RU2216679C2

RU2216679C2 - Method of permanent connection of pipes

Info

Publication number: RU2216679C2
Application number: RU2001114372/06A
Authority: RU
Inventors: В.Ф. Строганов (RU); В.Ф. Строганов; Виктор Александрович Белошенко (UA); Виктор Александрович Белошенко; Д.Е. Страхов (RU); Д.Е. Страхов; И.В. Строганов (RU); И.В. Строганов; К.П. Алексеев (RU); К.П. Алексеев; Александр Павлович Борзенко (UA); Александр Павлович Борзенко; А.Ц. Рапопорт (RU); А.Ц. Рапопорт; С.А. Шуматов (RU); С.А. Шуматов
Original assignee: Казанская государственная архитектурно-строительная академия
Priority date: 2001-05-24
Filing date: 2001-05-24
Publication date: 2003-11-20

Abstract

FIELD: construction engineering; repair and erection of glass-reinforced plastic pipe lines. SUBSTANCE: proposed method includes fitting thermally shrinkable sleeve on ends of pipes to be connected , applying adhesive on surfaces to be connected, heating contact surfaces to sleeve thermal shrinkage temperature and keeping the joint at this temperature till complete thermal shrinkage and hardening of sleeve. Centering bush is mounted at negative allowance inside pipes at joint area; rigidity of centering bush in axial direction exceeds its rigidity in tangential direction by 2.5-3 times. Centering bush is made by winding pseudo-tape made in form of glass-reinforced fiber braid; angle between braid and generatrix of bush ranges from 5 to 10 deg. EFFECT: enhanced reliability of pipe line. 3 cl

Description

Изобретение относится к области сооружения и ремонта трубопроводов, в частности к технологии создания неразъемных муфтоклеевых соединений труб, например стеклопластиковых. Изобретение может найти применение во многих отраслях промышленности, сельского хозяйства, коммунального хозяйства и т.д. The invention relates to the field of construction and repair of pipelines, in particular, to the technology of creating one-piece muffle-glue pipe joints, for example fiberglass. The invention can find application in many industries, agriculture, utilities, etc.

Известны неразъемные муфтоклеевые соединения (муфтовое цилиндрическое и муфтовое конусное) с использованием гладких муфт и полимерного клея (Агапчев В. И. , Пермяков Н. Г. , Каллимулин А.А., Газизов Х.В. Клеевые соединения, применяемые для сооружения и ремонта объектов трубопроводного транспорта, - М. : ВНИИОЭНГ, 1987, с.40-41). При этом клей может наноситься как путем нанесения на поверхности, так и принудительным нагнетанием. One-piece sleeve-adhesive joints (sleeve cylindrical and sleeve cone) using smooth couplings and polymer glue (Agapchev V.I., Permyakov N.G., Kallimulin A.A., Gazizov Kh.V. Glue joints used for construction and repair are known objects of pipeline transport, - M.: VNIIOENG, 1987, p.40-41). In this case, the adhesive can be applied both by application to the surface and by forced injection.

Прочность таких соединений в значительной мере зависит от точности центровки труб, толщины клеевого слоя, равномерности зазора между трубой и муфтой. The strength of such joints largely depends on the accuracy of the alignment of the pipes, the thickness of the adhesive layer, the uniformity of the gap between the pipe and the coupling.

Известны муфтоклеевые соединения, включающие, кроме муфт, соединительные детали (Шапиро Г.И., Ехлаков С.В., Абрамов В.В. Пластмассовые трубопроводы. - М.: Химия, 1986, с. 48-50), а также (Агапчев В.И., Смыслов В.И., Белоусов B. C. , Белоусов Г.С., Петин С.В. Применение труб, изготовленных из стеклопластиковых материалов, в народном хозяйстве для транспортировки различных жидкостей // Строительные материалы, оборудование и технологии ХХI века, 1998 г., 3, с.4-5). Known adhesive joints, including, in addition to couplings, connecting parts (Shapiro G.I., Ekhlakov S.V., Abramov V.V. Plastic pipelines. - M .: Chemistry, 1986, S. 48-50), as well as ( Agapchev V.I., Smyslov V.I., Belousov BC, Belousov G.S., Petin S.V. Application of pipes made of fiberglass materials in the national economy for the transportation of various liquids // Building materials, equipment and technologies XXI century, 1998, 3, p. 4-5).

Недостатком таких неразъемных муфтоклеевых соединений является их сложность. The disadvantage of such one-piece clutch adhesives is their complexity.

Известен способ неразъемного муфтоклеевого соединения, обеспечивающий необходимые диэлектрические характеристики при соединении труб. Сущность способа состоит в установке цилиндрической вставки с ребром по окружности цилиндра, предотвращающей от контакта концы соединяемых труб. Материал цилиндрической вставки - термопласты, например полиолефины типа полиэтилена, полипропилена, полиамида и др. (см. патент ЕP 0240230). Назначение данного способа - обеспечение диэлектрических характеристик при соединении труб. A known method of one-piece muftokleevoy connection, providing the necessary dielectric characteristics when connecting pipes. The essence of the method consists in installing a cylindrical insert with a rib around the circumference of the cylinder, which prevents the ends of the pipes being connected from contact. The material of the cylindrical insert is thermoplastics, for example polyolefins such as polyethylene, polypropylene, polyamide, etc. (see patent EP 0240230). The purpose of this method is to provide dielectric characteristics when connecting pipes.

Известен способ соединения труб с размещенной с натягом внутри них втулкой, при этом зону соединения труб снаружи герметизируют термопластичной муфтой (см. патент GВ 1474929). Однако данное изобретение относится к классу термопластичных материалов, обладающих памятью формы, имеющих недостаточную прочность, особенно при температурах, близких к размягчению термопластов (60-80^oС).A known method of connecting pipes with a sleeve placed with an interference fit inside them, while the pipe connection area is sealed from the outside with a thermoplastic sleeve (see patent GB 1474929). However, this invention relates to a class of thermoplastic materials having shape memory, having insufficient strength, especially at temperatures close to the softening of thermoplastics (60-80 ^o C).

Прототипом изобретения является способ неразъемного соединения полимерных труб по патенту Украины на изобретение 10298, бюл. 4, 1996г., заключающийся в:
- размещении на концах соединяемых труб термоусаживающейся муфты, выполненной из эпоксидной композиции, обладающей эффектом формы (эффект термоусадки), с температурой стеклования в температурном диапазоне 50-80^oС, удобном для практического использования;
- нанесении на соединяемые поверхности в качестве адгезива эластичного эпоксидного клея, время жизнеспособности которого в диапазоне температур термоусадки муфты в 2-3 раза больше времени, необходимого для термоусадки муфты;
- нагреве места контакта соединяемых поверхностей до температуры термоусадки муфты, выдержка при этой температуре в течение определенного времени до полной термоусадки муфты, дальнейшее повышение температуры с выдержкой до полного отверждения эпоксидного клея. После охлаждения места соединения до температуры окружающего воздуха трубопровод готов к эксплуатации.The prototype of the invention is a method of permanent connection of polymer pipes according to the patent of Ukraine for the invention 10298, bull. 4, 1996, which consists in:
- placement at the ends of the joined pipes of a heat-shrinkable sleeve made of an epoxy composition having a shape effect (heat shrink effect), with a glass transition temperature in the temperature range of 50-80 ^o C, convenient for practical use;
- applying elastic epoxy adhesive as an adhesive to the joined surfaces, the pot life of which in the temperature range of the heat shrink of the coupling is 2-3 times longer than the time required for the heat shrink of the coupling;
- heating the contact area of the joined surfaces to the temperature of the heat shrink of the coupling, holding at this temperature for a certain time until the heat shrinks the coupling, further increasing the temperature with exposure to complete curing of the epoxy adhesive. After cooling the connection to the ambient temperature, the pipeline is ready for operation.

Недостатком прототипа является то, что применение термоусаживающейся муфты из неармированного эпоксидного полимера менее прочного, чем стеклопластиковая труба, приводит к возникновению в муфте мест повышенных концентраций напряжений, что при монтаже или в условиях длительной эксплуатации при наличии изгибных деформаций может привести к потере герметичности и преждевременному разрушению трубопровода. The disadvantage of the prototype is that the use of a heat-shrinkable sleeve made of unreinforced epoxy polymer is less durable than a fiberglass pipe, leads to the appearance of places of increased stress concentration in the sleeve, which during installation or during long-term operation in the presence of bending deformations can lead to loss of tightness and premature failure the pipeline.

Изобретение направлено на увеличение эксплуатационной надежности муфтоклеевого соединения труб. The invention is aimed at increasing the operational reliability of the sleeve-glued pipe joint.

Результат достигается тем, что в способе неразъемного муфтоклеевого соединения труб, включающем размещение на концах соединяемых труб термоусаживающейся муфты, нанесение на соединяемые поверхности клея, нагревание места контакта соединяемых поверхностей до температуры термоусадки муфты, выдержку при данной температуре до полной термоусадки муфты и отверждение клея, внутри труб в месте их соединения устанавливают с натягом центрирующую втулку, жесткость которой в осевом направлении в 2,5-3 раза превышает жесткость в тангенциальном (окружном) направлении. The result is achieved by the fact that in the method of one-piece muffle-glue connection of pipes, which includes placing a heat-shrinkable coupling on the ends of the joined pipes, applying glue to the joined surfaces, heating the contact surface of the joined surfaces to the temperature of the sleeve shrink, holding at this temperature until the sleeve shrinks completely and the adhesive cures inside at the junction of the pipes, a centering sleeve is tightened, the stiffness of which in the axial direction is 2.5-3 times higher than the stiffness in the tangential (approx. uzhnom) direction.

Результат достигается также тем, что центрирующую втулку изготавливают навивкой псевдоленты, представляющей собой жгут, например, из стекловолокна, обвивающий две краевые нити, при этом угол между жгутом и образующей втулки доставляет 5-10^o.The result is also achieved by the fact that the centering sleeve is made by winding a pseudo tape, which is a bundle, for example, of fiberglass, twisting around two edge threads, while the angle between the bundle and the forming sleeve delivers 5-10 ^o .

Результат достигается также тем, что длина втулки составляет 1,1-1,5 длины термоусаживающейся муфты. The result is also achieved by the fact that the sleeve length is 1.1-1.5 of the length of the heat-shrinkable sleeve.

Основным отличительным признаком изобретения является установка внутри соединяемых труб центрирующей втулки, выполненной с высокой жесткостью в осевом и низкой жесткостью в тангенциальном (окружном) направлении. Наличие центрирующей втулки выполненной таким образом обеспечивает повышение прочности соединения труб на растяжение и изгиб, снижает концентрации напряжений в месте соединения. The main distinguishing feature of the invention is the installation inside the connected pipes of a centering sleeve made with high stiffness in the axial and low stiffness in the tangential (circumferential) direction. The presence of a centering sleeve made in this way provides increased tensile and bending strength of the pipe joint, reduces stress concentration at the joint.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Обезжиривают наружные поверхности концов соединяемых труб, размещают на них термоусаживающуюся муфту, выполненную из эпоксидной композиции, обладающую эффектом памяти формы. Внутри соединяемых труб устанавливают с натягом центрирующую втулку, например стеклопластиковую. Degrease the outer surfaces of the ends of the pipes to be joined, place a heat-shrink sleeve made of an epoxy composition on them, which has a shape memory effect. A centering sleeve, for example fiberglass, is fitted with an interference fit inside the connected pipes.

На соединяемые поверхности (концы труб и поверхность муфты) наносят эпоксидный клей, жизнеспособность которого в диапазоне температур термоусадки муфты значительно больше времени, необходимого для термоусадки муфты. Концы труб, муфт состыковывают и фиксируют и затем места контакта соединяемых поверхностей нагревают до температуры термоусадки муфты. Время нагревания должно обеспечить полную усадку муфты, отверждение клея может происходить как без провода (~24часа), так и при повышении температуры. An epoxy adhesive is applied to the surfaces to be joined (pipe ends and the coupling surface), the viability of which in the temperature range of the heat shrink of the coupling is much longer than the time required for heat shrinkage of the coupling. The ends of the pipes, couplings are docked and fixed, and then the contact points of the surfaces to be joined are heated to the temperature of the heat shrink of the coupling. The heating time should ensure complete shrinkage of the coupling; curing of the adhesive can occur both without a wire (~ 24 hours) and with increasing temperature.

Используемая центрирующая втулка изготавливается навивкой псевдоленты, представляющей собой жгут, например, из стекловолокна, обвивающий две крайнее нити, при этом угол между жгутом и образующей втулки составляет 5-10^o. Модуль упругости изготовленной таким образом стеклопластиковой втулки составляет в осевом направлении 25000-30000 МПа, в тангенциальном 10000 Мпа. Обеспечение угла намотки меньше 5^o трудноосуществимо технологически. Увеличение угла больше 10^o изменяет необходимое соотношение прочности (2,5-3) втулки в осевом и тангенциальном направлениях.The centering sleeve used is made by winding a pseudo tape, which is a bundle, for example, fiberglass, twisting around the two extreme threads, the angle between the bundle and the forming sleeve is 5-10 ^o . The elastic modulus of the fiberglass bush made in this way is 25,000-30000 MPa in the axial direction, and 10,000 MPa in the tangential direction. Ensuring a winding angle of less than 5 ^{o is} technologically difficult. An increase in the angle of more than 10 ^o changes the necessary strength ratio (2.5-3) of the sleeve in the axial and tangential directions.

Длина центрирующей втулки выбрана в пределах 1,1-1,5 длины термоусаживающейся муфты. При длине менее 1,1 краевые эффекты или повышение концентрации напряжений существенно не снижаются. Увеличение длины втулки более 1,5 длины муфты не приводит к выигрышу в прочности, но увеличивает расход материала. The length of the centering sleeve is selected in the range 1.1-1.5 of the length of the heat-shrink sleeve. With a length of less than 1.1, edge effects or an increase in stress concentration are not significantly reduced. An increase in the sleeve length of more than 1.5 times the coupling does not lead to a gain in strength, but increases the consumption of material.

Результаты гидравлических испытаний показали, что в контрольной серии трубных соединений исследуемый стык выдержал максимальное внутреннее давление жидкости (воды) величиной 8 МПа. Потеря герметичности происходила вследствие разрушения клеевого слоя. В случае использования центрирующей втулки муфтоклеевое соединение сохраняло герметичность при многократном (более 10 циклов) нагружении в интервале давлений 4-8 МПа. Давление разрушения клеевого слоя составило 13 МПа. The results of hydraulic tests showed that in the control series of pipe connections the test joint withstood the maximum internal pressure of a liquid (water) of 8 MPa. The loss of tightness occurred due to the destruction of the adhesive layer. In the case of using a centering sleeve, the muffle-glue connection remained tight during repeated (more than 10 cycles) loading in the pressure range of 4-8 MPa. The pressure of the destruction of the adhesive layer was 13 MPa.

Таким образом, совместное применение термоусаживающейся муфты из эпоксидного полимера и центрирующей втулки, условия изготовления которой обуславливают соотношение жесткости в тангенциальном (окружном) и осевом направлении, равное 1:2.5-3, позволяет существенно увеличить предельное давление жидкости в трубах. Одновременно с этим достигается повышение прочности соединения при изгибе. В результате расширяются функциональные возможности муфтоклеевого соединения и улучшаются его эксплуатационные характеристики. Thus, the combined use of a heat-shrinkable sleeve made of epoxy polymer and a centering sleeve, the manufacturing conditions of which determine the ratio of stiffness in the tangential (circumferential) and axial direction, equal to 1: 2.5-3, can significantly increase the ultimate fluid pressure in the pipes. At the same time, an increase in bending strength is achieved. As a result, the functionality of the mufto-glue joint is expanded and its operational characteristics are improved.

Claims

1. The method of permanent coupling-adhesive connection, which consists in placing at the ends of the joined pipes a heat-shrinkable coupling, applying on the joined surfaces of the glue, heating the contact point of the joined surfaces to the temperature of the heat shrink of the coupling, holding at this temperature to complete heat shrinkage of the coupling, curing the adhesive, characterized in that inside the pipes at the place of their connection, a centering sleeve is installed with an interference fit, the rigidity of which in the axial direction is 2.5-3 times higher than the rigidity in the tangential direction.

2. The method according to p. 1, characterized in that the centering sleeve is made by winding a pseudo tape, which is a fiberglass bundle wrapping around two edge threads, while the angle between the bundle and the forming sleeve is 5-10 ^o .

3. The method according to p. 1, characterized in that the length of the centering sleeve is 1.1-1.5 lengths of a heat-shrinkable sleeve.