Центрирующее устройство для обеспечения соосности конструкции типа “труба в трубе”

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЦЕНТРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СООСНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ТИПА ТРУБА В ТРУБЕ(71) Заявитель Левчук Георгий Константинович(72) Автор Левчук Георгий Константинович(73) Патентообладатель Левчук Георгий Константинович(57) 1. Центрирующее устройство для обеспечения соосности конструкции типа труба в трубе, выполненное из упруго-эластичного полимерного материала в виде разомкнутого кольца или плоской гибкой ленты с возможностью монтажа на внутреннюю трубу, содержащее на концах разомкнутого кольца или плоской гибкой ленты приспособление, позволяющее прочно соединять друг с другом концы, по меньшей мере две ножки равной высоты,расположенные с одинаковым интервалом на наружной поверхности разомкнутого кольца в радиальном направлении или перпендикулярно на наружной поверхности плоской гибкой ленты и выполненные заодно с наружной поверхностью, а с внутренней стороны разомкнутого кольца или с обратной стороны плоской гибкой ленты выполнены опорные выступы, являющиеся продолжением ножек, по меньшей мере на одной ножке выполнено приспособление для фиксации металлических проводников системы оперативного дистанционного контроля, на верхней части ножек с одной стороны выполнены фаски, отличающееся тем, что содержит удлинители, выполненные из полимерного материала, с возможностью установки, по меньшей мере, на верхнюю часть каждой ножки по меньшей мере одного удлинителя с увеличением общей высоты ножки на заданную величину, при этом каждый удлинитель в верхней части выполнен с фаской, а верхняя часть, по меньшей мере, части каждой ножки конструктивно выполнена в виде посадочного гнезда, предназначенного для монтажа на нем удлинителя, а нижняя часть каждого удлинителя выполнена в виде соответствующей ответной части посадочного гнезда, причем посадочное гнездо ножки и ответная часть посадочного гнезда удлинителя выполнены с возможностью прочного монтажного соединения удлинителя с ножкой, а удлинитель на ножке закреплен склеиванием, или сваркой нагретым инструментом, или сваркой нагретым до вязко-текучего состояния полимерным материалом, или резьбовым соединением, или замковым соединением, или неразъемным соединением с помощью крепежных элементов. 2. Центрирующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что форма и размеры посадочного гнезда ножки и форма и размеры ответной части посадочного гнезда удлинителя выполнены одинаковыми. 18184 1 2014.04.30 3. Центрирующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит более одного удлинителя для каждой ножки, удлинители выполнены с возможностью увеличения общей высоты ножки на различную заданную величину. 4. Центрирующее устройство по п. 3, отличающееся тем, что удлинители выполнены с возможностью увеличения общей высоты ножки на заданную величину, выбранную из дискретного ряда величин, предпочтительно из дискретного ряда величин, содержащего значения с равным шагом, предпочтительно с шагом 3 мм. 5. Центрирующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что устройство фиксации металлических проводников системы оперативного дистанционного контроля расположено предпочтительно посредине высоты ножки. 6. Центрирующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что выполнено из полимерного материала, выбранного из группы, включающей, по меньшей мере, полиэтилен и полипропилен. Изобретение относится к конструкциям типа труба в трубе, в частности к устройствам центрирования и фиксации соосного расположения внешней трубы относительно внутренней трубы, и может быть использовано, например, при изготовлении предварительно термоизолированных труб (далее - ПИ-трубы) и предварительно термоизолированных фасонных изделий (далее - ПИ-фасонные изделия). Широко известно применение трубопроводов из ПИ-труб и ПИ-фасонных изделий для транспортировки жидких веществ (например, нефти и нефтепродуктов), газов, а также охлажденных жидкостей, когда требуется свести до минимума теплообмен между транспортируемым веществом и окружающей средой. Важной областью применения ПИ-труб и ПИ-фасонных изделий являются тепловые сети и трубопроводы горячего водоснабжения и отопления населенных пунктов и промышленных объектов. Технические требования к ПИ-трубам и ПИ-фасонным изделиям и их типоразмеры в области теплоэнергетики регламентируются рядом национальных и международных стандартов, в частности СТБ 2252-2012, СТБ 2270-2012, ГОСТ 307322006,253,448. ПИ-труба представляет собой жесткую конструкцию, состоящую из металлической или пластиковой внутренней (проводящей) трубы, по которой производится транспортировка жидкого или газообразного вещества. Поверх внутренней трубы соосно с ней смонтирована наружная пластиковая или металлическая труба (далее - труба-оболочка), а межтрубное пространство между наружной поверхностью внутренней трубы и внутренней поверхностью трубы-оболочки заполнено термоизоляционным материалом, преимущественно жестким пенополиуретаном. Дополнительно вдоль оси ПИ-трубы в толще термоизоляции, как правило, протянуто два (или более) неизолированных металлических проводника системы оперативного дистанционного контроля состояния термоизоляции(далее - СОДК). При изготовлении ПИ-труб используются центрирующие устройства, часто называемые также центрирующими опорами или центраторами, монтируемые с шагом порядка 0,8-1,5 м на наружной поверхности проводящей трубы и обеспечивающие ее соосность с трубой-оболочкой, а также фиксацию проводников СОДК примерно в средней части слоя термоизоляции. Для того чтобы ПИ-труба или ПИ-фасонное изделие полностью удовлетворяли требованиям вышеупомянутых действующих стандартов, центрирующие устройства, как их неотъемлемый конструктивный элемент, должны обладать рядом важных характеристик,а именно 1) центрирующее устройство должно обеспечивать точное центрирование проводящей трубы и трубы-оболочки в пределах установленных стандартами допустимых отклонений 2) конструкция центрирующего устройства должна обеспечивать его прочную и неподвижную фиксацию на наружной поверхности проводящей трубы 2 18184 1 2014.04.30 3) центрирующее устройство должно обладать достаточной гибкостью и механической прочностью, а также сохранять свою форму и целостность в процессе монтажа трубы-оболочки, перемещений собранной заготовки ПИ-трубы и размещения ее на технологическом оборудовании (рольганги, столы для заливки пенополиуретана, стеллажи и др.). Это требование особенно важно в случае ПИ-труб больших диаметров, масса которых может составлять более тонны 4) центрирующее устройство должно быть выполнено из материала с низкой теплопроводностью, чтобы исключить возникновение мостиков теплопередачи между транспортируемым по проводящей трубе веществом и окружающей средой 5) материал, из которого изготовлено центрирующее устройство, должен обладать хорошими диэлектрическими свойствами при рабочей температуре транспортируемого по проводящей трубе вещества 6) материал, из которого выполнено центрирующее устройство, должен быть термостойким и механически достаточно прочным при температуре не менее 150 С, которая может развиться в межтрубном пространстве в результате экзотермической реакции полиола с изоцианатом при формировании термоизоляции из жесткого пенополиуретана 7) центрирующее устройство должно иметь не менее одного (предпочтительно два и более) приспособления для надежной фиксации проводников СОДК в межтрубном пространстве и предотвращения их касания к металлическим элементам ПИ-трубы. С учетом вышеизложенных требований к основным характеристикам центрирующих устройств рассмотрим далее их известные типы. Известно центрирующее устройство 1, выполненное из полипропилена или полиэтилена в виде хомута (разомкнутого кольца), на концах которого имеется стяжной замок. На внешней поверхности хомута имеются радиально расположенные пластинчатые ножкистойки одинаковой высоты с опорными утолщениями на концах и не менее двух приспособлений для фиксации проводников СОДК, выполненных в виде ушек с отверстиями в центре. Размеры хомута со стяжным замком и высота ножек с упорами на концах подобраны для монтажа на проводящую трубу определенного наружного диаметра и обеспечения соосности трубы-оболочки относительно проводящей трубы при определенной величине зазора между ними в радиальном направлении. Известно центрирующее устройство 2, выполненное из полипропилена или полиэтилена в виде разомкнутого кольца, диаметр которого подобран с возможностью монтажа на внутреннюю трубу в конструкции типа труба в трубе. В радиальном направлении от наружной поверхности кольца расположены с примерно одинаковым интервалом пластинчатые стойки (иногда называемые ножки) равной высоты. Высота ножек подобрана таким образом, что обеспечивает соосное размещение трубы-оболочки относительно внутренней (проводящей) трубы при определенной величине зазора между ними в радиальном направлении. Центрирующее устройство согласно 2 снабжено также минимум двумя приспособлениями для фиксации проводников СОДК (в виде ушек с отверстием в центре) и утолщенными упорами на концах ножек, а внешние концы ножек с одной стороны имеют дополнительно фаску, облегчающую монтаж трубы-оболочки. Для увеличения надежности и прочности фиксации центрирующего устройства на проводящей трубе оно имеет приспособление для замыкания кольца. Известно центрирующее устройство 3, предназначенное для обеспечения соосности трубы нефтепродуктопровода и наружной защитной трубы, состоящее из нескольких сегментов, изготовленных из пластика, обладающего диэлектрическими свойствами. Каждый из сегментов имеет адаптированное для монтажа на проводящую трубу плоское основание и выполненный в радиальном направлении заодно с ним зубчатый выступ (ножку). На концах основания каждого сегмента имеются специальные приспособления для прочного механического соединения сегментов друг с другом в кольцо при монтаже на внутренней трубе. Смонтированные на внутренней трубе центрирующие устройства позволяют по 3 18184 1 2014.04.30 вершинам их зубчатых выступов надвинуть наружную защитную трубу поверх внутренней трубы и обеспечить соосность конструкции типа труба в трубе. Известно центрирующее устройство 4, предназначенное для соосного центрирования наружной защитной трубы и трубчатого теплового экрана с внутренней трубой, по которой транспортируется криогенная жидкость. Данное центрирующее устройство выполнено в виде двух половинок тонкостенной протяженной трубы с приспособлениями в виде механических защелок вдоль каждого продольного края трубчатого сегмента центрирующего устройства, предназначенных для прочного соединения двух сегментов при монтаже их на внутреннюю трубу. На наружной поверхности сегмента центрирующего устройства имеются два продольных выступающих паза для монтажа ножек центрирующего устройства. В конструкции криогенного трубопровода смонтированное из двух сегментов на проводящей трубе центрирующее устройство с помощью выступающих на его поверхности пазов и смонтированных в пазах ножек обеспечивает соосное расположение проводящей трубы, теплового экрана и наружной защитной трубы. Известно центрирующее устройство 5, предназначенное для протяжки электрического кабеля с изоляционным покрытием внутри защитной гофрированной гибкой трубы. Данное центрирующее устройство выполнено в виде кольца, диаметр отверстия которого примерно равен диаметру кабеля, а внутренняя поверхность кольца имеет овальную форму, обеспечивающую беспрепятственное скольжение центрирующего устройства по наружной поверхности электроизоляции кабеля. Наружная поверхность кольца имеет волнообразные пазы, форма которых соответствует внутренней форме гофрированной защитной трубы, что позволяет ввинчивать центрирующее устройство внутрь гофрированной трубы. Снаружи гофрированной защитной трубы в месте расположения внутреннего кольца дополнительно навинчивается второе наружное кольцо с внутренней резьбой, соответствующей наружному рельефу гофрированной защитной трубы. Оба кольца центрирующего устройства в смонтированном состоянии обеспечивают его прочную фиксацию относительно наружной гофрированной трубы и соосное расположение кабеля внутри нее. Известно приспособление для обеспечения соосности внутренней и наружной труб 6 в горнопроходческом буре двухтрубной конструкции типа труба в трубе, в котором по внутренней трубе производится закачка специальной жидкости в зону бурения, а по межтрубному пространству удаляется материал разрушенной породы. Данное приспособление выполнено в виде стальной прямоугольной пластинки, имеющей на одной стороне углубление, в которое вставляется специальная антифрикционная опора. Суммарная толщина пластинки со вставленной в углубление антифрикционной опорой подобрана таким образом, что приблизительно равна величине межтрубного пространства в радиальном направлении. Пластинки привариваются к наружной поверхности внутренней трубы по три штуки в одном сечении в нескольких местах вдоль внутренней трубы, затем в углубления пластинок вставляются антифрикционные опоры. В собранном состоянии внутренняя труба располагается соосно с наружной трубой буровой штанги, что обеспечивается центрирующими приспособлениями. Известно центрирующее устройство 7, имеющее форму кольца, на наружной поверхности которого в радиальном направлении выполнены пластинчатые парные выступы с привинченными подвижными роликами. Центрирующее устройство монтируется на внутренней трубе и обеспечивает соосность коаксиальной трубной конструкции. Все рассмотренные выше известные центрирующие устройства различного конструктивного исполнения имеют общий весьма существенный недостаток, а именно они могут достаточно хорошо обеспечивать соосность конструкции ПИ-трубы или любой другой конструкции типа труба в трубе только при определенном сочетании наружного диаметра проводящей трубы и внутреннего диаметра трубы-оболочки, т.е. при строго определенной величине зазора между проводящей трубой и трубой-оболочкой в радиальном направлении. На практике же применяются ПИ-трубы со множеством различных значений 4 18184 1 2014.04.30 толщины термоизоляционного слоя (например, ГОСТ 30732-2006), т.е. при неизменном значении наружного диаметра проводящей трубы внутренний диаметр трубы-оболочки может иметь несколько существенно различающихся значений. Это означает, что для обеспечения точности центрирования (соосности) трубы-оболочки и проводящей трубы в пределах установленного стандартами допуска необходимо производить и использовать много центрирующих устройств с одинаковым номинальным диаметром посадки на внутреннюю трубу и с несколькими адекватно подобранными значениями высоты ножек. Кроме того, внутренний диаметр трубы-оболочки зависит от материала, из которого она изготовлена. Действующими стандартами установлен ряд номинальных значений наружного диаметра и толщины стенки труб-оболочек из полиэтилена и тонколистовой оцинкованной стали, применяемых для изготовления ПИ-труб и ПИ-фасонных изделий. При этом с увеличением наружного диаметра толщина стенки полиэтиленовых трубоболочек существенно возрастает (от 2,2 до 19,6 мм по ГОСТ 30732-2006), в то время как толщина стенки труб-оболочек, изготовленных из тонколистовой оцинкованной стали,изменяется мало и не превышает 1,0 мм (ГОСТ 30732-2006). Это означает, что для обеспечения необходимой точности центрирования проводящей трубы, например, наружным диаметром 1020 мм с трубой-оболочкой наружным диаметром 1200 мм необходимо иметь два исполнения центрирующих устройств (отдельно для полиэтиленовой и для стальной труб-оболочек), различающихся по высоте ножек примерно на 15 мм. Второй общий существенный недостаток центрирующих устройств известных конструкций - это одинаковая высота всех ножек одного центрирующего устройства. На практике этот недостаток известных центрирующих устройств значительно усложняет сборку некоторых видов ПИ-фасонных изделий, имеющих изогнутые участки стальной проводящей трубы, наружная труба-оболочка которых изготавливается из сегментов прямой полиэтиленовой трубы-оболочки или из сегментов спирально-навивного воздуховода из тонколистовой оцинкованной стали. В поперечном сечении толщина термоизоляционного слоя на изогнутых участках таких изделий в разных радиальных направлениях варьируется в широких пределах и может уменьшаться в некоторых местах до 50 от ее номинального значения на прямых участках изделия (например 448), значительно увеличиваясь при этом в диаметрально противоположном направлении. Установить известное центрирующее устройство с одинаковой высотой ножек в таком сечении ПИ-фасонного изделия весьма проблематично. Для этого на практике иногда обрезают ножки центрирующих устройств в разных радиальных направлениях до необходимой длины. В случае же ПИ-фасонных изделий больших диаметров центрирующее устройство для установки на криволинейном участке проводящей трубы собирают из нескольких видов сегментных ленточных центрирующих устройств, имеющих различную высоту ножек. Однако такая подгонка известных центрирующих устройств требует много ручного труда и далеко не всегда приводит к удовлетворительному результату. Таким образом, для обеспечения достаточной степени соосности проводящей трубы и трубы-оболочки ПИ-труб всех типоразмеров и исполнений требуется обширный ассортимент центрирующих устройств известных конструкций, а в упомянутом выше случае установки центрирующих устройств на изогнутых частях проводящей трубы ПИ-фасонных изделий известные центрирующие устройства могут иметь лишь весьма ограниченное применение. Учитывая то обстоятельство, что центрирующие устройства изготавливаются, как правило, из полипропилена и/или полиэтилена и их сополимеров методом литья под давлением,то производство широкого ассортимента центрирующих устройств ведет к большим дополнительным затратам на дорогостоящее технологическое оборудование и литьевые формы, требует дополнительных складских площадей и ухудшает процесс логистики. Третий общий существенный недостаток известных центрирующих устройств заключается в том, что в их конструкции изначально не предусмотрена возможность оперативного 5 18184 1 2014.04.30 варьирования высоты ножек до необходимой величины потребителем непосредственно на производстве ПИ-труб и ПИ-фасонных изделий, а также возможность варьирования высоты одной или всех ножек одного центрирующего устройства до разной высоты с целью обеспечения требуемой точности соосности проводящей трубы и трубы-оболочки ПИтрубы или ПИ-фасонного изделия различных исполнений. Наиболее близкими по технической сущности и достигаемым результатам являются центрирующие устройства по 1 и 2. Задачами, на решение которых направлено настоящее изобретение, являются создание центрирующего устройства с регулируемой высотой ножек, обеспечение возможности оперативного регулирования высоты ножек центрирующих устройств до нужных значений самим потребителем непосредственно при сборке ПИ-труб и ПИ-фасонных изделий или других изделий типа труба в трубе, увеличение универсальности применения центрирующих устройств, повышение точности центрирования проводящей трубы и наружной трубы. Достигаемый технический результат заключается в том, что уменьшается ассортимент центрирующих устройств, необходимых для производства ПИ-труб и ПИ-фасонных изделий всех типоразмеров и исполнений, упрощается процесс монтажа центрирующих устройств при производстве ПИ-труб и ПИ-фасонных изделий, обеспечивается более точное центрирование проводящей трубы и трубы-оболочки, особенно на изогнутых участках ПИ-фасонных изделий, улучшается равномерность распределения толщины термоизоляционного слоя в изделиях, за счет чего повышаются их теплоизоляционные характеристики, а также снижаются производственные затраты на изготовление уменьшенного ассортимента необходимых центрирующих устройств. Поставленные задачи решаются, а технический результат достигается в заявляемом центрирующем устройстве, предназначенном для обеспечения соосности конструкции типа труба в трубе, выполненном из упруго-эластичного полимерного материала и имеющем приспособление для монтажа на внутреннюю трубу в виде разомкнутого кольца или плоской гибкой ленты, на концах кольца или ленты выполнено приспособление, позволяющее прочно соединять друг с другом концы кольца или ленты, а в радиальном направлении от наружной поверхности кольца или перпендикулярно плоскости одной поверхности ленты выполнены заодно с ними расположенные с примерно одинаковым интервалом не менее двух стоек (ножек) равной высоты, на концах ножек с одной стороны могут быть выполнены фаски, а с внутренней стороны кольца или с обратной стороны ленты заодно могут быть выполнены опорные выступы, являющиеся продолжением ножек, по меньшей мере на одной ножке выполнено приспособление для фиксации металлических проводников системы оперативного дистанционного контроля, за счет того, что содержит удлинители, выполненные из полимерного материала, с возможностью установки, по меньшей мере, на верхнюю часть каждой ножки по меньшей мере одного удлинителя с увеличением общей высоты ножки на заданную величину, при этом каждый удлинитель в верхней части выполнен с фаской, а верхняя часть, по меньшей мере, части каждой ножки конструктивно выполнена в виде посадочного гнезда, предназначенного для монтажа на нем удлинителя, а нижняя часть каждого удлинителя выполнена в виде соответствующей ответной части посадочного гнезда, причем посадочное гнездо ножки и ответная часть посадочного гнезда удлинителя выполнены с возможностью прочного монтажного соединения удлинителя с ножкой, а удлинитель на ножке закреплен склеиванием, или сваркой нагретым инструментом, или сваркой нагретым до вязко-текучего состояния полимерным материалом, или резьбовым соединением, или замковым соединением, или неразъемным соединением с помощью крепежных элементов. В заявляемом центрирующем устройстве базовая (исходная) высота ножек подобрана таким образом, что обеспечивает в пределах допуска по СТБ 2252-2012 и ГОСТ 307326 18184 1 2014.04.30 2006 соосность размещения трубы-оболочки на проводящей трубе определенного наружного диаметра при минимально возможной разнице внутреннего диаметра трубыоболочки и наружного диаметра проводящей трубы (т.е. при минимальной толщине термоизоляционного слоя согласно вышеуказанным стандартам). Форма и размеры посадочного гнезда ножки и форма и размеры ответной части посадочного гнезда удлинителя выбраны одинаковыми для всех ножек одного центрирующего устройства. Удлинители имеют предпочтительно более двух исполнений, различающихся по номинальному значению увеличения высоты ножки со смонтированным удлинителем, причем номинальные значения увеличения высоты ножки центрирующего устройства со смонтированным удлинителем образуют дискретный ряд значений, например, 3, 6, 9 мм и т.д. или любой другой подходящий дискретный ряд значений. Выбором удлинителя необходимой номинальной высоты обеспечивается возможность увеличения высоты каждой ножки центрирующего устройства до необходимого значения,причем при необходимости каждую ножку одного центрирующего устройства можно отрегулировать на разную дискретную высоту с помощью соответственно подобранных удлинителей из стандартного набора. Заявляемое центрирующее устройство монтируется следующим образом. В зависимости от конструкции ПИ-трубы или ПИ-фасонного изделия, а также в зависимости от наружного диаметра проводящей трубы и внутреннего диаметра трубыоболочки определяют необходимость установки удлинителя для каждой ножки центрирующего устройства, а также требуемую высоту удлинителя. Далее выполняют монтаж удлинителей на ножках центрирующего устройства, совмещая ответную часть посадочного гнезда удлинителя с посадочным гнездом ножки и прочно закрепляя его одним из вышеуказанных способов в зависимости от конкретного конструктивного исполнения посадочного гнезда и его ответной части. Далее центрирующие устройства со смонтированными удлинителями (если есть) устанавливают с шагом примерно 0,8-1,5 м вдоль всей длины проводящей трубы и протягивают сквозь устройства для фиксации проводников СОДК, имеющиеся на ножках, два(или более) проводника вдоль всей проводящей трубы изделия, фиксируют их расположение и выполняют монтаж трубы-оболочки, продвигая проводящую трубу со смонтированными центрирующими устройствами внутрь трубы-оболочки. Межтрубное пространство собранной заготовки изделия заполняют термоизоляционным материалом, как правило пенополиуретаном. Источники информации 1.235082901,2009. 2.1095 , 2003. 3.4182378, 1980. 4.4233816, 1980. 5.4246937, 1981. 6.4280535, 1981. 7.3103867 1, 1982. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7