самоуплотняющееся соединение трубопроводов

Формула изобретения

Самоуплотняющееся соединение трубопроводов с компенсаторами, содержащее ниппели, контактирующие друг с другом, средства соединения в виде накидной гайки и компенсаторы на конце каждого из трубопроводов, отличающееся тем, что каждый из компенсаторов выполнен в виде кольцевого сферического элемента с одинаковыми радиусами кривизны, шириной и диаметрами их колец, а контактирующие друг с другом их поверхности выполнены вогнутой у первого и выпуклой у второго трубопровода, а ниппель каждого из трубопроводов выполнен из конусной части, меньший диаметр которой сопряжен с кольцевым сферическим элементом, при этом больший диаметр конусной части первого ниппеля сопряжен с диском, жестко соединенным с первым трубопроводом и перпендикулярным ему, больший диаметр конусной части второго ниппеля сопряжен с уголковым отгибом, сторона которого перпендикулярна второму трубопроводу и жестко соединена с ним, а на стороне отгиба, расположенной концентрично второму трубопроводу, выполнена резьба для упомянутой накидной гайки, установленной на первом трубопроводе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к арматуростроению, преимущественно к конструкции арматуры для ССТ трубопроводных систем с таким соединением в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, ЖКХ и др.

Решает задачу улучшения надежности ССТ, одновременно технологичности, производительности и долговечности.

ССТ состоит из закрепленных на концах трубопроводов (Т) 1 и 2 ниппелей (Н) 3 и 4 (фиг.1), соединенных накидной гайкой 5. Каждый Н выполнен со сферическо-кольцевым компенсатором (К) 8 и 9, ориентированными приблизительно вертикально и расположенными концентрично Т. К имеют одинаковую кривизну контактирующих друг с другом сферических поверхностей, диаметры и углы наклона компенсаторов к вертикальной плоскости. Соединен НЗ с первым Т перпендекулярным ему диском, сопряженным с большим диаметром конусной части Н, контактирующим с заплечиком накидной гайки. Со вторым Т Н соединен уголковым отгибом, концентричная Т часть которого имеет резьбу для гайки и сопряжена с большим диаметром конусной части Н4.

Для осуществления СГ ССТ стыкуют К 8 и 9 Т и предварительной затяжкой гайки 5 обеспечивают линейное контактирование их по окружности. При подаче рабочего давления в ССТ конусные части Н и К деформируются до контактированяе К 8 и 9 по всей сферической поверхности их, компенсируют этим монтажные усилия и напряжения в материале резьб и заплечика гайки с периферийно-окружным участком диска первого Н.

Изобретение может применяться в любой отрасли машиностроения, добывающих, перерабатывающих и транспортирующих продукцию жидкого, газообразного или пастообразного вида (ил.2, п.4).

Возникающие при затяжке гайки напряжения в материале резьбы ниппеля, гайки и заплечика штуцера при подаче рабочего давления ослабляются, так как давление среды при этом создает действующие друг к другу давление на рабочие поверхности ниппеля и штуцера соответственно, уменьшающее нагрузку на упомянутые элементы соединения. В результате такого "вычитания" усилий крепежные элементы соединения работают в более благоприятных условиях - с меньшими контактными напряжениями в них. А после дренирования рабочего давления в соединении монтажное напряжение и нагрузки в элементах крепежа восстанавливается до уровня предварительной затяжки.

Наиболее близким по технической сути к заявляемому соединению является самоуплотняющееся соединено по пат. РФ №2043562, состоящее из двух трубопроводов с уплотнительными элементами на конце каждого из них, сопрояженного с компенсирующими элементами, воспринимающими давление рабочей среды трубопроводов и накидной гайки, контактирующей с заплечиком штуцера и резьбой ниппеля.

Недостатком известного соединения является контактирование рабочих компенсаторов по минимальному диаметру их (линейное контактирование), что является следствием расположения рабочих полостей и компенсаторов в проточном канале трубопроводов. Кроме уменьшения проходного канала и соответственно производительности трубопроводной системы линейное контактирование уменьшает надежность герметизации соединения.

Изобретение решает задачу увеличения надежности герметизации соединения посредством увеличения площади контактирования уплотнительных поверхностей с самоуплотнением без уменьшения проходного канала одновременно с улучшением технологичности, снижением материалоемкости и трудоемкости изделия.

Суть самоуплотняющегося соединения трубопроводов с компенсаторами состоит в том, что самоуплотняющееся соединение трубопроводов с компенсаторами, содержащее ниппели, контактирующие друг с другом концевыми частями уплотнительных поверхностей, средства компенсации монтажных усилий в рабочем состоянии, осевых эксплуатационных перемещений и соосности ниппелей при монтаже трубопроводов на изделие с накидной гайкой, выполнено из кольцеобразных частей, каждый ниппель имеет соединенное с соответствующим трубопроводом перпендекулярное ему кольцо, компенсирующая часть состоит из одного, по крайней мере, конусообразного или цилиндрического кольцевого элемента, соединенного одной окружной кромкой с соответствующей кромкой упомянутого перпендекулярного кольца и снабженного концевым конусообразным с контактирующим вогнутым или выпуклым кольцевым участком на свободном усеченном конце конуса, при этом цилиндрическое кольцо одного ниппеля имеет резьбу для накидной гайки, а компенсационная часть второго ниппеля выполнена с компенсаторами осевого перемещения трубопроводов.

Для компенсации осевых перемещений один, по крайней мере, ниппель имеет зиги или местные выточки, расположенные в местах стыка конусообразных колец друг с другом и с соответствующим перпендекулярным кольцом этого ниппеля, на внутренней, внешней стороне компенсаторной части или с чередованием их.

Соосность ниппелей обеспечивает взаимодействие внутренней окружной поверхности отверстия накидной гайки с внешней цилиндрической поверхностью соответствующего трубопровода.

Способ герметизации самоуплотняющегося соединения трубопроводов, по которому стыкуют их уплотнительные элементы и предварительной затяжкой накидной гайки обеспечивают линейное контактирование по окружности, подают рабочую среду в трубопроводы соответственно рабочему циклу системы(объекта) с увеличением обжатия компенсаторов и уменьшением монтажных напряжений в материале соединительных элементов для компенсационного уменьшения монтажного усилия предварительно выполняют контактирующие концевые кольцевые участки с одинаковой кривизной вогнуто-выпуклых поверхностей, шириной, диаметрами и углами расположения периферийных и внутренних диаметров этих участков с противоположным смещением от вертикали.

Наличие в соединении средств герметизации фигурной конфигурации из конусных частей со сферическими, соответствующими друг другу элементами обеспечивает улучшение степени герметизации и надежности соединения вследствие перехода в рабочем состоянии с линейно-окружного контактирования на кольцеплощадное. Это особенно благоприятно для систем с высоким рабочим давлением. Выполнение ниппелей с элементами упругости обеспечивает достаточную надежность систем с низким давлением при хорошей чувствительности. А выполнение компенсаторов с диаметрами, большими диаметров проточных каналов трубопроводов, особенно важно для трубопроводных систем перекачки нефтегазовых, химических и ЖКХ систем, так как обеспечивает такую же производительность, как и сварных трубопроводных систем.

На фиг.1 изображен продольный разрез заявляемого соединения, на котором верхняя половина показывает положение компенсаторов после предварительной затяжки накидной гайки, а нижняя половина - их положение в рабочем состоянии после заполнения трубопроводов рабочей средой. На фиг.2 показаны компенсаторы с односторонней сферичностью.

Заявляемое самоуплотняемое соединение трубопроводов 1 и 2 (фиг.1) с ниппелями 3 и 4 соединяется накидной гайкой 5. Конусная часть ниппелей 6 и 7 соответственно выполнены с кольцевыми или коническим элементами, имеющими контактирующие поверхности выпуклую 8 у ниппеля 7 и вогнутую 9 у ниппеля 6 на меньшем диаметре усеченного конуса их. Большие диаметры конусов сопряжены соответственно у ниппеля 6 с кольцом 10, закрепленным на трубопроводе 2, а у ниппеля 7 кольцо 11 соединено с трубопроводом 1 и с цилиндрическим концентричным трубопроводу 1 кольцом 12, имеющим резьбу для накидной гайки 5, установленной на трубопроводе 2. Диаметры D и d, ширина t и радиус кривизны r контактирующих друг с другом поверхностей компенсаторов 8 и 9 соответствуют друг другу.

Компенсаторы 13 могут выполняться на внешней стороне компенсаторной части одного, по крайней мере, ниппеля или чередоваться на сторонах одного или обоих ниппелей.

Для обеспечения соосности ниппелей отверстие 14 гайки 5 выполняют с диаметром d₁, равным диаметру трубопровода 1 с полем допусков по посадке скольжения, например.

Способ герметизации самоуплотняемого соединения осуществляют следующим образом.

На концах трубопроводов 1 и 2 ниппели 3 и 4 закрепляют любым применяемым в данной отрасли способом, например сваркой или пайкой и пр. Затем устанавливают трубопроводы в трубопроводную систему или на объект, стыкуя выпуклую поверхность компенсатора 8 с вогнутой компенсатора 9, и производят предварительную затяжку накидной гайки 5 до их взаимного линейного контактирования по окружности (см. фиг.1, верхнюю половину эскиза).

В результате в материале соединительных элементов - резьбах гайки и ниппеля 4, в контактирующей с заплечиком гайки части диска 10 создаются монтажные напряжения. Затем в трубопроводы подают среду с рабочим давлением, создающим прижимающие компенсаторы 8 и 9 друг к другу усилия и ослабляющие соответственно упомянутые монтажные напряжения в материале соединительных элементов, в данном случае в резьбе ниппеля и накидной гайки.

Вследствие деформирования конусных частей и компенсаторов, под действием давления рабочей среды контактирование сферических поверхностей их становится по всей ширине t колец, как показано на нижней половине фиг.1. Поэтому целесообразно усилие затяжки предварительной Fзат выполнять в интервале значений, равных

F зат=0,5 - Fкрд, где , здесь Р - рабочее давление среды в трубопроводах, а Fкрд - усилие компенсации рабочим давлением.

В данном варианте соединение работает в наиболее благоприятных условиях - без монтажных напряжений в материале соединительных элементов в течение всего рабочего времени. Соответственно пластические изменения в материале наступят значительно позднее, что способствует увеличению срока безотказной службы соединения.

Таким образом, размещение рабочих полостей конусных и сферических поверхностей за пределами внешних диаметров трубопроводов обеспечивает максимально возможный расход по трубопроводной системе, что дополнительно улучшает эксплуатационные возможности соединения.

Заявленное соединение более предпочтительно для промышленного применения, нежели известные и применяемые в промышленности, например, потому, что у известных детали соединения - преимущественно точеные. По сравнению с ними штампованные ниппели предлагаемого соединения более экономичны, их сборка в трубопроводы также более производительна. Требуемые для производства их материалы выпускаются промышленностью серийно в достаточном количестве и ассортименте.