Сегментное замковое кольцо, соединение и способ сборки этого соединения

Изобретение относится к соединениям труб. Замковое кольцо предназначено для запирания соединения двух трубчатых элементов, располагается вокруг центральной оси и содержит сегменты, каждый из которых состоит из обычной части и двух периферийных концов. Каждый сегмент сужается от утоненного осевого края к утолщенному осевому краю. Один из сегментов содержит установочную выемку для крепежной детали, открытую по оси в сторону утоненного края. Установочная выемка выполнена только в обычной части и ограничена по периметру двумя краями. Изобретение повышает надежность соединения труб большого диаметра. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к замковому кольцу для запирания соединения двух трубчатых элементов, расположенному вокруг центральной оси и содержащему, по меньшей мере, два жестких сегмента, каждый из которых состоит из обычной части и двух периферийных концов, причем каждый сегмент выполнен расширяющимся от осевого утоненного края к осевому утолщенному краю.

Изобретение предназначено, в частности, для замкового соединения чугунных труб с номинальным диаметром свыше 500 мм.

Уровень техники

Из документа US-4685708 известно замковое кольцо указанного типа. Это кольцо удерживается на раструбном конце посредством скобы между концами двух смежных сегментов. Манипуляции с кольцом являются сложными и поэтому сборка дорогостоящая.

Другой тип замкового кольца известен из документа EP-A-690-257. В этом документе описано замковое разрезное кольцо, снабженное на участке, обращенном к входному отверстию раструбного конца, ступенчатой выемкой по всему периметру кольца.

В целях облегчения сборки в документе предусматривается применение стопорного кольца, расположенного в ступенчатой выемке до и во время сборки нормального конца трубы.

Замковое кольцо согласно этому документу содержит только один сегмент и не предназначено для соединения труб большого диаметра.

Раскрытие изобретения

Целью изобретения является устранение указанных недостатков и создание замкового кольца, которое не требует сложных манипуляций, облегчает введение нормального конца трубы в раструбный конец и обеспечивает в конечном итоге эффективное запирание в месте соединения нормального и раструбного концов, в частности в том случае, когда трубы имеют большой диаметр.

Поэтому объектом изобретения является замковое кольцо указанного выше типа, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один из сегментов содержит, по меньшей мере, одну установочную выемку для крепежной детали, что эта выемка открыта по оси со стороны утоненного края и что установочная выемка располагается только на обычном участке сегмента и ограничена по периметру с обеих сторон.

Согласно предпочтительным вариантам выполнения изобретения замковое кольцо характеризуется одним или несколькими следующими признаками:

- установочная выемка открыта радиально внутрь в направлении к центральной оси,

- установочная выемка располагается по всей осевой длине сегмента таким образом, что она открыта по оси с двух сторон,

- установочная выемка отцентрирована по периметру по отношению к обоим концам сегмента, в частности в том случае, когда сегмент содержит только одну выемку,

- кольцо содержит упругие соединительные элементы, каждый из которых связывает между собой два конца обоих смежных сегментов,

- каждый сегмент, соединенный с другим сегментом соединительным элементом, содержит пазы для размещения соединительных элементов, причем эти пазы открыты по периметру и радиально внутрь,

- на стороне утоненного края кольцо содержит радиальную внутреннюю фаску, расширяющуюся по оси наружу.

Также предметом изобретения является трубное соединение, содержащее

- раструбный конец с канавкой для размещения замкового кольца и

- замковое кольцо для запирания нормального конца в раструбном конце, отличающееся тем, что замковым кольцом служит охарактеризованное выше кольцо и что соединение содержит, по меньшей мере, одну деталь для крепления сегмента на раструбном конце для предупреждения радиального смещения внутрь, при этом крепежная деталь закреплена на раструбном конце и располагается в установочной выемке.

Согласно предпочтительным вариантам выполнения трубное соединение характеризуется следующим или следующими признаками:

- крепежная деталь содержит лапку, расположенную в установочной выемке по всей ее осевой длине и

- соединение дополнительно содержит нормальный конец, вставленный в раструбный конец, при этом запирание нормального конца в раструбном достигается с помощью замкового кольца.

Наконец, предметом изобретения является раскрытый выше способ соединения, отличающийся следующими последовательными этапами:

a) введение замкового кольца в канавку на раструбном конце и его предварительное разжимание посредством крепежных деталей;

b) введение нормального конца в раструбный конец и радиальное раздвигание замкового кольца во время прохода нормального конца;

c) удаление крепежной или крепежных деталей, обеспечивающее сжатие замкового кольца вокруг нормального конца;

d) при наличии блокирующего буртика дальнейшее введение нормального конца трубы в раструбный до тех пор, пока буртик не пройдет через замковое кольцо, и

e) отведение назад нормального конца, пока он не займет положение запирания, в котором кольцо будет прилегать к поверхности запирания на раструбном конце.

Краткое описание чертежей

Подробнее изобретение поясняется ниже в описании, приводимом единственно в качестве примера со ссылками на приложенные чертежи, на которых изображено:

фигуры 1-5 - виды с частичным разрезом до середины на трубное соединение согласно изобретению на разных этапах сборки;

фиг.6 - вид в перспективе на удерживающую подкладку согласно изобретению;

фиг.7 - вид в перспективе на два сегмента замкового кольца согласно изобретению;

фиг.8 - вид в перспективе на сегмент замкового кольца согласно варианту выполнения изобретения.

На фигурах 1-5 показано трубное соединение согласно изобретению, обозначенное общей позицией 2.

Трубное соединение 2 расположено по центральной оси Х-X. Применяемые ниже выражения «радиально», «по периметру», «по оси» имеют отношение к центральной оси Х-Х.

Осуществление изобретения

Как показано на фиг.2, трубное соединение 2 содержит нормальный или охватываемый конец 4, жестко соединенный с первой трубой 6, раструбный или охватывающий конец 8, жестко соединенный со второй трубой 10, уплотнение 12 из эластичного материала, замковое кольцо 14 и множество удерживающих подкладок 16.

Нормальный конец 4 трубы содержит цилиндрическую стенку 20 с наружной фаской 22 на концевой части и блокирующий буртик 24, выполненный предпочтительно в виде наружного периферического сварного шва.

Раструбный конец 8 содержит фланец 26 входного отверстия, ограничивающий отверстие 30 для введения нормального конца 4, затем последовательно расположенные в направлении от фланца 26 входного отверстия к основанию раструба канавку 32 для размещения замкового кольца 14, внутренний выступ 34, ограничивающий по оси канавку 32, камеру 36 для размещения уплотнения 12, ребро жесткости 38, ограничивающее по оси камеру 36, и углубление 40 для размещения концевой части нормального конца 4. Канавка 32 содержит запирающую поверхность 42, выполненную по существу в виде усеченного конуса и сужающуюся в направлении к входному отверстию раструба, и кольцевую поверхность основания 46, являющуюся практически радиальной и соединенную с запирающей поверхностью 42 с помощью галтели 44.

Внутренний выступ 34 содержит установочную выемку 48, радиально открытую внутрь и по оси в сторону входного отверстия раструба и предназначенную для размещения блокирующего буртика 24 при введении нормального конца 4 в раструбный конец 8.

Приемная камера 36, ребро жесткости 38, углубление 40 и уплотнение 12 представляют собой известные элементы и ниже подробно не описываются.

Замковое кольцо 14 содержит множество жестких сегментов 50, например металлических, из которых два сегмента показаны на фиг.7. Сегменты связаны между собой гибкими соединительными элементами 52, образуя упругодеформируемое замкнутое кольцо.

Кольцо 14 содержит осевой край 54 с радиальным утонением и осевой край 56 с радиальным утолщением, причем утоненный край 54 обращен в сторону входного отверстия раструба в собранном состоянии (см. фиг.2).

Каждый сегмент 50 состоит из обычной части 58 и двух периферийных концов 60.

Кроме того, каждый сегмент 50 содержит внутри одну установочную выемку 62 для взаимодействия с удерживающей подкладкой 16.

Каждая установочная выемка 62 открыта по оси в сторону утоненного края 54 и в сторону утолщенного края 56 таким образом, что эта выемка 62 располагается по всей осевой длине сегмента 50. Кроме того, выемки 62 открыты радиально внутрь.

Каждый сегмент 50 дополнительно содержит наружную радиальную поверхность 68 по существу в виде сегмента усеченного конуса, сужающегося в направлении к утоненному краю 54, и, со стороны этого края 54, внутреннюю фаску 70, расширяющуюся по оси наружу.

Установочный вырез 72 выполнен радиально на каждом периферийном конце 60 каждого сегмента 50 и является открытым по периферии в сторону соответствующего конца 60 смежного сегмента.

Соединительный элемент 52 изготовлен из эластичного материала, например резины, и состоит из двух расширяющихся в осевом направлении головок 76, соединенных тонкой поперечиной 78. Расширенные головки 76 располагаются каждая благодаря ответной форме в установочном вырезе 72 обоих смежных сегментов 50, при этом каждый элемент 52 соединяет два смежных сегмента 50.

Установочная выемка 62 предпочтительно отцентрирована по периметру по отношению к обоим концам 60 сегмента.

Как показано на фиг.6, удерживающая подкладка 16 выполнена по существу в виде буквы С и содержит внутреннюю прямую лапку 80, среднюю часть 82 и наружную изогнутую лапку 84. Каждая удерживающая подкладка 16 дополнительно содержит ручку 86 с отверстием 88, закрепленную на средней части 82. Подкладки 16 изготовлены из прочного материала, предпочтительно металла.

Как показано на фиг.2, удерживающие подкладки 16 закреплены на фланце 26 входящего отверстия раструба и предназначены для удержания замкового кольца 14 в предварительно разжатом положении, в котором его внутренний диаметр достаточно велик, чтобы не препятствовать введению нормального конца 4 трубы.

Внутренняя лапка 80 имеет достаточную ширину по оси для того, чтобы располагаться по всей осевой длине выемки 62.

Сборка соединения согласно изобретению производится следующим образом.

Вначале, как это показано на фиг.1, замковое кольцо 14 располагается в канавке 32. Кольцо 14 удерживается подкладками 16 с исключением возможности радиального смещения внутрь, при этом подкладки прилегают своими изогнутыми лапками 84 к наружной поверхности фланца входного отверстия раструба, а своей средней частью 82 - к лобовой поверхности этого фланца. При таком расположении подкладки 16 предварительно разжимают замковое кольцо 14 посредством предварительного напряжения упругих соединительных элементов 52 и обеспечивают таким образом оптимальное расположение кольца 14 в канавке 32, необходимое для введения нормального конца 4. Подкладки 16 позволяют также удерживать кольцо 14 в канавке 32, препятствуя его выпадению, которое впоследствии могло бы воспрепятствовать вставлению нормального конца 4.

После этого нормальный конец 4 может вводиться в отверстие 30 (см. фиг.2).

При дальнейшем введении нормального конца 4 его фаска 22 упрется в фаску 70 сегментов 50, разжимая таким образом радиально замковое кольцо 14 и проталкивая его по оси вперед к поверхности основания 46 канавки 32, как это показано на фиг.3. Внутренняя лапка 80 каждой подкладки имеет достаточную длину для, по меньшей мере, частичного размещения внутри выемки 62 при таком расположении.

После этого подкладки 16 извлекают по оси из раструбного конца 8, и сегменты 50 упруго упираются в цилиндрическую стенку 20 нормального конца 4 под действием упругих соединительных элементов 52.

Предпочтительно, чтобы через отверстия 88 рукояток 86 был пропущен по периферии трос (не показан), связывающий между собой, по меньшей мере, две рукоятки 86 и позволяющий извлекать подкладки 16 с рукоятками 86 за одну операцию вместо их раздельного извлечения.

Затем продолжают вводить нормальный конец 4 до тех пор, пока блокирующий буртик 24 не упрется в фаску 70 и не раздвинет в радиальном направлении сегменты 50 (см. фиг.4).

Как только блокирующий буртик 24 займет положение в выемке 48 внутреннего выступа 34, сегменты 50 снова сжимаются в радиальном направлении под действием соединительных элементов 52 и таким образом замковое кольцо установится за фиксирующим буртиком 24.

В заключение нормальный конец 4 слегка отводят назад, в результате чего замковое кольцо 14 сместится по оси и займет положение запирания, показанное на фиг.5. В этом положении блокирующий буртик 24 будет упираться в замковое кольцо 14, а выполненная в виде усеченного конуса поверхность 68 кольца 14 приляжет к блокирующей поверхности 42 канавки 32, препятствуя тем самым разъединению между нормальным концом 4 и раструбным концом 8.

На фиг.8 показан вариант выполнения сегмента 50.

Ниже будут описаны только отличия от указанных выше сегментов 50. При этом одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.

Сегмент 50 содержит запирающие вставки 92, расположенные на внутренней радиальной поверхности 90 и выполненные из твердого материала, например закаленного металла или керамики. Вставки 92 содержит зубцы 94, выступающие радиально над поверхностью 90 и предназначенные для прижатия к наружной поверхности стенки 20 нормального конца 4.

Предпочтительно замковое кольцо 14, снабженное таким сегментом 50, используется для запирания нормального конца 4, на котором отсутствует блокирующий буртик 24.

Другое преимущество состоит в том, что внутренняя поверхность 90 служит ограничителем для проникания зубцов 94 в материал нормального конца 4 и имеет большую несущую поверхность по сравнению с известными вставками.

Вставки 92 могут быть закреплены на остальной части сегмента 50 приклеиванием, болтовым соединением или любым другим способом в предусмотренных для этого пазах. В качестве варианта зубцы 94 выполняются из того же материала, что и остальная часть сегмента 50.

Сборка указанного кольца производится следующим образом. Сначала кольцо предварительно разжимают с помощью подкладок 16, затем оно расходится при введении нормального конца 4, в частности под действием растяжения упругих элементов, затем после удаления подкладок оно прижимается к нормальному концу.

Замковое кольцо согласно изобретению особо пригодно для запирания соединяемых труб большого диаметра, например, труб с номинальным диаметром более 500 мм. Кольцо для трубы с номинальным диаметром 1200 мм содержит, например, десять сегментов 50.

Фаска 70 на сегментном кольце 14, выполненная на его участке, ориентированном в сторону входного отверстия раструба, облегчает введение нормального конца 4 и разжимание кольца.

Выемки 62 эффективно обеспечивают размещение подкладок 16 под кольцом. Кроме того, эти выемки 62 позволяют использовать подкладки с прямыми лапками, повторно применяемые при последующих сборках.

1. Замковое кольцо для запирания соединения двух трубчатых элементов (4, 8), расположенное вокруг центральной оси (Х-Х) и содержащее, по меньшей мере, два жестких сегмента (50), каждый из которых состоит из обычной части (58) и двух периферийных концов (60), причем каждый сегмент (50) выполнен расширяющимся от утоненного осевого края (54) к утолщенному осевому краю (56), отличающееся тем, что, по меньшей мере, один из сегментов (50) содержит, по меньшей мере, одну установочную выемку (62) для крепежной детали (16), что установочная выемка (62) открыта по оси со стороны утоненного края, что установочная выемка (62) расположена только на обычной части (58) и что установочная выемка (62) ограничена по периферии двумя краями.

2. Замковое кольцо по п.1, отличающееся тем, что установочная выемка (62) открыта радиально внутрь к центральной оси (Х-Х).

3. Замковое кольцо по п.1 или 2, отличающееся тем, установочная выемка (62) расположена по всей осевой длине сегмента (50) таким образом, что она является открытой по оси с двух сторон.

4. Замковое кольцо по п.1 или 2, отличающееся тем, что установочная выемка (62) отцентрирована по периметру по отношению к обоим концам (60) сегмента (50), в частности, в том случае, когда сегмент содержит только одну установочную выемку (62).

5. Замковое кольцо по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно содержит эластичные соединительные элементы (52) для соединения обоих концов (60) двух смежных сегментов (50).

6. Замковое кольцо по п.5, отличающееся тем, что каждый сегмент (50), соединенный с другим сегментом соединительным элементом (52), содержит пазы (72) для размещения соединительных элементов (52), причем эти пазы (72) открыты по периметру радиально внутрь.

7. Замковое кольцо по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно содержит на стороне утоненного края радиальную внутреннюю фаску (70), расширяющуюся по оси наружу.

8. Трубное соединение, содержащее раструбный конец (8) с канавкой (32) для размещения в ней замкового кольца (14), замковое кольцо (14) для запирания нормального конца (4) в раструбном конце (8), отличающееся тем, что замковое кольцо представляет собой кольцо по любому из предыдущих пунктов и что соединение содержит, по меньшей мере, одну деталь (16) для крепления сегмента (50) на раструбном конце (8) для предупреждения радиального смещения внутрь, причем крепежная деталь (16) закреплена на раструбном конце (8) и расположена в установочной выемке (62).

9. Трубное соединение по п.8, отличающееся тем, что крепежная деталь (16) содержит лапку (80), расположенную в установочной выемке (62) по ее всей осевой длине.

10. Трубное соединение по п.8 или 9, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит нормальный конец (4), введенный в раструбный конец (8), причем запирание нормального конца (4) в раструбном конце (8) обеспечивается посредством замкового кольца (14).

11. Способ сборки соединения по п.10, отличающийся тем, что он включает в себя следующие последовательные этапы: размещение замкового кольца (14) в канавке (32) раструбного конца (8) и предварительное разжимание замкового кольца (14) с помощью крепежной детали или деталей (16), введение нормального конца (4) в раструбный конец (8) и радиальное разжимание замкового кольца (14) во время прохода нормального конца, удаление крепежной детали или крепежных деталей (16), обеспечивающее сжатие замкового кольца (14) вокруг нормального конца, при наличии блокирующего буртика (24) последующее введение нормального конца (4) в раструбный конец проводится до тех пор, пока буртик (24) не пройдет через замковое кольцо (14), и отведение назад нормального конца (4), пока он не займет положение запирания, в котором кольцо (14) приляжет к поверхности запирания (42) на раструбном конце (8).