RU2679955C1

RU2679955C1 - Method of increasing the supporting ability of the pipeline

Info

Publication number: RU2679955C1
Application number: RU2018118737A
Authority: RU
Inventors: Владимир Степанович Григорьев
Original assignee: Владимир Степанович Григорьев
Priority date: 2018-05-21
Filing date: 2018-05-21
Publication date: 2019-02-14

Abstract

FIELD: valve production.SUBSTANCE: invention relates to the field of construction and operation of pipelines for the transport of liquids and gases, in particular to methods for increasing their carrying capacity. Technical result is achieved by winding with a given force on the outer surface of each pipe before assembling into the pipeline successively at least three layers of predetermined thicknesses, that is, the first layer of heat-shrinkable tape material, the second layer of high-strength tape material, for example, based on carbon fibers or basalt and the third layer of heat-shrinkable tape material. Then placed layers on the outer surface of the pipe are exposed to heat at the temperature of heat shrinkage of the tape material in the heat-shrinking layers in a known manner, for example, by heating the wall of a separate pipe when burning combustible gas inside it. After that, each of the pipes is used to assemble the pipeline.EFFECT: improving the operational reliability of the pipeline by creating in the material of the wall of its components tubes of a force stress state different in sign from the pipe wall created in the material by the working pressure in the pipeline.1 cl

Description

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации трубопроводов для транспорта жидкостей и газов, в частности к способам повышения их несущей способности.The invention relates to the field of construction and operation of pipelines for transporting liquids and gases, in particular to methods for increasing their load-bearing capacity.

Известны из практики технические решения в этой области, которые полностью или частично направлены на повышение несущей способности трубопровода в целом или каждой трубы отдельно до их сборки в трубопровод. К ним по отдельным методам осуществления можно отнести следующие:Technological solutions in this field are known from practice, which are fully or partially aimed at increasing the carrying capacity of the pipeline as a whole or of each pipe separately before they are assembled in the pipeline. The following implementation methods can be attributed to them:

• увеличение запаса прочности за счет большей толщины материала стенок труб в трубопроводе, что ведет к росту стоимости его строительства;• increase in safety margin due to the greater thickness of the pipe wall material in the pipeline, which leads to an increase in the cost of its construction;

• установка одной толстостенной трубы в другую по посадке с натягом, например в производстве сосудов высокого давления и стволов орудий;• installation of one thick-walled pipe into another by tight fit, for example, in the production of pressure vessels and gun barrels;

• намотка на наружную поверхность трубы слоя их нитеобразного материала, например проволоки, с натяжением в нем вплоть до предела текучести, что применимо только на отдельных участках трубы и требует высокопрочного материала;• winding on the outer surface of the pipe a layer of their filamentary material, for example wire, with tension in it up to the yield strength, which is applicable only in certain sections of the pipe and requires high-strength material;

• усиление стенок труб малого диаметра, получаемых литьем из пластмасс, металлической тонкостенной арматурой, например для труб в системе отопления и водоснабжения зданий;• reinforcement of the walls of pipes of small diameter, obtained by molding from plastic, with metal thin-walled fittings, for example, for pipes in the heating and water supply systems of buildings;

• создание нормального противодавления, т.е. сжатия на наружную поверхность трубопровода внешней средой (т.е. жидкость, газ) в отличие от создаваемого рабочего давления в нем, например путем размещения на дне моря;• creation of normal backpressure, ie compression on the outer surface of the pipeline by the external environment (i.e. liquid, gas), in contrast to the generated working pressure in it, for example, by placing it on the bottom of the sea;

• нагружение предварительное материала стенок труб до предела текучести, но это мало эффективно для труб из высокопластичных низкоуглеродистых сталей, которые по технологическим преимуществам из них и изготавливают прокаткой или сваркой, и из-за релаксации внутренних напряжений в материале их стенок в процессе эксплуатации.• loading the preliminary material of the pipe walls to the yield strength, but this is not very effective for pipes made of high-ductility low-carbon steels, which, due to their technological advantages, are made by rolling or welding, and due to relaxation of internal stresses in the material of their walls during operation.

Близким аналогом данному изобретению может служить техническое решение согласно патенту RU 2639257 С2 [1], в котором достижение технического результата обеспечивается за счет расположения на наружной поверхности трубопровода последовательно несколько слоев из заданных толщин материалов с различием в свойствах по их качеству.A close analogue of this invention can be a technical solution according to patent RU 2639257 C2 [1], in which the achievement of the technical result is achieved by arranging several layers of predetermined material thicknesses on the external surface of the pipeline with a difference in properties in terms of their quality.

Задача изобретения - создание в материале стенки каждой трубы трубопровода предварительно силового напряженного состояния отличного по знаку от создаваемого в нем рабочим давлением в трубопроводе. The objective of the invention is the creation in the material of the wall of each pipe of the pipeline of a preliminary power stress state different in sign from the working pressure created in it in the pipeline.

Это достигается тем, что в способе повышения несущей способности трубопровода, включающем создание в материале стенки каждой из труб трубопровода силового напряженного состояния по знаку противоположного направления с силовым напряженным состоянием, создаваемым в их материале от рабочего давления после сборки в трубопровод, согласно заявленному изобретению, предварительно создаваемое силовое напряженное состояние в материале стенки каждой из труб до сборки в трубопровод обеспечивают путем намотки с заданным усилием на ее наружную поверхность последовательно не менее трех слоев заданных толщин, то есть первого слоя из термоусадочного ленточного материала, второго слоя из высокопрочного ленточного материала, например на основе волокон углерода или базальта, и третьего слоя из термоусадочного ленточного материала и затем размещенные слои на наружной поверхности трубы подвергают тепловому воздействию при температуре термоусадки ленточного материала в термоусадочных слоях известным способом, например за счет нагрева стенки отдельной трубы при сжигании внутри нее горючего газа, а после этого каждую из труб используют для сборки трубопровода.This is achieved by the fact that in the method of increasing the carrying capacity of the pipeline, including creating in the wall material of each pipe of the pipeline a power stress state in the opposite direction with a power stress state created in their material from the operating pressure after assembly in the pipeline, according to the claimed invention, previously the generated stress state in the material of the wall of each pipe before assembly into the pipeline is provided by winding with a predetermined force on its outer a surface of successively at least three layers of predetermined thicknesses, i.e., a first layer of heat-shrinkable tape material, a second layer of high-strength tape material, for example based on carbon fibers or basalt, and a third layer of heat-shrinkable tape material and then placed layers on the outer surface of the pipe exposure to heat-shrinkable tape material in heat-shrinkable layers in a known manner, for example, by heating the wall of an individual pipe when not burning inside combustible gas, and then each of the tubes used to assemble the pipe.

По другому варианту исполнения способ отличается тем, что намотку как первого слоя из термоусадочного ленточного материала на исходную поверхность трубы так и последующих слоев при намотке в заданной последовательности друг за другом производят через предварительно расположенный на одной из сопрягаемых поверхностей в зоне их контакта слоя клея со свойствами демпфирования.According to another embodiment, the method is characterized in that the winding of both the first layer of heat-shrinkable tape material on the original pipe surface and the subsequent layers when winding in a predetermined sequence one after the other is carried out through a glue layer preliminarily located on one of the mating surfaces in the zone of their contact with the properties damping.

Реализация предлагаемого способа осуществляется на базе технологического оснащения (т.е. устройств, приспособлений) подобно применяемому при изоляции трубопроводов, которое обеспечивает одновременно пару относительных движений, т.е. одного вращательного или другого поступательного движений (в общем винтового) из отдельно задействованных ресурсов, а именно трубы и одного из последовательно наматываемых на трубу ленточного материала слоями (не менее трех) с заданными показателями его по качеству и толщине слоя. При этом процесс размещения наматываемых слоев из ленточных материалов вначале на трубе и затем, на поверхностях друг друга начинаются и заканчиваются с надежной фиксацией по их концам на сопрягаемых поверхностях, например путем склеивания или сваркой.The implementation of the proposed method is carried out on the basis of technological equipment (i.e., devices, devices) similar to that used for insulation of pipelines, which simultaneously provides a couple of relative movements, i.e. one rotational or other translational motion (generally screw) from separately used resources, namely the pipe and one of the sequentially wound on the pipe tape material in layers (at least three) with the given indicators for its quality and layer thickness. At the same time, the process of placing winded layers of tape materials first on the pipe and then on each other's surfaces begins and ends with reliable fixation at their ends on mating surfaces, for example by gluing or welding.

В зависимости от варианта исполнения способа первый слой из термоусадочного ленточного материала на полиамидной основе толщиной от 0,2-1 мм с усилием в пределах упругости укладывается при намотке на зачищенную от загрязнений наружную поверхность трубы диаметром, например 50-500 мм, или через предварительно нанесенный на нее слой клея, например распылением, валиком и т.п.Здесь в качестве клея могут использоваться собственно различные синтетические клеи [2], например марок МПФ-1, КИ-3 и АМК, или битумно-полимерная мастика [1], обладающие свойствами демпфирования. Последующие размещаемые на трубе слои, т.е. как второй слой из ленточного материала на основе волокон углерода или базальта толщиной 0,2-0,5 мм, располагаемый на наружной поверхности первого слоя, так и третий слой из термоусадочного ленточного материала толщиной 0,2-1 мм, сопряженный с наружной поверхностью второго слоя, укладываются намоткой с заданными усилиями (натяжениями) по вариантам подобно размещению первого слоя из термоусадочного ленточного материала на трубе. Первый вариант осуществления способа менее трудоемок чем второй, но применим в случае предварительного обеспечения защитой от коррозии наружной поверхности каждой металлической трубы в трубопроводе. Второй вариант реализации способа позволяет надежно и комплексно решать задачи по повышению несущей способности трубопровода и защиты от коррозии путем нанесения на поверхность составляющих труб трубопровода слоя клея. В общем случае повышение несущей способности трубопровода достигается тем, что расположенные на каждой трубе до сборки в трубопровод слои из термоусадочного материала подвергаются тепловому воздействию при температуре термоусадки известным способом, например за счет сжигания внутри нее горючего газа в ней. А в результате чего производится обжатие материала стенки трубы при термоусадке термоусадочных слоев, образующих вместе с третьим слоем на ней цельную структуру разной степени замоноличенности при варианте исполнения и создания в материале стенки трубы напряженного состояния противоположного знака (сжатие) от создаваемого напряженного состояния рабочим давлением (растяжение) в нем после сборки трубы в трубопровод.Depending on the embodiment of the method, the first layer of heat-shrinkable tape material on a polyamide base with a thickness of 0.2-1 mm with a force within the elasticity is laid when winding on the outer surface of the pipe, cleaned from contaminants, with a diameter, for example 50-500 mm, or through previously applied a layer of glue on it, for example by spraying, a roller, etc. Here, as a glue, actually various synthetic adhesives [2], for example, grades MPF-1, KI-3 and AMK, or bitumen-polymer mastic [1] having properties damping. Subsequent layers placed on the pipe, i.e. as the second layer of tape material based on carbon fibers or basalt with a thickness of 0.2-0.5 mm, located on the outer surface of the first layer, and the third layer of heat-shrink tape material with a thickness of 0.2-1 mm, paired with the outer surface of the second layer, stacked by winding with predetermined efforts (tension) in the options similar to placing the first layer of heat-shrinkable tape material on the pipe. The first embodiment of the method is less time-consuming than the second, but is applicable if the outer surface of each metal pipe in the pipeline is protected by corrosion. The second embodiment of the method allows to reliably and comprehensively solve the problem of increasing the carrying capacity of the pipeline and protection against corrosion by applying an adhesive layer to the surface of the pipe components of the pipeline. In general, an increase in the carrying capacity of the pipeline is achieved by the fact that the layers of heat-shrink material located on each pipe before assembly into the pipeline are subjected to heat exposure at a heat-shrink temperature in a known manner, for example, by burning combustible gas inside it. As a result, the pipe wall material is compressed during heat shrinkage of the heat-shrink layers, which together with the third layer on it form an integral structure of varying degrees of monolithicity during the embodiment and the pipe wall material is created in the opposite state of stress (compression) from the generated stress state by working pressure (tension ) in it after assembling the pipe into the pipeline.

Следовательно, результирующее (суммарное) напряжение растяжения в материале стенки трубы трубопровода в процессе эксплуатации будет меньше на величину размера от предварительно создаваемого в нем напряжения сжатия при обжатии каждой трубы до сборки в трубопровод термоусадочными слоями на ней.Consequently, the resulting (total) tensile stress in the material of the pipe wall during operation will be less by the size of the compressive stress previously created in it during compression of each pipe to the assembly into the pipeline by shrink layers on it.

Достоинствами предлагаемого изобретения является следующее:The advantages of the invention are the following:

- осуществление способа не требует дорогих материалов и сложного технологического оснащения;- the implementation of the method does not require expensive materials and sophisticated technological equipment;

- повышение несущей способности трубопровода при одновременной защите его от коррозии.- increase the carrying capacity of the pipeline while protecting it from corrosion.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Патент РФ на изобретение №2693257 С2 МПК F16L 58/12. Опубл. 20.12.2017, Бюл.35.1. RF patent for the invention No. 2693257 C2 IPC F16L 58/12. Publ. 12/20/2017, Bull. 35.

2. Политехнический словарь. Гл. ред. И.И. Артоболевский. - М.: «Советская энциклопедия», 1976. - 608 с.2. Polytechnical dictionary. Ch. ed. I.I. Artobolevsky. - M .: "Soviet Encyclopedia", 1976. - 608 p.

Claims

1. A method of increasing the carrying capacity of the pipeline, including creating in the material of the wall of each pipe of the pipeline a power stress state in the opposite direction with a power stress state created in their material from the operating pressure after assembly in the pipeline, characterized in that the pre-generated power stress state in the material of the wall of each of the pipes, prior to assembly in the pipeline, they are provided by winding with a predetermined force on its outer surface at least t a layer of layers of predetermined thicknesses, i.e., a first layer of heat-shrinkable tape material, a second layer of high-strength tape material, for example, based on carbon fibers or basalt, and a third layer of heat-shrinkable tape material, and then the layers are placed on the outer surface of the pipe under heat at a temperature shrink the tape material in shrink layers in a known manner, for example, by heating the wall of an individual pipe while burning combustible gas inside it, and then each and Of pipes used to assemble the pipeline.

2. The method according to p. 1, characterized in that the winding of both the first layer of heat-shrinkable tape material on the original surface of the pipe, and subsequent layers when winding in a predetermined sequence one after another, is carried out through a pre-located on one of the mating surfaces in the area of their contact adhesive layer with damping properties.