RU2527204C1

RU2527204C1 - Insulating joint for pipeline

Info

Publication number: RU2527204C1
Application number: RU2013133585/06A
Authority: RU
Inventors: Наиль Габдулбариевич Ибрагимов; Равиль Мансурович Гареев; Рафаэль Мавлавиевич Шаммасов; Ренат Ардинатович Нугайбеков; Сергей Юрьевич Князев; Ольга Юрьевна Будник
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина; Управляющая компания общество с ограниченной ответственностью "ТМС групп"
Priority date: 2013-07-18
Filing date: 2013-07-18
Publication date: 2014-08-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: proposed joint comprises two metallic branch pipes. One branch pipe has bell while another has smaller-diameter section to be fitted in the bell to make a joint zone. Ring from thermosetting resin is fitted between said bell and smaller-diameter section over the entire joint length. End chamfer and bore are made inside said bell. Bore one end faces the side opposite the bell end while another one is shaped to cone. Outside said smaller-diameter section end chamfer and circular mortise. Mortise one end faces the side opposite the bell end while another one is shaped to cone. Sleeve made of hard dielectric material is arranged between the end faces of bore and mortise. Joint tightness over its length results from bell compression and expansion of smaller-diameter section. Invention rules out cracking in production and operation.

EFFECT: high mechanical strength at compression and expansion.

4 dwg

Description

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для электрического разъединения трубопроводов и/или их участков.The invention relates to pipeline transport and can be used for electrical separation of pipelines and / or their sections.

Известно неразъемное электроизолирующее соединение, содержащее два металлических патрубка (патент RU №2371627, МПК F16L 25/00, опубл. в бюл. №30 от 27.10.2009 г.). Один из патрубков выполнен с раструбом, другой патрубок выполнен с уменьшенным диаметром. В зазоре, образуемом внутренней поверхностью раструба и наружной поверхностью уменьшенного диаметра патрубка, расположено кольцо из диэлектрического материала, а пространство между ними заполнено тканью, пропитанной эпоксидными смолами. Края патрубка с уменьшенным диаметром развальцованы с образованием замкового соединения.Known one-piece insulating compound containing two metal pipe (patent RU No. 2371627, IPC F16L 25/00, publ. In bull. No. 30 from 10/27/2009). One of the pipes is made with a bell, the other pipe is made with a reduced diameter. In the gap formed by the inner surface of the socket and the outer surface of the reduced diameter of the nozzle, a ring of dielectric material is located, and the space between them is filled with a cloth impregnated with epoxy resins. The edges of the pipe with a reduced diameter are expanded with the formation of a castle connection.

Недостатком данного соединения является низкая механическая прочность при осевых сжимающих и растягивающих нагрузках, так как она обеспечивается развальцовкой только края одного из патрубков, имеющего уменьшенный диаметр. При этом прочность в осевом направлении такого соединения напрямую зависит от механических свойств кольца из диэлектрического материала и пропитки из эпоксидной смолы, которые намного ниже механических свойств металла. С другой стороны, степень развальцовки ограничена пластическими свойствами металла патрубка. Увеличение степени развальцовки края патрубка для повышения механической прочности соединения приведет к трещинообразованию стенки патрубка. Другим недостатком соединения является сужение его проходного сечения из-за наличия у одного из патрубков участка с уменьшенным диаметром, что вызовет местное сопротивление трубопровода, а также может стать помехой при его внутренней очистке и диагностике.The disadvantage of this connection is the low mechanical strength under axial compressive and tensile loads, since it is provided by flaring only the edges of one of the nozzles having a reduced diameter. Moreover, the axial strength of such a compound directly depends on the mechanical properties of the ring of dielectric material and the impregnation of epoxy resin, which are much lower than the mechanical properties of the metal. On the other hand, the degree of expansion is limited by the plastic properties of the pipe metal. An increase in the degree of expansion of the edge of the pipe to increase the mechanical strength of the connection will lead to cracking of the pipe wall. Another disadvantage of the connection is the narrowing of its bore due to the presence of one of the nozzles section with a reduced diameter, which will cause local resistance of the pipeline, and can also interfere with its internal cleaning and diagnostics.

Известно электроизолирующее соединение для трубопровода, содержащее два металлических патрубка (патент RU №2471112, МПК F16L 25/00, опубл. в бюл. №36 от 27.12.2012 г.). Один патрубок выполнен с раструбом, другой выполнен с участком уменьшенного диаметра. Край участка уменьшенного диаметра развальцован. Между раструбом и участком уменьшенного диаметра размещено кольцо из диэлектрического материала по всей длине соединения. Конец раструба имеет наружное обжатие длиной, равной длине развальцовки участка уменьшенного диаметра.Known electrical insulating connection for the pipeline, containing two metal pipe (patent RU No. 2471112, IPC F16L 25/00, publ. In bull. No. 36 of 12/27/2012). One pipe is made with a bell, the other is made with a section of reduced diameter. The edge of the reduced diameter portion is flared. A ring of dielectric material is placed between the bell and the section of reduced diameter along the entire length of the connection. The end of the bell has an external compression length equal to the length of the flare section of a reduced diameter.

Недостатками соединения являются значительное сужение проходного сечения за счет выполнения участка уменьшенного диаметра с последующим обжатием его части совместно с наружным раструбом, а также большая степень радиальной деформации деталей соединения, необходимая для его механической прочности в осевом направлении при растягивающих нагрузках. Данная деформация может вызвать трещинообразование в структуре металла при изготовлении соединения или в процессе его эксплуатации (особенно для соединений малых диаметров). Еще одним недостатком соединения является его низкая механическая прочность в осевом направлении при сжимающих нагрузках. При их воздействии в конструкции соединения может возникнуть электрическое замыкание между изолируемыми друг от друга патрубками.The disadvantages of the connection are a significant narrowing of the bore due to the implementation of the section of reduced diameter with subsequent compression of its part together with the outer bell, as well as a large degree of radial deformation of the parts of the connection, necessary for its mechanical strength in the axial direction under tensile loads. This deformation can cause cracking in the metal structure during the manufacture of the joint or during its operation (especially for joints of small diameters). Another disadvantage of the connection is its low mechanical strength in the axial direction under compressive loads. When they are exposed, an electrical circuit can occur between the insulated pipes from each other in the connection structure.

Технической задачей изобретения является повышение механической прочности электроизолирующего соединения в осевом направлении как при сжимающих, так и при растягивающих нагрузках при минимальной степени радиальной деформации с сохранением значения его проходного сечения.An object of the invention is to increase the mechanical strength of the insulating joint in the axial direction both under compressive and tensile loads with a minimum degree of radial deformation while maintaining the value of its bore.

Поставленная техническая задача решается электроизолирующим соединением для трубопровода, содержащим два металлических патрубка, один из которых выполнен с раструбом, а другой - с участком уменьшенного диаметра для вставки в раструб с образованием зоны соединения за счет сжатия раструба и расширения участка уменьшенного диаметра патрубка, кольцо из диэлектрического материала, размещенное между раструбом и участком уменьшенного диаметра патрубка по всей длине соединения.The stated technical problem is solved by an electrically insulating connection for a pipeline containing two metal pipes, one of which is made with a bell, and the other with a section of reduced diameter for insertion into the bell to form a connection zone by compressing the bell and expanding the section of the reduced diameter of the pipe, a dielectric ring material placed between the socket and the section of the reduced diameter of the pipe along the entire length of the connection.

Новым является то, что внутри раструба выполнены коническая фаска на торце, кольцевая проточка с торцом, обращенным в сторону, противоположную торцу раструба, и конусом с противоположной стороны, а снаружи участка уменьшенного диаметра патрубка - концевая фаска, кольцевая выборка с торцом, обращенным в сторону, противоположную торцу этого участка, и конусом с противоположной стороны, при этом в кольцевой выборке размещена втулка из твердого диэлектрического материала, выполненная с возможностью взаимодействия с торцами проточки и выборки после сжатия раструба и расширения участка уменьшенного диаметра патрубка с одновременным получением герметичного контакта поверхностей по всей длине соединения.What is new is that inside the bell there is a conical chamfer at the end, an annular groove with an end facing in the opposite direction to the end of the bell, and a cone on the opposite side, and outside the section of the reduced diameter of the pipe, an end chamfer, an annular sample with the end turned to the side opposite the end of this section, and the cone on the opposite side, while in the annular selection placed a sleeve of solid dielectric material made with the possibility of interaction with the ends of the grooves and the choice and after the compression and expansion of the socket sleeve of reduced diameter portion to produce simultaneous sealed contact surfaces throughout the length of the connection.

На фиг.1 изображен продольный разрез электроизолирующего соединения для трубопровода.Figure 1 shows a longitudinal section of an electrical insulating connection for the pipeline.

На фиг.2 - продольный разрез заготовок для электроизолирующего соединения.Figure 2 is a longitudinal section of the blanks for electrical insulating compounds.

На фиг.3 - продольный разрез деталей для сборки электроизолирующего соединения.Figure 3 is a longitudinal section of parts for assembling an electrically insulating compound.

На фиг.4 - процесс сборки электроизолирующего соединения для трубопровода.Figure 4 is a process for assembling an electrical insulating joint for a pipeline.

Электроизолирующее соединение для трубопровода (фиг.1) состоит из патрубка 1 с раструбом 2 на части его длины и патрубка 3, имеющего участок уменьшенного диаметра 4. Диаметр и толщина стенок патрубков 1 и 3 на недеформированных участках (в зонах отсутствия раструба и уменьшения диаметра) одинаковы. Патрубки 1 и 3 выполнены из металла. Раструб 2 на внутренней поверхности имеет кольцевую проточку L₁ с торцом 5, обращенным в сторону, противоположную торцу 6 раструба 2. На торце 6 раструба 2 выполнена коническая фаска L₂. Участок уменьшенного диаметра 4 на наружной поверхности имеет кольцевую выборку L₃ с торцом 7, обращенным в сторону, противоположную торцу 8 участка 4. На торце 8 участка уменьшенного диаметра 4 выполнена коническая фаска длиной L₄. Непроточенная часть раструба 2 расположена в кольцевой выборке L₃ участка уменьшенного диаметра 4. Непроточенная часть участка уменьшенного диаметра 4 расположена в кольцевой проточке L₁ раструба 2. Между торцами 5 и 7 кольцевой проточки L₁ и кольцевой выборки L₃ установлена втулка из твердого диэлектрического материала 9, например из текстолита или стеклопластика. Электроизолирующее соединение имеет герметичный контакт конической фаски L₂ раструба 2 с конусом выборки L₃ и фаски L₄ участка уменьшенного диаметра 4 с конусом проточки L₁. Герметичность и электрическую изоляцию соединения по всей ее длине L обеспечивает диэлектрическое кольцо 10, выполненное из термоплавкого материала, например из полиэтилена, пропилена и т.д.The electrical insulating connection for the pipeline (Fig. 1) consists of a pipe 1 with a socket 2 on a part of its length and a pipe 3 having a section of a reduced diameter 4. The diameter and wall thickness of the pipes 1 and 3 in undeformed sections (in areas where there is no socket and a decrease in diameter) are the same. Pipes 1 and 3 are made of metal. The bell 2 on the inner surface has an annular groove L ₁ with the end 5 facing to the side opposite to the end 6 of the bell 2. A conical chamfer L _{2 is} made at the end 6 of the bell ₂ . The section of reduced diameter 4 on the outer surface has an annular sample L ₃ with the end 7 facing the opposite end 8 of section 4. At the end 8 of the section of reduced diameter 4, a conical chamfer of length L _{4 is made} . The non-tapered part of the socket 2 is located in the annular sample L _{3 of the} section of reduced diameter 4. The non-tapered part of the section of the reduced diameter 4 is located in the annular groove L _{1 of the} socket 2. A sleeve of solid dielectric material is installed between the ends 5 and 7 of the ring groove L ₁ and the ring sample L ₃ 9, for example from PCB or fiberglass. The electrically insulating compound has a tight contact of the conical chamfer L _{2 of the} socket 2 with the sampling cone L ₃ and the chamfer L ₄ of the reduced diameter section 4 with the groove cone L ₁ . The tightness and electrical insulation of the compound along its entire length L is provided by a dielectric ring 10 made of a hot-melt material, for example, polyethylene, propylene, etc.

Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.

Изготовление заявленной конструкции электроизолирующего соединения для трубопровода может производиться в следующей последовательности. На патрубке 1 (фиг.2) методом раздачи выполняют раструб 2. На аналогичном патрубке 3 методом обжима - участок с уменьшенным диаметром 4. При этом внутренний диаметр раструба 2 должен быть больше максимального наружного диаметра диэлектрического кольца 10 (фиг.1), установленного на наружной поверхности участка уменьшенного диаметра 4. На внутренней поверхности раструба 2 (фиг.3) с противоположной стороны от его торца 6 выполняют кольцевую проточку L₁, а на его торце 6 - внутреннюю коническую фаску L₂. На наружной поверхности участка 4 с противоположной стороны от его торца 8 выполняют кольцевую выборку L₃, а на торце 8 - наружную фаску L₄. На всю длину участка уменьшенного диаметра 4 (фиг.4) располагают диэлектрическое кольцо 10. У торца 7 кольцевой выборки L₃ устанавливают втулку 9 из твердого диэлектрического материала. Для возможности такой установки втулку 9 выполняют разрезной. Полученную конструкцию участка уменьшенного диаметра 4 вводят в раструб 2 так, чтобы торец 5 внутренней проточки L₁ располагался напротив свободного торца кольца 9 (фиг.4). Производят радиальный обжим раструба 2 фильерой 11 до частичного устранения зазора 5 между раструбом 2 и участком 4. После этого осуществляют радиальную раздачу участка 4 дорном 12 до окончательного устранения зазора δ и двухстороннего обжатия диэлектрического кольца 10 для обеспечения герметичности соединения по всей его длине L (фиг.1), включая участки L₂ и L₄. При этом наружный диаметр дорна 12 (фиг.4) равен минимальному внутреннему диаметру патрубков 1 и 3 в их недеформированных частях. Полученная конструкция электроизолирующего соединения (фиг.1) не имеет сужения проходного сечения. Из курса сопротивления материалов известно, что при воздействии внутреннего давления на деталь цилиндрической формы тангенциальные напряжения в стенке в два раза превышают осевые напряжения в ее поперечном сечении. Поэтому расчеты толщины стенки трубопроводов осуществляются по тангенциальным напряжениям. Уменьшение расчетной толщины стенок раструба 2 и участка 4 при выполнении проточки и выборки не более чем в два раза снижает прочность стенок патрубков при воздействии осевых растягивающих нагрузок, но не выводит ее за пределы допустимых значений. Радиальным нагрузкам, вызывающим тангенциальные напряжения, противостоит суммарная толщина стенок раструба 2 и участка 4 (по всей длине соединения L), которая превышает толщину патрубков 1 и 3 в недеформированных зонах (расчетную толщину). Механическую прочность соединения в осевом направлении при растяжении обеспечивает разница двух диаметров: внутреннего диаметра D (фиг.1) раструба 2 вне зоны проточки L₁ и наружного диаметра d участка 4 вне зоны выборки L₃. Внутренний диаметр D должен быть меньше наружного диаметра d. Расчет такой прочности производится на срез металла в указанных зонах через диэлектрическую втулку 9. При этом сама втулка 9 работает в условии всестороннего сжатия, что исключает ее разрушение при эксплуатации. Работа металла на срез больше, чем работа деформации в осевом направлении конструкции соединения, указанной в прототипе. Контакт раструба 2 с участком 4 по коническим поверхностям L₂ и L₄ исключает возможность их сдвига относительно друг друга с электрическим замыканием при осевых сжимающих нагрузках.The manufacture of the claimed design of an insulating compound for the pipeline can be carried out in the following sequence. On the branch pipe 1 (FIG. 2), a bell 2 is performed by the dispensing method. On a similar pipe 3, a crimp section is crimped — a section with a reduced diameter 4. Moreover, the inner diameter of the bell 2 must be larger than the maximum outer diameter of the dielectric ring 10 (FIG. 1) mounted on the outer surface of the section of reduced diameter 4. On the inner surface of the socket 2 (figure 3) from the opposite side from its end 6 perform an annular groove L ₁ , and at its end 6 - the inner conical chamfer L ₂ . On the outer surface of the section 4 from the opposite side from its end 8, an annular sample L _{3 is} performed, and at the end 8, an external chamfer L ₄ . A dielectric ring 10 is arranged over the entire length of the reduced diameter section 4 (FIG. 4). A sleeve 9 of solid dielectric material is installed at the end face 7 of the ring sample L ₃ . To enable such an installation, the sleeve 9 is split. The resulting design section of a reduced diameter 4 is introduced into the socket 2 so that the end 5 of the inner groove L ₁ is located opposite the free end of the ring 9 (figure 4). Radial compression of the bell 2 by the die 11 is carried out until the gap 5 is partially eliminated between the bell 2 and section 4. After that, the section 4 is radially distributed by the mandrel 12 until the gap δ is finally eliminated and the dielectric ring 10 is double-sided to ensure a tight seal along its entire length L (Fig. .1), including sections L ₂ and L ₄ . While the outer diameter of the mandrel 12 (figure 4) is equal to the minimum inner diameter of the pipes 1 and 3 in their undeformed parts. The resulting design of an electrically insulating compound (figure 1) does not have a narrowing of the bore. From the course of resistance of materials it is known that under the influence of internal pressure on a cylindrical part, the tangential stresses in the wall are two times higher than the axial stresses in its cross section. Therefore, the calculation of the wall thickness of pipelines is carried out by tangential stresses. Reducing the estimated wall thickness of the socket 2 and section 4 when performing grooving and sampling no more than half reduces the strength of the walls of the pipes when exposed to axial tensile loads, but does not bring it beyond the permissible values. The radial loads that cause tangential stresses are opposed by the total wall thickness of the socket 2 and section 4 (along the entire length of the connection L), which exceeds the thickness of the pipes 1 and 3 in undeformed zones (calculated thickness). The mechanical strength of the joint in the axial direction under tension provides a difference of two diameters: the inner diameter D (Fig. 1) of the socket 2 outside the groove zone L ₁ and the outer diameter d of the portion 4 outside the sampling zone L ₃ . The inner diameter D must be less than the outer diameter d. The calculation of such strength is performed on a metal shear in these zones through a dielectric sleeve 9. Moreover, the sleeve 9 itself operates under conditions of comprehensive compression, which eliminates its destruction during operation. The work of the metal in shear is greater than the work of deformation in the axial direction of the joint structure indicated in the prototype. The contact of the socket 2 with section 4 on the conical surfaces L ₂ and L ₄ eliminates the possibility of their shift relative to each other with an electrical circuit under axial compressive loads.

Предлагаемая конструкция электроизолирующего соединения для трубопровода имеет следующие преимущества:The proposed design of an electrically insulating connection for the pipeline has the following advantages:

1. Отсутствие сужения проходного сечения позволяет беспрепятственно производить перекачку транспортируемой среды, очистку и внутритрубную диагностику трубопроводов.1. The absence of a narrowing of the bore allows you to freely transfer the transported medium, cleaning and in-line diagnostics of pipelines.

2. Конструкция требует минимальной степени радиальной деформации комплектующих деталей, диаметральные размеры которых при сборке частично возвращаются к исходным значениям, что исключает возможность трещинообразования в металле при изготовлении и эксплуатации соединения.2. The design requires a minimal degree of radial deformation of component parts, the diameters of which during assembly partially return to their original values, which eliminates the possibility of cracking in the metal during the manufacture and operation of the joint.

3. Соединение обладает высокой механической прочностью в осевом направлении при сжимающих и растягивающих нагрузках, возникающих при эксплуатации трубопровода.3. The connection has high mechanical strength in the axial direction under compressive and tensile loads arising from the operation of the pipeline.

Claims

An insulating connection for a pipeline containing two metal nozzles, one of which is made with a bell, and the other with a section of reduced diameter for insertion into the bell to form a connection zone by compressing the bell and expanding the section of the reduced diameter of the pipe, a ring of dielectric material placed between a bell and a section of a reduced diameter of the pipe along the entire length of the connection, characterized in that a conical chamfer at the end, an annular groove with an end, about tapered to the side opposite to the end of the socket, and a cone on the opposite side, and outside the section of the reduced diameter of the nozzle - end chamfer, an annular selection with an end facing in the direction opposite to the end of this section, and a cone on the opposite side, while in the ring selection a sleeve of solid dielectric material, made with the possibility of interaction with the ends of the grooves and samples after compression of the socket and expansion of the section of the reduced diameter of the pipe with simultaneous obtaining upmost contact surfaces throughout the length of the connection.