Комбінована труба високого тиску

Реферат: Комбінована труба високого тиску містить внутрішню герметичну циліндричну оболонку, яка складається з торцевих металокомпозитних втулок з ділянками як метричної, так і конічної різьби, та елементами для закладання кільцевого, спірального та повздовжнього силових шарів, закріплених у полюсних отворах центральної циліндричної обичайки з композитного матеріалу, та зовнішню силову оболонку, утворену з армуючого металокомпозитного матеріалу комбінацією груп шарів. UA 112892 U (12) UA 112892 U UA 112892 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до виробництва металокомпозитних труб та трубної арматури високого тиску, армованих зміцнюючою оболонкою-каркасом і може знайти застосування у будівництві трубопроводів, що використовуються для транспортування різних рідин і газів у хімічній та нафтогазовидобувної галузях промисловості, а також для транспортування агресивних середовищ за надмірного тиску і коливаннях температури. В умовах експлуатації трубопровідних систем збору і транспортування продукції нафтових свердловин в більшості своїй використовуються сталеві трубопроводи. Нафта, яка транспортується містить різні корозійно-активні компоненти. Крім того, трубопроводи використовуються в системах утилізації стічних промислових вод, які експлуатуються в умовах впливу високомінералізованого середовища. У таких умовах сталеві труби піддаються інтенсивній електрохімічній корозії, і, як показує досвід, ресурс їх роботи обмежений 1-2 роками, а в деяких випадках і декількома місяцями. Традиційний спосіб боротьби з корозією трубопроводів полягає в спеціальній обробці труб та проведенні періодичної діагностики, що вимагає досить значних витрат коштів і робочого часу. Застосування сучасних матеріалів у виробництві трубної продукції дозволяє вибрати між старим способом і новим, радикальний. А саме в більш ширшому переході на труби, виготовлені з полімеру та зі скловолокна. При використанні таких труб про існування корозії можна просто забути. Підвищення надійності і довговічності всіх трубопровідних систем може бути досягнуто за рахунок застосування труб з полімерних матеріалів. Нині широко відомі різні конструкції полімерних трубопроводів виготовлені, наприклад з армованих полімерних труб і з'єднані між собою в трубопровід за допомогою з'єднувальних елементів (фітинги, фланці). Проте їх використовування пов'язано з необхідністю вдосконалення конструкції труб із полімерних матеріалів і технології їхнього монтажу під час будівництва промислових трубопровідних систем. Відома полімерна армована труба, що містить підсилювач міцності у вигляді металевого сітчастого каркасу, що складається з поздовжніх і навитих на них поперечних стрижнів арматури, скріплених у точках їхнього перетинання, наприклад, зварюванням (патент RU № 2056571, МПК F16L 9/12, 1994 p.). Недоліком цієї труби є невисока навантажувальна здатність, обмежена діаметром і кроком витків поперечних стрижнів, яка не може бути збільшена за відносно малого радіуса вигину, який визначається діаметром труби. Відомий фланцевий вузол для з'єднання труб з армованої волокном пластмаси, який містить фланцеві втулки, закріплені на армуючих оболонках за допомогою круглої різьби, вставне кільце між фланцевими втулками, кільцеві елементи, що герметично скріплені із пластмасовими трубами та закривають торці труб, стяжні кільця з болтами (див. патент США № 4619470 F16L 58/00, 1986 p.). Такий пристрій має малі надійність та ремонтопридатність. Мала надійність такого пристрою пояснюється значним (>10) кількістю технологічно складних деталей, які входять до пристрою і значними поперечними розмірами цього пристрою, що підсилюють осьові і згинальні напруги в трубопроводі при температурних перепадах у ньому і навколишньому середовищі, а також інших механічних зсувах останньої. Мала ремонтопридатність такого пристрою пояснюється відсутністю доступу до його герметизуючих елементів (у стані герметизації), що робить неможливим ремонт пристрою у польових умовах. Найбільш близькою до заявленої корисної моделі є "Комбінована труба високого тиску" (патент RU № 2098709, МПК F16L 9/00, 1997 p.), яку вибрано як найближчий аналог, що містить комбіновану трубу високого тиску, у якій поздовжній шар силової оболонки виконаний у вигляді мотків замкнутих стрічок, які містять дві прямолінійні ділянки та криволінійні, що сполучають їх, заведені у коуші. Елементи закладання повздовжнього шару виконані у вигляді рівномірно розташованих по колу на конусній зовнішній поверхні втулок з виступами, на які надягнуті коуші і які контактують з конічною поверхнею втулок. До недоліків найближчого аналога можна віднести те, що конструктивне виконання у вигляді обмеженої кількості і нерівномірності розкладених поздовжніх мотків замкнених стрічок та багатошаровості комбінованої труби і зокрема, в центральній її частині знижує надійність під час тривалого використання за циклічних навантаженнях, які розраховані на максимальний тиск, що складає не більше 20 МПа. В основу корисної моделі поставлена задача: удосконалення з'єднання внутрішньої герметичної композитної обичайки з торцевими металокомпозитними елементами для з'єднання у трубопровід з зовнішньою силовою металокомпозитною оболонкою; зміни конструкції й матеріалів для посилення зовнішньої оболонки комбінованої труби високого тиску, 1 UA 112892 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 оптимізації товщини, створення необхідних попередніх напружень у трубі, що надасть змогу підвищити її працездатність, щільність та надійність; додання конструктивної досконалості; розширення чисельності розмірів комбінованих труб й трубопроводу у цілому та корпусних конструкцій комбінованих ємностей високого тиску при зменшенні їх маси та вартості, за рахунок спрощення технології виготовлення. Суть корисної моделі полягає в тому, що комбінована труба високого тиску містить внутрішню герметичну циліндричну оболонку, яка складається з торцевих металокомпозитних втулок з ділянками, як метричної так і конічної різьби, та елементами для закладання кільцевого, спірального та повздовжнього силових шарів, закріплених у полюсних отворах центральної циліндричної обичайки з композитного матеріалу, та зовнішню силову оболонку, утворену з армуючого металокомпозитного матеріалу комбінацією груп шарів. Іншою відмінністю комбінованої труби високого тиску, що заявляється, є те, що зовнішня силова оболонка складається із металокомпозитного матеріалу і утворена за рахунок комбінації груп шарів низькомодульних та високомодульних гнучких безперервних волокон з металевого та композитного матеріалів, шляхом безперервного рівномірного перехресного намотування у вигляді металевих фольги, сітки, дроту, стрічки різних форм перерізу, зокрема круглого, квадратного, прямокутного, трикутного, трапецієвидного або овального перерізу, та кордових волокон з ниток, джгутів або тканих стрічок базальтового волокна, скловолокна, поліаміду та інших волокон з органічних та неорганічних матеріалів, просочених зв'язувальним складом, зорієнтованих, укладених і зафіксованих на герметичній циліндричній оболонці в поздовжніх, спіральних та окружних напрямках. Схема армування зовнішньої силової оболонки у вигляді поздовжніх, спіральних й кільцевих витків металокомпозитного матеріалу посилює циліндричну обичайку з композитного матеріалу в поздовжньому й поперечному перерізах, а рівність модулів пружності матеріалів, яка входить до складу зовнішньої металокомпозитної оболонки, забезпечує рівномірне їхнє навантаження під дією внутрішнього тиску, завдяки чому досягається більш висока ефективність підсилення, ніж у найближчому аналогу. Додаткове підсилення відбувається при створенні в циліндричній обичайці з композитного матеріалу попередніх напружень стиснення. Це дозволяє підвищити робочий тиск, забезпечити більш високий ресурс за кількістю циклів навантаження, щільність та надійність комбінованої труби високого тиску й зменшити масу та товщину її стінки. Виготовлення зовнішньої силової оболонки із металокомпозитного матеріалу, як і усю трубу може бути виконане з відносно недорогих недефіцитних металевих фольги, сітки, дроту, стрічки різних форм перерізу та звичайних верстатів для намотування, що забезпечує зниження її вартості у порівнянні з суцільно металевими. Суть корисної моделі, її об'єкт і переваги описані нижче і ілюструються кресленням, де на фіг. 1 зображено поздовжній розріз кінцевої частини комбінованої труби високого тиску, а на фіг. 2 - поздовжній розріз окремої ділянки з'єднання комбінованого трубопроводу високого тиску. Відповідно до корисної моделі комбінована труба високого тиску 8, яка зображена на фіг. 1 містить внутрішню герметичну циліндричну оболонку 1, яка складається з закріплених на її торцях металокомпозитних втулок 2 з використанням однієї із обраних типів різьблень 4, 5 та 6, яка залежить від розмірів циліндричної оболонки 1, та зовнішню силову оболонку 3. Зовнішній силовий елемент 3 складається з металокомпозитного матеріалу й утворений намотуванням герметичної оболонки по всій її поверхні комбінацією груп шарів низькомодульних та високомодульних гнучких безперервних волокон з металевого та композитного матеріалів, шляхом безперервного рівномірного перехресного намотування фольгою, сіткою, дротом, стрічкою різних форм перерізу, джгутів або тканих стрічок, що просочені зв'язуючим складом і які, в свою чергу, зорієнтовані в поздовжніх, спіральних та окружних напрямках, в послідовності необхідної товщини, що дозволяє істотно розширити ефективність функціонування і використання розглянутої конструкції, яка більшою мірою залежить від діаметра трубопроводу та тиску, під яким він буде працювати. Як композитний матеріал шарів силової оболонки можуть бути використані будь-які низькомодульні та високомодульні композити з числа відомих. Після виготовлення, зображені на фіг. 2 комбіновані труби високого тиску 8 та 9, за допомогою спеціальних металокомпозитних фітингів 7, збираються у трубопровід, який готовий до експлуатації. Трубопроводи, виготовлені за корисною моделлю, можуть бути прокладені як у закритих траншеях, так і на відкритих ділянках, тому що не потребують теплоізолюючого покриття та електротехнічного захисту від корозії. Таким чином, запропонована конструкція заявленої комбінованої труби високого тиску, отриманої промисловим шляхом, забезпечує можливість реалізації високоміцних герметичних трубопроводів, що транспортують рідину або газ, що знаходяться за надмірним тиском та 2 UA 112892 U 5 коливаннях температури. При цьому використання корисної моделі дозволить суттєво зменшити використання металу шляхом заміни металевих трубопроводів на комбіновані труби з металокомпозитних матеріалів, ширше використовувати високоефективні кріогенні палива, а також підвищити корозійну стійкість і довговічність використання трубопроводів із металокомпозитних матеріалів, що у кінцевому підсумку забезпечить великий економічний ефект, точне визначення величини якого на даний час представляє певну складність. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 25 1. Комбінована труба високого тиску, що містить внутрішню герметичну циліндричну оболонку, яка складається з торцевих металокомпозитних втулок з ділянками як метричної, так і конічної різьби, та елементами для закладання кільцевого, спірального та повздовжнього силових шарів, закріплених у полюсних отворах центральної циліндричної обичайки з композитного матеріалу, та зовнішню силову оболонку, утворену з армуючого металокомпозитного матеріалу комбінацією груп шарів. 2. Комбінована труба високого тиску за п. 1, яка відрізняється тим, що зовнішня силова оболонка складається із металокомпозитного матеріалу, утвореного комбінацією груп шарів низькомодульних та високомодульних гнучких безперервних волокон з металевого та композитного матеріалів, шляхом безперервного рівномірного перехресного намотування у вигляді металевих фольги, сітки, дроту, стрічки різних форм перерізу, зокрема круглого, квадратного, прямокутного, трикутного, трапецієвидного або овального перерізу, та кордових волокон з ниток, джгутів або тканих стрічок базальтового волокна, скловолокна, поліаміду та інших волокон з органічних та неорганічних матеріалів, просочених зв'язувальним складом, зорієнтованих, укладених і зафіксованих на герметичній циліндричній оболонці в поздовжніх, спіральних та окружних напрямках. 3 UA 112892 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4