Устройство для соединения трубопроводов, подверженных осевым изменениям длины
Изобретение относится к устройству для соединения трубопроводов, подверженных осевым изменениям длины, в частности высоконапорных трубопроводов, которые, например, проложены в стволах горнодобывающих предприятий. В устройстве для соединения трубопроводов предусмотрен элемент трубы с фланцем, имеющим на торцовой стороне тороидальную поверхность (F1), а также с кольцом, охватывающим элемент трубы, скользящая муфта, внутренний диаметр которой соответствует наружному диаметру фланца и один конец которой имеет отверстие для приема элемента трубы. Фланец расположен с возможностью перемещения в скользящей муфте, и с помощью наружной обоймы, закрепленной на скользящей муфте и расположенной вокруг элемента трубы и кольца, внутренний диаметр которой соответствует наружному диаметру кольца, внутренняя полость которой через, по меньшей мере, одно отверстие в элементе трубы соединена с внутренней частью трубопровода и в которой кольцо образует находящуюся под давлением тороидальную поверхность (F2), которая в основном одинаковой величины с тороидальной поверхностью (F1). Изобретение повышает надежность соединения трубопроводов. 15 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к устройству для соединения трубопроводов, подверженных осевым изменениям длины, в частности высоконапорных трубопроводов, которые проложены, например, в шахтах горных предприятий.
Такие трубопроводы называются также «стволовыми трубопроводами». Стволовые трубопроводы применяются не только в немецкой, но и в зарубежной промышленности по добыче каменного угля, через них осуществляется транспортировка текучей среды на многие сотни метров к соответствующим подземным очистным забоям. При этом часто возникает проблема, связанная с удлинением таких встроенных стволовых трубопроводов. Такое удлинение может компенсироваться в форме шлангов, которые устанавливаются примерно через 100 м, или могут компенсироваться с помощью известных удлиняющих спиралей в размере от 40 до 50 мм на каждые сто метров.
Если применяются стволовые трубопроводы с большими диаметрами и при очень высоком давлении, то проблема удлинения представляется еще более сложной, так как толстостенные трубы не могут изгибаться с небольшим диаметром в спираль и при диапазонах давления более 400 бар не существует каких-либо шлангов, чтобы установить гибкий элемент в стволовой трубопровод.
Исходя из этого, задача изобретения состоит в создании устройства для соединения трубопроводов, подверженных осевым изменениям длины, которые могут применяться для очень высокого давления, имеют простую конструкцию и, тем не менее, могут разбираться для целей технического обслуживания или очистки.
Эта задача решается в устройстве согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения с помощью элемента трубы с фланцем, имеющим торцовую тороидальную поверхность, а также охватывающим элемент трубы кольцом, скользящей муфтой, внутренний диаметр которой соответствует наружному диаметру фланца и один конец которой имеет отверстие для приема элемента трубы, причем фланец расположен в скользящей муфте с возможностью осевого перемещения, и с помощью наружной обоймы, закрепленной на скользящей муфте и расположенной вокруг элемента трубы и вокруг кольца, внутренний диаметр которой соответствует наружному диаметру кольца, внутренняя полость которой через, по меньшей мере, одно отверстие в элементе трубы соединено с внутренней частью трубопровода, в которой кольцо образует находящуюся под давлением тороидальную поверхность, которая в основном равна по величине тороидальной поверхности.
Согласно изобретению можно соответственно торцовые тороидальные поверхности, постоянно испытывающие внутреннее давление в трубе при телескопических соединениях, снабдить соответствующим компенсирующим элементом, который опять же имеет находящуюся под давлением торцовую тороидальную поверхность, однако в противоположном направлении. Таким образом, отдельные устройства ведут себя нейтрально, так что надежно исключено сложение отдельных более малых нагрузок от давления в определенном направлении.
Вследствие большой глубины - в частности, в каменноугольной промышленности - стволовые трубопроводы часто имеют длину существенно более 1000 метров, так что изменения длины без соответствующих компенсационных элементов могли бы привести к удлинению длины трубопровода, из-за которого волнообразно деформируется трубопровод, и могут возникнуть выпучивания, которые могли бы вырвать крепежные устройства из стены ствола.
В другом исполнении изобретения наружная обойма свинчена со скользящей муфтой и/или кольцо свинчено с элементом трубы. Подразумевается, что на конце резьбовых соединений имеются соответствующие уплотнительные элементы. Резьбовое соединение имеет преимущество определенного положения, так как обе подлежащие соединению друг с другом детали при монтировании устройства могут устанавливаться в желаемом положении (в виде конечного положения).
Другое техническое решение касается устройства, которое может устанавливаться между концами трубопровода, имеющими две трубные муфты, и при этом имеет со стороны концов соответствующие соединительные элементы. Целесообразным являются соединения с трубными муфтами и скобами, чтобы отдельные элементы могли легко монтироваться и также демонтироваться, например, для замены уплотнительных колец. Для этого элемент трубы имеет на своем противоположном фланцу конце элемент трубной муфты.
Чтобы элементу трубы придать особенно хорошую опору, элемент трубной муфты в другом исполнении изобретения имеет удлиненный фланец трубной муфты, в который ввинчен конец элемента трубы. Этот фланец трубной муфты может иметь, точно как наружная обойма и/или кольцо, глухие отверстия, расположенные с равномерным распределением по наружному периметру, для облегчения свинчивания и, в частности, навинчивания при техническом обслуживании.
В другом исполнении изобретения скользящая муфта имеет на своем открытом конце переходной элемент, внутренний диаметр которого соответствует внутреннему диаметру трубопровода и который выдается в скользящую муфту. Предпочтительно как переходной элемент, так и скользящая муфта могут иметь соответственно фланец, так что переходной элемент со скользящей муфтой могут соединяться друг с другом с помощью скобы трубной муфты или резьбовой трубной муфты.
В случае, когда предложенное согласно изобретению устройство должно применяться в трубопроводе с концами трубопровода, имеющими трубные муфты, предпочтительно и переходной элемент имеет на своем противоположном скользящей муфте конце элемент трубной муфты, который может быть выполнен точно так же, как скоба трубной муфты или как резьбовая трубная муфта.
Чтобы теперь деталь наружной обоймы, не находящаяся под нагрузкой среды в трубопроводе, оставалась ненагруженной, наружная обойма согласно другому техническому решению изобретения имеет несколько расположенных с распределением по ее периметру отверстий, через которые может выходить воздух при изменении длины элемента трубы. Отверстия целесообразным способом образованы в виде сверлений.
Подразумевается, что между соответственно двумя входящими в зацепление друг с другом деталями расположено в соответствующих канавках соответственно, по меньшей мере, одно уплотнение, причем в качестве уплотнений применяются резиновые кольца круглого поперечного сечения.
В другом исполнении изобретения канавки, предусмотренные для уплотнительных колец, имеют соответствующее улучшение поверхности.
Наконец, в предложенном согласно изобретению устройстве преимущественно все места скольжения и поверхности снабжены покрытием, отталкивающим грязь. Такое покрытие имеет важное значение, так как таким образом может надежно предотвращаться образование так называемого губчатого цинка, который возникает вследствие горячего цинкования труб.
Изобретение ниже более подробно поясняется с помощью чертежа, представляющего только один предпочтительный пример осуществления изобретения. Чертежи показывают:
фиг.1 продольный разрез предложенного согласно изобретению устройства в среднем положении,
фиг.2 предмет на фиг.1 в своем первом конечном положении и
фиг.3 предмет на фиг.1 в своем втором конечном положении.
Фигуры показывают один и тот же предмет, а именно предложенное согласно изобретению устройство в среднем положении (фиг.1), в выдвинутом конечном положении (фиг.2) и во вдвинутом конечном положении (фиг.3).
При этом устройство первоначально состоит из первого элемента 1 трубы, один конец которого усилен фланцем 2 и вокруг периметра которого примерно по середине расположено кольцо 3. Кольцо 3 в представленном и в этом отношении предпочтительном примере осуществления навинчено на элемент 1 трубы, для этого элемент 1 трубы на желаемом месте предусматривает соответствующую наружную резьбу (не изображена в деталях). Соответственно этому кольцо 3 имеет корреспондирующую внутреннюю резьбу.
Теперь элемент 1 трубы своим концом, имеющим фланец 2, расположен в скользящей муфте 4, которая опять же соединена с наружной обоймой 5, внутренний диаметр которой соответствует наружному кольцу 3 и конец которой, противоположный скользящей муфте 4, имеет отверстие для приема элемента 1 трубы. Кольцевое пространство, образованное между кольцом 3 и верхним концом наружной обоймы 5, через сверления 6, которые расположены с равномерным распределением по периметру элемента 1 трубы, соединено с текучей средой, находящейся в трубопроводе.
Так как с одной стороны торцовая тороидальная поверхность фланца 2 внутри скользящей муфты 4 имеет первую поверхность F1, геометрия кольца 3 и наружной обоймы 5 выбрана так, что находящаяся под давлением тороидальная поверхность F2 кольца 3, в основном должна быть точно такой же величины, что и тороидальная поверхность F1, чтобы - при любой позиции элемента 1 трубы в скользящей муфте 4 - сделать возможным выравнивание давления в осевом направлении. Таким образом конструкцией может надежно предотвращаться односторонне суммирующееся осевое давление.
В представленном и в этом отношении предпочтительном примере осуществления концы шахтного трубопровода, которые обозначены сверху E1 и снизу Е2, имеют элементы трубных муфт. Соответственно этому на верхнем конце элемента 1 трубы навинчен элемент 7 трубной муфты, который в представленном варианте образован в виде вставной части, и корреспондирует с концом шахтного трубопровода E1, образованным в виде детали муфты. Элемент 7 трубной муфты имеет при этом удлиненный фланец 8 трубной муфты, в который ввинчивается конец элемента 1 трубы с помощью подробно не показанной резьбы. Оба элемента 7 трубной муфты и E1 при этом в представленном случае удерживаются вместе с помощью соединения 9 в виде скобы.
Под скользящей муфтой 4 находится переходной элемент 10, внутренний диаметр которого соответствует внутреннему диаметру трубопровода и который на своем конце имеет диаметр, соответствующий внутреннему диаметру скользящей муфты 4 и выступающий в эту муфту. Переходной элемент 10 на своем верхнем конце имеет фланец 11, и скользящая муфта 4 на своем нижнем конце имеет фланец 12, которые с помощью скобы 13 соединены друг с другом. На нижнем конце переходной элемент 10 точно так же снабжен элементом трубной муфты, в представленном примере осуществления муфтой 14, в которую введен конец E2 нижней плети трубопровода, выполненный в виде вставной детали, причем оба фланца этих деталей соединены скобой 15.
Чтобы при этом кольцевое пространство под кольцом 3 оставалось также при осевых движениях устройства в любом случае не под давлением, предусмотрены расположенные с распределением по периметру наружной обоймы 5 сверления 6 для обеспечения соответствующего впуска или выпуска воздуха.
Для упрощения монтажа или демонтажа снабженные внутренней резьбой фланцы наружной обоймы 5 и фланец 8 трубной муфты, точно как кольцо 3 на своей наружной стороне, имеют расположенные по периметру с распределением глухие отверстия 17, в которые могут входить с зацеплением подходящие инструменты, чтобы приложить необходимый крутящий момент.
Наконец, повсеместно между двумя входящими одна в другую деталями в соответствующих канавках расположено соответственно, по меньшей мере, одно уплотнение. Предпочтительно эти уплотнения выполнены в виде резиновых колец круглого сечения, соответствующие канавки целесообразным образом имеют улучшенную поверхность.
Сам шахтный трубопровод может быть подвешен к консоли K и в этом случае около 100 м висит свободно, чтобы затем закончиться в следующем устройстве для компенсации изменения длины, присоединенном к соответствующей консоли, опять же закрепленной на стояке. Длина в 100 м служит здесь только в качестве примера, она может составлять только 50 м, или быть даже меньше, или может быть также 110 м. Благодаря применению предложенного согласно изобретению устройства шахтный трубопровод не должен более каждой трубой или каждой второй трубой крепиться на стене, так как при осевом давлении, которое соответственно компенсируется, может предотвращаться потеря продольной устойчивости.
Вместо указанных трубных муфт со скобами могут, естественно, применяться другие резьбовые соединения высокого давления, например, резьбовые соединения для высокого давления согласно немецкому патенту 102005019644 заявителя этой патентной заявки. Теоретически также возможно приваривать устройство непосредственно к трубопроводам и отказаться от трубных муфт. Однако это кажется лишенным смысла по причине периодичности технического обслуживания, так как, в частности, имеющиеся в устройстве уплотнительные кольца 18 могут подвергаться износу транспортируемой при высоком давлении текучей средой и поэтому должны быть заменяемыми.
На фиг.2 представлено предложенное согласно изобретению устройство в выдвинутом состоянии, оно соответствует укороченной верхней плети трубопровода. Также в этом конечном положении обе тороидальные поверхности F1 и F2 нагружаются давлением среды, так что удлинение верхнего трубопровода не представляет проблему и может осуществляться свободно от давления.
Фиг.3 показывает, наконец, противоположное конечное положение, которое никогда не может наступить при нормальной эксплуатации, так как здесь нижняя тороидальная поверхность F1 контактирует с соответствующей тороидальной поверхностью переходного элемента 10 и таким образом больше не находится под давлением. Отсюда при концепции размеров для предложенного согласно изобретению устройства постоянно следует предусматривать достаточный «резерв». В качестве альтернативы было бы также возможно сформировать верхнюю тороидальную поверхность переходного элемента 10 в форме конуса, так что тороидальная поверхность F1 также в своем конечном положении находится под давлением.
1. Устройство для соединения трубопроводов, подверженных осевым изменениям длины, в частности, высоконапорных трубопроводов, отличающееся тем, что предусмотрен элемент (1) трубы с фланцем (2), имеющим на торцовой стороне тороидальную поверхность (F1), а также с кольцом (3), охватывающим элемент (1) трубы, скользящая муфта (4), внутренний диаметр которой соответствует наружному диаметру фланца (2) и один конец которой имеет отверстие для приема элемента (1) трубы, причем фланец (2) расположен с возможностью перемещения в скользящей муфте (4), и с помощью наружной обоймы (5), закрепленной на скользящей муфте (4) и расположенной вокруг элемента (1) трубы и кольца (3), внутренний диаметр которой соответствует наружному диаметру кольца (3), внутренняя полость которой через, по меньшей мере, одно отверстие в элементе (1) трубы соединена с внутренней частью трубопровода и в которой кольцо (3) образует находящуюся под давлением тороидальную поверхность (F2), которая в основном одинаковой величины с тороидальной поверхностью (F1).
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в элементе (1) трубы образовано, по меньшей мере, одно отверстие в виде нескольких, расположенных с распределением по периметру сверлений (6).
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружная обойма (5) свинчена со скользящей муфтой (4).
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кольцо (3) свинчено с элементом (1) трубы.
5. Устройство по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что указанное устройство выполнено с возможностью устанавливаться между двумя концами (E1, Е2) трубопровода, имеющими две трубные муфты, и имеет со стороны концов соответствующие соединительные элементы, причем элемент (1) трубы на своем противоположном фланцу (2) конце имеет элемент (7) трубной муфты.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что элемент (7) трубной муфты имеет более длинный фланец (8) трубной муфты и там свинчен с концом элемента (1) трубы.
7. Устройство по одному из пп.3, 4 или 6, отличающееся тем, что наружная обойма (5), кольцо (3) и/или фланец (8) трубной муфты имеют глухие отверстия (17), расположенные с равномерным распределением по их наружному периметру, для упрощения навинчивания или отвинчивания.
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что скользящая муфта (4) на своем открытом конце имеет переходной элемент (10), внутренний диаметр которого соответствует трубопроводу, причем переходной элемент выдается в скользящую муфту (4).
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что переходной элемент (10) имеет фланец (11) и скользящая муфта (4) имеет фланец (12) и что переходной элемент (10) со скользящей муфтой (4) через скобу (13) для трубной муфты соединены друг с другом.
10. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что указанное устройство может устанавливаться между концами (E1, Е2), имеющими две трубные муфты, и со стороны концов имеет соответствующие соединительные элементы, причем переходной элемент (10) на своем конце, противоположном скользящей муфте (4), имеет элемент (14) трубной муфты.
11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружная обойма (5) имеет несколько отверстий, расположенных с распределением по ее периметру, при этом внутренняя полость остается свободной от давления, и воздух может выходить при изменениях длины элемента (1) трубы.
12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что отверстия образованы в виде сверлений (16).
13. Устройство по одному из пп.1-4, 6, 8, 9, 11, 12, отличающееся тем, что между входящими друг в друга деталями в соответствующих канавках расположено, по меньшей мере, одно уплотнение.
14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что уплотнения образованы в виде резиновых колец (18) круглого сечения.
15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что канавки имеют поверхность улучшенного качества.
16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что места скольжения и поверхности снабжены покрытием, отталкивающим грязь.
