RU2084745C1

RU2084745C1 - Electrically-insulated joint for pipe lines

Info

Publication number: RU2084745C1
Application number: RU95118231A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Владимирович Семенюга; Владимир Аполлонович Усошин; Александр Дмитриевич Седых; Игорь Андреевич Тычкин; Вадим Анатольевич Яковлев; Борис Яковлевич Фомин; Владимир Григорьевич Каравашкин; Константин Евгеньевич Дунченко
Original assignee: Вячеслав Владимирович Семенюга; Владимир Аполлонович Усошин; Александр Дмитриевич Седых; Игорь Андреевич Тычкин; Вадим Анатольевич Яковлев; Борис Яковлевич Фомин; Владимир Григорьевич Каравашкин; Константин Евгеньевич Дунченко
Priority date: 1995-10-26
Filing date: 1995-10-26
Publication date: 1997-07-20

Abstract

FIELD: manufacture of pipe lines for gas, oil and other industries. SUBSTANCE: joint contains metal branch pipes with circular beads and fastening member in the form of bush made from fibrous composite material; branches are made from pipe; circular beads (at least, two for each branch pipe) are made from flared-out profile secured with branch pipes by welding, for example. Seal is made in the form of circular collar embracing the ends of branch pipes directed towards each other with protective ring fitted between them. Collar is made from gaslight material. EFFECT: enhanced efficiency. 11 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к технике трубопроводостроения в газовой, нефтяной, химической и др. отраслях промышленности. The invention relates to techniques for pipeline engineering in the gas, oil, chemical and other industries.

Электроизолированные соединения применяются для электрического разъединения трубопроводов с целью защиты от коррозии за счет увеличения продольного сопротивления, препятствующего распространению блуждающих токов. Electrically insulated joints are used to electrically disconnect pipelines to protect against corrosion by increasing the longitudinal resistance, which prevents the propagation of stray currents.

В технике известны электроизолированные соединения, например, быстроразъемное электроизолированное соединение трубопроводов. Соединение имеет патрубки с кольцевыми утолщениями в месте стыковки. Крепежный элемент выполнен в виде муфты с проточкой и гайки, коаксиально расположенных относительно патрубков и соединенных по резьбе. Соединение имеет электроизоляционные прокладки между смежными торцами патрубков и патрубком и муфтой. В утолщениях патрубков выполнены кольцевые проточки, в которых размещены уплотнения. Electrically insulated compounds are known in the art, for example, a quick disconnect electrically insulated pipe connection. The connection has nozzles with annular thickenings at the junction. The fastening element is made in the form of a coupling with a groove and nuts, coaxially located relative to the nozzles and connected by a thread. The connection has electrical insulating gaskets between adjacent ends of the pipes and the pipe and coupling. In the thickenings of the nozzles, annular grooves are made in which seals are placed.

Указанное соединение имеет сравнительно высокую металлоемкость и трудоемкость изготовления (механической обработки) и практически непригодно для труб большого диаметра (1000, 1200, 1400 мм). The specified connection has a relatively high metal consumption and the complexity of manufacturing (machining) and is practically unsuitable for pipes of large diameter (1000, 1200, 1400 mm).

Данное соединение с течением времени может терять герметичность вследствие текучести материала электроизоляционной прокладки, что требует периодической подтяжки резьбы, а это трудно выполнимо при больших диаметрах трубопровода в полевых условиях и подземной прокладке. Кроме того, указанное соединение имеет недостаточную изгибную жесткость из-за наличия между патрубком и муфтой электроизоляционной прокладки из неметаллического материала. При укладке и в процессе эксплуатации трубопровода с указанным соединением это может вызывать нарушение его целостности. This connection over time can lose tightness due to the fluidity of the material of the insulating gasket, which requires periodic tightening of the thread, and this is difficult to do with large diameters of the pipeline in the field and underground laying. In addition, this connection has insufficient bending stiffness due to the presence of a non-metallic material between the pipe and the coupling of the insulating strip. When laying and during operation of the pipeline with the specified connection, this may cause a violation of its integrity.

В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации наиболее близким техническим решением, выбранном в качестве прототипа, является соединение труб (GB, заявка N 1396119, кл. F 16 L 47/02, 1975), содержащее металлические патрубки с выступами на концах, удерживающими армированную пластиковую втулку. Указанное соединение является электроизолированным в силу диэлектрических свойств материала армированной пластиковой втулки. Высокие физико-механические свойства армированного пластика обеспечивают достаточную прочность и жесткость соединения. As a result of a search by sources of patent and scientific and technical information, the closest technical solution selected as a prototype is a pipe connection (GB, application N 1396119, class F 16 L 47/02, 1975) containing metal pipes with protrusions at the ends holding reinforced plastic sleeve. The specified connection is electrically insulated due to the dielectric properties of the material of the reinforced plastic sleeve. High physical and mechanical properties of reinforced plastic provide sufficient strength and rigidity of the connection.

Трудоемкость изготовления втулки из армированного пластика (волокнистого композиционного материала), получаемой намоткой волокон, пропитываемых смолой, сравнительно невелика. Однако указанная конструкция, также как и описанная выше, обладает теми же недостатками. The complexity of manufacturing a sleeve of reinforced plastic (fiber composite material) obtained by winding fibers impregnated with resin is relatively small. However, this design, as well as described above, has the same disadvantages.

Трудоемкость механической обработки и металлоемкость патрубков с выступами довольна велика, поскольку для их изготовления требуются заготовки в виде поковок или штамповок. The laboriousness of machining and the metal consumption of the nozzles with protrusions is rather high, since their manufacture requires blanks in the form of forgings or stampings.

В данной конструкции соединения не исключена также утечка газа (жидкости), находящегося под давлением, за счет проницаемости материала втулки, поскольку известно, что пластики имеют низкую трещиностойкость и герметичность (см. например, Конструкционные стеклопластики, М. Химия, 1979). In this connection design, the leakage of gas (liquid) under pressure due to the permeability of the sleeve material is not excluded, since it is known that plastics have low crack resistance and tightness (see, for example, Structural Fiberglass, M. Chemistry, 1979).

Предлагаемое устройство позволяет устранить недостатки известных конструкций. The proposed device can eliminate the disadvantages of known designs.

Указанная цель достигается тем, что в электроизолированном соединении, содержащем металлические патрубки с кольцевыми утолщениями и крепежный элемент в виде втулки из волокнистого композиционного материала, патрубки выполнены из трубы, а кольцевые утолщения в количестве не менее двух на каждом патрубке из предварительно завальцованных профилей, неподвижно соединенных с патрубками, например, сваркой, при этом уплотнение выполнено в виде кольцевой манжеты из газонепроницаемого материала, охватывающей торцы патрубков, обращенных друг к другу, между которыми установлено защитное кольцо. This goal is achieved by the fact that in an electrically insulated connection containing metal nozzles with annular thickenings and a fastener in the form of a sleeve of fibrous composite material, the nozzles are made of pipes, and annular thickenings in an amount of at least two on each nozzle from pre-rolled profiles fixedly connected with nozzles, for example, by welding, while the seal is made in the form of an annular cuff of gas-tight material, covering the ends of the nozzles facing each other other, between which the protective ring is installed.

Указанная совокупность признаков обеспечивает получение технического результата, заключающегося в повышении надежности, работоспособности соединения при одновременном снижении материалоемкости и трудоемкости изготовления. The specified set of features provides a technical result, which consists in increasing the reliability, operability of the connection while reducing material consumption and the complexity of manufacturing.

Увеличение количества кольцевых утолщений не менее двух на каждом патрубке позволяет снизить уровень контактных напряжений на границе втулка-утолщение за счет увеличения площади контакта. Однако увеличение утолщений свыше 4.5 не имеет смысла, поскольку распределение осевых напряжений и деформаций в слоях композиционного материала втулки, охватывающей утолщение, имеет экспоненциальный характер. Кроме того, увеличение количества утолщений позволяет уменьшить их высоту, что приводит к снижению изгибных напряжений в утолщениях, а также снять ограничения по соотношению высоты профиля к радиусу при вальцовке. An increase in the number of annular thickenings of at least two on each nozzle makes it possible to reduce the level of contact stresses at the bushing-thickening boundary by increasing the contact area. However, an increase in thickenings over 4.5 does not make sense, since the distribution of axial stresses and strains in the layers of the composite material of the sleeve covering the thickening is exponential. In addition, an increase in the number of thickenings makes it possible to reduce their height, which leads to a decrease in bending stresses in the thickenings, as well as to remove restrictions on the ratio of the height of the profile to the radius when rolling.

Предварительная вальцовка профилей с последующей сваркой позволяет исключить нерациональную мехобработку патрубков, снизить металлоемкость и трудоемкость соединения. Изготовление патрубков из трубы облегчает врезку соединения в трубопровод, что также уменьшает трудоемкость работ по прокладке трубопровода. Pre-rolling profiles with subsequent welding eliminates the irrational machining of the pipes, reduce the metal consumption and the complexity of the connection. The manufacture of pipes from the pipe facilitates the insertion of the connection into the pipeline, which also reduces the complexity of the pipeline.

Наличие кольцевой манжеты из газонепроницаемого материала, охватывающей торцы патрубков, позволяет обеспечить надежную герметичность соединения. The presence of an annular cuff of gas-tight material, covering the ends of the nozzles, allows for reliable tightness of the connection.

Защитное кольцо, установленное между торцами патрубков, обращенных друг к другу, предохраняет манжету от воздействия агрессивных компонентов газа (жидкости), а также от повреждения при прохождении по трубопроводу чистящих устройств, дефектоскопов и др. A protective ring installed between the ends of the nozzles facing each other protects the cuff from the effects of aggressive gas (liquid) components, as well as from damage when cleaning devices, flaw detectors, etc. pass through the pipeline.

Указанная совокупность признаков обеспечивает получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны. The specified set of features provides a technical result in all cases to which the requested amount of legal protection applies.

В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации совокупность признаков, характеризующая предлагаемое изобретение, не была обнаружена. Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию охраноспособности "новизна". As a result of a search by the sources of patent and scientific and technical information, the totality of the features characterizing the invention was not found. Thus, the present invention meets the eligibility criterion of "novelty."

Предложенная конструкция соединения может найти применение в промышленности. Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию охраноспособности "промышленная применимость". The proposed joint design may find application in industry. Thus, the present invention meets the eligibility criterion of "industrial applicability".

В конкретных случаях выполнения заявленное соединение может характеризоваться дополнительными признаками:
кольцевые утолщения выполнены в поперечном сечении круглыми;
кольцевые утолщения выполнены в поперечном сечении в форме трапеции;
кольцевые утолщения имеют одинаковую площадь поперечного сечения;
кольцевые утолщения имеют различную площадь поперечного сечения, при этом площадь утолщений равноудаленных от торцов патрубков, обращенных друг к другу, одинакова, а разноудаленных различна;
на торцах патрубков, обращенных друг к другу, выполнены конические проточки с внутренних или внешних сторон;
на торцах патрубков, обращенных друг к другу с наружной стороны, выполнены канавки, в которые входит кольцевая манжета;
между манжетой и патрубками нанесен слой клея;
втулка из волокнистого композиционного материала образована продольными и/или спиральными и кольцевыми слоями;
продольные и/или спиральные слои волокнистого композиционного материала втулки последовательно охватывают кольцевые утолщения патрубков;
продольные и/или спиральные слои волокнистого композиционного материала втулки попарно охватывают кольцевые утоления, равноудаленные от торцов патрубков, обращенных друг к другу.In specific cases, the implementation of the claimed compound may be characterized by additional signs:
annular thickenings are made in the cross section round;
annular thickenings are made in cross section in the form of a trapezoid;
annular thickenings have the same cross-sectional area;
annular thickenings have different cross-sectional areas, while the area of thickenings equidistant from the ends of the nozzles facing each other is the same, and differently spaced;
at the ends of the pipes facing each other, conical grooves are made from the inside or outside;
on the ends of the nozzles facing each other from the outside, grooves are made in which an annular cuff enters;
a layer of glue is applied between the cuff and the nozzles;
a sleeve of fibrous composite material is formed by longitudinal and / or spiral and annular layers;
the longitudinal and / or spiral layers of the fibrous composite material of the sleeve consistently cover annular thickenings of the nozzles;
the longitudinal and / or spiral layers of the fibrous composite material of the sleeve pairwise cover annular quenching equidistant from the ends of the pipes facing each other.

Указанные признаки обеспечивают получение дополнительных технических результатов, заключающихся в дополнительном повышении надежности, герметичности и прочности соединения при циклических нагрузках от внутреннего давления, а также при действии монтажных и эксплуатационных изгибающих моментов. These features provide additional technical results, which include an additional increase in reliability, tightness and joint strength under cyclic loads from internal pressure, as well as under the action of mounting and operational bending moments.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой конструкции соединения с круглыми кольцевыми утолщениями одинаковой площади;
на фиг.2 вариант конструктивного выполнения соединения с кольцевыми утолщениями различной площади поперечного сечения в форме трапеции;
на фиг. 3 увеличенное изображение торца патрубка с конической проточкой на наружной стороне
на фиг. 4 увеличенное изображение торца патрубка с конической проточкой по внутренней стороне;
на фиг. 5 увеличенное изображение торца патрубка с резьбовыми канавками мелкого профиля;
на фиг.6 увеличенное изображение торца патрубка с канавками прямоугольного профиля;
на фиг.7 вариант конструкции соединения со втулкой из волокнистого композиционного материала, продольные и/или спиральные слои которого последовательного охватывают кольцевые утолщения патрубков;
на фиг.8 вариант конструкции соединения со втулкой из волокнистого композиционного материала, продольные и/или спиральные слои которого попарно охватывают кольцевые утолщения, равноудаленные от торцов патрубков, обращенных друг к другу.In FIG. 1 shows a General view of the proposed design of the connection with round annular thickenings of the same area;
figure 2 embodiment of a structural embodiment of the connection with annular thickenings of different cross-sectional areas in the form of a trapezoid;
in FIG. 3 enlarged image of the end of the pipe with a conical groove on the outside
in FIG. 4 enlarged image of the end of the pipe with a conical groove on the inside;
in FIG. 5 enlarged image of the end of the pipe with threaded grooves of a small profile;
Fig.6 is an enlarged image of the end of the pipe with grooves of a rectangular profile;
7 is a variant of the design of the connection with the sleeve of a fibrous composite material, the longitudinal and / or spiral layers of which sequentially cover the annular thickening of the nozzles;
on Fig variant design of the connection with the sleeve of a fibrous composite material, the longitudinal and / or spiral layers of which in pairs cover annular thickenings, equidistant from the ends of the pipes facing each other.

Возможность осуществления заявленного устройства подтверждается представленными фигурами, на которых цифрой 1 обозначены патрубки, изготовленные из тубы, 2 кольцевые утолщения, соединенные с патрубками 1 сваркой; 3 втулка из волокнистого композиционного материала; 4 кольцевая манжета из газонепроницаемого материала; 5 защитное кольцо. Кольцевые утолщения 2 могут быть в поперечном сечении круглыми или в форме трапеции, одинаковой или различной по мере удаления от торцов площади. На торцах патрубков 1 могут быть выполнены по внутренней или по наружной сторонам конические проточки 6. На торцах патрубков 1, обращенных друг к другу с наружной стороны, могут быть выполнены кольцевые канавки 7 различного профиля, в которые входит кольцевая манжета 4. Между манжетой 4 и патрубком 1 может быть нанесен слой клея 10. The possibility of implementing the claimed device is confirmed by the presented figures, in which the number 1 denotes nozzles made of a tube, 2 annular thickenings connected to the nozzles 1 by welding; 3 sleeve of fiber composite material; 4 ring cuff made of gas-tight material; 5 protective ring. The annular thickenings 2 can be in the cross section round or in the form of a trapezoid, the same or different with the distance from the ends of the area. At the ends of the nozzles 1, conical grooves 6 can be made on the inner or outer sides of the pipe 6. At the ends of the nozzles 1, facing each other from the outside, ring grooves 7 of different profiles can be made, which include an annular cuff 4. Between the cuff 4 and the pipe 1 may be applied a layer of glue 10.

Втулка 3 из волокнистого композиционного материала содержит продольные и/или спиральные 8 и кольцевые 9 слои. Продольные и/или спиральные 8 слои волокнистого композиционного материала охватывают кольцевые утолщения 2 по наружным и боковым поверхностям последовательно или попарно. A sleeve 3 of fibrous composite material contains longitudinal and / or spiral 8 and annular 9 layers. The longitudinal and / or spiral 8 layers of the fibrous composite material cover annular thickenings 2 along the outer and lateral surfaces in series or in pairs.

Изготовление заявленного изобретения производится путем установки на оправке соосно друг другу предварительно изготовленных патрубков 1 с приваренными кольцевыми утолщениями 2. Патрубки 1 устанавливаются с зазором, в котором и монтируется (или формуется) защитное кольцо 5, поверх которого устанавливается предварительно изготовленная (или формуемая в процессе изготовления соединения) кольцевая манжета 4, охватывающая торцы патрубков 1. Далее производят намотку продольных и/или спиральных 8 и кольцевых 9 слоев волокнистого композиционного материала, образующих втулку 3, при этом продольные и/или спиральные 8 слои охватывают кольцевые утолщения 2 по наружным и боковым поверхностям и чередуются с кольцевыми 9 слоями. The claimed invention is manufactured by installing prefabricated nozzles 1 with welded annular thickenings on the mandrel 2. The nozzles 1 are installed with a gap in which a protective ring 5 is mounted (or molded), over which a prefabricated (or molded during manufacturing) is mounted connections) an annular cuff 4, covering the ends of the nozzles 1. Next, produce longitudinal and / or spiral 8 and ring 9 layers of fibrous composite about the material forming the sleeve 3, while the longitudinal and / or spiral 8 layers cover the annular thickenings 2 on the outer and lateral surfaces and alternate with the annular 9 layers.

При намотке и полимеризации волокнистого композиционного материала происходит прочное соединение втулки 3 с патрубками 1 по всей поверхности их контакта, включая наружные поверхности патрубков 1 и кольцевых утолщений 2. During winding and polymerization of the fibrous composite material, the sleeve 3 is firmly connected to the nozzles 1 over the entire surface of their contact, including the outer surfaces of the nozzles 1 and annular thickenings 2.

Изготовленное электроизолированное соединение собирается путем сварки с трубопроводом. An electrically insulated joint is assembled by welding with a pipe.

При транспортировке под давлением газа (жидкости) по трубопроводу втулка 3 совместно с патрубками 1 обеспечивает восприятие нагрузок в окружном и осевом направлениях, а кольцевая манжета 4 из газонепроницаемого материала - надежную герметичность соединения при любом сочетании эксплуатационных нагрузок. When transporting gas (liquid) under pressure through a pipeline, the sleeve 3 together with the nozzles 1 ensures the perception of loads in the circumferential and axial directions, and the annular cuff 4 of a gas-tight material ensures reliable tightness of the connection for any combination of operating loads.

Зазор между металлическими патрубками 1 в совокупности с диэлектрическими свойствами материала втулки 3, кольцевой манжеты 4 и защитного кольца 5 обеспечивает надежную электрическую изоляцию соединения. Защитное кольцо 5 предохраняет манжету 4 от химического и механического воздействия. The gap between the metal nozzles 1 in conjunction with the dielectric properties of the material of the sleeve 3, the annular collar 4 and the protective ring 5 provides reliable electrical insulation of the connection. The protective ring 5 protects the cuff 4 from chemical and mechanical stress.

Claims

1. An insulated pipe connection containing metal nozzles with annular thickenings and a fastener in the form of a sleeve of fiber composite material, characterized in that the annular thickenings are made of pre-rolled profiles and are connected, for example by welding, with nozzles made of pipe, while between the ends of the nozzles facing each other, a protective ring is installed, and the end sections of the nozzles are covered by a seal made in the form of an annular gas-tight cuff valuable material.

2. The compound according to claim 1, characterized in that the annular thickenings are made in the cross section round.

3. The compound according to claim 1, characterized in that the annular thickenings are made in cross section in the form of a trapezoid.

4. The compound according to claim 1, characterized in that the annular thickenings have the same cross-sectional area.

5. The compound according to claim 1, characterized in that the annular thickenings have a different cross-sectional area, while the area of the thickenings equidistant from the ends of the pipes facing each other is the same, but differently spaced.

6. The compound according to claim 1, characterized in that at the ends of the pipes facing each other, conical grooves are made from the inside or outside.

7. The compound according to claim 1, characterized in that at the end sections of the nozzles facing each other, grooves are made which include an annular cuff.

8. The compound according to claim 1, characterized in that between the cuff and the nozzles is located (or applied) a layer of glue.

9. The compound according to claim 1, characterized in that the sleeve of fibrous material is formed by longitudinal and / or spiral and annular layers.

10. The compound according to claim 1, characterized in that the longitudinal and / or spiral layers of the fibrous composite material of the sleeve consistently cover annular thickenings.

11. The compound according to claim 1, characterized in that the longitudinal and / or spiral layers of the fibrous composite material of the sleeve pairwise cover annular thickenings equidistant from the ends of the pipes facing each other.