Зажимное устройство для центрирования труб

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано при строительстве и ремонте трубопроводов. Зажимное устройство (1) для внутреннего центрирования труб относительно друг друга содержит две зажимные головки (5, 6), выполненные с возможностью размещения во взаимно обращенных концах труб. Каждая зажимная головка имеет радиально смещаемые зажимные колодки (7), которые равномерно распределены по ее внешней периферии, и приводной механизм (8), чтобы вызвать радиальные смещения упомянутых зажимных колодок (7). Кроме того, выполнено регулировочное средство (14) для регулировки взаимных положений зажимных головок (5, 6) в осевом направлении и направляющее средство (11) для направления зажимных головок в осевом направлении относительно друг друга. Подшипники (13) выполнены по меньшей мере на одной (5) из зажимных головок и на упомянутом направляющем средстве (11). Направляющее средство (11) имеет несколько направляющих корпусных деталей (12), при этом направляющие корпусные детали (12) расположены нецентрированным образом. 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Настоящее изобретение относится к зажимному устройству для внутреннего центрирования труб по отношению друг к другу, содержащему две зажимные головки, которые могут быть размещены во взаимно обращенных концах труб, при этом каждая зажимная головка содержит радиально смещаемые зажимные колодки, которые равномерно распределены по ее внешней периферии, и приводной механизм, чтобы вызвать радиальные смещения упомянутых зажимных колодок, регулировочное средство для регулировки взаимных положений зажимных головок в осевом направлении, направляющее средство, которое продолжается аксиально, и подшипники, которые выполнены, по меньшей мере, на одной из зажимных головок и на упомянутом направляющем средстве.

Такое зажимное устройство известно из US-A-4253599. Это известное зажимное устройство имеет центрально размещенный сплошной вал, содержащий секции разных диаметров. Одна из зажимных головок неподвижно прикреплена к этим секциям вала, в то время как другая зажимная головка выполнена с возможностью смещения в осевом направлении, с тем чтобы иметь возможность регулировать требуемую ширину зазора между концами труб. В этом случае зажимные колодки входят в зацепление с внутренней поверхностью труб, для того чтобы обеспечить герметичное соединение между каждой зажимной головкой и соответствующей трубой.

Ширина зазора играет важную роль, когда трубы должны быть сварены вместе. Поэтому очень важно, чтобы размер зазора был одинаковым по всей его периферии, с тем чтобы сварной шов, который в конечном итоге будет выполнен, имел бы требуемые одинаковые свойства. В этом случае, положение зажимных головок по отношению друг к другу имеет преобладающее значение. Это означает, что зажимные головки должны оставаться параллельными друг другу, как при выполнении герметичного соединения между каждой зажимной головкой и соответствующей трубой, так и при смещении зажимных головок по отношению друг другу, для того чтобы установить требуемую ширину зазора. Согласно вышеупомянутому предшествующему уровню техники центральный вал должен обеспечить положение зажимных головок по отношению друг другу во время упомянутого процесса.

Однако, трубы которые плотно соединены посредством зажимного устройства, могут вызывать изгибающие моменты, которые могут приводить к деформации центрального вала. Эта деформация будет приводить к тому, что зажимные головки больше не будут находиться в правильном, параллельном положении по отношению друг к другу, в результате чего ширина зазора может изменяться по его периферии. Сварной шов больше не будет иметь требуемые одинаковые свойства, что отрицательно влияет на надежность и безопасность конечного трубопровода.

Поэтому задачей изобретения является создание зажимной головки указанного в преамбуле типа, которая выполнена с возможностью лучшей поддержки требуемой ширины зазора и единообразия зазора между трубами. Упомянутая цель достигается тем фактом, что направляющее средство содержит несколько направляющих корпусных деталей, при этом направляющие корпусные детали расположены нецентрированным образом.

С помощью зажимного устройства согласно настоящему изобретению зажимные головки поддерживаются относительно друг друга с помощью нескольких направляющих корпусных деталей таким образом, что любые изгибающие моменты вызывают менее высокие изгибающие нагрузки в каждой самой по себе направляющей корпусной детали. К тому же, упомянутые направляющие корпусные детали расположены на некотором расстоянии от нейтральной линии, что приводит к дополнительному уменьшению деформаций. Таким образом зажимное устройство согласно настоящему изобретению выполнено с возможностью лучше поддерживать требуемую равномерность ширины зазора вдоль всей его периферии, даже с изгибающими нагрузками, которые могут быть вызваны зажатыми трубами.

Предпочтительно, направляющие корпусные детали равномерно распределены в периферийном направлении зажимных головок, обеспечивая таким образом равномерный режим работы зажимного устройства. Направляющие корпусные детали могут быть неподвижно прикреплены к одной из зажимных головок, в то время как другая зажимная головка выполнена с возможностью смещения относительно направляющих. Регулировочное средство может быть неподвижно соединено с направляющими корпусными деталями и с зажимной головкой, которая установлена с возможностью смещения относительно упомянутых направляющих корпусных деталей. Это регулировочное средство может содержать исполнительный механизм осевой регулировки, такой как гидравлическое устройство поршень / цилиндр.

Обычно, зажимное устройство расположено в одной из труб, которая подлежит соединению с другой трубой, причем другая труба выравнена по отношению к первой трубе. Это может упростить, если выполнена головка ввода, которая выполнена с тем, чтобы становится уже по направлению к ее свободному концу. В этом случае направляющие корпусные детали и регулировочное средство могут быть прикреплены к головке ввода. Предпочтительно, зажимная головка, которая установлена с возможностью смещения относительно направляющего средства, находится между головкой ввода и другой зажимной головкой, которая неподвижно соединена с направляющим средством.

Приводной механизм может быть выполнен многими разными путями. Однако предпочтение отдано конфигурации, в которой приводной механизм каждой зажимной головки содержит приводной диск, который ориентирован поперечно по отношению к осевому направлению и который установлен с возможностью смещения посредством подшипников на направляющих корпусных деталях, при этом этот диск взаимодействует с зажимными колодками таким образом, что при осевом смещении диска, зажимные колодки смещаются радиально. Направляющие корпусные детали затем также используются для работы приводного механизма, что создает дополнительное преимущество. Приводной диск и соответствующие зажимные колодки могут взаимодействовать друг с другом посредством скользящих сторон, которые направлены наклонно в осевом поперечном сечении. В связи с фиксацией положения зажимных колодок относительно приводного диска, даже если зажимные колодки отведены, когда зажимное действие на трубу прервано, приводной диск и зажимные колодки могут взаимодействовать друг с другом посредством вырезанной прорези и расширенной головки, которая может быть перемещена взад и вперед в упомянутой вырезанной прорези.

Приводной механизм может содержать осевой приводной исполнительный механизм, такой как устройство гидравлического поршневого цилиндра. Кроме того, каждая зажимная головка может содержать опорный диск, который ориентирован поперечно относительно осевого направления и который взаимодействует с направляющими корпусными деталями. К тому же, каждая зажимная головка может содержать опорный стакан, который присоединен к опорному диск, этот опорный стакан имеет радиальные направляющие для зажимных колодок. Таким образом, зажимные головки вместе образуют более или менее закрытый корпус, в котором расположены направляющие корпусные детали с подшипниками скольжения. Итак эти компоненты хорошо защищены от внешних влияний таким образом, что обеспечивается правильная работа зажимного устройства. Это может быть достигнуто, в частности, с помощью варианта осуществления настоящего изобретения, в котором взаимно обращенные концы опорных стаканов обеих зажимных головок взаимодействуют друг с другом изолированным образом.

В эффективном варианте осуществления настоящего изобретения приводной исполнительный механизм может быть прикреплен к опорному диску и к приводному диску. Кроме того, каждая зажимная головка может нести зажимной ролик, который ориентирован вдоль аксиально направленной оси вращения. Зажимные ролики могут сами по себе правильно устанавливаться в такое положение относительно внутренней стенки трубы, что служат причиной для нежелательных поперечных нагрузок и изгибающих моментов на зажимные колодки и их направляющие.

Изобретение будет теперь пояснено со ссылкой на приведенный в качестве примера вариант осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированный на чертежах, на которых:

на фиг. 1 показано осевое поперечное сечение зажимного устройства;

на фиг. 2 показан вид с торца зажимного устройства;

на фиг. 3 показан вид в перспективе зажимного устройства;

на фиг. 4 и 5 показаны составляющие элементы зажимной колодки/приводного диска.

Зажимное устройство 1, проиллюстрированное на фиг. 1 в осевом поперечном сечении, подвешено на каретке 2 (не показано более детально), которая известна сама по себе и имеет колеса 3, посредством которых зажимное устройство может перемещаться через схематично проиллюстрированную трубу. Используя головку 4 ввода, которая имеет ребра 26, которые сужаются по направлению вперед, дополнительная труба изначально может быть ориентировочно расположена относительно предшествующей трубы, которая также проиллюстрирована на фиг. 1. В конце концов, эти трубы могут быть расположены точно по отношению друг к другу посредством зажимного устройства 1 и быть размещены на требуемом расстоянии друг от друга, для того чтобы иметь возможность приварить эти трубы друг к другу.

Для этого зажимное устройство 1 имеет две зажимные головки 5, 6, каждая из которых расположена на одной из труб. Эти зажимные головки 5, 6 направляются с возможностью смещения относительно друг друга с помощью направляющего средства 11, в проиллюстрированном приведенном в качестве примера варианте осуществления настоящего изобретения шесть направляющих средств 11, состоящих из нескольких цилиндрических направляющих корпусных деталей 12, которые неподвижно прикреплены на одном конце к зажимной головке 6, которая расположена с правой стороны на фиг. 1. Кроме того, направляющее средство 11 состоит из подшипников 13 скольжения, посредством которых левосторонняя зажимная головка 5 может быть перемещена взад и вперед вдоль направляющих корпусных деталей 12.

На другом конце направляющие корпусные детали 12 прикреплены к головке ввода 4. Кроме того, регулировочное средство в виде устройства 10 гидравлического поршневого цилиндра прикреплено к упомянутой головке ввода 4, а также прикреплено к левосторонней зажимной головке 5. Управляя этим устройством 10 гидравлического поршневого цилиндра требуемым образом, расстояние между зажимными головками 5, 6 может быть изменено для того, чтобы установить требуемую ширину зазора между зажимаемыми трубами.

Каждая зажимная головка 5, 6 имеет зажимные колодки 7, которые равномерно распределены в периферийном направлении и которые в конце концов должны быть прижаты к внутренней стенке соответствующей трубы для того чтобы зажать трубу. С этой целью зажимные колодки 7 необходимо толкнуть в радиальном направлении наружу и втянуть в радиальном направлении внутрь после ослабления. С этой целью каждая зажимная головка 5, 6 имеет приводной механизм, который везде обозначен ссылочной позицией 8. Эти приводные механизмы 8 имеют приводные диски 9, которые продолжаются поперечно к осевому направлению зажимного устройства 1 и могут быть перемещены взад и вперед посредством устройств 10 гидравлических поршневых цилиндров.

В этой связи клинья 14, которые проиллюстрированы на фиг. 5, прикреплены к периферии приводных дисков 9 и каждый из них снабжен наклонно направленными скошенными поверхностями 17 (скользящими сторонами). Каждая зажимная колодка 7 имеет направляющие штифты 15, проиллюстрированные на фиг. 4, нижние поверхности 16 (скользящие стороны) которых наклонно направлены соответствующим образом. Кроме того, каждый клин имеет вырезанную полость 22, в то время как каждый направляющий штифт 15 имеет расширенную головку 18. Эта расширенная головка 18 входит в вырезанную полость 22 смещаемым образом.

Каждый направляющий штифт 15 размещается в радиально ориентированном цилиндре, образующим радиальную направляющую 21 с тем, чтобы быть смещаемым в радиальном направлении. Таким образом, когда приводные диски 9 перемещаются взад и вперед, направляющие штифты 15 выдвигаются или втягиваются, соответственно, для того чтобы зажимать или высвобождать трубы посредством зажимных колодок 7. Каждая зажимная колодка 7 имеет роликовые элементы 20, ось вращения которых ориентирована в осевом направлении. Когда эти роликовые элементы 20 надавливают на внутреннюю стенку соответствующей трубы, они могут еле-еле катиться вдоль упомянутой внутренней стенки и затем установиться. Это обеспечивает то, что зажимные колодки 7 подвержены только радиальным усилиям, и что устранены изгибающие моменты и поперечные усилия, которые могли бы вызвать блокировки.

Кроме того, важным является тот факт, что каждый приводной диск 9 установлен с возможностью смещения на направляющих корпусных деталях 12 посредством подшипников 19 скольжения таким образом, что обеспечивается устойчивая работа приводных механизмов 8.

Кроме того, каждая зажимная головка 5, 6 имеет опорный диск

23, к наружной периферии которого прикреплен опорный стакан 24. С помощью зажимной головки 6, которая находится с правой стороны на фиг. 1, направляющие корпусные детали 12 неподвижно прикреплены к опорному диску 23, при этом с помощью зажимной головки 5, которая находится с левой стороны, опорный диск 23 установлен с возможностью смещения относительно направляющих корпусных деталей 12 посредством подшипников 13 скольжения. К опорным дискам 23 прикреплены взаимно обращенные опорные стаканы 24, к которым прикреплены выше упомянутые радиальные направляющие 21 зажимных колодок. На своих взаимно обращенных концах опорные стаканы 24 снабжены уплотнением 25, так что внутреннее пространство, образованное опорными дисками 23 и опорными стаканами 24, отгорожено относительно окружающей среды.

Перечень ссылочных позиций

1. Зажимное устройство

2. Каретка

3. Колеса каретки

4. Головка ввода

5. Зажимная головка

6. Зажимная головка

7. Зажимная колодка

8. Приводной механизм

9. Приводной диск

10. Гидравлическое устройство поршневого цилиндра (регулировочное средство)

11. Направляющее средство для зажимных головок

12. Направляющая корпусная деталь

13. Подшипник скольжения

14. Клин

15. Направляющий штифт

16. Наклонная поверхность направляющего штифта (скользящая сторона).

17. Скошенная поверхность (скользящая сторона)

18. Расширенная головка направляющего штифта

19. Подшипник скольжения направляющего штифта

20. Роликовый элемент

21. Радиальная направляющая (Цилиндр)

22. Вырезанная полость (прорезь) клина

23. Опорный диск

24. Опорный стакан

25. Уплотнение между опорными стаканами

26. Ребро головки ввода

1. Зажимное устройство (1) для внутреннего центрирования труб относительно друг друга, содержащее две зажимные головки (5, 6), выполненные с возможностью размещения во взаимно обращенных концах труб, при этом каждая зажимная головка содержит радиально смещаемые зажимные колодки (7), которые равномерно распределены по ее внешней периферии, и приводной механизм (8), чтобы вызвать радиальные смещения зажимных колодок (7), регулировочное средство (10) для регулировки взаимных положений зажимных головок (5, 6) в осевом направлении, несколько направляющих корпусных деталей (12), расположенных нецентрированным образом и предназначенных для направления зажимных головок в осевом направлении относительно друг друга, и подшипники (13), которые выполнены по меньшей мере на одной (5) из зажимных головок и на указанных направляющих корпусных деталях (12), при этом приводной механизм (8) каждой зажимной головки (5, 6) содержит приводной диск (9), который ориентирован поперечно по отношению к осевому направлению и который установлен посредством подшипников (19) с возможностью смещения в осевом направлении на тех же направляющих корпусных деталях (12), при этом приводной диск (9) взаимодействует с зажимными колодками (7) таким образом, что при осевом смещении приводного диска (9) зажимные колодки смещаются радиально.

2. Зажимное устройство (1) по п.1, в котором направляющие корпусные детали (12) равномерно распределены в периферийном направлении зажимных головок (5, 6).

3. Зажимное устройство (1) по п.1 или 2, в котором направляющие корпусные детали (12) неподвижно прикреплены к одной из зажимных головок (6).

4. Зажимное устройство (1) по п. 1, в котором регулировочное средство (10) соединено с направляющими корпусными деталями (12) и с зажимной головкой (5), установленной с возможностью смещения по отношению к направляющим корпусным деталям.

5. Зажимное устройство (1) по п. 1, в котором регулировочное средство (10) содержит осевой исполнительный механизм осевой регулировки.

6. Зажимное устройство (1) по п. 1, которое снабжено головкой ввода (4), выполненной сужающейся по направлению к ее свободному концу.

7. Зажимное устройство (1) по п. 6, в котором направляющие корпусные детали (12) и регулировочное средство (10) выполнены с возможностью прикрепления к головке ввода (4).

8. Зажимное устройство (1) по п.7, в котором зажимная головка (5), установленная с возможностью смещения относительно направляющих корпусных деталей (12), размещена между головкой ввода (4) и другой зажимной головкой (6), которая неподвижно соединена с направляющими корпусными деталями.

9. Зажимное устройство (1) по п.1, в котором приводной диск (9) и соответствующие зажимные колодки (7) выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом посредством скользящих сторон (17, 16), которые направлены наклонно в осевом поперечном сечении.

10. Зажимное устройство (1) по п.9, в котором приводной диск (9) и зажимные колодки (7) выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом посредством вырезанной прорези (22) и расширенной головки (18), перемещаемой взад и вперед в упомянутой вырезанной прорези.

11. Зажимное устройство (1) по п. 1, в котором приводной механизм (8) содержит осевой приводной исполнительный механизм.

12. Зажимное устройство (1) по п. 1, в котором каждая зажимная головка (5, 6) содержит опорный диск (23), который ориентирован поперечно по отношению к осевому направлению и выполнен с возможностью взаимодействия с направляющими корпусными деталями (12).

13. Зажимное устройство (1) по п.12, в котором каждая зажимная головка (5, 6) содержит опорный стакан (24), присоединенный к опорному диску (23), причем опорный стакан (24) имеет радиальные направляющие (21) для зажимных колодок (7).

14. Зажимное устройство (1) по п.13, в котором взаимно обращенные концы опорных стаканов (24) обеих зажимных головок (5, 6) взаимодействуют друг с другом изолированным образом.

15. Зажимное устройство (1) по п.11 или 12, в котором приводной исполнительный механизм прикреплен к опорному диску (23) и к приводному диску (9) зажимной головки (5, 6).

16. Зажимное устройство (1) по п. 1, в котором каждая зажимная головка (5, 6) несет зажимной ролик (20), который ориентирован вдоль аксиально направленной оси вращения.