RU200106U1

RU200106U1 - Муфта соединительная электросварная

Info

Publication number: RU200106U1
Application number: RU2020121572U
Authority: RU
Inventors: Сергей Викторович Коровин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Группа Компаний "Пластик"; Сергей Викторович Коровин
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2020-06-29
Publication date: 2020-10-06

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к соединениям или фитингам для труб, касается муфты соединительной электросварной, которая может быть использована для соединения и ремонта пластмассовых трубопроводов высокого давления до 3,2 МПа включительно и выше, в том числе для соединения питьевых трубопроводов и газопроводов. Муфта включает корпус, выполненный в виде цилиндрической втулки с технологическими отверстиями. Электроспираль выполнена из металлической проволоки и установлена внутри корпуса с отступом от краев. При этом электроспираль содержит две намотки, каждая из которых состоит из близко расположенных витков проволоки, последовательно соединенные между собой и выполненные друг от друга на расстоянии. Металлические контакты для подключения сварочного аппарата установлены в технологических отверстиях и соединены с концами электроспирали. Армирующий слой выполнен из композиционного материала и расположен над электроспиралью между контактами для подключения сварочного аппарата. Техническим результатом от использования муфты соединительной электросварной является повышение качества и надежности соединения трубопроводов, в том числе армированных трубопроводов высокого давления до 3,2 Мпа включительно и выше. 1 н. и 7 з. п. ф-лы, 3 ил.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к соединениям или фитингам для труб, касается муфты соединительной электросварной, которая может быть использована для соединения и ремонта пластмассовых трубопроводов высокого давления до 3,2 МПа включительно и выше, в том числе для соединения питьевых трубопроводов и газопроводов.

Известна универсальная конусная муфта (RU 148064 U1, кл. F16L55/17, опубл. 27.11.2014 г.), предназначенная для ремонта трубопроводов, в частности, для ремонта дефектных участков и дефектов сварных швов трубопроводов без остановки перекачки продукта (нефти, газа или воды), а также для усиления сварных швов на стадии строительства трубопроводов. Муфта содержит цилиндрическую внутреннюю поверхность, соответствующую диаметру трубопровода, и металлическую обечайку, выполненную с возможностью установки своей внутренней поверхностью на соответствующую ей внешнюю поверхность муфты. Внешняя поверхность муфты и внутренняя поверхность металлической обечайки выполнены коническими. Муфта состоит из соединяемых между собой двух полумуфт, каждая из которых содержит выступы и пазы, ответные соответственно пазам и выступам другой полумуфты. Муфта выполнена из отвержденного композиционного материала, работающего на сжатие, выбранного из группы: стеклопластик, углепластик, базальтопластик. Металлическая обечайка выполнена из двух полуобечаек, соединенных между собой сварными швами. Длина металлической обечайки меньше длины муфты на 100-200 мм. В рабочем состоянии концы муфты выступают по отношению к концам металлической обечайки. Указанная муфта обеспечивает повышение эксплуатационной надежности отремонтированного трубопровода и доведение его до уровня бездефектного за счет того, что выступы и пазы, выполненные на полумуфтах, и конические внешняя поверхность муфты и внутренняя поверхность металлической обечайки обеспечивают исключение зазоров между муфтой и металлической обечайкой, между трубопроводом и муфтой.

Недостатком указанной муфты является сложность изготовления из-за наличия множества элементов, которые необходимо соединять между собой, необходимость использования стягивающих элементов, а также вес, вследствие использования металлической обечайки.

Известна муфта для ремонта трубопровода (RU 130034 U1, кл. F16L55/18, F16L55/175, опубл. 10.07.2013 г.), использующаяся при ремонте эксплуатирующихся трубопроводов с дефектами, преимущественно трещиноподобными, в частности, эксплуатирующихся газопроводов, нефтепроводов, которая содержит две полуобечайки, соединенных между собой по продольным участкам склеиванием или болтовыми соединениями. Каждая полуобечайка выполнена трехслойной, причем внутренний слой выполнен из углепластика, а наружные слои из стеклопластика. Обеспечивается снижение пожароопасности и повышении технологичности процесса ремонта трубопровода.

Недостатком указанной муфты является наличие механических болтовых соединений вследствие чего трубопровод не представляет единую монолитную конструкцию. Наличие механических болтовых соединений это всегда слабое место – так как необходимо их постоянно подтягивать, так как резьбовое соединение со временем ослабляется, но это не всегда возможно – так как трубопроводы могут быть труднодоступны и находится под землей или под водой. Склеивание данной муфты на объекте так же не всегда возможно, а выполнить его без нарушения технологии – на строительном объекте почти невыполнимая задача. К тому же клеевое соединение обладает меньшей прочностью, чем монолитное соединение.

Самым частым дефектом соединения при помощи муфт с закладными электронагревателями согласно ГОСТ Р 54792-2011 «Дефекты в сварных соединениях термопластов» при сварке является замыкание витков спирали ввиду неплотного прилегание муфты к свариваемой трубе непосредственно при сварке.

Использование в качестве армирования металла приводит к коррозии, повреждению самой муфты при сварке и впоследствии распространению трещин как на самой муфте так и на трубопроводе, а также увеличивает вес изделия. Кроме этого коэффициент линейного термического расширения у металлов в 10-20 раз выше, чем у углепластика.

Использование в качестве элемента упрочнения ленточного бандажа имеет недостатки ввиду неравномерного распределения давления на муфту и только частично перекрывает зону нагрева электроспирали вследствие чего, как правило, и возникают дефекты сварки – короткое замыкание между витками спирали.

В задачу полезной модели положено усовершенствование муфты соединительной электросварной для устранения указанных недостатков.

Техническим результатом от использования муфты соединительной электросварной является повышение качества и надежности соединения трубопроводов, в том числе армированных трубопроводов высокого давления до 3,2 Мпа включительно и выше.

Это достигается тем, что в муфте соединительнок

й электросварной, включающей корпус, выполненный в виде цилиндрической втулки, и электроспираль, выполненную из металлической проволоки и установленную внутри корпуса, корпус выполнен с технологическими отверстиями, электроспираль установлена с отступами от краев корпуса, содержит две намотки, каждая из которых состоит из близко расположенных витков проволоки, последовательно соединенные между собой и выполненные друг от друга на расстоянии, при этом отступы от краев корпуса и расстояние между намотками электроспирали образуют холодные зоны, дополнительно устройство содержит металлические контакты для подключения сварочного аппарата, установленные в технологических отверстиях и соединенные с концами электроспирали, армирующий слой, выполненный из композиционного материала и расположенный между контактами для подключения сварочного аппарата; в корпусе выполнено два технологических отверстия; электроспираль выполнена из медной или нихромовой проволоки; контакты выполнены в виде штырей цилиндрической формы диаметром 4,0 мм или 4,7 мм из меди или из латуни; в качестве композиционного материала армирующего слоя используется арамидное волокно, или углеволокно, или стекловолокно, или смесь указанных веществ, при следующем соотношении компонентов, %: стекловолокно - 20-60, углеволокно - 20-60, арамидное волокно – 20-60, для связи волокон используется эпоксидная смола; армирующий слой выполнен толщиной 0,4-30 мм; корпус выполнен из пластмассы - полиэтилена марок ПЭ100, ПЭ100RC, полиамида, полиэтилена повышенной термостойкости марки PE-RT или из полипропилена марки PP-RCT; коэффициент линейного термического расширения у армирующего слоя в 30-100 раз ниже, чем у полимерного материала, из которого выполнен корпус.

На фиг. 1 представлен общий вид муфты соединительной электросварной.

На фиг. 2 представлен вид сверху муфты соединительной электросварной.

На фиг. 3 представлен продольный разрез муфты соединительной электросварной.

Конструктивно муфта соединительная электросварная на фиг. 1-3 содержит:

1 – корпус;

2 – электроспираль;

3 – контакты для подключения сварочного аппарата;

4 – армирующий слой.

Корпус 1 выполнен в виде цилиндрической втулки, например, из пластмассы - полиэтилена марок ПЭ100, ПЭ100RC, из полиамида или из полиэтилена повышенной термостойкости марки PE-RT, или из полипропилена марки PP-RCT. Сверху в корпусе 1 выполнены технологические отверстия.

Внутри корпуса 1 с отступом от краев установлена электроспираль 2. Электроспираль 2 содержит две намотки, каждая из которых состоит из близко расположенных витков проволоки, последовательно соединенные между собой проволокой и выполненные друг от друга на расстоянии, образующим холодную зону.

Электроспираль 2 выполнена из металлической проволоки, например, из медной или нихромовой проволоки.

Контакты для подключения сварочного аппарата 3 установлены в технологических отверстиях корпуса 1 и соединены с концами электроспирали 2.

Контакты для подключения сварочного аппарата 3 выполнены в виде штырей цилиндрической формы диаметром 4,0 мм или 4,7 мм, например, из меди или из латуни.

Армирующий слой 4 выполнен из композиционного материала и расположен над электроспиралью 2 между контактами для подключения сварочного аппарата.

В качестве композиционного материала используется, например, арамидное волокно, или карбон (углеволокно), или стекловолокно, или смесь указанных материалов, при следующем соотношении компонентов, %:

стекловолокно - 20-60,

углеволокно - 20-60,

арамидное волокно – 20-60.

Для связи волокон используется эпоксидная смола.

Армирующий слой 4 выполнен толщиной 0,4-30 мм.

Сборку предлагаемой полезной модели осуществляют следующим образом.

Изготавливают корпус 1 с технологическими отверстиями, выполненными на одной стороне корпуса 1 сверху, на термопласт автомате методом литья под давлением для диаметра до 225 мм включительно или методом экструзии для диаметров свыше 225 мм с последующей механической обработкой корпуса муфты. В случае использования одной электроспирали 2 в корпусе 1 выполняют два технологических отверстия. В случае использования двух электроспиралей 2 в корпусе 1 выполняют четыре технологических отверстия, по две с каждой стороны. Электроспираль 2 устанавливают внутри корпуса 1 с отступом от краев путем намотки металлической проволоки, например, медной или нихромовой. При этом электроспираль 2 выполняют с двумя намотками, каждая из которых состоит из близко расположенных витков проволоки, последовательно соединенными между собой, например, той же проволокой, из которой выполнены намотки, и выполненные друг от друга на расстоянии, образующим холодную зону. Контакты для подключения сварочного аппарата 3 выполняют в виде штырей цилиндрической формы, например, диаметром 4,0 мм или 4,7 мм из меди или латуни. В технологические отверстия корпуса 1 устанавливают контакты для подключения сварочного аппарата 3. Соединяют концы электроспирали 2 с контактами для подключения сварочного аппарата 3. Затем на внешнюю поверхность корпуса 1 над электроспиралью 2 между контактами для подключения сварочного аппарата 3 наносят армирующий слой 4. Армирующий слой 4 выполняют из композитного материла, методом перекрестной намотки для муфт диаметром до 225 мм включительно, или сеткой с ромбовидными ячейками для диаметров свыше 225 мм. В качестве композитного материала используют, например, арамидное волокно, или карбон (углеволокно), или стекловолокно, или смесь указанных веществ, при следующем соотношении компонентов, %: стекловолокно - 20-60, углеволокно - 20-60, арамидное волокно – 20-60. Количество исходных компонентов выбирают в зависимости от требуемых характеристик конечного продукта. Для связи волокон используют связующий материал – эпоксидную смолу. Армирующий слой 4 выполняют толщиной 0,4-30 мм в зависимости от характеристик соединяемого трубопровода – его диаметра и рабочего давления.

На корпус 1 наклеивают термонаклейку - средство визуального контроля процесса сварки, которая меняет цвет когда произведен нагрев муфты до заданной температуры и произведена сварка.

Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.

В корпус 1 с двух сторон устанавливают трубы, которые необходимо соединить. Сварочный аппарат подключают к контактам для подключения сварочного аппарата 3. Со сварочного аппарата подают напряжение на электроспираль 2, установленную внутри корпуса 1. В процессе сварки корпус 1 с помощью электроспирали 2 нагревается, вследствие чего снижается его кольцевая жесткость SN. Армирующий слой 4, нанесенный на внешнюю поверхность корпуса 1 над электроспиралью 2 между контактами для подключения сварочного аппарата 3, препятствует расширению корпуса 1 наружу, его деформации, а также предотвращает перемещение электроспирали 2. При этом за счет наличия «холодных зон» в виде отступов от краев корпуса 1 и расстояния между намотками электроспирали 2 расплавленная пластмасса не вытекает наружу за пределы корпуса 1, а поступает внутрь корпуса 1, обволакивает поверхности свариваемых труб по всей окружности, тем самым устраняя зазоры между трубами и корпусом 1, создает необходимое давление для соединения труб между собой (для сварки необходимо одновременно достичь требуемого давления и температуры).

Выполнение армирующего слоя 4 из композитного материала исключает коррозию и повреждение корпуса 1 и ведет к равномерному прижатию всей зоны нагрева к трубе и соответственно превосходно сваривается с трубой, способствует наиболее плотному прилеганию муфты к свариваемой трубе, проведению сварки без дефектов. Это связано с тем, что коэффициент линейного термического расширения у армирующего слоя 4 в 30-100 раз ниже, чем у полимерных материалов, из которого выполнен корпус 1. Характеристики полимерных материалов, используемых при изготовлении муфты соединенительной электросварной представлены в таблице 1.

Таблица 1

Характеристики полимерных материалов, используемых в муфте соединительной электросварной

Материал	Средний коэффициент линейного расширения, 10⁵ K^-1	Модуль упругости при растяжении, ГПа	Предел прочности при растяжении, МПа
Полиэтилен высокой плотности	17-55	0,55-0,65	13-30
Полипропилен	11-18	0,8-1,18	24-39
Полиамид ПА12	12-30	1,2-1,6	45-55
Стеклопластик	0,8-2,5	69	1920
Углеволокно	0,08-0,12	120-130	780-1800

Также наличие армирующего слоя 4 позволяет сваривать пластмассовые армированные трубы высокого давления, произведенные из того же материала, что и сам корпус 1 без снижения рабочего давления трубопровода, что позволяет распространить технологию сварки с использованием муфт с электроспиралью на трубопроводы высокого давления до 3,2 Мпа и выше, для которых использование технологии электромуфтовой сварки ранее не было возможным.

При соединении данной муфтой пластмассовых трубопроводов с внутренним слоем, армированным синтетическими нитями или стекловолокном не происходит выход армирующего слоя трубы на поверхность и его последующая коррозия, в отличие от соединения путем сварки в стык, в результате которой внутренний армирующий слой выходит на поверхность, что приводит к коррозии армирующего слоя при контакте с внешней средой. Полимерные трубопроводы высокого давления с внутренним армирующим слоем из металла без снижения прочностных характеристик трубопровода возможно сварить только с использованием данной муфты, так как для них на данный момент не доступны существующие технологии сварки и применяется только соединение с помощью механических муфт.

Соединение с помощью данной муфты не приводит к уменьшению проходного сечения трубопровода в отличие от других методов соединения и выдерживает давление не менее чем на 25% выше чем сам трубопровод.

Также данная муфта применяется для упрочнения стыкового соединения армированной пластмассовой трубы. Помимо сварки в стык для сварки армированного трубопровода используется электросварная армированная муфта. Сразу 2 преимущества – защита от внешней агрессивной среды армирующего слоя и дополнительное упрочнение соединения. В результате чего соединение становится самой сильной частью трубопровода.

Таким образом, наличие армирующего слоя 4 обеспечивает повышение качества сварки труб за счет исключения деформации корпуса 1 и предотвращения короткого замыкания между витками электроспирали 2 вследствие ее перемещения.

Claims

1. Муфта соединительная электросварная, включающая корпус, выполненный в виде цилиндрической втулки, и электроспираль, выполненную из металлической проволоки и установленную внутри корпуса, отличающаяся тем, что корпус выполнен с технологическими отверстиями, электроспираль установлена с отступами от краев корпуса, содержит две намотки, каждая из которых состоит из близко расположенных витков проволоки, последовательно соединенные между собой и выполненные друг от друга на расстоянии, при этом отступы от краев корпуса и расстояние между намотками электроспирали образуют холодные зоны, дополнительно устройство содержит металлические контакты для подключения сварочного аппарата, установленные в технологических отверстиях и соединенные с концами электроспирали, армирующий слой, выполненный из композиционного материала и расположенный между контактами для подключения сварочного аппарата.

2. Муфта по п. 1, отличающаяся тем, что в корпусе выполнено два технологических отверстия.

3. Муфта по п. 1, отличающаяся тем, что электроспираль выполнена из медной или нихромовой проволоки.

4. Муфта по п. 1, отличающаяся тем, что контакты выполнены в виде штырей цилиндрической формы диаметром 4,0 мм или 4,7 мм из меди или из латуни.

5. Муфта по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве композиционного материала армирующего слоя используется арамидное волокно, или углеволокно, или стекловолокно, или смесь указанных веществ, при следующем соотношении компонентов, %: стекловолокно - 20-60, углеволокно - 20-60, арамидное волокно – 20-60, для связи волокон используется эпоксидная смола.

6. Муфта по п. 1, отличающаяся тем, что армирующий слой выполнен толщиной 0,4-30 мм.

7. Муфта по п. 1, отличающаяся тем, что корпус выполнен из пластмассы - полиэтилена марок ПЭ100, ПЭ100RC, полиамида, полиэтилена повышенной термостойкости марки PE-RT или из полипропилена марки PP-RCT.

8. Муфта по п. 1, отличающаяся тем, что коэффициент линейного термического расширения у армирующего слоя в 30-100 раз ниже, чем у полимерного материала, из которого выполнен корпус.