Трубное соединение

 

Изобретение относится к соединениям трубопроводов, предназначенных для транспортировки текучих и газообразных сред. Трубное соединение содержит две трубы и промежуточный стопорный элемент, на первой трубе закреплена охватывающая концевая часть, а на второй - охватываемая концевая часть. Охватываемая концевая часть снабжена буртом, имеющим коническую и цилиндрические поверхности, соединяемые в процессе сборки с соответствующими поверхностями охватывающей концевой части, цилиндрические поверхности которой разделены кольцевым пазом из двух канавок, в одной из которых, большего диаметра, установлен промежуточный стопорный элемент в виде разрезного пружинного кольца или тора и предназначен для размещения между вогнутой поверхностью бурта и поверхностью закругленной канавки. При использовании изобретения обеспечивается возможность бесфланцевого соединения цилиндрических трубчатых элементов с повышением надежности в работе, улучшение качества соединения при снижении стоимости и сокращении продолжительности выполнения монтажно-демонтажных работ. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, может быть применено в гидравлических и пневматических системах для подъема и транспортирования жидких или газообразных сред и предназначено для соединения элементов трубопроводов.

Известно устройство для соединения труб [1], в котором концы труб сопряжены посредством стопорного элемента, размещенного в кольцевой канавке раструба и выполненного в виде пружинного конусного кольца.

Это устройство сложно в изготовлении и недостаточно надежно в эксплуатации.

Из известных аналогов наиболее близким к заявляемому соединению трубчатых элементов является стопорное соединение трубчатых элементов [2], включающее охватываемый гладкий конец трубы и охватывающую его конечную часть, выполненную в виде раструба, в котором выполнены первая и вторая выемки для размещения стопорного металлического плоского разрезного кольца и элементы для последовательного расширения кольца, благодаря чему происходит блокирование соединения.

Недостатком этого соединения являются сложность изготовления и, как следствие, невысокая надежность и качество соединения, а также продолжительность и высокая стоимость проведения операций монтажа-демонтажа, особенно в полевых условиях.

Задачей предложенного изобретения является повышение эксплуатационной надежности, качества и долговечности конструкций и сокращение продолжительности и стоимости выполнения монтажно-демонтажных работ.

Техническим результатом предложенного трубного соединения является повышение надежности и качества соединения за счет перераспределения нагрузок на концевые корпусные элементы соединения с обеспечением сокращения трудозатрат и продолжительности выполнения монтажных и демонтажных операций, причем не требующих взаимного поворота. Кроме того, заявленное изобретение обеспечивает повышение срока службы соединения.

Для достижения технического результата в трубном соединении, содержащем промежуточный элемент и две сочленяемые трубы, на первой из которых закреплена охватывающая концевая часть, а на второй трубе закреплена охватываемая концевая часть, согласно изобретению, по крайней мере, часть внутренней поверхности охватываемой концевой части второй трубы образована первой и второй цилиндрическими поверхностями, сопряженными между собой посредством бурта, причем внешний диаметр первой цилиндрической поверхности охватываемой концевой части меньше внешнего диаметра второй цилиндрической поверхности охватываемой концевой части, первая цилиндрическая поверхность охватываемой концевой части сопряжена с первым краем конической поверхности бурта, имеющим сечение диаметром меньшим, чем диаметр сечения второго края конической поверхности бурта, сопряженного с первым краем цилиндрической поверхности бурта, второй край которой сопряжен с первым краем вогнутой поверхности бурта, второй край которой сопряжен с краем второй цилиндрической поверхности, сопряженной с внешней поверхностью второй трубы, а, по крайней мере, часть внешней поверхности охватывающей концевой части первой трубы образована цилиндрическими поверхностями, первая из которых, имеющая радиус больший, чем внутренний радиус второй цилиндрической поверхности охватывающей концевой части первой трубы, сопряжена с первым краем закругленной канавки, глубина которой меньше толщины промежуточного стопорного элемента, второй край закругленной канавки сопряжен с первым краем дополнительной канавки, глубина которой больше толщины промежуточного стопорного элемента, а второй край дополнительной канавки сопряжен с краем второй цилиндрической поверхности охватывающей концевой части, сопряженной с внешней поверхностью первой трубы, причем промежуточный стопорный элемент, выполненный упругим, предназначен для размещения между вогнутой поверхностью бурта и поверхностью закругленной канавки.

Возможно такое выполнение трубного соединения, при котором вогнутая поверхность бурта и закругленная канавка выполнены таким образом, что величины их диаметров скругления, лежащих в плоскости, в которой лежит продольная ось труб, меньшие либо равны толщине промежуточного стопорного элемента, равной диаметру сечения материала, из которого изготовлен стопор.

Внешняя поверхность охватываемой концевой части второй трубы снабжена резьбовым участком для установки гайки, обеспечивающей фиксацию концевой части первой трубы относительно концевой части второй трубы при механическом контакте торца гайки с торцевой поверхностью концевой части первой трубы и возможность демонтажа соединения при помощи диаметрально разрезной втулки, выполненной в виде двух полувтулок.

Для предотвращения возможности поворота первой трубы относительно второй трубы концевая часть первой трубы выполнена со шлицами, взаимно соответствующими шлицам, выполненным во второй трубе.

На внешней цилиндрической поверхности второй трубы могут быть выполнены канавки, предназначенные для установки уплотнительных элементов, входящих в соприкосновение со второй цилиндрической поверхностью концевой части первой трубы.

Трубное соединение может быть выполнено таким образом, что внутренний диаметр первой цилиндрической поверхности первой трубы, выполненной охватывающей, больше диаметра цилиндрической поверхности бурта.

Возможно выполнение соединения так, что промежуточный стопорный элемент может быть выполнен в виде тора, разрезанного по плоскости, в которой лежит ось вращения тора.

Заявленное трубное соединение выполнено таким образом, что промежуточный стопорный элемент может быть изготовлен из пружинящего материала.

Сущность заявленного трубного соединения поясняется чертежами, где: на фиг.1 изображено трубное соединение в собранном состоянии, на фиг. 2 изображено приспособление в виде двух полувтулок, применяемых при демонтаже соединения секций.

Заявленное изобретение согласно фиг.1 реализуется с помощью соединения, по крайней мере, двух труб: первой 1 и второй 2. Каждая из сочленяемых труб содержит цилиндрическую деталь, на торцах которой расположены концевые части, выполненные в виде охватывающей части 4 первой трубы 1 и охватываемой части 5 второй трубы 2, служащие для выполнения соединения.

Концевая часть 5 второй трубы 2 выполнена охватываемой, а концевая часть 4 первой трубы 1 - охватывающей.

Концевая часть 5 второй трубы 2 содержит шлицы 10, первую цилиндрическую поверхность 11 с канавкой под уплотнительное кольцо 12, бурт 13, вторую цилиндрическую поверхность 14 и наружный резьбовой участок 15. При этом наружный диаметр шлицев 10 меньше наружного диаметра поверхности 11, первая цилиндрическая поверхность 11 соединена с буртом 13 при помощи конуса 16, а бурт 13 имеет цилиндрическую часть, сопряженную со второй цилиндрической поверхностью 14 посредством скругления 17.

Концевая часть 4 первой трубы 1 содержит шлицы 18, первую 19, вторую 20 и третью 21 цилиндрические поверхности. Первая цилиндрическая поверхность 19 сопряжена со второй цилиндрической поверхностью 20 посредством конусной поверхности 22, а вторая цилиндрическая поверхность 20 сопряжена с третьей цилиндрической поверхностью 21 посредством двух кольцевых канавок: большего диаметра 23 и меньшего диаметра 24. В канавке 23 расположен упругий стопор 25, выполненный, например, в виде разрезного кольца, круглого в поперечном сечении, с диаметром, условно обозначенным d, равным толщине промежуточного стопорного элемента. Предпочтительно выполнение упругого стопора из пружинящего материала.

Размеры показанных на фиг.2 элементов концевой части 4 первой трубы 1 связаны с размерами элементов концевой части 5 второй трубы 2 следующими соотношениями: - шлицы 18 и 10 выполнены по размерам стандартного шлицевого соединения; - цилиндрическая поверхность 19 и цилиндрическая поверхность 11 выполнены таким образом, что зазор между указанными поверхностями в собранном состоянии обеспечивает герметичность уплотнительного кольца 12 и соосность концевой части 4 и концевой части 5; - внутренняя поверхность конуса 22 практически повторяет внешнюю поверхность конуса 16 в пределах допуска механической обработки с обеспечением возможности сборки соединения; - диаметры цилиндрических поверхностей 20 и 21 выполнены соответствующими наружному диаметру цилиндрической поверхности бурта 13 с обеспечением их свободного перемещения по бурту 13; - внешний диаметр канавки 23 больше наружного диаметра цилиндрической поверхности бурта 13 не менее чем на 2d (где d - диаметр стопора, равный толщине промежуточного стопорного элемента 25), в общем случае диаметр d определяется как диаметр проволоки, из которой выполнен промежуточный стопорный элемент; - диаметр канавки 24 больше наружного диаметра цилиндрической поверхности 14 не менее чем на 2d; - длина канавок 23 и 24 выполнена равной или больше d стопора, в частности равной толщине промежуточного стопорного элемента 25;
- радиус скругления канавки 24 выполнен меньшим или равным 0,5d;
- внутренний диаметр стопора 25 меньше или равен наружному диаметру цилиндрической поверхности 14.

На резьбовом участке 15 концевой части 5 установлен фиксирующий элемент, например гайка 26 с пазами 27 "под ключ", с обеспечением возможности механического контакта нижнего торца фиксирующего элемента с торцом концевой части 4 или торцом 28 приспособления (на сборочном чертеже не показано), состоящего (фиг. 2) из двух половин 29 разрезной втулки, у которой наружный диаметр 30 меньше или равен диаметру цилиндрической поверхности 21 концевой части 4, а внутренний диаметр 31 больше или равен наружному диаметру цилиндрической поверхности 14 концевой части 5, а фаска 32 выполнена под углом, меньшим или равным 20^o, причем длина полувтулок 29 меньше или равна расстоянию между торцами концевой части 4 и резьбового участка 15 на концевой части 5 в собранном положении заявленного соединения.

Соединение деталей согласно изобретению осуществляют в следующей последовательности.

Первая труба 1 устанавливается неподвижно, а вторая труба 2 подводится к первой и вводится в нее в следующей последовательности:
- цилиндрическая поверхность 11 вместе с уплотнительным кольцом 12 входит в цилиндрическую поверхность 19, обеспечивая соосность концевой части 5 второй трубы 2 с концевой частью 4 первой трубы 1 и герметичность соединения;
- шлицы 10 входят в шлицы 18, обеспечивая невозможность проворота охватываемой части 5 относительно охватывающей части 4;
- бурт 13 входит в цилиндрическую поверхность 21, а конус 16 смещает стопор 25 до упора в нижний торец канавки 23, при этом конус 16 и бурт 13 раздвигают упругий стопор 25 и смещают его в канавку 23;
- конус 16 "садится" на ответный конус 22, и движение трубы 2 прекращается, при этом упругий стопор 25 защелкивается на цилиндрической поверхности 14;
Далее труба 2 перемещается в обратном направлении и скругление 17 захватывает стопор 25 и смещает его до упора в скругление верхнего торца канавки 24. После этого осуществляется окончательная фиксация соединения, для чего:
- осуществляется дальнейшее перемещение в том же обратном направлении трубы 2, стопор 25 закрепляется между скруглениями 17 и канавки 24.

- затем, при помощи ключа гайка 26 вывертывается до тех пор, пока ее нижний торец не придет в соприкосновение с определенной силой нажатия с торцом концевой части 4 трубы 1, что обеспечивает жесткую фиксацию соединения секций.

Разборка элементов заявленного соединения осуществляется следующим образом:
- отворачивается гайка 26 до тех пор, пока ее верхний торец не упрется в торец концевой части 5 трубы 2, расположенный перед гайкой;
- две полувтулки разрезной втулки 29 накладываются на цилиндрическую поверхность 14 и сдвигаются в зазор между поверхностью 21 и поверхностью 14;
- затем, первая труба устанавливается неподвижно, а вторая труба 2 перемещается до упора конуса 16 в ответный конус 22, при этом нижний торец резьбового участка 15 давит на верхний торец 28 полувтулок разрезной втулки 29, снабженных фаской, смещает их вниз, а половины стопора 25 перемещаются по фаске, в результате чего упругий стопор 25 раздвигается и перемещается на цилиндрическую поверхность 30 полувтулок 29, в процессе чего стопор 25 задвигается в канавку 23;
- гайка 26 отворачивается вниз до соприкосновения ее нижнего торца с верхним торцом 28 полувтулок 29, в результате чего фиксируется положение полувтулок 29 и стопора 25;
- затем, вторая труба 2 выводится из первой трубы 1, элементы соединения беспрепятственно разъединяются.

Заявленная конструкция трубного соединения решает задачу соединения элементов трубопроводов без фланцевых стыков, повышения эксплуатационной надежности и долговечности работы трубопроводов благодаря улучшению качества соединения труб и сокращения продолжительности и стоимости монтажно-демонтажных работ, выполняемых без поворота соединяемых элементов. Это особенно важно, когда все операции выполняются "на весу". Проведенные на предприятии, а также в полевых условиях испытания подтвердили эффективность и надежность заявляемой конструкции трубного соединения.

Источники информации
1. А.С. СССР 844894, кл. F 16 L 21/04, 1981.

2. Патент US 6062611, 7 F 16 L 21/02, кл. НКИ 285/374, 411/518, 2000.

Формула изобретения

1. Трубное соединение, содержащее промежуточный стопорный элемент и две сочленяемые трубы, на первой из которых закреплена охватывающая концевая часть, а на второй трубе - охватываемая концевая часть, отличающееся тем, что по крайней мере часть внутренней поверхности охватываемой концевой части образована первой и второй цилиндрическими поверхностями, сопряженными между собой посредством бурта, причем внешний диаметр цилиндрической поверхности охватываемой концевой части меньше внешнего диаметра второй цилиндрической поверхности охватываемой концевой части, первая цилиндрическая поверхность охватываемой концевой части сопряжена с первым краем конической поверхности бурта, имеющим сечение диаметром, меньшим, чем диаметр сечения второго края конической поверхности бурта, сопряженного с первым краем цилиндрической поверхности бурта, второй край которой сопряжен с первым краем вогнутой поверхности бурта, второй край которой сопряжен с краем второй цилиндрической поверхности, сопряженной с внешней поверхностью второй трубы, а по крайней мере часть внешней поверхности охватывающей концевой части образована цилиндрическими поверхностями, первая из которых, имеющая внутренний радиус, больший, чем внутренний радиус второй цилиндрической поверхности охватывающей концевой части, сопряжена с первым краем закругленной канавки, глубина которой меньше толщины промежуточного стопорного элемента, второй край закругленной канавки сопряжен с первым краем дополнительной канавки, глубина которой больше толщины промежуточного стопорного элемента, а второй край дополнительной канавки сопряжен с краем второй цилиндрической поверхности охватывающей концевой части, сопряженной с внешней поверхностью первой трубы, причем промежуточный стопорный элемент, выполненный упругим, предназначен для размещения между вогнутой поверхностью бурта и поверхностью закругленной канавки.

2. Трубное соединение по п. 1, отличающееся тем, что вогнутая поверхность бурта и закругленная канавка выполнены таким образом, что величины их диаметров скругления, лежащих в плоскости, в которой лежит продольная ось труб, меньше, либо равны толщине промежуточного стопорного элемента, равной диаметру сечения материала, из которого изготовлен стопор.

3. Трубное соединение по п. 1 или 2, отличающееся тем, что на внешней поверхности охватываемой концевой части выполнен резьбовой участок с установленной на нем гайкой, выполненной обеспечивающей фиксацию охватывающей концевой части относительно охватываемой концевой части при механическом контакте торца гайки с торцевой поверхностью охватывающей концевой части.

4. Трубное соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что охватывающая концевая часть выполнена со шлицами, взаимно соответствующими шлицам, выполненным в охватываемой концевой части, выполненными предотвращающими возможность поворота охватываемой концевой части относительно охватывающей концевой части.

5. Трубное соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что на цилиндрической поверхности охватывающей концевой части выполнены канавки, предназначенные для установки в них уплотнительных элементов, входящих в соприкосновение со второй цилиндрической поверхностью охватываемой концевой части.

6. Трубное соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что внутренний диаметр первой цилиндрической поверхности охватывающей концевой части больше диаметра цилиндрической поверхности бурта.

7. Трубное соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что промежуточный стопорный элемент выполнен в виде тора, разрезанного по плоскости, в которой лежит ось вращения тора.

8. Трубное соединение по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что промежуточный стопорный элемент выполнен из упругого материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

PC4A - Регистрация договора об уступке патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:
Общество с ограниченной ответственностью "Борец"

(73) Патентообладатель:
Международная коммерческая компания "Центр разработки нефтедобывающего оборудования" (SC)

Договор № РД0051671 зарегистрирован 23.06.2009

Извещение опубликовано: 10.08.2009        БИ: 22/2009

---