CN208058172U - 复合锥形套筒 - Google Patents

Abstract

一种复合锥形套筒，包括套在管道上的套筒，所述套筒由截锥形式的固化复合材料制成，具有沿轴方向的圆柱形通道，所述通道的直径等于待维修的管道的外径；并具有侧壁，所述侧壁的内表面与所述套筒的外表面相对应，其中，所述侧壁由固化复合材料制成。本实用新型提高了维修管道的性能可靠性。

Description

复合锥形套筒

技术领域

本实用新型涉及复合锥形套筒，特别用于在不中断管道输送(水、油、天然气和其他液体和气体)的情况下维修管道缺陷区域和焊接接头缺陷，以及用于在管道建设阶段增强焊接接头。

背景技术

使用不同的装置维修管道，包括具有侧壁的装置，该侧壁由两个相互连接的部分组成，并且安装在管道缺陷区域周围，在所述侧壁的内表面和管道外表面之间存在间隙，该间隙填充未固化的复合材料(RU 113811U1，2012年2月27日；RU 129593U1，2013年6月27日；RU 2191317C2，2002年10月20 日；RU 2378560C1，2010年1月10日；SK 1995A3，1996年11月6日；GB 2210134A，1989年6月1日)。这种修复方法被称为“复合套筒技术”，简称CST。

CST具有各种的缺点，主要有：

1)由于在注入液体复合材料(特别是在缺陷上)时可能会形成气泡，管道和侧壁之间的空间存在复合材料填充不均匀的风险，这将无法提供有保证的维修质量，并且随后可导致将金属材料压入所出现的空腔，使管道开封。

2)在水下进行外金属侧壁弧焊非常复杂，从而限制了给定方法在维修水下管道中的应用；

3)必须提供主动保护，防止土壤腐蚀金属侧壁；

4)虽然具有相对较低的材料和维修结构部件成本，其安装的组织和技术措施的成本高昂，使整个维修成本膨胀。没有这些缺点的用于维修具有局部腐蚀缺陷的管道的聚合物套筒由若干层玻璃带构成，这些玻璃带通过粘合层相互连接并且沿周向覆盖管道，其中，套筒由两个分开的预制半部制成，设有铰接单元，铰接单元在端部处彼此接合，并且通过相对于管道轴线平行定向的联接轴连接(RU 2219423C2，2003年12月20日)。但是，这种维修结构还有其他巨大的缺点。因此，由于不存在金属侧壁，所以该套筒不能将维修区域修复到无缺陷的程度，因为预拉伸(先加热玻璃纤维套筒，然后通过冷却而使其收缩)不足以使玻璃纤维强度达到阻止套筒下方的缺陷推进到通孔。其原因是玻璃纤维的弹性模量比钢的弹性模量至少低七倍。此外，大块玻璃纤维结构的加热温度高达约160℃，在现场环境下很难达到。

根据RU2224169С2(2004年2月20日)，用于维修管道的套筒为已知，其中套筒包括带子，带子由在圆周方向具有波状轮廓的两个半套筒形式的预制复合材料制成，弹性垫面向带子，平滑轮廓面向管道。

这种套筒的主要缺点是利用技术橡胶作为弹性垫，其使用寿命为20万小时，即约23年。有关主要管道建设、开发和维修的俄罗斯标准和规范要求，用于这些用途的材料的使用寿命不得少于30年。因此，根据RU2224169С2 (2004年2月20日)所述的结构不能被视为主管道的连续维修手段。

根据US 2014048164A1(2014年2月20日)，提供了一种用于维修管道的方法，其中在修复区域中的管道的外圆周表面周围安装一个或多个压缩带，在所安装的压缩带上和维修区域管道的表面上涂覆耐腐蚀涂层，在维修区域涂覆的耐腐蚀(地面)涂层上缠绕复合外罩。

这种维修方法并不能对整个维修结构进行均匀的预拉伸，也不能对管道缺陷区域进行严密挤压，因此不能保证径向载荷从缺陷区域向外套筒罩均匀传递，这是这种维修结构的巨大缺点。

所提供的实用新型的原型是套筒(RU 148064U1，2014年7月14日)，其包括安装在管道上的套筒，所述套筒由两个半套筒组成，所述半套筒由固化复合材料制成，并且具有对应于管道直径的圆柱形内表面和圆锥形外表面，在其上方安装有金属侧壁，所述金属侧壁具有对应于复合套筒外表面的锥形形状，并且由通过弧焊预先连接的两个半部组成。复合套筒抵抗压缩，并提供从缺陷区域到金属侧壁的全负荷转移。

尽管在所提供的实用新型的原型中公开的解决方案没有上述两个最重要的 CST缺点(1和4)，但其仍然具有CST特有的两个缺点：

在水下进行外金属侧壁弧焊非常复杂，从而限制了给定方法在维修水下管道中的应用；

必须提供主动保护，防止土壤腐蚀金属侧壁。

所提供的实用新型旨在消除上述缺点。

实用新型内容

本实用新型所实现的技术成果在于，通过一种复合锥形套筒提高维修管道的性能可靠性，所述复合锥形套筒包括套在管道上的套筒，所述套筒由截锥形式的固化复合材料制成，具有沿轴方向的圆柱形通道，所述通道的直径等于待维修的管道的外径；并具有侧壁，所述侧壁的内表面与所述套筒的外表面相对应，其中，所述侧壁由固化复合材料制成。

构成套筒和侧壁的复合材料从玻璃纤维、碳纤维增强塑料和玄武岩塑料中选择。

套筒由复合材料制成，其抗压强度至少等于70MPa，这与复合材料在固化状态下的JSC“Transneft”要求一致，用于根据复合套筒技术维修主输油管道。

侧壁由弹性模量至少等于130GPa的复合材料制成，该弹性模量与管道钢材的弹性模量的值最为接近。

侧壁的长度小于套筒的长度，其值取决于要维修的管道的直径，范围为 50-200mm。

在运行状态下，套筒的端部相对于侧壁的端部突出。

套筒和侧壁由安装在管道上的至少两部分相互连接而成。

侧壁部分在其边缘上包括铰链，其通过铰链彼此连接，铰链与用于相应铰链的凹槽交替；其中，铰链设有内衬套，侧壁部分构造为通过连通所述内衬套的联接轴互相连接，当侧壁部分重合时，铰链进入相应的槽中；其中，联接轴具有平滑的圆柱形部分，其长度等于侧壁的长度，直径不超过衬套内径；并具有螺纹部分，在运行状态下，螺纹部分突出到侧壁外侧不小于50-100mm；联接轴一端设有止动件，另一端设有螺母，其通过与套筒抵接端抵接的垫圈，在轴的螺纹部分上以校准力进行螺纹连接。

止动构件可以实施为带垫圈的螺栓头。

根据所维修管道的材料、类型、工作条件和使用寿命，内衬套、联接轴、垫圈和螺母由金属或从玻璃纤维、碳纤维增强塑料，玄武岩塑料中选择的复合材料制成。

在一个维修结构中组合使用由金属或复合材料制成的内衬套、联接轴、垫圈和螺母。

附图说明

参考附图描述本实用新型。

图1展示了安装在具有缺陷的管道区域处的根据本实用新型所述的复合锥形套筒的缺陷区域开口的前视图；

图2展示了根据本实用新型所述的复合锥形套筒截面的侧视图，其中没有一个联接轴。

具体实施方式

复合锥形套筒包括：安装在管道1上的套筒2，其具有与管道的直径对应的圆柱形内表面；以及侧壁3，其构造为以其内表面安装在套筒的相应外表面上。套筒由固化复合材料制成，所述复合材料抵抗压缩并且提供从缺陷区域到侧壁的径向载荷传递；所述侧壁由弹性模量与钢类似(即拉伸性不良)的复合材料制成。在制造过程中，侧壁中的空腔11中填充有制造套筒的材料(例如，玻璃纤维)。

套筒2的外表面和侧壁3的内表面形成圆锥形。侧壁的外表面可以具有任何形状，特别是圆锥形。套筒2(参见图1)包括至少两个组成部分，其在安装到具有缺陷4的管道1上时相互连接。在所示的实施例中，套筒由两个组成部分2-a和2-b组成(参见图2)。维修大直径的管道以优化安装作业时，维修结构的部件变轻。为此，套筒和侧壁可以由三个或更多部分组成。

侧壁3由至少两个组成部分构成。在所示的实施例中，侧壁由通过轴5彼此连接的两个部分3-a和3-b组成，其中止动部件(例如，以螺栓头形式)设置在轴的一端。轴5穿过铰链9，铰链的内部设有衬套10。衬套旨在消除铰链内表面与轴之间的间隙，该间隙可能导致铰链内产生弯曲应力，并在其中形成裂纹。止动件通过垫圈6与侧壁分离。除固定功能之外，放置在轴5的另一端上的垫圈7和螺母8与轴5一起作为装置12，用于收紧套筒上的侧壁，以及对管道缺陷区域周围的维修结构进行校准挤压。为此，垫圈7具有加强的(例如，具有圆角的正方形)形状。

轴5、垫圈6和7以及螺母8和衬套10可以由金属和/或复合材料和聚合物材料制成，具体取决于待维修的管道区域的条件和剩余时间。

套筒2具有长于侧壁3的长度，用于在套筒的边缘处放置临时装置，例如具有棘轮和/或剥线夹的压缩带，用于在粘合剂粘着到管道时压紧和固定套筒。拧紧套筒上的侧壁时，交替移除带棘轮和/或剥线夹的压缩带。

使用根据本实用新型所述的复合锥形套筒时，按如下所述维修具有缺陷的管道。

在具有缺陷4的管道1的区域处，隔离涂层被移除到超过套筒2长度的程度。管道1的表面清除了隔离和腐蚀的残留物。缺陷4的空腔填充有调平材料，例如Etal塑料土。在管道1的清洁表面上涂覆Etal 45等的粘合剂化合物，并安装套筒2。在管道1上安装期间，套筒2的组成部分通过侧边缘粘附连接。套筒的两个部分2-a和2-b通过任意布置(例如，具有棘轮的压缩带) 拉到一起，通过制动楔等剥线夹固定在端部，然后除去带子。侧壁的组成部分3-a和3-b通过轴5，经垫圈6和7连接以形成实心侧壁3，并且将螺母8拧在轴5的端部上。此后，在套筒2的外表面上涂覆粘合剂化合物，侧壁3沿着套筒2上的管道1的轴线移动，使得垫圈7移动超过套筒2的边缘，然后通过拧紧螺母8，直到侧壁3的内表面与套筒2的外表面完全重合来进一步拧紧套筒 2上的侧壁3，并且达到制造公司在说明书中指出的固定螺母的额定力，其针对所安装的维修结构设置，取决于侧壁3的材料以及待维修的管道1的类型和操作条件。通过预定长度的测力扳手达到拧紧校准力。用校准力将侧壁3的组成部分拉紧在一起以执行组装的维修结构的预拉伸和维修区域的额定挤压，以便提供紧密的密封以及从弱化的缺陷区域到复合侧壁3上的套筒2的径向负载的有效传递，其在管道的整个使用寿命期间不弱于无缺陷钢管的强度特性。

因此，侧壁3通过轴5固定在套筒2上，该轴与设有嵌入式衬套10的铰链9连通(位于侧壁的组成部分的侧壁上，使用止动件5、垫圈6、7和螺母 8)。

然后，维修区域被隔离，例如通过与旧隔离层重叠的热收缩带来完成。

本复合锥形套筒所用材料的耐腐蚀性、高强度特性、密封性和介电性能，套筒的锥形外表面和内表面侧壁与粘合剂化合物一起确保了消除套筒和侧壁之间以及管道与套筒之间的间隙，增加了维修管道的性能可靠性，使其达到无缺陷的水平。

根据本实用新型所述的复合锥形套筒不需要任何进一步的布置来紧固复合套筒上的侧壁，并且不需要在操作时保护侧壁免于从套筒中滑动。这些功能通过端部具有螺纹的联接轴以及相应的垫圈和螺母进行。在用粘合剂化合物预先涂覆的锥形复合套筒的外表面上用校准力拧紧时，由两个或更多个部分组装的侧壁呈现其结构位置并将所产生的径向力传递给锥形套筒，然后将其粘附到管道的缺陷区域，将所述力传递给它，从而预拉伸维修结构，并用计算所确定的力挤压管道，结合在该复合锥形套筒中使用的材料的耐腐蚀性、高强度特性、密封和介电特性使得维修区域在管道的整个剩余使用寿命中达到无缺陷管道的状态。

本实用新型允许维修地面和水下的管道。根据本实用新型所述的套筒的应用优化了维修操作的时间和成本，因为不需要焊接以及提升、提升和其他机构；由于套筒和侧壁由两个或更多个部分组成，并且在固化复合材料的车间条件下制造，其比由钢制成的类似部件轻许多倍。此外，所提供的复合锥形套筒不需要像在原型中使用外金属侧壁时或复合套筒维修时那样使用针对土壤腐蚀的主动保护(例如与管道的电连接、阴极保护站或保护器)。

制造公司指定的制造复合锥形套筒所使用的复合材料的使用寿命不少于30 年。

Claims (7)

1.一种复合锥形套筒，包括套在管道上的套筒，所述套筒由截锥形式的固化复合材料制成，具有沿轴方向的圆柱形通道，所述通道的直径等于待维修的管道的外径；并具有侧壁，所述侧壁的内表面与所述套筒的外表面相对应，其特征在于，所述侧壁由固化复合材料制成。

2.根据权利要求1所述的复合锥形套筒，其特征在于，构成所述套筒和所述侧壁的复合材料从玻璃纤维、碳纤维增强塑料和玄武岩塑料中选择。

3.根据权利要求1所述的复合锥形套筒，其特征在于，所述套筒由抗压强度至少等于70MPa的复合材料制成。

4.根据权利要求1所述的复合锥形套筒，其特征在于，所述侧壁由弹性模量至少等于130GPa的复合材料制成。

5.根据权利要求1所述的复合锥形套筒，其特征在于，所述套筒和所述侧壁由安装在管道上的至少两部分相互连接而成。

6.根据权利要求5所述的复合锥形套筒，其特征在于，所述侧壁部分在其边缘上包括铰链，其通过所述铰链彼此连接，所述铰链与用于相应铰链的凹槽交替；其中，所述铰链设有内衬套，所述侧壁部分构造为通过连通所述内衬套的联接轴互相连接，当所述侧壁部分重合时，所述铰链进入相应的槽中；其中，所述联接轴具有平滑的圆柱形部分，其长度等于侧壁的长度，直径不超过所述衬套内径；并具有螺纹部分，在运行状态下，所述螺纹部分突出到所述侧壁外侧不小于50-100mm；所述联接轴一端设有止动件，另一端设有螺母，其通过与所述套筒抵接端抵接的垫圈，在所述轴的螺纹部分上以校准力进行螺纹连接。

7.根据权利要求6所述的复合锥形套筒，其特征在于，所述内衬套、所述联接轴、所述垫圈和所述螺母由金属或从玻璃纤维、碳纤维增强塑料、玄武岩塑料中选择的复合材料制成。