способ неразъемного соединения металлических труб

Формула изобретения

1. СПОСОБ НЕРАЗЪЕМНОГО СОЕДИНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ, включающий насадку труб на герметизирующую цилиндрическую втулку с кольцеобразным фланцем, установку на трубы с внешней стороны обжимной цилиндрической муфты с проточкой на наружной поверхности, последующее редуцирование труб и муфты до придания внешней поверхности муфты цилиндрической формы, отличающийся тем, что проточку на муфте выполняют кольцевой с сечением в виде трапеции, устанавливают муфту на стык труб, располагая боковые стороны трапеции по разные стороны от стыка, а редуцирование производят от одного торца муфты к другому.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что редуцирование осуществляют, направляя редуцирующую силу под углом 70 - 84^o к наружной поверхности обжимной муфты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, а именно к неразъемным соединениям трубопроводов, и может быть использовано при строительстве магистральных трубопроводов в нефтяной и газовой промышленности.

Известен способ неразъемного соединения металлических труб, включающий насадку труб на герметизирующую цилиндрическую втулку с кольцеобразным фланцем, установку на стык труб с внешней стороны обжимной цилиндрической муфты, последующее воздействие на муфту деформирующей силы, достаточной для ее холодной пластической деформации вместе с трубой.

Воздействие на муфту деформирующей силы осуществляют без перемещения точек приложения силы вдоль оси трубы; муфта "поджимается" к трубе по окружностям с обеих сторон от стыка.

Однако, этот способ не обеспечивает достаточной герметичности соединения при давлениях газа в газопроводе свыше 50 атм.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемым результатам является способ неразъемного соединения металлических труб, включающий насадку труб на герметизирующую цилиндрическую втулку с кольцеобразным фланцем, установку на трубы с внешней стороны обжимной цилиндрической муфты, имеющей на ее наружной поверхности проточку, последующее воздействие на муфту деформирующей силы, направленной под углом к ее поверхности и достаточной для ее холодной пластической деформации вместе с трубой, причем точку приложения силы перемещают, редуцируя внешнюю поверхность муфты до придания ей цилиндрической формы. Обжимная цилиндрическая муфта состоит из двух частей, которые надевают на каждую из труб раздельно. При редуцировании внешней поверхности муфты точку приложения силы перемещают от одного торца муфты к другому, причем второй торец совпадает с торцом трубы и упирается в кольцеобразный выступ герметизирующей втулки. Такую операцию производят дважды для каждой из двух соединяемых труб.

Однако, такой способ является достаточно сложным, требуя применения двух надвижных пресс-шайб, с помощью которых к поверхности обжимных муфт прикладывают деформирующую силу, а также использования двух обжимных муфт, имеющую сложную конфигурацию проточки на внешней поверхности. Кроме того, на наружной поверхности герметизирующей втулки необходимо также выполнить проточки соответственно форме проточек обжимной муфты.

Указанный способ не позволяет обеспечить необходимую герметичность соединения при давлении свыше 50 атм.

Целью изобретения является упрощение способа и повышение герметичности соединения труб.

Поставленная цель достигается тем, что в способе неразъемного соединения металлических труб, включающем насадку труб на герметизирующую цилиндрическую втулку с кольцеобразным фланцем, установку на трубы с внешней стороны обжимной цилиндрической муфты, имеющей на ее наружной поверхности проточку, последующее воздействие на муфту деформирующей силы, направленной под углом к ее поверхности и достаточной для ее холодной пластической деформации вместе с трубой, причем точку перемещения силы перемещают, редуцируя внешнюю поверхность муфты до придания ей цилиндрической формы, согласно изобретению в качеству муфты используют муфту, имеющую на ее наружной поверхности кольцевую трапециевидную проточку, данную муфту устанавливают на стык труб, располагая скосы трапециевидной проточки по разные стороны от стыка, а точку приложения силы перемещают от одного торца муфты к другому.

Предпочтительно деформирующую силу направляют под углом 70 - 84^о к наружной поверхности обжимной муфты.

Предлагаемый способ поясняют фиг.1 - 5.

Насадку труб проводят на герметизирующую цилиндрическую втулку с кольцеобразным фланцем 8. Целесообразно, чтобы высота фланца не превышала толщины соединяемых труб вместе с футеровкой 6. В противном случае в обжимной муфте 2 необходимо выполнить соответствующую проточку.

Материал, из которого изготовлена герметизирующая втулка - любой металл или пластмасса, не растрескивающаяся при пластических деформациях. Предпочтительно втулку изготавливают из металла.

Если трубы предназначены для транспортировки агрессивных сред, таких, как буровой раствор, кислоты и др., трубы 4 и 4 могут иметь футеровку 6, которую выполняют из химстойкого материала, предпочтительно полиэтилена высокой плотности. Антикоррозионное покрытие может иметь также и герметизирующая втулка.

Для обеспечения лучшей герметичности соединения на боковой поверхности кольцеобразного фланца может находиться герметизирующая прокладка 5, изготовленная, например, из мягкой стали.

Соединяемые трубы должны иметь одинаковые диаметры. В противном случае на внутренней поверхности обжимной муфты 2 выполняют компенсирующую проточку.

Соединяемые трубы могут быть изготовлены из любого металла, применяемого для этой цели.

Термин "цилиндрическая" означает, что ее внутренняя поверхность муфты имеет в общем случае форму поверхности цилиндра. В указанных случаях на этой поверхности могут быть выполнены необходимые проточки. Так как муфта устанавливается на трубы, ее внутренний диаметр должен обеспечить выполнение этой операции. Желательный размер разницы между наружным диаметром труб и внутренним диаметром муфты составляет 1,0-2 мм.

Термин "кольцевая трапециевидная проточка" означает, что сечение указанной проточки плоскостью, проходящей через ось обжимной муфты, представляет собой трапецию. Угол при большем основании этой трапеции предпочтительно составляет 6 - 20^о и является углом, дополняющим угол до 90^о. Большее основание указанной трапеции удалено от оси муфты на большее расстояние, чем меньшее основание, и параллельно оси муфты.

Желательно, чтобы сечение герметизирующей втулки 8 плоскостью, проходящей через ее ось, представляло бы собой трапецию (с прямоугольником на меньшем основании), причем величина меньшего основания равна величине меньше основания трапеции сечения обжимной муфты или меньшего него на величину, равную толщине футеровки. Это обеспечивает лучшую герметичность соединения.

Воздействие на муфту деформирующей силы, направленной под углом к ее поверхности, может быть обеспечено, например, круглой пресс-шайбой 7.

В процессе перемещения указанной пресс-формы по наружной поверхности обжимной муфты пресс-форма вызывает холодную пластическую деформацию последней и соответствующую деформацию трубы. При этом при перемещении пресс-шайбы от одного торца муфты к другому внешняя поверхность муфты редуцируется и принимает форму поверхности цилиндра, а внутренняя поверхность и труба изменяют свою форму (см. фиг.2 и 3).

Материал обжимной муфты имеет пластичность не ниже пластичности материала трубы.

Перед редуцированием внешней поверхности обжимной муфты ее устанавливают на стык труб, располагая скосы трапециевидной проточки по разные стороны от стыка (см. фиг.1).

В начале редуцирования внешней поверхности обжимной муфты последнюю желательно удерживать упором 1 для предотвращения перемещения муфты. В процессе всего процесса редуцирования трубу 4 фиксируют.

Положительный эффект предложенного способа объясняется следующим.

При воздействии на муфту деформирующей силы (движении пресс-шайбы) между муфтой и соединяемой трубой образуется замок 9 (см. фиг.2) (в дальнейшем он выполняет роль фиксатора муфты при ее редуцировании, и в этот момент упор 1 отводят). В результате под действием составляющей деформирующей силы, направленной вдоль траектории ее перемещения, муфта находится в растянутом состоянии до окончании процесса редуцирования. Через замок 9 это усилие передается на стык труб. В результате в нем создается повышенное контактное давление. Это давление сохраняется и после образования замка 10. При прекращении действия деформирующей силы после образования замка 10 в редуцированной муфте сохраняется напряжение (растягивающее), возникающее при ее редуцировании, которое прижимает торцы соединяемых труб к фланцу герметизирующей втулки.

Это обеспечивает надежную герметизацию стыка труб. Трубы выдерживают давление газа и жидкости до 250 - 280 атм, в то время как трубы по известному соединению - не более 50 атм.

Кроме того, предложенный способ более простой, так как требует применения только одной обжимной муфты с простой формой проточки. Выполнение проточек в герметизирующей втулке не обязательно.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

П р и м е р 1. Две стальные трубы (сталь 20) 4 и 4" с полиэтиленовой футеровкой 6 насаживают на герметизирующую цилиндрическую втулку 3 с кольцеобразным фланцем 8. Затем на трубы с внешней стороны устанавливают обжимную цилиндрическую втулку (сталь 20) с кольцеобразным фланцем 2. Трубу 4 фиксируют зажимом, а втулку 2 подпирают упором 1. Затем на трубу 4 надевают пресс-шайбу 7, которую с помощью гидравлического механизма перемещают вдоль оси труб в направлении, указанном стрелкой. Угол составляет 75^о. Пресс-шайбу перемещают до образования замка 9, после чего упор 1 отодвигают. Перемещение пресс-шайбы продолжают до достижения ею второго торца муфты (фиг.3), образования замка 10. Трубы подвергают испытанию на герметичность. Соединение выдерживает давление 250 атм. Конкретные размеры деталей указаны на фиг.5.

П р и м е р 2. Соединение труб производят по примеру 1, однако угол составляет 70^о. Трубы подвергают испытанию на герметичность. Соединение выдерживает давление 250 атм.

П р и м е р 3. Соединение труб производят по примеру 1, однако угол составляет 84^о. Трубы подвергают испытанию. Соединение выдерживает давление 250 атм.

П р и м е р 4. Соединение труб производят по примеру 1, однако кольцеобразный фланец имеет герметизирующие прокладки 5, изготовленные из нержавеющей стали. Трубы подвергают испытанию. Соединение выдерживает давление 280 атм.

П р и м е р 5. Соединение труб производят по примеру 1, однако предварительно концы труб раздают с помощью кулачков до диаметра 114-116 мм (см. фиг. 4). Получают соединение, изображенное на фиг.4. Трубы подвергают испытанию. Соединение выдерживает давление 250 атм.

П р и м е р 6 (сравнительный). Производят соединение труб по способу-прототипу. Трубы подвергают испытанию. Соединение выдерживает давление 50 атм.