RU2526133C1

RU2526133C1 - Connection of metal pipes

Info

Publication number: RU2526133C1
Application number: RU2013138328/06A
Authority: RU
Inventors: Наиль Габдулбариевич Ибрагимов; Михаил Викторович Швецов; Шамиль Мансурович Талыпов; Александр Николаевич Меньшаев; Сергей Дмитриевич Шипилов; Владимир Иванович Баздрев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина
Priority date: 2013-08-19
Filing date: 2013-08-19
Publication date: 2014-08-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: connection consists of two pipes welded with each other and a metal bushing arranged inside featuring a cylindrical groove provided in the central portion and annular grooves in the end-face areas and anticorrosion coating on the surface except the cylindrical groove, with heat-insulation material and setting stops in the cylindrical groove, with sealing elements in the annular grooves and sealing material in a gap between pipes and the bushing. A split ring made of non-combustible heat-insulation material is used as the insulation material. A split metal ring with protrusions in the form of a semi-sphere and air volume under the protrusions is used as the setting stops. The split metal ring is installed upon the split ring of non-combustible heat-insulation material and its ends are interconnected by spot welding. The rubber rings featuring end-face surfaces and protruding fins of different height are used as the sealing elements in the annular grooves. A welding seam connects the metal pipes with the split metal ring. A relation of thickness of the split metal ring and the wall thickness equals 1:(3-5). The height of the metal ring protrusions exceeds its thickness.

EFFECT: invention increases reliability of the joint.

4 dwg

Description

Изобретение относится к соединению металлических труб и может найти применение в нефте-, газо-, водо-, теплоснабжении.The invention relates to the connection of metal pipes and may find application in oil, gas, water, heat supply.

Известно соединение эмалированных труб, представляющее собой узел неразъемного соединения труб, содержащий две соединяемые трубы с внутренним эмалевым покрытием и установленную внутри них в зоне стыка коаксиально с зазором втулку с внутренним эмалевым покрытием. В центре внешней поверхности втулки выполнена цилиндрическая проточка, в ее среднем сечении радиально и равномерно по окружности расположены установочные упоры, выполненные заодно с телом втулки и выступающие над поверхностью втулки для фиксации ее в зоне стыка соединяемых труб. В этой проточке размещен теплоизолирующий материал, например стеклоткань. Между внутренней поверхностью зоны стыка труб и проточкой втулки образована полость, которая заполнена материалом с адгезионными свойствами типа клея "ЦИАКРИЛ ЭО". В торцевых зонах втулки на ее внешней поверхности выполнены кольцевые канавки, в которые установлены уплотнительные элементы, а за ними образованы заходные конусы, между которыми и внутренней поверхностью труб размещен материал с адгезионными свойствами. Уплотнительные элементы выполнены, например, в виде резиновых колец и предотвращают проникновение материала в зону стыка труб (патент РФ №2080510, опубл. 27.05.1997).It is known to connect enameled pipes, which is an integral pipe connection unit containing two connected pipes with an internal enamel coating and a sleeve with an internal enamel coating coaxially with the gap installed inside them in the joint zone. A cylindrical groove is made in the center of the outer surface of the sleeve, in its middle section there are installation stops radially and uniformly around the circumference, made integral with the body of the sleeve and protruding above the surface of the sleeve to fix it in the joint zone of the connected pipes. A heat-insulating material such as fiberglass is placed in this groove. A cavity is formed between the inner surface of the pipe joint zone and the bore of the sleeve, which is filled with a material with adhesive properties such as “CIAACRYL EO” glue. In the end zones of the sleeve, annular grooves are made on its outer surface, into which the sealing elements are installed, and behind them formed inlet cones, between which the material with adhesive properties is placed between the pipes and the inner surface of the pipes. The sealing elements are made, for example, in the form of rubber rings and prevent the penetration of the material into the joint zone of the pipes (RF patent No. 2080510, publ. 05.27.1997).

Недостатком известного соединения является низкая надежность получаемого сварного шва при его применении, которая обусловлена тем, что во время сварки возможно отслоение защитного покрытия втулки, вызванное его локальным перегревом, поскольку радиально расположенные установочные упоры выполнены заодно с телом втулки.A disadvantage of the known connection is the low reliability of the resulting weld when it is used, which is due to the fact that during welding peeling of the protective coating of the sleeve is possible due to local overheating, since the radially located mounting stops are integral with the body of the sleeve.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является узел сварного соединения труб, состоящий из двух сваренных между собой труб и размещенной внутри них металлической втулки с установочными упорами и уплотнительными элементами, при этом в центральной части внешней поверхности втулки выполнена цилиндрическая проточка, в которой размещен слой теплоизоляционного материала и радиально и равномерно по окружности расположены своими основаниями установочные упоры, при этом в торцевых зонах внешней поверхности втулки выполнены кольцевые канавки, в которых установлены уплотнительные элементы, причем на концах внутренней поверхности втулки выполнены конусные проточки, на поверхность втулки нанесено защитное покрытие, а в зазоре между уплотнительными элементами и концами внешней поверхности втулки размещен герметизирующий материал. Основания установочных упоров расположены на слое теплоизоляционного материала и зафиксированы слоем другого теплоизоляционного материала, размещенного поверх них и имеющего более высокие прочностные характеристики, чем материал, расположенный под основаниями установочных упоров (патент РФ №2483851, опубл. 10.06.2013 - прототип).Closest to the proposed invention in technical essence is a welded pipe joint, consisting of two pipes welded together and placed inside the metal sleeve with mounting stops and sealing elements, while in the Central part of the outer surface of the sleeve is made a cylindrical groove in which the layer is placed thermal insulation material and radial and evenly around the circumference are located their bases installation stops, while in the end zones of the outer surface in ulki made annular grooves in which sealing elements are set, wherein the inner surface of the sleeve ends are made conical bore, on the sleeve surface protective coating, and a gap between the sealing elements and the ends of the outer surface of the sleeve is placed a sealing material. The bases of the mounting stops are located on a layer of heat-insulating material and are fixed with a layer of another heat-insulating material placed on top of them and having higher strength characteristics than the material located under the bases of the mounting stops (RF patent No. 2483851, publ. 06/10/2013 - prototype).

Недостатком прототипа является низкое качество получаемого сварного шва, которое обусловлено сложностью и ненадежностью крепления упоров, возможностью их смещения при установке и сварке.The disadvantage of the prototype is the low quality of the resulting weld, which is due to the complexity and unreliability of mounting the stops, the possibility of their displacement during installation and welding.

В предложенном изобретении решается задача повышения качества соединения труб.The proposed invention solves the problem of improving the quality of the pipe connection.

Задача решается тем, что в соединении металлических труб, состоящем из двух сваренных между собой труб и размещенной внутри них металлической втулки с выполненными на внешней поверхности цилиндрической проточкой в центральной части и кольцевыми канавками в торцевых зонах и антикоррозионным покрытием на поверхности за исключением цилиндрической проточки, с теплоизоляционным материалом и установочными упорами в цилиндрической проточке, с уплотнительными элементами в кольцевых канавках и герметизирующим материалом в зазоре между трубами и втулкой, согласно изобретению в качестве теплоизоляционного материала использовано разрезное кольцо из несгораемого теплоизоляционного материала, в качестве установочных упоров использовано разрезное металлическое кольцо с выступами в виде полусферы и воздушным объемом под выступами, разрезное металлическое кольцо установлено на разрезное кольцо из несгораемого теплоизоляционного материала, концы разрезного металлического кольца точечной сваркой соединены между собой, в качестве уплотнительных элементов в кольцевых канавках использованы резиновые кольца, имеющие торцевые поверхности и выступающие гребни разной высоты, при этом сварной шов соединяет металлические трубы и разрезное металлическое кольцо, соотношение толщины разрезного металлического кольца и толщины стенки металлической трубы составляет 1:(3-5), а высота выступов разрезного металлического кольца превышает его толщину.The problem is solved in that in the connection of metal pipes, consisting of two pipes welded together and placed inside them, a metal sleeve with a cylindrical groove in the central part and circumferential grooves in the end zones and an anticorrosion coating on the surface except for the cylindrical groove, made with heat-insulating material and mounting stops in a cylindrical groove, with sealing elements in the annular grooves and sealing material in the gap between the pipes with a sleeve and, according to the invention, a split ring made of non-combustible heat-insulating material was used as thermal insulation material, a split metal ring with hemispherical protrusions and an air volume under the protrusions was used as a mounting stopper, a split metal ring was mounted on a split ring of non-combustible thermal insulation material, the ends split metal rings are spot welded together as sealing elements in annular ditches rubber rings having end surfaces and protruding ridges of different heights were used, while the weld seams the metal pipes and the split metal ring, the ratio of the thickness of the split metal ring and the wall thickness of the metal pipe is 1: (3-5), and the height of the protrusions of the split metal rings exceed its thickness.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

К соединениям металлических труб, предназначенных для работы в слабо- и сильноагрессивных жидкостях, предъявляются повышенные требования по качеству соединений. Существующие соединения не в полной мере отвечают повышенным требованиям. В предложенном изобретении решается задача повышения качества соединения труб. Задача решается следующим образом.The joints of metal pipes designed to work in slightly and highly aggressive liquids are subject to increased demands on the quality of the joints. Existing compounds do not fully meet the increased requirements. The proposed invention solves the problem of improving the quality of the pipe connection. The problem is solved as follows.

Выполняют соединение металлических труб, состоящее из двух сваренных между собой труб и размещенной внутри них металлической втулки с выполненными на внешней поверхности цилиндрической проточкой в центральной части и кольцевыми канавками в торцевых зонах и антикоррозионным покрытием на поверхности за исключением цилиндрической проточки, с теплоизоляционным материалом и установочными упорами в цилиндрической проточке, с уплотнительными элементами в кольцевых канавках и герметизирующим материалом в зазоре между трубами и втулкой.The metal pipes are connected, consisting of two pipes welded together and a metal sleeve placed inside them with a cylindrical groove in the central part made on the outer surface and annular grooves in the end zones and a corrosion-resistant coating on the surface except for the cylindrical groove, with heat-insulating material and installation stops in a cylindrical groove, with sealing elements in the annular grooves and sealing material in the gap between the pipes and the sleeve.

В качестве теплоизоляционного материала использовано разрезное кольцо из несгораемого теплоизоляционного материала, в качестве установочных упоров использовано разрезное металлическое кольцо с выступами в виде полусферы и воздушным объемом под выступами, разрезное металлическое кольцо установлено на разрезное кольцо из несгораемого теплоизоляционного материала, концы разрезного металлического кольца точечной сваркой соединены между собой, в качестве уплотнительных элементов в кольцевых канавках использованы резиновые кольца, имеющие торцевые поверхности и выступающие гребни разной высоты, при этом сварной шов соединяет металлические трубы и разрезное металлическое кольцо, соотношение толщины разрезного металлического кольца и толщины стенки металлической трубы составляет 1:(3-5), а высота выступов разрезного металлического кольца превышает его толщину.As a heat-insulating material, a split ring made of non-combustible heat-insulating material was used, a split metal ring with hemispherical protrusions and an air volume under the protrusions was used as mounting lugs, a split metal ring was mounted on a split ring of fireproof thermal insulation material, the ends of the split metal ring were spot-welded among themselves, rubber rings are used as sealing elements in the annular grooves, and having end faces and protruding ridges of different heights, while the weld seams the metal pipes and the split metal ring, the ratio of the thickness of the split metal ring and the wall thickness of the metal pipe is 1: (3-5), and the height of the protrusions of the split metal ring exceeds its thickness.

На фиг.1-4 представлено заявленное соединение, где 1 - соединяемые металлические трубы, 2 - металлическая втулка, 3 - цилиндрическая проточка, 4 - кольцевые канавки, 5 - антикоррозионное покрытие, 6 - разрезное кольцо из несгораемого теплоизоляционного материала, 7 - разрезное металлическое кольцо, 8 - выступы в виде полусферы, 9 - воздушным объем, 10 - резиновые кольца, 11 - торцевые поверхности резиновых колец 10, 12 - нижний гребень резинового кольца 10, 13 - верхний гребень резинового кольца 10, 14 - герметизирующий материал, 15 - точки сварки, 16 - сварной шов, 17 - толщина разрезного металлического кольца 7, 18 - толщина стенки металлической трубы 1, 19 - высота выступов 8 разрезного металлического кольца 7.Figure 1-4 shows the claimed connection, where 1 is a connectable metal pipe, 2 is a metal sleeve, 3 is a cylindrical groove, 4 is an annular groove, 5 is an anti-corrosion coating, 6 is a split ring made of non-combustible heat-insulating material, 7 is a split metal ring, 8 - hemispherical protrusions, 9 - air volume, 10 - rubber rings, 11 - end surfaces of rubber rings 10, 12 - lower ridge of the rubber ring 10, 13 - upper ridge of the rubber ring 10, 14 - sealing material, 15 - welding points, 16 - weld, 17 - t the thickness of the split metal ring 7, 18 is the wall thickness of the metal pipe 1, 19 is the height of the protrusions 8 of the split metal ring 7.

Соотношение толщины 17 разрезного металлического кольца 7 и толщины 18 стенки металлической трубы 1 составляет 1:(3-5), а высота выступов 19 превышает толщину 17 разрезного металлического кольца 7.The ratio of the thickness 17 of the split metal ring 7 to the wall thickness 18 of the metal pipe 1 is 1: (3-5), and the height of the protrusions 19 is greater than the thickness 17 of the split metal ring 7.

Соединение собирают следующим образом.The compound is collected as follows.

На металлическую втулку 2 устанавливают разрезное кольцо из несгораемого теплоизоляционного материала 6, например из листового асбеста, на него устанавливают разрезное металлическое кольцо 7, сдавливают несгораемый теплоизоляционный материал 6 разрезным металлическим кольцом 7, концы разрезного металлического кольца 7 между собой прихватывают в точках сварки 15. Разрезное металлическое кольцо 7, притянутое к несгораемому теплоизоляционному материалу 6, частично заходит в цилиндрическую проточку 3, что не позволяет ему перемещаться по втулке 2. В кольцевые канавки 4 помещают резиновые кольца 10. На наружную поверхность втулки 2 и все установленные элементы наносят герметизирующий материал 14. С двух сторон втулки 2 надвигают соединяемые металлические трубы 1 до контактирования с выступами 8 разрезного металлического кольца 7. Резиновые кольца 10 упираются своими торцевыми поверхностями 11 в край кольцевой канавки 4. Трубы 1 прихватывают сваркой в нескольких точках (не менее 3). Сваривают трубы 1 и разрезное металлическое кольцо 7 сварным швом 16.A split ring made of a non-combustible heat-insulating material 6, for example, of sheet asbestos, is mounted on a metal sleeve 2, a split metal ring 7 is mounted on it, a fire-resistant heat-insulating material 6 is squeezed with a split metal ring 7, the ends of the split metal ring 7 are seized together at the welding points 15. Cut a metal ring 7, drawn to a non-combustible heat-insulating material 6, partially enters the cylindrical groove 3, which does not allow it to move along W 2. In the annular grooves 4, rubber rings are placed 10. The sealing material 14 is applied to the outer surface of the sleeve 2 and all installed elements 14. The metal pipes 1 are pushed on both sides of the sleeve 2 until they contact the protrusions 8 of the split metal ring 7. The rubber rings 10 abut their end surfaces 11 to the edge of the annular groove 4. Pipes 1 are welded at several points (at least 3). The pipes 1 are welded and the split metal ring 7 is welded 16.

Соотношение толщины 17 разрезного металлического кольца 7 и толщины 18 стенки металлической трубы 1 составляет 1:(3-5), за счет чего обеспечивается сварка швом 16 соединяемых деталей без не проваров и без прожогов.The ratio of the thickness 17 of the split metal ring 7 to the thickness 18 of the wall of the metal pipe 1 is 1: (3-5), due to which welding by the seam 16 of the parts to be connected is provided without no fumes and without burns.

При сварке стыка труб 1 выделяется большое количество тепла. Несгораемый теплоизоляционный материал 6 служит для поглощения тепла и предотвращает растрескивание антикоррозионного покрытия 5 на внутренней поверхности втулки 2 в зоне сварки. Воздушный объем 9 способствует поглощению тепла и сохранению целостности антикоррозионного покрытия 5 в месте выступов 8.When welding the joint of pipes 1, a large amount of heat is released. Fireproof thermal insulation material 6 serves to absorb heat and prevents cracking of the anti-corrosion coating 5 on the inner surface of the sleeve 2 in the welding zone. The air volume 9 helps to absorb heat and maintain the integrity of the anti-corrosion coating 5 in place of the protrusions 8.

Разрезное кольцо из несгораемого теплоизоляционного материала 6 изготавливают из полосы материала сворачиванием его в кольцо и помещением в цилиндрической проточке 3.A split ring of fireproof insulation material 6 is made of a strip of material by folding it into a ring and placing it in a cylindrical groove 3.

Разрезное металлическое кольцо 7 (фиг.4) изготавливают штамповкой на стальной полосе выступов в виде полусферы 8 с образованием воздушного объема 9 и сворачиванием полосы в кольцо. Для установки разрезного металлического кольца 7 в цилиндрической проточке 3 на разрезное кольцо из несгораемого теплоизоляционного материала 6 разрезное металлическое кольцо 7 слегка разжимают, надевают на втулку 2 и опускают в цилиндрическую проточку 3.A split metal ring 7 (Fig. 4) is made by stamping on a steel strip of protrusions in the form of a hemisphere 8 with the formation of an air volume 9 and folding the strip into a ring. To install a split metal ring 7 in a cylindrical groove 3 on a split ring of fireproof insulation material 6, the split metal ring 7 is slightly unclenched, put on the sleeve 2 and lowered into the cylindrical groove 3.

Резиновые кольца 10 имеют торцевые поверхности 11, конусные поверхности 12 разной конусности и выступающие поверхности разной высоты 13. Все эти поверхности служат для облегчения монтажа труб 1 и герметичного контакта с трубами 1 и втулкой 2. Такая конструкция резиновых колец 10 позволяет создать надежную изоляцию сварного шва 16 от агрессивной среды внутри трубопровода.Rubber rings 10 have end surfaces 11, conical surfaces 12 of different tapers and protruding surfaces of different heights 13. All these surfaces serve to facilitate the installation of pipes 1 and tight contact with pipes 1 and sleeve 2. This design of rubber rings 10 allows you to create reliable insulation of the weld 16 from the aggressive environment inside the pipeline.

Принцип работы резинового кольца заключается в следующем.The principle of operation of the rubber ring is as follows.

При сборке стыка труб 1 стягивающим устройством (не показано) верхний гребень резинового кольца 10 плотно прилегает по всему диаметру трубы 1 и тянет за собой герметизирующий материал 14 по антикоррозионному покрытию 5 трубы 1 (фиг.2). Верхний гребень 13 резинового кольца 10 прижат по всей поверхности трубы 1 и частично деформируется по внутреннему диаметру трубы 1, создавая упругость стыковки труб 1. Нижний гребень 12 резинового кольца 10 служит для частичного сгребания герметизирующего материала 14 и не касается антикоррозионного покрытия 5 трубы 1.When assembling the pipe joint 1 with a tightening device (not shown), the upper ridge of the rubber ring 10 fits snugly over the entire diameter of the pipe 1 and pulls the sealing material 14 along the anticorrosive coating 5 of the pipe 1 (Fig. 2). The upper ridge 13 of the rubber ring 10 is pressed along the entire surface of the pipe 1 and partially deformed along the inner diameter of the pipe 1, creating the elasticity of the joint of the pipes 1. The lower ridge 12 of the rubber ring 10 serves to partially rake off the sealing material 14 and does not apply to the anti-corrosion coating 5 of the pipe 1.

При полном стягивании труб 1 до выступов 8 сваркой прихватывают трубы 1 между собой в нескольких точках, снимают стягивающее устройство и производят сварку стыка труб 1.When the pipes 1 are completely pulled together to the projections 8, the pipes 1 are welded together at several points, the tightening device is removed and the pipe joint 1 is welded.

После сварки стыка труб 1 и определенного промежутка времени герметизирующий материал 14 отверждается и не дает возможности проникновения жидкой среде в околошовную зону стыка труб 1 при эксплуатации.After welding the pipe joint 1 and a certain period of time, the sealing material 14 is cured and does not allow the penetration of liquid medium into the heat-affected zone of the pipe joint 1 during operation.

В результате удается создать качественное соединение труб.As a result, it is possible to create a quality pipe connection.

Применение предложенного устройства позволит повысить качество соединения металлических труб.The application of the proposed device will improve the quality of the connection of metal pipes.

Claims

The connection of metal pipes, consisting of two pipes welded together and a metal sleeve placed inside them with a cylindrical groove in the central part made on the outer surface and annular grooves in the end zones and a corrosion-resistant coating on the surface except for the cylindrical groove, with heat-insulating material and installation stops in cylindrical groove, with sealing elements in the annular grooves and sealing material in the gap between the pipes and the sleeve, distinguishing I mean that as a heat-insulating material, a split ring made of non-combustible heat-insulating material was used, a split metal ring with hemispherical protrusions and an air volume under the protrusions was used as mounting stops, a split metal ring was mounted on a split ring made of fireproof thermal insulation material, the ends of the split metal spot welding rings are interconnected; rubber elements are used as sealing elements in ring grooves e rings having end surfaces and protruding ridges of different heights, the weld connecting metal pipes and a split metal ring, the ratio of the thickness of the split metal ring and the wall thickness of the metal pipe is 1: (3-5), and the height of the protrusions of the split metal ring exceeds its thickness.