Шарнирное соединение

Изобретение относится к шарнирному соединению стендера и предназначено для подвижного соединения трубопроводов устройств перелива углеводородов. Шарнирное соединение включает в себя: наружную обойму и внутреннюю обойму, в наружной обойме выполнено технологическое отверстие для доставки тел качения к дорожкам качения, при этом указанное технологическое отверстие выполнено с возможностью установки в нем пробки, первый фланец первый и второй фланец, втулку, выполненную с возможностью фиксации относительно внутренней обоймы винтовыми крепежными средствами, пробку, установленную в технологическом отверстии с обеспечением непрерывного профиля дорожки качения. Технический результат заключается в уменьшении габаритов и массы шарнирного соединения, обеспечении равномерности распределения нагрузки на элементы шарнирного соединения, обеспечение более надежной и длительной работы шарнирного соединения. 4 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Предлагаемое изобретение относится к нефтегазовой области и к системам перелива и транспортировки сжиженного природного газа, в частности, к такому узлу стендера как шарнирное соединение.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники известны шарнирные соединения, использующиеся в качестве узла стендера и предназначенные для обеспечения подвижного соединения трубопроводов устройств перелива углеводородов. Стендер представляет собой сливно-наливное устройство для производства погрузочно-разгрузочных операций с жидкими углеводородными продуктами между резервуарными парками и танкерами. Как правило, конструкция стендера включает в себя вертикальную трубную часть, а также береговую трубную часть и судовую трубную части, соединенные как между собой, так и с вертикальной трубной частью шарнирными соединениями. Более подробно, стендер представляет собой сочлененную систему трубопроводов, рычагов, шарниров, клапанов, стыковочных устройств и аварийных систем. Стендер обеспечивает возможность учета движений пришвартованного судна под воздействием приливов/отливов, ветра, течения, качки и изменяющейся осадки судна.

Кроме того, из уровня техники известна публикация KR 20160064812 А, раскрывающая шарнирное соединение для использования в трубопроводе для перекачки криогенного газа, включающее в себя первую и вторую внешние обоймы, соединенные с загрузочным трубопроводом; первую и вторую средние обоймы, находящиеся в контакте друг с другом; первая и вторая внешние обоймы содержат первый и второй фланцы соответственно; внешние обоймы соединены со средними обоймами посредством винтов; множество шариков, установленных с заданными интервалами по периферии области, в которой средние обоймы находятся в контакте друг с другом, для обеспечения вращения первой средней обоймы и второй средней обоймы; внутренняя обойма соединена со втулкой, имеющей вогнутую часть таким образом, что между внутренней обоймой и втулкой образована теплоизоляционная камера.

Недостатки изобретения согласно публикации KR 20160064812 А следующие: не реализована возможность продувки теплоизоляционной камеры азотом, а также в указанной публикации заявлена необходимость увеличения площадей, служащих в качестве дополнительных поверхностей под уплотнения для обеспечения герметичности. Кроме того дорожка для шариков не является цельной, шарики загружают в дорожку, через отверстие во внешней обойме, и, несмотря на то, что это отверстие для загрузки шариков перекрывают, края этого отверстия все равно контактируют с шариками при качении, целостность дорожки качения остается нарушенной, удары шариков о края отверстия могут привести к заклиниванию шарика, замятию шарика, повреждению дорожки качения и иным неисправностям, что увеличивает вероятность выхода из строя шарнирного соединения.

Источник CN 103104767 A выбран в качестве наиболее близкого аналога предлагаемого изобретения. Изобретение согласно CN 103104767 А представляет собой шарнирное соединение, используемое при сверхнизких температурах, содержащее внутреннее кольцо и установленное на нем внешнее кольцо в качестве втулки; верхний фланец расположен на внутреннем кольце, а нижний фланец расположен под внутренним кольцом. Верхний фланец жестко соединен с внутренним кольцом, а нижний фланец жестко соединен с наружным кольцом; внутри внутреннего кольца расположена втулка, а между втулкой и внутренним кольцом образована теплоизоляционная полость; канал продувки азотом расположен между внешней стенкой внутреннего кольца и внутренней стенкой внешнего кольца; на канале продувки азотом расположены две кольцевые дорожки качения стальных шариков.

Недостатками источника CN 103104767 А являются расположение выпускных отверстий для азота перпендикулярно продольной оси крепежных элементов, что утяжеляет шарнирное соединение, усложняет конфигурацию фланцев; трудоемкость сварочных операций по креплению втулки относительно внутренней обоймы, поскольку сварочные операции низкотемпературных сталей являются сложными и требуют последующего контроля сварных швов, отпуска и последующей обработки в размер; кроме того дорожка для шариков не является цельной, шарики загружают в дорожку, через отверстие во внешней обойме, и, несмотря на то, что это отверстие для загрузки шариков перекрывают, края этого отверстия все равно контактируют с шариками при качении, целостность дорожки качения остается нарушенной, удары шариков о края отверстия могут привести к заклиниванию шарика, замятию шарика, повреждению дорожки качения и иным неисправностям, что увеличивает вероятность выхода из строя шарнирного соединения.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в уменьшении габаритов и массы шарнирного соединения, обеспечении равномерности распределения нагрузки на элементы шарнирного соединения, обеспечение более надежной и длительной работы шарнирного соединения.

Предлагаемое шарнирное соединение предназначено для подвижного соединения трубопроводов устройств перелива углеводородов и включает в себя:

наружную обойму и внутреннюю обойму, имеющие круглое поперечное сечение и выполненные с возможностью установки друг относительно друга с зазором, во внутренней стенке наружной обоймы и наружной стенке внутренней обоймы выполнены кольцевые дорожки качения с возможностью размещения в них тел качения, в наружной обойме выполнено технологическое отверстие для доставки тел качения к дорожкам качения, при этом указанное технологическое отверстие выполнено с возможностью установки в нем пробки, а зазор образует канал для продувки шарнирного соединения азотом,

первый фланец и второй фланец, имеющие круглое поперечное сечение, причем первый фланец выполнен с возможностью установки относительно наружной обоймы с обеспечением жесткого соединения с наружной обоймой первым болтовым крепежным средством, а второй фланец выполнен с возможностью установки относительно внутренней обоймы с обеспечением жесткого соединения с внутренней обоймой вторым болтовым крепежным средством,

втулку, выполненную с возможностью установки между первым и вторым фланцем и имеющую вогнутость, ориентированную в сторону внутренней обоймы, так что между внутренней обоймой и втулкой образована теплоизоляционная камера,

отличающееся тем, что

втулка выполнена с возможностью фиксации относительно внутренней обоймы винтовыми крепежными средствами,

конфигурация пробки, установленной в технологическом отверстии, обеспечивает непрерывный профиль дорожки качения,

болтовые крепежные средства расположены соосно с телами качения;

в болтовых крепежных средствах соосно их продольной оси выполнены впускные и выпускные отверстия для азота.

Благодаря тому, что втулка выполнена с возможностью фиксации относительно внутренней обоймы винтовыми крепежными средствами, достигается упрощение технологии изготовления шарнирного соединения в сравнении со сварными соединениями, создание и обеспечение надежности которых является трудоемким процессом.

Благодаря тому, что конфигурация пробки, установленной в технологическом отверстии, обеспечивает непрерывный профиль дорожки качения, в зоне, где установлена пробка, обеспечена равномерная геометрия канавки. Таким образом, исключены или минимизированы возможность повреждения дорожки при перемещении тел качения, возможность замятия или заклинивания тел качения, износа и поверхностной усталости, что обеспечивает надежную и длительную работу изделия.

Благодаря тому, что болтовые крепежные средства расположены соосно с телами качения, обеспечена равномерность распределения нагрузки, то есть изгибаемые усилия от внутренней и наружной обоймы, передаваемые на тела качения равнозначны.

Благодаря тому, что в болтовых крепежных средствах соосно их продольной оси выполнены впускные и выпускные отверстия для азота достигается уменьшение массы и габаритов шарнирного соединения, обеспечена возможность упрощения изготовления фланцев, которые в этом случае будут отличаться только наружным диаметром, также при необходимости использования теплозащиты исключена необходимость подгонки отверстий под крепежные средства.

В контексте настоящего описания слова «верхний», «нижний», «первый», «второй» и т.д. используются в виде прилагательных исключительно для того, чтобы отличать существительные, к которым они относятся, друг от друга, а не для целей описания какой-либо конкретной связи между этими существительными.

Продувку азотом шарнирного соединения осуществляют в целях устранения конденсата из шарнирного соединения, то есть обеспечивают выдувку конденсата из шарнирного соединения, чтобы конденсат не кристаллизовался в лед. Продувку азотом осуществляют до начала перекачки продукта по трубопроводу стендера, а также во время перекачки и после.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для лучшего понимания настоящего изобретения, а также других его аспектов и характеристик, описание приведено со ссылками далее следует подробное описание предлагаемого изобретения со ссылками на чертежи, где

на Фиг. 1 представлен общий вид шарнирного соединения согласно изобретению;

на Фиг. 2 представлен увеличенный вид А по Фиг. 1;

на Фиг. 3 представлен вид В по Фиг. 2;

на Фиг. 4 представлен увеличенный вид Б по Фиг. 1.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг. 1 представлено предлагаемое шарнирное соединение, которое предназначено для использования в стендере, в частности, для обеспечения подвижного соединения трубопроводов устройств перелива углеводородов.

Шарнирное соединение 1 включает в себя наружную обойму 2 и внутреннюю обойму 3, имеющие круглое поперечное сечение и выполненные с возможностью установки друг относительно друга с образованием зазора 4 (см. Фиг. 4), при этом зазор образует канал для продувки шарнирного соединения азотом. Во внутренней стенке 5 наружной обоймы 2 и наружной стенке 6 внутренней обоймы 3 выполнены первая кольцевая дорожка 7 качения для первого тела качения в виде второго шарика 8 и вторая дорожка 9 качения для второго тела качения в виде второго шарика 10. Следует понимать, что тела качения могут быть представлены не только шарикам, но и роликами.

Каждой дорожке качения 7, 9 соответствует технологическое отверстие для загрузки шарика в соответствующую дорожку качения. На Фиг. 1 изображен разрез, на котором видно только одно технологическое отверстие 11, соответствующее дорожке качения 9, другое технологическое отверстие не видно в разрезе, показанном на Фиг. 1, поэтому только один номер позиции присвоен технологическому отверстию, несмотря на то, что их два.

Шарнирное соединение 1 далее включает в себя первый фланец 12 и второй фланец 13, имеющие круглое поперечное сечение, причем первый фланец 12 выполнен с возможностью установки относительно наружной обоймы 2 с обеспечением жесткого соединения с наружной обоймой 2 первым болтовым крепежным средством 14, а второй фланец 13 выполнен с возможностью установки относительно внутренней обоймы 3 с обеспечением жесткого соединения с внутренней обоймой 3 вторым болтовым крепежным средством 15.

Шарнирное соединение 1 далее содержит втулку 16, выполненную с возможностью установки между первым фланцем 12 и вторым фланцем 13 и имеющую вогнутость, ориентированную в сторону внутренней обоймы 3, так что между внутренней обоймой 3 и втулкой 16 образована теплоизоляционная камера 17. Втулка 16 выполнена с возможностью фиксации относительно внутренней обоймы 3 винтовыми крепежными средствами 18. В каждом технологическом отверстии 11 наружной обоймы 2 установлена пробка 19, конфигурация которой обеспечивает непрерывный профиль дорожки качения, то есть геометрия дорожки качения остается цельной и не нарушена тем, что технологическое отверстие содержит пробку. Иными словами, конфигурация пробки 19 частично, а именно в той зоне, где она прилегает к дорожке, повторяет профиль дорожки качения с обеспечением цельного профиля дорожки качения.

Пробка 19 выполнена с возможностью фиксации в технологическом отверстии 11 крепежными средствами, как изображено на Фиг. 2 и Фиг. 3: винтами 20, каждый из которых выполнен с возможностью установки в первое резьбовое отверстие 21, и дополнительными винтами 22 с пружинными штифтами 23, каждый из которых выполнен с возможностью установки во второе резьбовое отверстие 24. При изготовлении пробки 19 обеспечивают возможность повторения частью пробки 19 профиля дорожки качения 7, 9. Более конкретно, для получения профиля, соответствующего профилю дорожки качения, пробку 19 устанавливают в технологическое отверстие 11, просверливают в пробке 19 и наружной обойме 2 первое резьбовое отверстие 21, проходящее через пробку 19 и наружную обойму 2, затем формируют, например, вытачивают, в той зоне, где пробка 19 прилегает к дорожке, углубление, повторяющее конфигурацию канавки, затем просверливают в пробке 19 и наружной обойме 2 второе резьбовое отверстие 24, в которое сначала устанавливают пружинный штифт 23, а затем дополнительный винт 22. Пружинные штифты 23 необходимы для того, чтобы при снятии/установке пробки 19 они устраняли все возможные зазоры, мешающие встать пробке 19 в положение, в котором она обеспечивает непрерывность конфигурации канавки. Таким образом пробка 19 всегда возвращается в то положение, в котором часть пробки, повторяющая конфигурацию канавки, всегда совмещалась с профилем канавки.

Как видно из Фиг. 2 и Фиг. 3, пробка 19 имеет два первых резьбовых отверстия 21 и два вторых резьбовых отверстия 24, причем первые резьбовые отверстия 21 расположены диаметрально противоположно вторым резьбовым отверстиям 24.

Кроме того, первые и вторые болтовые крепежные средства 14, 15 расположены соосно с шариками 8, 10, причем в болтовых крепежных средствах 14, 15 соосно их продольной оси выполнены соответственно впускное отверстие 25 и выпускное отверстие 26 для азота и для азота. Также во внутренней обойме выполнен первый канал 27 для подачи азота из впускного отверстия 25 в теплоизоляционную камеру 17, и второй канал 28 для подачи азота из теплоизоляционной камеры в зазор 4, после чего азот выходит из выпускного отверстия 26. Направление движения азота показано стрелками на Фиг. 1.

На Фиг. 1 также показаны кольцевые уплотнения 29, предназначенные для работы в условиях криогенных сред. Поскольку уплотнения являются однотипными, они обозначены одним номером позиции.

На Фиг. 4 проиллюстрированы шарики 8, 9, установленные в дорожки качения 7, 9 соответственно, и показан угол контакта 45°, такая величина контактного угла является оптимальной для комбинированных (радиальных и осевых) нагрузок, возникающих в условиях, в которых работает предлагаемое шарнирное соединение. В случае изменения нагрузок угол контакта а может меняться в большую или меньшую сторону, это зависит от того, будут преобладать осевые или радиальные нагрузки.

Модификации и улучшения вышеописанного варианта осуществления настоящего изобретения без выхода за рамки формулы изобретения очевидны специалистам в данной области техники. Настоящее описание представлено только в качестве примера и не накладывает никаких ограничений на объем охраны предлагаемого изобретения. Таким образом, объем охраны предлагаемого изобретения ограничен только объемом прилагаемой формулы изобретения.

Шарнирное соединение, предназначенное для подвижного соединения трубопроводов устройств перелива углеводородов и включающее в себя:

наружную обойму и внутреннюю обойму, имеющие круглое поперечное сечение и выполненные с возможностью установки относительно друг друга с зазором, во внутренней стенке наружной обоймы и наружной стенке внутренней обоймы выполнены кольцевые дорожки качения с возможностью размещения в них тел качения, в наружной обойме выполнено технологическое отверстие для доставки тел качения к дорожкам качения, при этом указанное технологическое отверстие выполнено с возможностью установки в нем пробки, а зазор образует канал для продувки шарнирного соединения азотом,

первый фланец и второй фланец, имеющие круглое поперечное сечение, причем первый фланец выполнен с возможностью установки относительно наружной обоймы с обеспечением жесткого соединения с наружной обоймой первым болтовым крепежным средством, а второй фланец выполнен с возможностью установки относительно внутренней обоймы с обеспечением жесткого соединения с внутренней обоймой вторым болтовым крепежным средством,

втулку, выполненную с возможностью установки между первым и вторым фланцем и имеющую вогнутость, ориентированную в сторону внутренней обоймы, так что между внутренней обоймой и втулкой образована теплоизоляционная камера,

отличающееся тем, что

втулка выполнена с возможностью фиксации относительно внутренней обоймы винтовыми крепежными средствами,

конфигурация пробки, установленной в технологическом отверстии, обеспечивает непрерывный профиль дорожки качения,

болтовые крепежные средства расположены соосно с телами качения,

в болтовых крепежных средствах соосно их продольной оси выполнены впускные и выпускные отверстия для азота.