RU2480661C2 - Thermomechanical pipe connection, and method for its implementation - Google Patents
Thermomechanical pipe connection, and method for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2480661C2 RU2480661C2 RU2011120912/06A RU2011120912A RU2480661C2 RU 2480661 C2 RU2480661 C2 RU 2480661C2 RU 2011120912/06 A RU2011120912/06 A RU 2011120912/06A RU 2011120912 A RU2011120912 A RU 2011120912A RU 2480661 C2 RU2480661 C2 RU 2480661C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working body
- pipes
- thermomechanical
- casing
- connection
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Exhaust Silencers (AREA)
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к устройствам для соединения деталей цилиндрической формы, преимущественно труб, и может быть использовано при решении задач герметичного соединения труб большого диаметра, используемых в нефтегазодобыче при прокладке трубопроводов как на суше, так и под водой.The invention relates to the field of engineering, and in particular to devices for connecting parts of cylindrical shape, mainly pipes, and can be used to solve the problems of tight connection of large diameter pipes used in oil and gas production when laying pipelines both on land and under water.
Известны термомеханические втулки (муфты), применяемые в качестве средства для соединения труб, выполненные из материала с эффектом памяти формы (ЭПФ) - никелида титана (сплава никеля с титаном) (Тихонов А.С. и др. «Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении. Москва: Машиностроение, 1981, с.56-62).Known thermomechanical bushings (couplings) used as a means for connecting pipes made of a material with a shape memory effect (EPF) - titanium nickelide (nickel alloy with titanium) (Tikhonov A.S. et al. “Application of the shape memory effect in modern engineering. Moscow: Engineering, 1981, pp. 56-62).
Известны термомеханические муфты соединения (ТМС) трубопроводов по РД5.УЕИА.2836-90 - «Соединение термомеханическое трубопроводов судовых систем», выпущенное Центральным научно-исследовательским институтом конструкционных материалов (ЦНИИ КМ «Прометей»).Known thermomechanical couplings of joints (TMS) of pipelines according to RD5. UEIA.2836-90 - “Thermomechanical joints of pipelines of ship systems”, issued by the Central Scientific Research Institute of Structural Materials (TsNII KM “Prometey”).
Такое соединение труб недостаточно надежно из-за возможности возникновения коррозии от влияния титано-никелевого сплава муфт на стальные трубопроводы, особенно при нахождении их в морской воде. Кроме того, известные муфты применяются для соединения концов труб малого диаметра (в пределах 40 мм).Such a pipe connection is not reliable enough due to the possibility of corrosion from the effect of titanium-nickel alloy couplings on steel pipelines, especially when they are in sea water. In addition, the known couplings are used to connect the ends of pipes of small diameter (within 40 mm).
Применение таких втулок (ТМС) для крепления концов труб большого диаметра влечет за собой расход большого количества сплава никелида титана, трудоемко, требует проведения тщательной механической обработки как термомеханических втулок, так и концевых поверхностей соединяемых труб, что делает их экономически невыгодными при соединении концов труб большого диаметра и требует значительных затрат времени.The use of such bushings (TMS) for fastening the ends of large-diameter pipes entails the consumption of a large amount of titanium nickelide alloy, laborious, requires careful machining of both thermomechanical sleeves and the end surfaces of the connected pipes, which makes them economically disadvantageous when connecting the ends of large pipes diameter and requires a significant investment of time.
Известно термомеханическое соединение труб (патент №2350822 от 10.12.2007 г., опубликовано 27.03.2009 г. Бюллетень №9), в котором соединительный рабочий орган, охватывающий концы соединяемых труб, выполненный из материала с эффектом памяти формы, выполнен в виде сильфона с охладителем-нагревателем, сообщенным с источником энергоносителя и выполненным в виде труб-змеевиков, установленных снаружи сильфона между его гофрами. Сильфон с трубами-змеевиками заключен в герметичный разъемный цилиндрический кожух, образованный из двух половин, на внутренней поверхности которого закреплена теплозащитная оболочка. По торцам кожуха выполнены отбортовки с резиновой прокладкой, сопряженные с соединяемыми трубами. Трубы-змеевики закреплены на соответствующих половинах кожуха, на внутренних поверхностях гофр сильфона установлены уплотнительные эластичные кольца, имеющие двояковогнутую контактную рабочую поверхность. На стыке двух половин кожуха в районе торцов снаружи установлены быстроразъемные зажимы, шарнирно закрепленные на обушках, установленных на каждой половине кожуха и выполненных в виде эксцентрикового сухаря с вилкой и рукояткой. Трубы-змеевики охладителя-нагревателя имеют концевые патрубки со штуцерами подвода-отвода энергоносителя, а в кожухе выполнены уплотнительные отверстия для герметичного вывода патрубков. На кожухе, в средней части, снаружи выполнены обухи для транспортировки устройства. До момента эксплуатации устройства сильфон установлен на имитаторе соединяемых концов труб, защищающем сильфон от влияния окружающей среды. Данное устройство выбрано заявителем в качестве наиболее близкого заявляемому устройству аналога.The thermomechanical connection of pipes is known (patent No. 2350822 dated December 10, 2007, published March 27, 2009, Bulletin No. 9), in which a connecting working body, covering the ends of the pipes to be connected, made of material with a shape memory effect, is made in the form of a bellows with cooler-heater in communication with the energy source and made in the form of pipe-coils installed outside the bellows between its corrugations. The bellows with the coil pipes is enclosed in a sealed detachable cylindrical casing formed of two halves, on the inner surface of which a heat-shielding shell is fixed. At the ends of the casing, flanges with a rubber gasket are made, paired with connected pipes. Coil pipes are fixed on the corresponding halves of the casing, elastic sealing rings with a biconcave contact working surface are installed on the inner surfaces of the bellows corrugations. At the junction of the two halves of the casing in the area of the ends, quick-disconnect clamps are mounted externally, pivotally mounted on the casing mounted on each half of the casing and made in the form of an eccentric cracker with a fork and a handle. The pipe-coils of the cooler-heater have end pipes with fittings for supplying and discharging energy, and in the casing there are sealing holes for the tight outlet of the pipes. On the casing, in the middle part, butts are made outside for transporting the device. Prior to the operation of the device, the bellows is mounted on a simulator of connected pipe ends, which protects the bellows from environmental influences. This device is selected by the applicant as the closest to the claimed device analog.
В представленном термомеханическом соединении труб рабочий орган выполнен в виде сильфона, необходимость которого для соединения концов труб нежелательна, так как при соединении концов труб нет необходимости в продольном перемещении под действием внутреннего давления (см. книгу «Сильфоны. Расчет и проектирование». Под редакцией Л.Е.Андреевой. М.: Машиностроение. 1975 г.). Сильфоны представляют собой осесимметричную трубчатую гофрированную металлическую оболочку, толщина стенок которой Но и Н колеблется в пределах 1 мм, а наружный диаметр сильфона находится в пределах Дн=200 мм (см. фиг.6). Следовательно, расчет гофрированной металлической оболочки, изложенный в книге «Сильфоны. Расчет и проектирование», Под редакцией Л.Е.Андреевой, для соединения труб большого диаметра (более 1 м), находящихся под большим внутренним давлением [до 12 МПа (120 кгс/см2)], не годится.In the presented thermomechanical pipe connection, the working body is made in the form of a bellows, the need for which is not desirable for connecting the pipe ends, since when connecting the pipe ends there is no need for longitudinal movement under the influence of internal pressure (see the book "Bellows. Calculation and Design". Edited by L. .E. Andreeva. M.: Mechanical Engineering. 1975). The bellows are an axisymmetric tubular corrugated metal shell, the wall thickness of which Ho and H varies within 1 mm, and the outer diameter of the bellows is within Dn = 200 mm (see Fig.6). Consequently, the calculation of the corrugated metal shell described in the book “Bellows. Calculation and Design ”, edited by L.E. Andreeva, for connecting pipes of large diameter (more than 1 m) that are under high internal pressure [up to 12 MPa (120 kgf / cm 2 )], is not suitable.
Кроме того, в наиболее близком аналоге рабочий орган выполнен из материала с эффектом памяти формы, сплава никеля и титана, стоимость которого (листового проката) за 1 кг на данный момент составляет 13600 руб., а стоимость нержавеющей стали, из которой выполнены трубы большого диаметра, например, марки 12Х18Н10Т, составляет всего 115 руб. за 1 кг.In addition, in the closest analogue, the working body is made of material with a shape memory effect, an alloy of nickel and titanium, the cost of which (sheet metal) per 1 kg at the moment is 13,600 rubles, and the cost of stainless steel, of which large diameter pipes are made , for example, grade 12X18H10T, is only 115 rubles. for 1 kg.
Кроме того, в аналоге из-за контакта рабочего органа, выполненного из титано-никелевого сплава, с концами соединяемых труб, выполненных из нержавеющей стали, в условиях постановки трубопровода в морской воде возникает коррозия стальных трубопроводов (см. Люблинский Е.Я. Коррозия и защита судов. Справочник. Л.: Судостроение, 1987 г., с.32; см. ОСТ 5Р.9048-96 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические». Технические требования, с.49). Для предотвращения возникновения коррозии в стальных трубах и повышения надежности соединения стыковочного узла в наиболее близком аналоге на внутренних поверхностях гофр сильфона, контактируемых с соединяемыми концами трубопроводов, установлены эластичные уплотнительные кольца.In addition, in the analogue, due to the contact of the working body, made of titanium-nickel alloy, with the ends of the connected pipes made of stainless steel, corrosion of steel pipelines occurs in the setting of the pipeline in sea water (see E. Lyublinsky Corrosion and ship protection. Handbook. L .: Shipbuilding, 1987, p.32; see OST 5P.9048-96 “Metallic and nonmetallic inorganic coatings. Technical requirements, p.49). To prevent corrosion in steel pipes and increase the reliability of the connection of the docking unit in the closest analogue, elastic sealing rings are installed on the inner surfaces of the bellows corrugations in contact with the connected ends of the pipelines.
В заявляемом устройстве соединительный рабочий орган выполнен из нержавеющей стали, из однородного материала, аналогичного материалу, из которого выполнены концы соединяемых труб, поэтому в новом соединительном узле не будут происходить химические реакции по переходу заряженных частиц от сплава к стали, не будет образование коррозии, и, следовательно, не возникнет надобность в установке эластичных уплотнительных колец.In the inventive device, the connecting working body is made of stainless steel, from a homogeneous material similar to the material from which the ends of the pipes to be joined are made, therefore, in the new connecting unit, chemical reactions will not occur on the transition of charged particles from alloy to steel, there will be no corrosion, and therefore, there is no need to install elastic o-rings.
Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении экономичного и надежного герметичного соединения концов труб любого диаметра как на суше, так и в море при наименьших затратах энергоносителя, трудозатрат и времени, необходимого для проведения операции по соединению концов труб.The objective of the present invention is to provide an economical and reliable hermetic connection of the ends of pipes of any diameter both on land and at sea with the least energy, labor and time required for the operation to connect the ends of the pipes.
Поставленная задача решена тем, что в термомеханическом соединении концов труб соединительный рабочий орган выполнен из того же материала, что имеется в соединяемых концах труб, соединительный рабочий орган представляет собой тороидальную гофрированную муфту, гофры которой имеют непрерывное направление с параметрами закругления радиусов гофра m=rв/Rв=0,04, параметром глубины гофра k=Rн/Rв=1,09, параметром отношения радиусов торовых участков n=rн/rв=1,1, а процесс наведения «памяти формы» в гофрированной муфте происходит в состоянии сверхпластичности и многоразового термоциклирования при проведении одновременной деформации с напряжением, не превышающим 20%, и скорости деформации в пределах Vd=10-4…10-2 с-1.The problem is solved in that in the thermomechanical connection of the ends of the pipes, the connecting working body is made of the same material that is available at the connected ends of the pipes, the connecting working body is a toroidal corrugated sleeve, the corrugations of which have a continuous direction with the parameters of the corrugation of the corrugation radii m = r in / R in = 0.04, the corrugation depth parameter k = R n / R in = 1.09, the ratio of the torus radius radii n = r n / r in = 1.1, and the process of pointing “shape memory” in the corrugated sleeve occurs in a state of super elasticity and reusable thermal cycling during simultaneous deformation with stress not exceeding 20%, and strain rate within V d = 10 -4 ... 10 -2 s -1 .
Такое техническое решение при проведении операции по соединению концов труб большого диаметра (более 1 м) позволит снизить экономические затраты благодаря выполнению соединительного рабочего органа из того же материала, что имеют концы соединяемых труб.Such a technical solution during the operation to connect the ends of pipes of large diameter (more than 1 m) will reduce economic costs due to the implementation of the connecting working body of the same material as the ends of the connected pipes.
Благодаря выполнению соединительного рабочего органа в виде гофрированной муфты, а корпуса кожуха с двумя торцевыми герметично выполненными патрубками для подвода энергоносителя упрощается конструкция по подводу энергоносителя к поверхности рабочего органа.Thanks to the implementation of the connecting working body in the form of a corrugated coupling, and the casing body with two end-tight hermetic nozzles for supplying the energy carrier, the design for supplying the energy carrier to the surface of the working body is simplified.
Благодаря выполнению соединительного рабочего органа в виде гофрированной муфты в состоянии сверхпластичности удалось повысить жесткость рабочего органа и уменьшить его массу за счет уменьшения радиусов гофров внутренних торовых участков по сравнению с наружными радиусами гофров в соотношении n=rн/rв=1,1.By performing the connection of the working body in the form of a corrugated sleeve in the superplasticity condition could increase the stiffness of the working body and reduce its mass by reducing the radii of internal corrugations torus portions in comparison with the outer radius of the corrugations in a ratio of n = r n / r a = 1.1.
Выполнение соединительного рабочего органа не из титанового сплава, а из однородного материала, из которого выполнены концы соединяемых труб, позволит уменьшить экономические затраты в десятки раз.The implementation of the connecting working body is not from a titanium alloy, but from a homogeneous material from which the ends of the pipes to be joined are made, which will reduce economic costs by tens of times.
Новое устройство не требует значительных затрат времени на проведение монтажных работ по соединению концов труб как на суше, так и в море, что исключительно важно для организации труда строителей-монтажников (водолазов), находящихся под водой, за счет выполнения соединительного рабочего органа из обычной нержавеющей стали с наведенной «памятью формы» заранее в заводских условиях, установки его в кожух с поддержанием в нем минусовой температуры, транспортировки в готовом состоянии к месту соединения труб.The new device does not require significant time spent on installation work on connecting the ends of pipes both on land and at sea, which is extremely important for the organization of labor of builders and installers (divers) under water due to the implementation of the connecting working body of ordinary stainless steel with induced "shape memory" in advance in the factory, installing it in a casing with maintaining a sub-zero temperature in it, transporting it in a ready-made state to the pipe junction.
Новое устройство создаст положительный эффект из-за ликвидации на внутренних поверхностях гофр рабочего органа установки уплотнительных эластичных колец.The new device will create a positive effect due to the elimination on the internal surfaces of the corrugations of the working body of the installation of elastic sealing rings.
В заявляемом устройстве упрощена конструкция по подводу-отводу энергоносителя за счет ликвидации охладителя-нагревателя в виде труб-змеевиков, в результате чего уменьшаются экономические затраты.In the inventive device, the design for supplying and removing energy is simplified by eliminating the cooler-heater in the form of coil pipes, resulting in reduced economic costs.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, представленными на фигурах 1-9, на которых изображено:The invention is illustrated by the drawings presented in figures 1-9, which depict:
Фиг.1 - общий вид устройства,Figure 1 - General view of the device,
Фиг.2 - сечение А-А с фиг.1,Figure 2 - section aa from figure 1,
Фиг.3 - поперечный разрез Б-Б по фиг.1,Figure 3 is a cross section bB of figure 1,
Фиг.4 - разрез В-В по фиг.1 (подвод энергоносителя к рабочему органу),Figure 4 - section bb in figure 1 (supply of energy to the working body),
Фиг.5 - вид Г на фиг.1 (отвод энергоносителя),Figure 5 is a view of G in figure 1 (energy removal),
Фиг.6 - продольный разрез тороидальной гофрированной муфты,6 is a longitudinal section of a toroidal corrugated sleeve,
Фиг.7 - вид Д на фиг.1 (быстроразъемный зажим для соединения частей кожуха),Fig.7 is a view of D in Fig.1 (quick-release clip for connecting parts of the casing),
Фиг.8 - разрез Е-Е с фиг.7 (быстроразъемный зажим для соединения частей кожуха в разрезе),Fig.8 is a section EE of Fig.7 (quick-release clip for connecting parts of the casing in the context),
Фиг.9 - продольный разрез устройства с тороидальной гофрированной муфтой в эксплуатационном положении.Fig.9 is a longitudinal section of a device with a toroidal corrugated sleeve in the operational position.
Термомеханическое соединение цилиндрических деталей, преимущественно труб большого диаметра 1 и 2, содержит соединительный рабочий орган 3 (см. фиг.2 и 9), выполненный из обычной нержавеющей стали, например, марки 12Х18Н10Т по ГОСТ 7350-77, с наведением в нем в заводских условиях «памяти формы» и деформации в состоянии сверхпластичности.The thermomechanical connection of cylindrical parts, mainly pipes of
Известен эффект Курдюмова (Металлофизика, 1981, том 3, №2, с.124. Киев. Наукова думка), в котором раскрывается «явление термоупругого равновесия в металлах и сплавах при фазовых превращениях мартенситного типа, заключающееся в образовании упругих кристаллов мартенсита, границы которых в интервале температур превращения при изменении температуры и (или) поля напряжений перемещаются в сторону мартенситной или исходной фазы с одновременным обратным изменением геометрической формы образующихся областей твердого тела». Наиболее эффективным сплавом в машиностроении считался сплав нитинол, стоимость которого в настоящее время составляет 13600 руб./кг (данные ЗАО Промышленный центр МАТЭКС, 121596, Москва, ул. Горбунова, д. 1), что намного больше стоимости нержавеющей стали, например, марки 12Х18Н10Т по ГОСТ 7350-77, стоимость которой в настоящее время составляет всего 115 руб./кг. Для выполнения соединительного рабочего органа из сплава нитинола для соединения концов труб большого диаметра (более 1 м) потребуется большое количество металла, а следовательно, потребуются большие экономические затраты.The Kurdyumov effect is known (Metallophysics, 1981,
Известен способ наведения эффекта памяти формы (ЭПФ) в металлических материалах (см. патент Японии №53-8524, 10А745, C21D 7/00, опубликован 29.03.78 г.). Известен «Эффект памяти формы в стали 1Х18Н10Т». Под редакцией Арбузовой И.А., Коваль Ю.Н., Мартынова В.В. Журнал «Физика металлов и металловедение», 1974, т.37, №5, с.1103-1105), а также «Эффект памяти формы после пластической деформации стали 1Х18Н10Т при низких температурах». Под редакцией И.А.Арбузовой, Ю.Н.Коваль, В.В.Мартынова в книге «Стали и сплавы криогенной техники», Киев: Наукова думка, 1977, с.203-206.A known method of inducing the shape memory effect (EPF) in metallic materials (see Japan Patent No. 53-8524, 10A745, C21D 7/00, published March 29, 78). The famous "Effect of shape memory in steel 1X18H10T." Edited by Arbuzova I.A., Koval Yu.N., Martynova V.V. Journal "Physics of Metals and Metallurgy", 1974, vol. 37, No. 5, pp. 1103-1105), as well as "The effect of shape memory after plastic deformation of 1X18H10T steel at low temperatures." Edited by I.A. Arbuzova, Yu.N. Koval, V.V. Martynova in the book "Steels and alloys of cryogenic technology", Kiev: Naukova Dumka, 1977, p.203-206.
Применив известный способ наведения ЭПФ в нержавеющих сталях для нашего рабочего органа 3 (см. фиг.2 и 9), удалось снизить экономические затраты по сравнению с наиболее близким аналогом, а также повысить жесткость рабочего органа 3 за счет деформации его металла в состоянии сверхпластичности.Applying the well-known method of guiding EPF in stainless steels for our working body 3 (see Figs. 2 and 9), it was possible to reduce economic costs compared with the closest analogue, and also to increase the rigidity of the working
При эксплуатации устройства соединительный рабочий орган 3 устанавливают на концы соединяемых труб 1 и 2. До момента эксплуатации устройства рабочий орган 3 установлен на имитаторе 4 (см. фиг.2) концов соединяемых труб 1 и 2, который предназначен для защиты рабочего органа 3 изнутри от влияния внешней среды до момента эксплуатации устройства (при его транспортировке). Имитатор 4 имеет наружный диаметр, равный наружному диаметру соединяемых труб, и выполнен из неметаллического теплозащитного материала, например сферопластика марки ЭДС-5АС по ТУ 5.966-21114-85, имеющего пористую структуру, обладающего в морской воде положительной плавучестью, а также повышенной прочностью. Снаружи рабочий орган 3 заключен в кожух, состоящий из двух частей 5 и 6 (см. фиг.1 и 2), предназначенный для защиты рабочего органа 3 от влияния внешней среды. Рабочий орган 3 имеет (см. фиг.6) гофры с наружными выпуклостями 7 с радиусами rн и вогнутостями 8 с радиусами rв. Соответственно гофрированный рабочий орган имеет наружный радиус Rн и внутренний радиус Rв.When the device is used, the connecting working
Соединительный рабочий орган 3 выполнен в виде тороидальной гофрироавнной муфты из нержавеющей стали, например, марки 12Х18Н10Т по ГОСТ 7350-77 с наведенным ЭПФ (см. патент Японии №53-8524, 10А745, C21D 7/00, опубликован 29.03.78 г., см. статью «Эффект памяти формы в стали 1Х18Н10Т». Под редакцией Арбузовой И.А., Коваль Ю.Н., Мартынова В.В. в журнале «Физика металлов и металловедение», 1974, т.37, №5, C.1103-1105, см. статью «Эффект памяти формы после пластической деформации стали 1Х18Н10Т при низких температурах». Под редакцией И.А.Арбузовой, Ю.Н.Коваль, В.В.Мартынова в книге «Стали и сплавы криогенной техники», Киев: Наукова думка, 1977, с.203-206).The connecting working
В заводских условиях соединительному рабочему органу 3, выполненному в виде гофрированной муфты, придают «память формы», например, бесфильерным волочением движением нагревающего индуктора в состоянии сверхпластичности при скорости деформации порядка Vd=10-4…10-2 с-1, предварительно листы нержавеющей стали нагревают до температуры 1000°C и охлаждают (закаливают) в воде. При проведении многократного термоциклирования до 50 раз эффект восстановления формы увеличивается до 100%, при этом деформация на деталь не должна превышать напряжения в 20%. ЭПФ в стали 1Х18Н10Т опубликован учеными-металловедами И.А.Арбузовой, Ю.Н.Коваль, В.В.Мартыновым, Л.Г,Хандрос в труде «Академия Наук СССР. Физика металлов и металловедение», том 37, вып.5, с.1103-1105. Издательство Наука, 1974 г.В их труде (без приложения деформации в состоянии сверхпластичности) образцы из стали 1Х18Н10Т достигали восстановление формы до 70%. Наибольшего эффекта по восстановлению формы (см. книгу «Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении». Под редакцией А.С.Тихонова, А.П.Герасимова, И.И.Прохоровой, с.75) является условие деформации по уничтожению формы в состоянии сверхпластичности (см. книгу «Эффект сверхпластичности металлов и сплавов». Под редакцией А.С.Тихонова, с.42-46). В состоянии сверхпластичности в деформируемых металлах или сплавов происходят:In the factory, the connecting working
1) резкое снижение сопротивления деформации и увеличение характеристик пластичности;1) a sharp decrease in deformation resistance and an increase in ductility characteristics;
2) повышение диффузионной подвижности атомов в состоянии сверхпластичности;2) an increase in the diffusion mobility of atoms in a state of superplasticity;
3) повышается способность к деформационному упрочнению и весьма высокая чувствительность напряжений течения к изменению скорости деформации при проведении пластической деформации;3) increases the ability to strain hardening and a very high sensitivity of flow stresses to a change in the strain rate during plastic deformation;
4) ускорение процессов релаксации напряжений;4) acceleration of stress relaxation processes;
5) повышение уровня экзоэлектронной эмиссии;5) increasing the level of exoelectronic emission;
6) необычно высокий уровень внутреннего трения при температуре сверхпластичности;6) an unusually high level of internal friction at a superplasticity temperature;
7) высокая прочность сверхпластичных материалов при низких температурах пластической деформации.7) high strength superplastic materials at low temperatures of plastic deformation.
При прокладке трубопровода в морских условиях, где температура морской воды колеблется от -2°C до +32°C, критерием аустенитного превращения нержавеющей стали будут являться температуры от 40 до 50°C. Для целевого использования рабочего органа на море температура аустенитного превращения Ак в нем должна быть от 50 до 60°C, чтобы избежать спонтанного формоизменения его при температуре 32°C.When laying a pipeline in marine conditions, where the temperature of sea water ranges from -2 ° C to + 32 ° C, temperatures from 40 to 50 ° C will be the criterion for the austenitic transformation of stainless steel. For the intended use of the working body at sea, the temperature of the austenitic transformation of Ak in it should be from 50 to 60 ° C in order to avoid its spontaneous change at a temperature of 32 ° C.
Для целевого использования рабочего органа на суше, где в условиях Крайнего Севера температура воздуха может опускаться до величины -40°C, рабочий орган должен иметь температуру мартенситного превращения Мк, равную -60°C, чтобы избежать спонтанного формоизменения при охлаждении до температуры выше -40°C. Перед доставкой устройства к месту эксплуатации рабочий орган 3 охлаждают до температуры -60°C в заводских условиях, деформируют для увеличения внутреннего диаметра на 4%, обеспечивающего свободную посадку рабочего органа на имитатор 4, то есть на 4% больше наружного диаметра стыкуемых концов труб 1 и 2, при этом в кристаллической решетке стали при сдвиге происходит «запоминание» этой формы, в результате чего при дальнейшем только охлаждении до мартенситного формоизменения при температуре -60°C рабочий орган 3 вспоминает свою форму (увеличенный диаметр).For the intended use of the working body on land, where in the conditions of the Far North the air temperature can drop to -40 ° C, the working body must have a temperature of martensitic transformation Мк equal to -60 ° C in order to avoid spontaneous change when cooling to a temperature above -40 ° C. Before delivering the device to the place of operation, the working
При нагревании рабочего органа 3 в заводских условиях до температуры 50-60°C его корпус вновь деформируют до уменьшения его внутреннего диаметра на 4% меньше наружного диаметра соединяемых концов труб 1 и 2. При этом в кристаллической решетке стали при сдвиге происходит «запоминание» этой формы, в результате чего при дальнейшем только нагревании до аустенитного формоизменения при температуре +50°C рабочий орган 3 «вспоминает» свою форму (уменьшенный диаметр).When the working
Части кожуха 5 и 6 имеют одинаковую конструкцию, но отличаются тем, что с торцевой стороны кожуха 5 (см. фиг.2 и 4) установлен герметично выполненный патрубок 9 подачи во внутреннюю полость кожухов 5 и 6 энергоносителя (хладагента или утилизированной горячей воды) для контакта с наружной поверхностью рабочего органа, причем патрубок 9 подвода энергоносителя установлен слева от оси соединяемых концов труб. На торцевой стороне кожуха 6 установлен герметично выполненный патрубок 10 (см. фиг.2 и 5) для отвода из внутренних полостей кожухов 5 и 6 энергоносителя (хладагента или утилизированной горячей воды). На патрубке 10 установлена задвижка 11, с помощью которой возможна регулировка потока энергоносителя (см. фиг.2), причем патрубок 10 отвода энергоносителя установлен справа от оси соединяемых концов труб.Parts of the
В центральной верхней части кожухи 5 и 6 имеют обухи 12 (см. фиг.1 и 3) для транспортировки устройства к месту соединения деталей-концов труб 1 и 2. Ближе к торцам кожухи 5 и 6 имеют быстроразъемные зажимы 13 (см. фиг.1, 3, 4, 5, 7 и 8), причем на наружных стенках кожуха 6, сверху и снизу, неподвижно установлены обушки 14 (см. фиг.7) с шарнирным креплением к ним вилок 15 (см. фиг.7 и 8) с эксцентриковыми сухарями 16 и рукоятками 17. Сухари 16 выполнены с эксцентриситетом «е» (см. фиг.8), за счет которого возможен зажим кожухов 5 и 6 через рабочие поджимные поверхности кожуха 5.In the central upper part, the
Части кожуха 5 и 6 (см. фиг.8) имеют отбортовки 18, к внутренним поверхностям которых прикреплены резиновые прокладки 19 (см. фиг.2 и 8) для создания герметичности при зажиме кожухов. Такие же отбортовки, но дугообразные 20 (см. фиг.1 и 2), выполнены по торцам кожухов 5 и 6 вдоль их оси для контакта с концами трубопроводов 1 и 2 или со съемным цилиндрическим имитатором 4. К внутренним дугообразным отбортовкам 20 также прикреплены резиновые прокладки 21. Внутренние стенки частей 5 и 6 кожуха имеют теплозащитную оболочку 22, выполненную, например, из силикагеля.Parts of the
В гофрированной тороидальной муфте 3 параметр закругления радиусов m=rв/Rв=0,04 (см. книгу «Сильфоны. Расчет и проектирование». Под редакцией Л.Е.Андреевой, М.: Машиностроение. 1975, с.24-60), или m=rн/Rн=0,05, что способствует уменьшению массы рабочего органа 3. Также в рабочем органе 3 параметр глубины гофра k=Rн/Rв=1,09, что также способствует уменьшению массы рабочего органа 3. Кроме того, внутренние радиусы гофров в соединительной муфте 3 выполнены с уплотнением, следовательно, параметр отношения радиусов торовых участков n=rн/rв=1,1, что увеличивает жесткость рабочего органа при обхвате наружной поверхности соединяемых концов цилиндрических деталей (труб).In the corrugated
Использование устройства на суше в условиях Крайнего Севера происходит следующим образом.Using the device on land in the Far North is as follows.
Устройство с рабочим органом 3, которому в заводских условиях предварительно задано увеличенное по диаметру состояние при низких температурах и который установлен на имитаторе 4, доставляют к месту проведения операции по соединению труб 1 и 2.A device with a working
Наружная температура воздуха в месте соединения концов труб 1 и 2 может опускаться до величины -40°C, а в летнее время нагреваться до температуры +40°C, поэтому необходимо подать хладагент, например жидкий азот (с температурой -196°C) к патрубку 9 (см. фиг.1, 2 и 4) для создания внутри кожуха температуры до -60°C, при которой рабочий орган 3 «вспоминает» свой увеличенный внутренний диаметр, который на 4% больше наружного диаметра имитатора 4 или соединяемых концов труб 1 и 2. Понижение минусовой температуры окружающей среды от -40°C до -60°C способствует гарантийному превышению внутреннего диаметра рабочего органа 3 на 4% больше наружного диаметра соединяемых труб 1 и 2 или имитатора 4, что дает возможность снять устройство с имитатора 4.The external air temperature at the junction of the ends of
Затем удаляют имитатор 4 из рабочего органа 3, находящегося внутри кожуха. На место имитатора 4 внутрь рабочего органа 3 (см. фиг.3) заводят концы соединяемых труб 1 и 2, после чего прекращают подачу энергоносителя (хладагента) внутрь кожуха. Рабочий орган 3, находясь в контакте с окружающей средой, начинает нагреваться от температуры окружающей среды до величины +32°C…+40°C.Then remove the
Далее через патрубки 9 (см. фиг.2 и 4) внутрь кожуха подают горячую воду или пар с температурой около 100°C для нагрева рабочего органа 3 до температуры 50-60°C, при которой рабочий орган 3 «вспоминает» свой уменьшенный внутренний диаметр, который на 4% меньше наружного.Then, through the nozzles 9 (see FIGS. 2 and 4), hot water or steam with a temperature of about 100 ° C is supplied inside the casing to heat the working
В результате фазового превращения структуры стали рабочего органа 3 совершается работа на уменьшение его внутреннего диаметра, при этом в соединении возникает напряжение до величины порядка 500 МПа (5000 кгс/см2). При этом происходит сжатие рабочим органом 3 соединяемых концов труб 1 и 2 с большой силой, сопровождающееся большим натягом между контактируемыми поверхностями гофр 8 рабочего органа 3 и соединяемыми концами труб 1 и 2 по типу контактной холодной сварки (см. «Справочник для изобретателя и рационализатора». М.: Машиностроение, 1962, Свердловск, с.540). При сжатии рабочего органа 3 происходит герметичное, тороидальное соединение по наружным поверхностям концов труб 1 и 2.As a result of the phase transformation of the structure of the steel of the working
По завершении операции герметичного соединения (см. фиг.9) на суше прекращают подачу к патрубку 9 энергоносителя (горячей воды), раскрывают быстроразъемные зажимы 13, отводят части 5 и 6 кожуха от места соединения концов труб 1 и 2, оставляя рабочий орган 3 как соединительный узел на стыке концов двух труб 1 и 2.Upon completion of the operation of the tight connection (see Fig. 9) on land, the supply of energy carrier (hot water) to the
При необходимости расстыковки данного соединения на суше, например при ремонте трубопровода, вокруг него устанавливают вновь части кожуха 5 и 6, быстроразъемными зажимами 13 соединяют в единый кожух, к патрубку 9 подают хладагент для охлаждения рабочего органа 3 до температуры -60°C, при которой он «вспоминает» свой внутренний увеличенный диаметр, превышающий на 4% диаметр соединенных труб 1 и 2, что позволяет совершить демонтаж рабочего органа 3 с места соединения. Далее внутрь рабочего органа 3 устанавливают имитатор 4, который предотвращает нагрев рабочего органа 3 от воздействия внешней среды, что способствует уменьшению расхода хладагента.If it is necessary to disconnect this compound on land, for example, during pipeline repair, re-install parts of the
Использование устройства под водой в морской акватории в условиях Крайнего Севера происходит следующим образом.The use of the device under water in the marine area in the Far North is as follows.
Поскольку температура морской воды у поверхности колеблется от -2°C до +32°C, например в условиях Балтийского моря, то достаточно мартенситную точку фазового перехода в сплаве нержавеющей стали рабочего органа 3 поднять до температуры -24°C. Но в условиях Крайнего Севера при транспортировке устройства к месту установки на него будет влиять окружающая среда, следовательно, температура воздуха будет -40°C и мартенситную точку фазового превращения нужно иметь при -60°C. Температура аустенитного фазового перехода в материале рабочего органа 3 должна быть выше +32°C, т.е. порядка +50°C (например, в условиях Балтийского моря). При наличии в сплаве рабочего органа 3 мартенситной точки превращения Мк=(-60°C) и аустенитной точки превращения Ак=+50°C не произойдет спонтанного разъединения рабочего органа 3 после его установки на стыкуемые концы трубопроводов 1 и 2.Since the temperature of sea water at the surface varies from -2 ° C to + 32 ° C, for example, in the Baltic Sea, then raise the martensitic phase transition point in the stainless steel alloy of working
Далее устройство с рабочим органом 3, которому в заводских условиях предварительно задано состояние деформации при заданных температурах мартенситного [(Мк=(-60°C)] и аустенитного (АК=+50°C) превращений и который установлен на имитаторе 4, доставляют к месту проведения операции по соединению концов труб 1 и 2.Next, a device with a working
Далее процесс соединения труб под водой осуществляют при помощи оператора либо водолаза аналогично процессу соединения труб на суше, описанному выше.Next, the process of connecting pipes under water is carried out using an operator or a diver, similar to the process of connecting pipes on land, described above.
Предложенное ТМС трубопроводов надежно, герметично, экономично, универсально благодаря выполнению соединительного рабочего органа в виде гофрированной втулки из однородного с трубами материала, что значительно снижает экономические затраты и позволяет соединять трубопроводы любых диаметров без дополнительной обработки их соединяемых концов, особенно используемых в нефтегазодобыче при прокладке трубопроводов как на суше, так и под водой в условиях Крайнего Севера и Балтийского моря.The proposed TMS of pipelines is reliable, hermetic, economical, and universal due to the implementation of the connecting working body in the form of a corrugated sleeve made of a material homogeneous with pipes, which significantly reduces economic costs and allows you to connect pipelines of any diameters without additional processing of their connecting ends, especially those used in oil and gas production when laying pipelines both on land and under water in the Far North and the Baltic Sea.
В заявляемом устройстве расход энергии при проведении процесса герметичного соединения трубопроводов незначителен за счет применения кожуха с теплозащитной оболочкой, исключающей влияние на соединительный рабочий орган окружающей среды, холодного воздуха или морской воды, а также установка внутри рабочего органа технологического имитатора наружного диаметра соединяемых концов трубопроводов до момента эксплуатации устройства.In the inventive device, the energy consumption during the process of tight connection of pipelines is negligible due to the use of a casing with a heat-shielding shell, eliminating the impact on the connecting working body of the environment, cold air or sea water, as well as installing inside the working body of a technological simulator of the outer diameter of the connected pipe ends up to operation of the device.
Новое устройство в сравнении с наиболее близким аналогом создаст экономический эффект за счет ликвидации уплотнительных эластичных колец между внутренними поверхностями гофров рабочего органа и наружными поверхностями соединяемых концов труб.The new device in comparison with the closest analogue will create an economic effect by eliminating elastic sealing rings between the inner surfaces of the corrugations of the working body and the outer surfaces of the connected pipe ends.
Новое устройство создаст экономический эффект за счет упрощения конструкции его, ликвидации охладителя-нагревателя в виде труб-змеевиков и создания рабочего органа с гофрами, имеющими тороидальную форму, которое способствует энергоносителю наиболее объемно контактировать с наружной поверхностью рабочего органа 3, что способствует сокращению времени на нагрев или охлаждение его.The new device will create an economic effect by simplifying its design, eliminating the cooler-heater in the form of coil pipes and creating a working body with corrugations having a toroidal shape, which helps the energy carrier to most voluminously contact the outer surface of the working
Предлагаемое устройство удобно в эксплуатации за счет выполнения кожуха разъемным с быстроразъемными зажимами и с обухами для транспортировки устройства к месту стыковки соединяемых деталей-труб.The proposed device is convenient in operation due to the performance of the casing detachable with quick-release clamps and with butts for transporting the device to the place of docking of the connected pipe parts.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011120912/06A RU2480661C2 (en) | 2011-05-24 | 2011-05-24 | Thermomechanical pipe connection, and method for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011120912/06A RU2480661C2 (en) | 2011-05-24 | 2011-05-24 | Thermomechanical pipe connection, and method for its implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011120912A RU2011120912A (en) | 2012-11-27 |
| RU2480661C2 true RU2480661C2 (en) | 2013-04-27 |
Family
ID=49153318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011120912/06A RU2480661C2 (en) | 2011-05-24 | 2011-05-24 | Thermomechanical pipe connection, and method for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2480661C2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4287696A (en) * | 1979-07-10 | 1981-09-08 | Mullen William T | Expansible caulking material |
| GB2319316A (en) * | 1996-11-14 | 1998-05-20 | Shaw Ind Ltd | Heat shrinkable member for connecting tubular sections |
| RU2141600C1 (en) * | 1998-02-02 | 1999-11-20 | ОАО "Донецкоблгаз" | Method of connection of pipes by means of sleeve and adhesive, epoxy composition for making connecting members and method of its preparation |
| RU2210658C1 (en) * | 2002-11-26 | 2003-08-20 | Устюгов Владимир Аркадьевич | Device for butt-joint waterproofing |
| RU2267687C1 (en) * | 2004-06-01 | 2006-01-10 | Владимир Валентинович Липатников | Thermally shrinkable coupling |
| RU2350822C1 (en) * | 2007-12-10 | 2009-03-27 | Открытое Акционерное Общество "Санкт-Петербургское Морское Бюро Машиностроения "Малахит" | Thermo-mechanic tube connection |
-
2011
- 2011-05-24 RU RU2011120912/06A patent/RU2480661C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4287696A (en) * | 1979-07-10 | 1981-09-08 | Mullen William T | Expansible caulking material |
| GB2319316A (en) * | 1996-11-14 | 1998-05-20 | Shaw Ind Ltd | Heat shrinkable member for connecting tubular sections |
| RU2141600C1 (en) * | 1998-02-02 | 1999-11-20 | ОАО "Донецкоблгаз" | Method of connection of pipes by means of sleeve and adhesive, epoxy composition for making connecting members and method of its preparation |
| RU2210658C1 (en) * | 2002-11-26 | 2003-08-20 | Устюгов Владимир Аркадьевич | Device for butt-joint waterproofing |
| RU2267687C1 (en) * | 2004-06-01 | 2006-01-10 | Владимир Валентинович Липатников | Thermally shrinkable coupling |
| RU2350822C1 (en) * | 2007-12-10 | 2009-03-27 | Открытое Акционерное Общество "Санкт-Петербургское Морское Бюро Машиностроения "Малахит" | Thermo-mechanic tube connection |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011120912A (en) | 2012-11-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1158140A (en) | Method of lining innner wall surfaces of hollow articles | |
| US7418979B2 (en) | Method and apparatus for preventing foam disbondment | |
| US7143788B2 (en) | High temperature line expansion installation with bellows | |
| EP0206048A1 (en) | Thermoplastic method of reducing the diameter of a metal tube | |
| CN106282812B (en) | A kind of shape memory alloy material and its application on pipe joint | |
| RU2480661C2 (en) | Thermomechanical pipe connection, and method for its implementation | |
| CN101941134A (en) | Manufacturing method of stainless steel lining tee joint | |
| Matuszewski | Application of shape memory alloys in pipeline couplings for shipbuilding | |
| JP4448873B2 (en) | Residual stress improvement method for small diameter piping | |
| US4359811A (en) | Method of coating or lining metals | |
| WO2010011152A1 (en) | Device for thermomechanically joining pipes | |
| Gkatzogiannis et al. | Influence of welding parameters on the welding residual stresses | |
| CN101941133A (en) | Method for manufacturing composite elbow with anticorrosion function | |
| RU2350822C1 (en) | Thermo-mechanic tube connection | |
| JPS5828094A (en) | Piping execution method for transporting fluid having temperature different from periphery | |
| EP0099714B1 (en) | Method for bending pipes | |
| CN102818084A (en) | Displacement compensation device for oil conveying pipeline of offshore platform | |
| CN201215222Y (en) | Novel safety low-temperature transition joint | |
| CN207034484U (en) | A kind of built-in type corrugated compensation arrangement | |
| CN1255242C (en) | In-situ fast method of eliminating residual stress in welded joint of small-diameter pipe | |
| CN111022760A (en) | Direct-buried laying steam pipeline structure and construction method thereof | |
| CN204611199U (en) | Thermal insulation pipe heater | |
| JPH0129631B2 (en) | ||
| CN213271415U (en) | Plastic-lined composite pipe | |
| Akyurt et al. | Harnessing the energy accompanying freezing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160525 |
|
| TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -MM4A - IN JOURNAL: 4-2017 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190525 |