УПЛОТНЕНИЕ ТРУБОПРОВОДА Российский патент 1997 года по МПК F16J15/02 

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения трубопровода.

Известно уплотнение трубопровода, содержащее прокладку, контактирующую с нажимными поверхностями фланцев, и силовой элемент [1]
Недостатком этого известного уплотнения линейного контакта конус-сфера с линзовой прокладкой является необходимость больших контактных давлений при высоких давлениях среды, для исключения разгерметизации от удлинения стягивающих болтов.

Техническим результатом изобретения является увеличение надежности уплотнения за счет снижения контактного давления.

Технический результат достигается тем, что уплотнение трубопровода, содержащее прокладку, контактирующую с уплотняемыми поверхностями, и стягивающее устройство, снабжено центрирующей втулкой, охватывающей прокладку, установленную между торцевыми поверхностями трубопровода, опорами, размещенными между фланцами, стягивающего устройства со стороны их наружной поверхности, при этом фланцы установлены на наружной поверхности трубопровода, а торцевые поверхности трубопроводов выполнены в виде кольцевого зуба, образованного конической и торцовой поверхностями, подвергнутыми лазерному упрочнению, а также тем, что снабжено разрезными фиксирующими кольцами, установленными в канавках, выполненных на наружных поверхностях трубопровода и внутренних поверхностях фланцев со стороны торцевых поверхностей центрирующей втулки, и тем, что снабжено бугелем, наружные поверхности фланцев выполнены коническими и охвачены последним.

На фиг. 1 изображено уплотнение трубопровода в разрезе; на фиг. 2 - вариант уплотнения с бугельным силовым элементом в разрезе; на фиг. 3 - вариант штуцерного уплотнения.

Уплотнение трубопровода состоит из труб 12 с кольцевым зубом 3 на торцевой поверхности, образованным конической 4 и торовой 5 поверхностями, уплотнительной прокладкой 6, центрирующей втулки 7, свободных фланцев 8, 9 со съемными опорами 10, нажимных колец 11, 12, шпилек 13, гаек 14, шайб 15.

Уплотнение дополнительно может содержать свободные фланцы 16, 17 бугельного соединения с коническими поверхностями 18, бугель 19 и натяжную ленту 20 силового элемента, а также центрирующую втулку 21 с резьбой на наружной поверхности и накидные гайки 22 штуцерного силового элемента.

Предусматривается калибровка торцевой поверхности трубы по внутреннему диаметру агрегатным приспособлением, которое вытачивает кольцевой зуб 3, протачивает наружный диаметр под центрирующую втулку 7 и канавку для установки разрезного нажимного кольца 11, 12. Возможна нарезка резьбы на наружной поверхности труб 1, 2 для укрепления фланцев 8, 9 для трубопроводов высокого давления и температуры.

Обработанные поверхности труб 1, 2 для повышения твердости подвергаются лазерному упрочнению лазером агрегатного приспособления в полевых условиях.

При этом трубы 1, 2, прокладка 6 и центрирующая втулка 4 выполнены из одного материала, свободные фланцы 8, 9 выполнены из пружинной стали и с опорами 10 работают, как компенсаторы на изменение температуры и давления, а остальные детали изготовлены из стандартных сталей.

После механической обработки и лазерного уплотнения уплотнение собирается в установленном порядке. Зубья 3 труб 1, 2 и прокладка 6 центрируются втулкой 7 и взаимодействуют друг с другом за счет усилий силового элемента, которое реализуется в необходимые для герметизации контактные давления.

Герметизация объема осуществляется пластической деформацией материала прокладки 6 кольцевыми зубьями 3, которая выше предела текучести при вершинах и равна или ниже в непосредственной близости от них, что достигается выполнением зубьев 3 в сечении в форме фигуры, образованной прямой и кривой второго порядка, в представленном исполнении сектором круга, ребро которого размещено под углом 135^o к плоскости прокладки 6 и совместно с головной поверхностью 5 взаимодействует с прокладкой. При этом торовые 5 поверхности зубьев 3 формируют из материала прокладки 6 самоуплоняющуюся под давлением транспортируемой среды клинообразную структуру, ребро зуба 3 формирует клинообразную структуру для герметизации вакуумных объемов, а пружинные фланцы 8 предусматривают эксплуатацию уплотнения в криогенных устройствах. Данное уплотнение целесообразно также использовать для герметизации керамических трубопроводов, например ускорительного тракта в электрофизике.

Перечисленные выше особенности уплотнения обеспечивают его самоцентровку при затяжке и в сочетании с оптимальным подбором размеров и формы зубьев 3, которая для каждого конкретного материала прокладки 6 определяется радиусом дуги и углом размещения ребра конической поверхности относительно плоскости прокладки 6, позволяет снизить контактные давления и повысить надежность трубопровода при эксплуатации.

Наличие в уплотнении зубьев, выполненных в сечении в форме фигуры, образованной прямой и кривой второго порядка, сформированных на торцевых поверхностях соединяемых труб, подвергнутых лазерной закалке и размещенных в центрирующей втулке для взаимодействия с уплотнительной прокладкой, и свободных пружинных фланцев со съемными опорами по наружному диаметру, позволяет снизить необходимые контактные давления повысить надежность уплотнений герметизируемых объемов.

Использование: предназначается для использования в виде разъемного уплотнения трубопровода при добыче нефти и газа в качестве собирающей магистрали открытого залегания, а также для промышленных технологических трубопроводов. Сущность изобретения: торцевые поверхности уплотняемых труб выполнены в виде кольцевого зуба, образованного в сечении прямой и кривой второго порядка, например в форме сектора круга, с ребром, образующим с плоскостью прокладки угол 90^o ≅ α ≅ 180^o. Поверхности зуба подвергнуты лазерному упрочнению. Зубья взаимодействуют с уплотнительной прокладкой в центрирующей втулке. Усилие силового элемента через свободные фланцы с опорами и съемные нажимные кольца, размещенные в канавках труб, трансформируется в необходимые для герметизации контактные давления, причем пружинные свободные фланцы работают, как компенсаторы на изменение давления и температуры среды. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Уплотнение трубопровода, содержащее прокладку, контактирующую с уплотняемыми поверхностями, и стягивающее устройство, отличающееся тем, что оно снабжено центрирующей втулкой, охватывающей прокладку, установленную между торцевыми поверхностями трубопровода, опорами, размещенными между фланцами стягивающего устройства со стороны их наружной поверхности, при этом фланцы установлены на наружной поверхности трубопровода, а торцевые поверхности трубопровода выполнены в виде кольцевого зуба, образованного конической и торовой поверхностями, подвергнутыми лазерному упрочнению. 2. Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено разрезными фиксирующими кольцами, установленными в канавках, выполненных на наружных поверхностях трубопровода и внутренних поверхностях фланцев со стороны торцевых поверхностей центрирующей втулки. 3. Уплотнение по п. 1 или 2, отличающееся тем, что оно снабжено бугелем, наружные поверхности фланцев выполнены коническими и охвачены последним.