разъемное соединение для трубопроводов

Формула изобретения

1. Разъемное соединение для трубопроводов, содержащее соединяемые ниппели с фланцами, уплотнительное кольцо, бугельные элементы для стягивания соединяемых ниппелей и удержания их в рабочем положении, натяжной элемент, отличающееся тем, что натяжной элемент выполнен в виде охватывающего кольца, установленного с натягом на бугельных элементах и расположенного концентрично им, внутренний диаметр охватывающего кольца выполнен меньшим, чем наружный диаметр бугельных элементов с отношением его внутреннего диаметра к наружному диаметру бугельных элементов, составляющим от 0,989 до 0,995, при этом на наружной поверхности бугельных элементов с их торцовой стороны или на внутренней поверхности охватывающего кольца с его торцовой стороны выполнена направляющая коническая фаска.

2. Разъемное соединение для трубопроводов по п.1, отличающееся тем, что ширина охватывающего кольца выполнена равной ширине бугельных элементов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к быстроразъемным соединениям и может быть использовано в трубопроводах высокого давления, предназначенных для транспортировки технологических жидкостей и газов в химических и подобных им производствах.

Известно разъемное соединение для трубопроводов (см. проспект фирмы GALPERTI ENGINEERING, 2000 г., стр.6-7, сайт фирмы: www.galperti. com), содержащее соединяемые ниппели с фланцами, имеющими конические поверхности, уплотнительное кольцо, дугообразные бугельные элементы для стягивания соединяемых ниппелей и удержания их в рабочем положении. Дугообразные бугельные элементы на своей вогнутой стороне имеют проточки с коническими поверхностями, контактирующими с коническими поверхностями фланцев, а на концевых частях - крепежные выступы. Крепежные выступы ориентированы радиально относительно центральной оси соединения и снабжены крепежными деталями - резьбовыми шпильками и гайками для стягивания их между собой. Радиальное расположение крепежных выступов и радиальное удаление крепежных деталей от сопрягаемых поверхностей дугообразных элементов обусловливает возникновение на крепежных выступах при их стягивании значительного по величине изгибающего момента, из-за которого концевые части дугообразных бугельных элементов прижимаются к фланцам с большим усилием, чем их средние части. Неравномерность прижатия дугообразных бугельных элементов к сопрягаемым поверхностям фланцев (эллипсность), в свою очередь, обусловливает соответствующую неравномерность распределения контактного давления на уплотнительных поверхностях уплотнительного кольца. Поэтому недостатком известного соединения является вероятность нарушения герметичности соединения в местах, где создается наименьшая сила прижатия дугообразных элементов к фланцам. В связи с этим герметичность известного соединения может быть нарушена как в радиальной, так и в осевой зонах контакта его уплотнительных поверхностей. Другой недостаток известного разъемного соединения - сложность изготовления его бугельных элементов из-за наличия радиальных крепежных выступов и крепежных деталей.

Известно разъемное соединение для трубопроводов (патент РФ № 2322632, опубл. 20.04.2008. Бюл. № 20), содержащее соединяемые ниппели с фланцами, имеющими конические поверхности, уплотнительное кольцо, дугообразные бугельные элементы для стягивания соединяемых ниппелей и удержания их в рабочем положении. Дугообразные бугельные элементы на своей вогнутой стороне имеют проточки с боковыми коническими поверхностями, контактирующими с коническими поверхностями фланцев, а на концевых частях - торцовые крепежные выступы, скрепленные между собой клиновыми натяжными элементами П-образной формы, которые в свою очередь связаны между собой крепежными деталями - резьбовыми шпильками и гайками. Уплотнительное кольцо имеет конические уплотнительные поверхности, контактирующие с коническими поверхностями, выполненными на внутренних поверхностях соединяемых ниппелей.

Известное разъемное соединение имеет следующие основные недостатки:

1) высокую вероятность нарушения герметичности соединения из-за неравномерности прижатия дугообразных бугельных элементов к коническим поверхностям фланцев по следующей причине. В процессе затяжки концевые части дугообразных бугельных элементов в местах расположения крепежных выступов прижимаются к фланцам со значительно большим усилием, чем их средние части. Из-за неравномерности прижатия дугообразных бугельных элементов к сопрягаемым поверхностям фланцев нарушается цилиндричность бугельных элементов и фланцев, то есть образуется некоторая эллипсность их формы, которая обусловливает соответствующую неравномерность распределения контактного давления на уплотнительных поверхностях уплотнительного кольца. Указанная неравномерность контактного давления создает опасность разгерметизации соединения как в радиальной, так и в осевой зонах контакта его уплотнительных поверхностей;

2) сложность изготовления дугообразных бугельных элементов, их торцовых выступов, клиновых натяжных элементов, их установки и затяжки.

Задачей изобретения является устранение эллипсности и повышение герметичности соединения и надежности его работы, упрощение и ускорение процессов изготовления натяжного элемента и бугельных элементов.

Указанная задача решается тем, что в разъемном соединении для трубопроводов, содержащем соединяемые ниппели с фланцами, уплотнительное кольцо, бугельные элементы для стягивания соединяемых ниппелей и удержания их в рабочем положении, натяжной элемент, согласно изобретению натяжной элемент выполнен в виде охватывающего кольца, установленного с натягом на бугельных элементах и расположенного концентрично им, внутренний диаметр охватывающего кольца выполнен меньшим, чем наружный диаметр бугельных элементов с отношением его внутреннего диаметра к наружному диаметру бугельных элементов, составляющим от 0,989 до 0,995, при этом на наружной поверхности бугельных элементов с их торцовой стороны или на внутренней поверхности охватывающего кольца с его торцовой стороны выполнена направляющая коническая фаска.

Ширина охватывающего кольца может быть равна ширине бугельных элементов.

Технический результат изобретения выражается в устранении эллипсности фланцевых частей ниппелей и дугообразных бугельных элементов за счет равномерного распределения на уплотнительных поверхностях расчетного усилия затяжки, создаваемого энергией упругой деформации охватывающего кольца, концентрично расположенного на бугельных элементах.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез разъемного соединения в собранном виде с уплотнительным плоским кольцом из неметаллического материала; на фиг.2 - увеличенное изображение направляющих конических фасок, выполненных на охватывающем кольце и на бугельных элементах; на фиг.3 - вид по стрелке А на соединение в сборе (фиг.1).

Предлагаемое разъемное соединение для трубопроводов в собранном виде содержит два соединяемых между собой ниппеля 1 и 2, расположенных на общей центральной оси и имеющих на соединяемых концах фланцы 3 и 4 с коническими поверхностями 5 и 6, которые выполнены на их внешних боковых сторонах. Между торцовыми поверхностями ниппелей 1 и 2 установлено уплотнительное кольцо известной конструкции, выполненное, например, в виде стального кольца с осевым упором и с коническими губками (не показано) или в виде плоского кольца 7 из неметаллического материала, например из паронита (см. фиг.1 и 2). С наружной стороны фланцев 3 и 4 установлены дугообразные бугельные элементы 8 и 9 для стягивания соединяемых ниппелей 1 и 2 и удержания их в рабочем положении. Дугообразные бугельные элементы 8 и 9 имеют форму полуколец, между концевыми частями которых образован установочный зазор L. На внутренней вогнутой стороне каждого дугообразного бугельного элемента 8 и 9 выполнена кольцевая проточка 10 с боковыми коническими поверхностями (не обозначены). Внешние конические поверхности 5 и 6 каждого фланца 3 и 4 имеют конусность, равную конусности боковых конических поверхностей проточек 10 на каждом дугообразном бугельном элементе 8 и 9. Разъемное соединение снабжено натяжным элементом, выполненным в виде стального охватывающего кольца 11, установленного с натягом на полукольцах дугообразных бугельных элементов 8 и 9 и расположенного концентрично им. Внутренний диаметр охватывающего кольца 11 выполнен меньшим, чем наружный диаметр дугообразных бугельных элементов 8 и 9, и отношение его внутреннего диаметра к наружному диаметру бугельных элементов 8 и 9 составляет от 0,989 до 0,995. На наружной поверхности дугообразных бугельных элементов 8 и 9 с каждой их торцовой стороны 12 и 13 выполнена направляющая коническая фаска 14 и 15. Наименьший диаметр направляющей конической фаски 14 и 15 выполнен меньшим, чем внутренний диаметр охватывающего кольца 11. На внутренней поверхности охватывающего кольца 11 с каждой его торцовой стороны 16 и 17 выполнена направляющая коническая фаска 18 и 19, наибольший диаметр каждой из которых выполнен превышающим наружный диаметр дугообразных бугельных элементов 8 и 9. Ширина охватывающего кольца 11 выполняется равной ширине дугообразных бугельных элементов 8 и 9.

Предложенное разъемное соединение работает следующим образом.

При сборке комплекта разъемного соединения ниппели 1 и 2 располагают на одной продольной оси, и между их торцами размещают уплотнительное кольцо 7. Затем максимально сближают ниппели 1 и 2 в осевом направлении с расчетным осевым усилием и на их фланцы 3 и 4 накладывают оба дугообразных бугельных элемента 8 и 9, которые должны своими проточками 10, выполненными на их вогнутых сторонах, войти в контакт с коническими поверхностями 5 и 6 фланцев 3 и 4. Концевые части дугообразных бугельных элементов 8 и 9 располагают на одинаковом расстоянии друг от друга с образованием между ними установочного зазора L. На наружную поверхность бугельных элементов 8 и 9 наносят пластичную смазку ЦИАТИМ-201. Затем охватывающее кольцо 11 устанавливают на дугообразных бугельных элементах 8 и 9 известным способом. Например, нагревают его до температуры 280-320°C, при которой его диаметр увеличивается. После этого на торцовую сторону 12 (или 13) дугообразных бугельных элементов 8 и 9 накладывают охватывающее кольцо 11 торцовой стороной 16 или 17 так, чтобы оно своей направляющей конической фаской 19 (или 18) вошло в направляющую коническую фаску 14 (или 15) бугельных элементов 8 и 9. Наибольший диаметр конических фасок 19 и 18 превышает наружный диаметр дугообразных бугельных элементов 8 и 9, поэтому охватывающее кольцо 11 своей направляющей конической фаской 19 (или 18) свободно входит в механический контакт с ними. При этом происходит смыкание бугельных элементов 8 и 9 на фланцах 3 и 4 и удержание их в замкнутом состоянии, а также их взаимное самоцентрирование. Затем охватывающее кольцо 11 осевым усилием, приложенным с его торцовой стороны 17 (или 16), перемещают строго в осевом направлении слева направо (или справа налево) и с некоторым усилием насаживают его на наружную кольцевую поверхность бугельных элементов 8 и 9 до момента совпадения его торцовых сторон 16 и 17 с одноименными торцовыми сторонами 12 и 13 бугельных элементов 8 и 9. При остывании охватывающего кольца 11 его диаметр уменьшается, поэтому в нем возникают радиально направленные силы упругой деформации, обусловленные натягом, под действием которых бугельные элементы 8 и 9 равномерно прижимаются к коническим поверхностям 5 и 6 фланцев 3 и 4 по всему их периметру и смещаются в радиальном направлении к центральной оси соединения, занимая свое конечное рабочее положение с минимальным зазором L между их концевыми частями. Можно также установить охватывающее кольцо 11 на бугельных элементах 8 и 9 (как с предварительным нагревом, так и без его предварительного нагрева) с помощью известных приспособлений, создающих прессовое нагружение, например, с помощью специальной фланцевой струбцины или типового пресса - винтового, пневматического (не показаны). При этом охватывающее кольцо 11 равномерно нагружают прессовым усилием с торцовой стороны 17 (или 18) и, перемещая охватывающее кольцо 11 строго в осевом направлении слева направо (или справа налево), напрессовывают с натягом на предварительно смазанную смазкой ЦИАТИМ-201 наружную кольцевую поверхность бугельных элементов 8 и 9. Осевое перемещение охватывающего кольца 11 производят до момента совпадения его торцовых сторон 16 и 17 с одноименными торцовыми сторонами 12 и 13 бугельных элементов 8 и 9. При натяге в охватывающем кольце 11 возникают радиально направленные силы упругой деформации, под действием которых бугельные элементы 8 и 9 равномерно прижимаются к коническим поверхностям 5 и 6 фланцев 3 и 4 по всему их периметру и смещаются в радиальном направлении к центральной оси соединения, занимая свое конечное рабочее положение с минимальным зазором L между их концевыми частями. Благодаря концентричному расположению охватывающего кольца 11 на бугельных элементах 8 и 9 происходит равномерное распределение сил его упругой деформации по всей их наружной поверхности, чем обеспечивается сохранение высокой степени цилиндричности контактных поверхностей как бугельных элементов 8 и 9, так и фланцевых частей ниппелей 1 и 2. Радиальное смещение бугельных элементов 8 и 9 приводит к окончательному сближению торцовых поверхностей ниппелей 1 и 2, в результате чего контактное давление на уплотнительных поверхностях уплотнительного кольца 7 и ниппелей 1 и 2 увеличивается до расчетного, и обеспечивается надежная герметизация соединения как в радиальной, так и в осевой зонах контакта уплотнительных поверхностей кольца 7. Под воздействием рабочего давления внутренней среды, подаваемой в разъемное соединение, контактное давление на уплотнительных поверхностях уплотнительного кольца (прокладки) 7 возрастает относительно его расчетных значений, которые созданы силами упругой деформации охватывающего кольца 11. Благодаря этому повышается надежность работы разъемного соединения и его герметичность.

Процесс разборки предлагаемого соединения начинают с операции снятия охватывающего кольца 11 с дугообразных бугельных элементов 8 и 9 путем его перемещения в осевом направлении с предварительным нагревом или без предварительного нагрева с помощью известных приспособлений, создающих прессовое нагружение. После снятия или спрессовывания охватывающего кольца 11 с бугельных элементов 8 и 9 они свободно снимаются с фланцев 3 и 4. Осевая нагрузка на уплотнительное кольцо 7 уменьшается, что позволяет произвести его замену. Сборка разъемного соединения производится согласно вышеописанному порядку.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предложенное разъемное соединение обеспечивает высокую степень цилиндричности контактных поверхностей как бугельных элементов 8 и 9, так и фланцевых частей ниппелей 1 и 2, чем гарантируется равномерное распределение контактных давлений на всех уплотнительных поверхностях соединения. В результате достигается его более высокая герметичность и повышается надежность его работы. Кроме того, значительно упрощается процесс изготовления бугельных элементов 8 и 9 благодаря тому, что бугельные элементы 8 и 9 не имеют торцовых выступов, клиновых натяжных элементов и крепежных деталей - шпилек и гаек. Кольцевая форма натяжного элемента также позволяет существенно упростить процесс его изготовления и установки.