диаметр заглушающего устройства увеличивается, а длина устройства сокращается. В рабочем положении заглушающее устройство полностью перекрывает трубу и устраняет возможность движения транспортируемой по ней жидкости. После этого производятся ремонтные работы.

Использование предлагаемого изобретения обеспечивает снижение напряжений в зоне сопряжения цилиндрической и торцевых стенок заглушающего устройства и повышение его прочностных характеристик, что значительно повышает долговечность конструкции, надежность и эксплуатационные возможности.

Изобретение относится к герметизирующим устройствам для трубопроводной сети и может быть использовано для перекрытия труб нефтепроводов, водопроводов и других трубопроводных систем. Заглушающее резинокордное устройство для перекрытия трубопроводов, содержащее внутреннюю камеру, образованную цилиндрической и двумя сопряженными с ней торцевыми стенками, причем одна из торцевых стенок снабжена расположенным по оси камеры трубным штуцером, переходящим внутри камеры в кольцевой диск, соединенный с торцевой стенкой камеры через резиновую прослойку, упрочняющий каркас, состоящий из слоев прорезиненной кордной ткани, армирующей цилиндрическую и торцевые стенки камеры, при этом прорезиненная кордная ткань каркаса, армирующая торцевые стенки камеры, выполнена из отдельных радиально направленных и частично перекрывающих одна другую полос и резиновый покровной слой, размещенный на упрочняющем каркасе, упрочняющий каркас включает по меньшей мере один дополнительный слой прорезиненной кордной ткани, наложенный на внутреннюю камеру и расположенный в зоне сопряжения цилиндрической и торцевых стенок. Изобретение повышает прочность и долговечность устройства и обеспечивает возможность его использования для трубопроводов в широком диапазоне диаметров труб и давления, подаваемого внутрь устройства сжатого газа. 4 ил.

Заглушающее резинокордное устройство для перекрытия трубопроводов, содержащее внутреннюю герметичную оболочку, образованную цилиндрической и двумя сопряженными с ней торцевыми стенками, причем одна из торцевых стенок снабжена расположенным по оси оболочки трубным штуцером, переходящим внутри оболочки в кольцевой диск, соединенный с торцевой стенкой оболочки через резиновую прослойку, упрочняющий армирующий каркас, состоящий из слоев прорезиненной кордной ткани, наложенных на цилиндрическую и торцевые стенки герметичной оболочки, при этом прорезиненная кордная ткань каркаса, на торцевых стенках оболочки, выполнена из отдельных радиально направленных и частично перекрывающих одна другую полос, наружный покровной слой, размещенный на упрочняющем каркасе, упрочняющий каркас включает по меньшей мере один дополнительный слой прорезиненной кордной ткани, наложенный на внутреннюю герметичную оболочку в зоне сопряжения цилиндрической и торцевых стенок, отличающееся тем, что концевые участки слоев прорезиненной кордной ткани цилиндрической и/или торцевых стенок, прилегающих к внутренней герметичной оболочке, наложены внахлест на дополнительный слой прорезиненной кордной ткани, при этом ширина дополнительного слоя H определена из соотношения:

H=D/k,

где D - наружный диаметр цилиндрической стенки резинокордного устройства;

k - эмпирический коэффициент для определения ширины дополнительного слоя, выбран от 1,3 до 1,7.