Результат интеллектуальной деятельности: ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕМЕНТ СБОРНО-РАЗБОРНОГО ТРУБОПРОВОДА

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта, в частности к сборно-разборным трубопроводам с раструбным соединением.

Для перекачки нефтепродуктов на большие расстояния и нефти с месторождений в труднодоступных районах, а также для перекачки нефтепродуктов на полевых складах горючего используются полевые магистральные и складские сборно-разборные трубопроводы диаметром 100, 150 и 200 мм. [Технические средства тылового обеспечения. - М.: Воениздат, 2003. - С. 153-158.] Линейные элементы и трубопроводное оборудование этих трубопроводов имеют раструбное соединение, обеспечивающее как механизированную (трубомонтажными машинами), так и ручную (с помощью специального инструмента) сборку и ручную (с помощью специального инструмента) разборку трубопроводов [ГОСТ 20772. Устройства присоединительные для технических средств заправки, перекачки, слива-налива, транспортирования и хранения нефти и нефтепродуктов. Типы, основные параметры и размеры. Общие технические требования].

Практика эксплуатации этих трубопроводов показывает, что с увеличением диаметра трубопровода увеличивается количество случаев расстыковки раструбного соединения.

Перед авторами стояла задача разработать линейный элемент сборно-разборного трубопровода с раструбным соединением, обеспечивающим надежное соединение труб, полностью исключающее их рассоединение во время перекачки нефтепродуктов.

При просмотре патентной и научно-технической литературы были выявлены технические решения, частично решающие поставленную задачу.

Так известно раструбное соединение труб для газоходов, работающих под избыточным давлением, содержащее раструб и манжету. На внутренней поверхности раструба и наружной поверхности манжеты выполнены кольцевые канавки для размещения фиксирующего (упорного) и уплотнительного колец. [Состояние и перспективы развития промышленного освоения коррозионностойких стеклопластиковых труб и аппаратов. Материалы Всесоюзного научно-технического совещания, г. Свердловск, октябрь 1977, г. Москва, ВНИИСПВ, 1978, с. 44.]

Недостатком этого соединения труб является то, что это раструбное соединение невозможно разобрать.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и взятым за прототип является линейный элемент металлического сборно-разборного трубопровода, содержащий центральную часть, выполненную из бесшовной горячесформированной или сварной трубы и концевых частей, приваренных к трубе и выполненных одна в виде раструба, а другая в виде конуса. На внутренней поверхности раструба выполнены заходная фаска и две последовательно расположенные канавки, в первой из которых расположены микропористая резиновая прокладка со стопорным пружинным кольцом, а во второй - резиновая уплотнительная манжета, а на конце наружной поверхности раструба, ближайшем к трубе, выполнен прямоугольный выступ. На наружной поверхности конуса выполнены заходный участок и впадина, имеющая со стороны заходного участка вогнутую радиусную поверхность для контакта со стопорным кольцом раструба при сборке трубопровода, а заканчивается впадина прямоугольным выступом (RU №41505, F16L 9/02, 29.07.2004 г. - прототип).

Недостатком указанного линейного элемента металлического сборно-разборного трубопровода является то, что при наличии угловой подвижности раструбного соединения (1,5°-2,0°), а также изгибающего момента и осевой растягивающей нагрузки стопорное пружинное кольцо не полностью контактирует как с вогнутой радиусной поверхностью впадины на наружной поверхности конуса, так и с поверхностью первой канавки раструба, что приводит к появлению сил, разжимающих пружинное кольцо и к расстыковке раструбного соединения, что особенно характерно для линейных элементов с диаметром трубы более 150 мм.

Технический результат изобретения - повышение надежности эксплуатации линейных элементов сборно-разборных трубопроводов с раструбным соединением.

Этот технический результат достигается тем, что линейный элемент сборно-разборного трубопровода, содержащий трубу, один торец которой выполнен в виде конуса, а другой - в виде раструба, имеющего на наружной поверхности ближе к трубе прямоугольную кольцевую проточку для взаимодействия с инструментом сборки-разборки, а на внутренней поверхности - заходную фаску и две последовательно расположенные кольцевые канавки, в первой из которых установлена микропористая резиновая подкладка со стальным запорным кольцом, а во второй - фигурное резиновое уплотнительное кольцо, контактирующее с выполненным на наружной поверхности конуса заходным участком, за которым конус имеет впадину, контактирующую со стороны заходного участка со стальным запорным кольцом раструба и заканчивающуюся прямоугольным кольцевым выступом для взаимодействия с инструментом сборки-разборки, согласно изобретению первая кольцевая канавка раструба, в которой установлена микропористая резиновая подкладка и стальное запорное кольцо, со стороны заходной фаски выполнена прямоугольно-ступенчатой, а стальное запорное кольцо выполнено в сечении прямоугольным с дугообразным участком со стороны заходной фаски раструба в зоне контакта с впадиной конуса для ввода инструмента сборки-разборки, при этом впадина конуса за заходным участком имеет прямоугольную форму, а заходный участок конуса от торца выполнен цилиндрическим на длине (0,099-0,103) внутреннего диаметра трубы.

На фиг. 1 представлен линейный элемент сборно-разборного трубопровода в разрезе;

на фиг. 2 - раструбное соединение сборно-разборного трубопровода в собранном виде (в разрезе);

на фиг. 3 - положение стального запорного кольца в раструбе при наличии осевых растягивающих сил (в разрезе).

Линейный элемент сборно-разборного трубопровода состоит из трубы 1, один торец которой выполнен в виде конуса 2, а другой - в виде раструба 3. На наружной поверхности раструба 3 ближе к трубе 1 имеется прямоугольная кольцевая проточка 4 для взаимодействия с инструментом сборки-разборки. На внутренней поверхности раструба 3 имеется заходная фаска 5 и две последовательно расположенные кольцевые канавки 6 и 7. В первой кольцевой канавке 6 установлена микропористая резиновая подкладка 8 со стальным запорным кольцом 9. Стальное запорное кольцо 9 выполнено в сечении прямоугольным с дугообразным участком со стороны заходной фаски 5 для контакта с инструментом сборки-разборки (фиг. 3). Первая кольцевая канавка 6, со стороны заходной фаски 5, выполнена прямоугольно-ступенчатой. Вертикальная 10 и горизонтальная 11 поверхности ступеньки контактируют со стальным запорным кольцом 9, при этом высота h₁ ступеньки должна быть не более половины высоты H стального запорного кольца 9, а ширина ступеньки l - не менее половины ширины L стального запорного кольца 9. Ширина h первой кольцевой канавки в зоне размещения микропористой резиновой подкладки 8 должна быть не менее ширины L стального запорного кольца 9. Во второй кольцевой канавке 7 установлено фигурное резиновое уплотнительное кольцо 12.

На наружной поверхности конуса 2 выполнен заходный участок (без позиции), имеющий вначале цилиндрическую часть 13, переходящую в коническую часть 14. За конической частью 14 заходного участка имеется цилиндрическая поверхность (без позиции), которая заканчивается прямоугольной впадиной 15, вертикальная и горизонтальная поверхности которой контактируют с вертикальным и горизонтальным участками поверхности стального запорного кольца 9, при этом высота h₂ вертикальной поверхности впадины 15 должна быть не более половины высоты H стального запорного кольца 9. Впадина 15 заканчивается прямоугольным кольцевым выступом 16 для взаимодействия с инструментом сборки-разборки.

На вероятность расстыковки раструбного соединения, кроме конструктивного исполнения стального запорного кольца, оказывает влияние угловая подвижность соединения, которая в существующих сборно-разборных трубопроводах диаметром 100, 150 и 200 мм с раструбным соединением составляет 1,5°…2,0°. При увеличении угловой подвижности соединения возрастает вероятность его расстыковки. А на величину угловой подвижности соединения влияет длина l₁ цилиндрической части 13 заходного участка конуса 2. В заявляемом линейном элементе сборно-разборного трубопровода длина l₁ цилиндрической части 13 заходного участка определяется из соотношения: l₁=(0,099…0,103)·D_mp, где D_mp - внутренний диаметр трубы. Результаты экспериментальных испытаний линейных элементов показали, что при l₁<0,099·D_mp увеличивается вероятность расстыковки соединения, а при l₁>0,103·D_mp увеличивается масса линейного элемента.

Таким образом, совокупность отличительных признаков, а именно выполнение первой кольцевой канавки 6 раструба 3 со стороны заходной фаски 5 прямоугольно-ступенчатой в сочетании с особой формой стального запорного кольца 9, выполненного в сечении прямоугольным для контакта с впадиной 15 конуса и прямоугольно-ступенчатой кольцевой канавкой раструба 3, а также выполнение конуса 2 с цилиндрической частью 13 заходного участка с длиной (0,099-0,103)·D_mp позволило исключить расстыковку раструбного соединения при наличии изгибающего момента и осевых растягивающих сил в соединении во время перекачки нефтепродукта, а следовательно, повысить надежность эксплуатации трубопровода.

Линейный элемент сборно-разборного трубопровода эксплуатируется следующим образом.

Сборка линейных элементов с соединением раструба может производиться механизированным способом с использованием трубомонтажных машин или вручную с помощью специального инструмента сборки-разборки, который взаимодействует с прямоугольной кольцевой проточкой 4 раструба 3 и с прямоугольным кольцевым выступом 16 конуса 2, а при разборке соединения оказывается воздействие на стальное запорные кольцо 9 с целью его разжатия и извлечения конуса 2 из раструба 3. В собранном виде цилиндрическая часть 13 заходного участка находится внутри раструба 3 и исключает угловую подвижность соединения в случае возникновения изгибающего момента.

В процессе перекачки по трубопроводу нефтепродукта в линейных элементах возникают силы F, растягивающие трубы по осевой линии. Эти растягивающие силы передаются на вертикальные участки поверхности стального запорного кольца 9, при этом горизонтальные участки поверхности запорного кольца 9 контактируют как с горизонтальным участком 11 поверхности ступеньки первой кольцевой канавки 6 раструба 3, так и с горизонтальной поверхностью впадины 15, и тем самым исключается разжатие запорного кольца 9 (фиг. 3).

При разборке раструбного соединения используется специальный инструмент сборки-разборки с приспособлением для разжатия стального запорного кольца 9. Первоначально конус 2 с помощью специального инструмента утапливают во внутрь раструба 3, при этом стальное запорное кольцо 9 оказывается на уровне микропористой резиновой подкладки 8 первой кольцевой канавки 6 раструба 3 (фиг. 1 и 2). Под дугообразный участок стального запорного кольца 9 заводят специальное приспособление, которое разжимает стальное запорное кольцо. Освобожденный от контакта с горизонтальной поверхностью 11 ступеньки первой кольцевой канавки 6 стальное запорное кольцо 9 разжимается и, сжимая резиновую микропористую подкладку 8, свободно заходит в кольцевую канавку 6. После этого конус 2 с помощью специального инструмента извлекается из раструба 3. Соединение разобрано.

Применение изобретения позволит повысить надежность эксплуатации сборно-разборных трубопроводов.