RU2746030C1 - Mechanical connection of medium pipes - Google Patents

Abstract

FIELD: pipeline systems.

SUBSTANCE: invention relates to the design of the connection of pipeline systems and can be used in the connection of pipes of medium diameter distribution pipelines for the transportation of various liquids and gases. Mechanical connection is carried out by squeezing and uniform double-sided crimping of the conical parts of the pipe walls using a conical connecting nipple sleeve and two sets of conical liners, two crimping sleeves and the required number of studs passing through them as well as nuts and washers. When tightening the ferrules, they provide structural integrity and strength of the pipe connection. In this case, the seal and the tightness of the connection are ensured along the inner conical surfaces of the pipes and the conical parts of the nipple sleeve.

EFFECT: due to the uniform double-sided crimping of the pipe walls between the conical liners and the nipple sleeve, connection of pipelines is ensured and pipelines can be made not only of steel, non-ferrous and light alloys, but also of reinforced plastic, composites, ceramics and glass.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройству механического соединения трубопроводных систем и может быть использовано в соединении труб среднего диаметра распределительных трубопроводов для транспортировки воды, нефти, природного газа, других жидкостей и газов в нефтегазоперерабатывающей, химической, металлургической, промышленной промышленности, в судостроении, в промышленном строительстве и других областях.The invention relates to a device for mechanical connection of pipeline systems and can be used in the connection of pipes of medium diameter distribution pipelines for transporting water, oil, natural gas, other liquids and gases in the oil and gas processing, chemical, metallurgical, industrial, shipbuilding, industrial construction and others areas.

Известны многочисленные традиционные способы соединения труб среднего диаметра, в основном, с использованием стыковых сварных соединений, а также фланцевых механических соединений с трубной арматурой, насосами и другим оборудованием. Однако для осуществления соединения труб стыковой сваркой требуется сложное, дорогостоящее оборудование и длительный процесс самой сварочной операции. При этом весьма проблематичным является выполнение в экстремальных температурных условиях высококачественной сварки стыков труб, зачистки внутренних усилений сварных швов и обеспечения должной коррозионной стойкости зоны сварных соединений в процессе последующей эксплуатации трубопроводов. Кроме того, процесс сварки труб среднего диаметра значительно усложняется при плохой погоде на открытом воздухе, в стесненных отсеках судов, а также под водой.There are numerous traditional methods of connecting pipes of medium diameter, mainly using butt welded joints, as well as flanged mechanical joints with pipe fittings, pumps and other equipment. However, for butt welding of pipes, complex, expensive equipment and a lengthy process of the welding operation itself are required. At the same time, it is very problematic to perform in extreme temperature conditions high-quality welding of pipe joints, cleaning of internal reinforcements of welded seams and ensuring proper corrosion resistance of the welded joint zone during the subsequent operation of pipelines. In addition, the process of welding medium-diameter pipes becomes much more difficult in bad weather outdoors, in the cramped compartments of ships, and also under water.

Известен также наиболее близкий аналог механического соединения труб с наружными конусными участками, одной ниппельной втулки, плотно прилегающей двумя конусными поверхностями к внутренним конусным поверхностям концевых участков труб, двух конусных вкладышей посредством их стягивания в осевом направлении с помощью фланцев, болтов, гаек и шайб, примененный в патенте US 1920512 А, 20.04.1932 (Fig. 3). Отличие предполагаемого соединения заключается в том, что его конусные вкладыши представляют комплект деталей, состоящих из одинаковых элементов, а в указанном патенте каждый вкладыш - это единую деталь и разная технология сборки соединения.Also known is the closest analogue of the mechanical connection of pipes with outer tapered sections, one nipple sleeve, tightly fitting two tapered surfaces to the inner tapered surfaces of the end sections of the pipes, two tapered liners by tightening them in the axial direction using flanges, bolts, nuts and washers, used in US patent 1920512 A, 04/20/1932 (Fig. 3). The difference between the proposed connection lies in the fact that its conical liners represent a set of parts consisting of the same elements, and in the said patent, each liner is a single part and a different technology for assembling the connection.

Задачей изобретения является создание универсального технологичного устройства для надежного и долговечного механического соединения труб среднего диаметра, с предварительно сформированными конусными частями на концевых участках труб, обеспечивающего ускоренную прокладку трубопроводов без использования стыковой сварки труб. Предполагается, что такое устройство должно выполнять следующие исходные требования:The objective of the invention is to create a universal technological device for a reliable and durable mechanical connection of pipes of medium diameter, with pre-formed tapered parts at the end sections of the pipes, providing accelerated laying of pipelines without the use of butt welding of pipes. It is assumed that such a device must fulfill the following initial requirements:

- механическое трубное соединение, не уступающее по основным эксплуатационным свойствам сварному соединению;- mechanical pipe connection, which is not inferior to the welded joint in terms of basic operational properties;

- сохранение в соединении полноразмерного гладкого проходного сечения труб без сужений, уступов и внутренних выступающих частей;- preservation in the joint of a full-sized smooth flow section of pipes without constrictions, ledges and internal protruding parts;

- обеспечение простой и быстрой центровки труб при их соединении;- providing a simple and quick alignment of pipes when connecting them;

- широкий диапазон допустимого рабочего давления до 400 бар и более;- wide range of permissible operating pressure up to 400 bar and more;

- неограниченный диапазон толщин стенок труб;- unlimited range of pipe wall thicknesses;

- широкий диапазон наружных диаметров труб от 30 до 250 мм и более;- a wide range of external pipe diameters from 30 to 250 mm and more;

- допустимый диапазон температур, превышающих температуру трубопровода;- permissible range of temperatures exceeding the temperature of the pipeline;

- срок службы соединения, превышающий срок службы трубопровода;- the service life of the connection, exceeding the service life of the pipeline;

- возможность повторного использования деталей соединения при замене труб;- the possibility of reusing connection parts when replacing pipes;

- использование универсального соединения для труб из углеродистой, высоколегированной и нержавеющей стали, цветных, алюминиевых и титановых сплавов, труб из армированного пластика, композитов, металлопластов, керамики и стекла.- use of a universal joint for pipes made of carbon, high-alloy and stainless steel, non-ferrous, aluminum and titanium alloys, pipes made of reinforced plastic, composites, metal-plastics, ceramics and glass.

Поставленная задача решается тем, что трубное соединение осуществляется механическим устройством за счет сдавливания и равномерного двухстороннего обжима конусных частей стенок труб (1 и 8) с помощью конусной ниппельной втулки (4) и двух обжимных втулок (3 и 7), двух комплектов конусных вкладышей (2 и 6), а также стягивающих шпилек (5), гаек (9) и шайб (10), которые обеспечивают конструктивное единство и прочность соединения, а количество и размер шпилек зависит от диаметра трубопровода и необходимой прочности соединения.The problem is solved by the fact that the pipe connection is carried out by a mechanical device by squeezing and uniform two-sided crimping of the tapered parts of the pipe walls (1 and 8) using a tapered nipple sleeve (4) and two crimping sleeves (3 and 7), two sets of tapered liners ( 2 and 6), as well as tie rods (5), nuts (9) and washers (10), which provide structural integrity and strength of the connection, and the number and size of the studs depends on the diameter of the pipeline and the required strength of the connection.

При этом шпильки являются упругими тягами, создающими при затяжке гаек постоянное сдавливание всех конусных поверхностей. Для равномерного обжатия соединения внутренние поверхности конусных вкладышей и наружные поверхности труб имеют одинаковую конусность. Уплотнение в соединении осуществляется по внутренним конусным поверхностям труб и конусным поверхностям ниппельной втулки после их стягивания и обжима, а непроницаемость обеспечивается их плотным прилеганием за счет соответствующей обработки конусных поверхностей.In this case, the studs are elastic rods, creating a constant squeezing of all tapered surfaces when the nuts are tightened. For uniform compression of the joint, the inner surfaces of the tapered liners and the outer surfaces of the pipes have the same taper. Sealing in the joint is carried out along the inner tapered surfaces of the pipes and the tapered surfaces of the nipple sleeve after they are pulled together and crimped, and impermeability is ensured by their tight fit due to the appropriate processing of the tapered surfaces.

Для особо прочных толстостенных металлических труб их концевые конусные участки могут быть приварными, с удалением усиления сварного шва внутри трубы зачисткой и шлифовкой до полного проходного сечения трубопровода. Во всем остальном конструкция такого соединения труб полностью сохраняется без изменений, как для труб с развальцованными конусными частями. Для соединения труб из керамики или стекла комплекты конусных вкладышей, а также ниппельная втулка могут быть изготовлены из прочных, химически стойких и эластичных материалов либо иметь соответствующее покрытие поверхностей, контактирующих с хрупкими конусными частями труб.For especially strong thick-walled metal pipes, their end tapered sections can be welded, with the removal of the reinforcement of the welded seam inside the pipe by stripping and grinding to the full flow area of the pipeline. In all other respects, the design of such a pipe connection is completely preserved without changes, as for pipes with flared conical parts. To connect pipes made of ceramics or glass, sets of tapered liners, as well as the nipple sleeve, can be made of strong, chemically resistant and elastic materials, or have a corresponding coating of surfaces in contact with fragile tapered parts of the pipes.

Для осуществления такелажных работ при прокладке трубопровода, упрощения сборки соединения или обеспечения его демонтажа в средней части ниппельной втулки имеется поперечная кольцевая канавка и продольные проточки, расположенные в шахматном порядке. Для трубопроводов диаметром менее 60 мм наружная поверхность обжимных втулок может быть четырехгранной под четыре стягивающих шпильки, трехгранной под три и овальной под две.To carry out rigging work when laying the pipeline, to simplify the assembly of the connection or to ensure its dismantling, in the middle part of the nipple sleeve there is a transverse annular groove and longitudinal grooves located in a staggered manner. For pipelines with a diameter of less than 60 mm, the outer surface of the crimp sleeves can be tetrahedral for four tie rods, triangular for three and oval for two.

Важным обстоятельством является то, что на основе предлагаемого механического трубного соединения может быть создан вариант с торцевым уплотнением, что позволит присоединяться к традиционным фланцевым соединениям забойных участков трубопроводов, к существующей трубной арматуре и другому оборудованию, сохраняя выше перечисленные исходные требования к новому типу соединения.An important circumstance is that, on the basis of the proposed mechanical pipe connection, an option with a face seal can be created, which will make it possible to connect to traditional flange connections of downhole pipelines, to existing pipe fittings and other equipment, while maintaining the above-listed initial requirements for a new type of connection.

Учитывая уникальность указанного соединения, предлагается дать наименование новому типу соединения - револьверное механическое соединение труб.Taking into account the uniqueness of the specified connection, it is proposed to give a name to the new type of connection - a revolving mechanical pipe connection.

Принципиальная конструкция устройства револьверного механического соединения для труб среднего диаметра показана на прилагаемых фигурах:The basic design of a revolving mechanical coupling device for medium-diameter pipes is shown in the accompanying figures:

- соединение труб с развальцованными конусными частями на фиг. 1;- connection of pipes with flared conical parts in FIG. one;

- соединение труб с приварными конусными частями на фиг. 2;- connection of pipes with welded tapered parts in FIG. 2;

- соединение легких труб, усиленных армированным пластиком на фиг. 3.- the connection of light pipes reinforced with plastic reinforced in FIG. 3.

На представленных фигурах полностью раскрыта общая идея конструкции устройства, предлагаемого трубного соединения, его особенность и техническая новизна.The presented figures fully disclose the general idea of the design of the device, the proposed pipe connection, its peculiarity and technical novelty.

Предложенная конструкция устройства револьверного механического соединения труб среднего диаметра обеспечивает выполнение всех, выше перечисленных, исходных требований, а анализ возможности ее использования дает следующие очевидные технологические и эксплуатационные преимущества по сравнению с традиционным соединением таких трубопроводов сваркой:The proposed design of the device for the revolving mechanical connection of pipes of medium diameter ensures the fulfillment of all the above-listed initial requirements, and the analysis of the possibility of its use gives the following obvious technological and operational advantages in comparison with the traditional connection of such pipelines by welding:

- простота соединения за счет самоцентровки и плотной фиксации труб;- ease of connection due to self-centering and tight fixation of pipes;

- быстрая, точная и качественная сборка трубных соединений;- fast, accurate and high-quality assembly of pipe connections;

- возможность многократного монтажа и демонтажа соединения;- the possibility of multiple assembly and disassembly of the connection;

- возможность полного демонтажа соединения для ремонта или замены труб;- the possibility of complete dismantling of the connection for repair or replacement of pipes;

- возможность соединения труб из разнородных материалов;- the ability to connect pipes made of dissimilar materials;

- соединение труб с разной толщиной стенок, с сохранением проходного сечения;- connection of pipes with different wall thicknesses, while maintaining the flow area;

- возможность безопасной сборки трубопроводов во взрывоопасной среде;- the possibility of safe assembly of pipelines in an explosive environment;

- возможность создания высокопрочного неразъемного соединения труб;- the ability to create a high-strength one-piece pipe connection;

- полная сохранность внутренних и наружных покрытий труб после соединения;- complete safety of internal and external coatings of pipes after connection;

- высокая коррозионная стойкость труб в соединении;- high corrosion resistance of pipes in the joint;

- повышение плотности соединения при увеличении давления в трубопроводе;- increasing the density of the connection with increasing pressure in the pipeline;

- визуальное удобство контроля непроницаемости трубных соединений;- visual convenience of monitoring the tightness of pipe connections;

- высокая производительность сборки и испытания трубопроводов;- high productivity of assembly and testing of pipelines;

- защищенность от повреждений внутренних уплотняющих поверхностей труб при их хранении, транспортировке и сборке трубопроводов в сложных условиях.- protection from damage to the internal sealing surfaces of pipes during their storage, transportation and assembly of pipelines in difficult conditions.

Важным преимуществом предложенной конструкции устройства является и то, что все детали соединения изготавливаются и частично собираются в стационарных цеховых условиях, включая конусные участки труб. Это обеспечит минимальное время сборки, точность и качество соединения труб в сложных погодных условиях на открытом воздухе, на эстакадах, в стесненных туннелях и отсеках судов, а также под водой и даже в космосе.An important advantage of the proposed device design is that all connection parts are manufactured and partially assembled in stationary shop conditions, including tapered pipe sections. This will ensure the minimum assembly time, accuracy and quality of pipe connections in difficult weather conditions outdoors, on overpasses, in cramped tunnels and ship compartments, as well as under water and even in space.

Предполагается, что после разработки чертежей, изготовления опытных образцов и проведения всех необходимых испытаний, уточнения типоразмерного ряда, окончательного выбора материалов деталей устройства, отработки всей технологической цепочки обработки сопрягаемых конусных поверхностей, сборки револьверного механического соединения и монтажа трубопровода будет сформулирована и подана новая заявка с потенциальным Инвестором на оформление международного патента.It is assumed that after the development of drawings, the manufacture of prototypes and all the necessary tests, clarification of the standard size range, the final selection of materials for the device parts, the development of the entire technological chain of processing mating conical surfaces, the assembly of the revolving mechanical connection and the installation of the pipeline, a new application with a potential Investor for registration of an international patent.

Claims (1)

Механическое соединение труб среднего диаметра для перекачки различных жидкостей и газов представляет из себя устройство, состоящее из одной конусной ниппельной втулки, плотно прилегающей двумя конусными поверхностями к внутренним конусным поверхностям труб, двух комплектов конусных вкладышей, прижатых к наружным конусным участкам соединяемых труб и охваченных двумя обжимными втулками, а также необходимого количества шпилек, проходящих через эти втулки, и завинченных на них гаек с шайбами, что позволяет стягивать втулки между собой, сжимать конусные вкладыши, осуществлять конструктивное единство, прочность и непроницаемость соединения, отличающееся тем, что за счет равномерного двухстороннего обжима стенок труб между конусными вкладышами и ниппельной втулкой обеспечивается возможность соединения трубопроводов не только из стали, цветных и легких сплавов, а также из армированного пластика, композитов, керамики и стекла.The mechanical connection of pipes of medium diameter for pumping various liquids and gases is a device consisting of one tapered nipple sleeve, tightly fitting two tapered surfaces to the inner tapered surfaces of the pipes, two sets of tapered liners pressed against the outer tapered sections of the pipes to be connected and covered by two crimping bushings, as well as the required number of studs passing through these bushings, and nuts with washers screwed onto them, which allows the bushings to be pulled together, to compress the tapered bushings, to implement the structural unity, strength and impermeability of the connection, characterized in that due to uniform two-sided crimping pipe walls between the tapered liners and the nipple sleeve, it is possible to connect pipelines not only from steel, non-ferrous and light alloys, but also from reinforced plastic, composites, ceramics and glass.

Images