РАСТРУБНОЕ БЕЗРАСПОРНОЕ ОБЛЕГЧЕННОЕ СОЕДИНЕНИЕ Российский патент 1997 года по МПК F16L23/02 B23P11/02 

Изобретение относится к области трубопроводного производства в судостроении, энерго- и нефтехимического машиностроения и, в частности, к уплотнительной технике. Использование предлагаемого соединения наиболее эффективно в тех трубопроводах, которые испытывают в процессе эксплуатации распорные усилия, стремящиеся их разгерметизировать или "разорвать". Эти усилия являются результатом различных противоположно действующих деформаций, возникающих как под действием осевых, так и угловых перемещений труб. Кроме того, это соединение эффективно в том случае, когда необходимо иметь трубопровод небольшой массы и устанавливать его в зоне поворотов трубопровода.

Традиционно применяемые в настоящее время способы предотвращения последствий воздействия распорных усилий, состоящие из установки жестких креплений, использования неразъемных (сварных) соединений. Это удорожает стоимость трубопровода, резко повышая затраты на материальные и энергетические ресурсы, особенно при производстве сварочных работ.

Необходимость изыскания более совершенных способов противодействия силам, стремящимся "разорвать" трубопровод, приводит, исследователей к ряду конструктивных усовершенствований соединений труб. Так, в трубном соединении фиг. 2 по авторскому свидетельству N 1590813 А1 безраспорность обеспечена за счет использования резьбового соединения между раструбком наружной трубы большего размера, раструбом меньшей трубы и уплотняющей это соединение гайкой. Однако это соединения крайне жесткое и трудоемко, поскольку требует большой точности при изготовлении и сборке сопрягаемых деталей и имеет в своем составе большое количество деталей соединения. Основным же недостатком такой конструкции, невозможность противодействовать осевым и угловым перемещениями, возникающим в процессе эксплуатации трубопроводов по причине жесткости и неподвижности резьбового соединения. Осевые и угловые перемещения труб зачастую приводят к разгерметизации соединения, а значит это снижает надежность трубопровода в целом.

Проблема углового перемещения двух труб одинакового диаметра с вставленными один в другой концами решена в конструкции фланцевого раструбного соединения фиг. 3 авт. свид. N 1771916 А1, в котором имеется возможность за счет использования эластичного уплотнительного элемента и зазоров между внутренней поверхностью наружной трубы и наружной поверхности внутренней трубы обеспечить их угловые перемещения (т.е. изгиб). Однако что соединение не является безраспорным, т.к. не может противодействовать осевым усилиям, действующим в противоположном направлении друг относительно друга, поскольку труба в раструбе другой трубы может неограниченно перемещаться при выходе из нее.

Задача изобретения является создание такой конструкции соединения, которая обеспечила бы возможностью одновременного противодействия силам, действующим противоположно друг другу в осевом и угловом направлениях, и способного компенсировать осевые и угловые перемещения.

Для этого разработано безраспорное безсварочное соединение (фиг. 1). Кроме того, предлагаемая конструкция должна обеспечивать герметичность, надежность и ремонтопригодность трубопровода, уменьшение массы, трудоемкости и материалов на его изготовление и монтаж.

Указанная цель в изобретении достигается тем, что в прелагаемой конструкции соединяемые трубы имеют одинаковый диаметр. Концы обеих труб имеют цилиндрическую раздачу. При этом конец большей трубы имеет двойную раздачу: сначала на цилиндр, а затем на конус, конец же меньшей трубы имеет раздачу только на цилиндр, и диаметр раздачи последней меньше, чем диаметр раздачи трубы большего диаметра; на обе трубы, установленные друг по отношению к другу с зазором, надеты фланцы, соединяемые между собой (например, болотом). Фланец большей трубы установлен на ней с натягом, а фланец меньшей трубы сидит свободно.

В прелагаемом соединении между конически розданным концом одной трубы и тыльной стороной розданной части трубы установлена уплотнительная эластичная прокладка, перемещаемая в уплотнительном пространстве с период эксплуатации трубопровода. Свободно сидящий фланец имеет обнижение для размещения в нем уплотнительной прокладки и защиты ее от воздействия солнечных лучей, что еще более увеличивает срок службы и надежность работы такого соединения, а значит и всего трубопровода в целом.

На фиг 1 изображена наружная труба, имеющая двойную раздачу; на фиг 2 - внутренняя труба с воронкообразной цилиндрической раздачей; на фиг 3 фланец большей трубы; на фиг 4 фланец меньшей трубы; на фиг 5 цилиндрическая раздача большей трубы; на фиг 6 коническая раздача большей трубы; на фиг 7 - цилиндрическая раздача меньшей трубы; на фиг 8 уплотнительный элемент; на фиг 9 обнижение меньшей трубы; на фиг 10 соединительный болт; на фиг 11 - гайка.

Сборку такого соединения производят в следующей последовательности: вначале устанавливают трубу 1 с фланцем 3. После этого в нее вставляют трубу 2 с предварительно одетыми на нее фланцем 4 и прокладкой 8. Затем фланец 4 подводят к фланцу 3 и соединяют их болтами 10, гайками 11, которые затягивают гаечными ключами нормальной длины, прикладывая при этом небольшие усилия, поскольку герметичность достигается лишь за счет обжатия эластичной прокладки.

Процесс изготовления такого соединения сводится лишь к раздаче на горизонтальном гидравлическом процессе концов труб с предварительно установленными на них фланцами. При этом конец одной трубы раздается на цилиндр и конус, а второй лишь на цилиндр. А по причине использования вдвое меньшего количества крепежных деталей его монтаж осуществляется вдвое быстрее.

При действии распорных усилий фланец 3, соединенный с фланцем 4 при помощи болтов и гаек и имеющий диаметр отверстия меньше, чем диаметр разданного конца трубы, 2 будет противодействовать ее выходу из трубы 1, т.е. обеспечивать безраспорность. Выход трубы 1 из трубы 2 также невозможен по той же причине.

Проверка этих соединений на герметичность, прочность, изгиб, вибрацию, растяжение-сжатие показала, что они способны работать при рабочем давлении P= 1,6 МПа и более, осевых перемещениях от ±5мм до ±20мм (в зависимости от диаметра соединяемых труб) и угловых перемещениях до 7-8^o. Последнее крайне важно, как для систем, работающих при плавании судна на волнении, так и в стационарных системах, прокладываемых на или в грунте (под землей) при его просадке.

Соединение обладает следующими преимуществами: обеспечивается надежная работа в условиях воздействия противоположно направленных усилий, т.е. обеспечивается безраспорность соединения; простота, надежность и ремонтопригодность конструкции; отсутствие сварки, приводящей и преждевременной коррозии; простота технологии изготовления и монтажа соединения; экологическая чистота процесса; значительная экономия материала, энергоресурсов и трудоемкости; небольшие массо-габаритные характеристики соединения.

Использование: в судостроении, машиностроении, нефтехимической и других отраслях промышленности, где изготовляют и монтируют трубопроводы, в процессе эксплуатации которых на них действует транспортные, противоположно направленные усилия, пытающиеся его разъединить и разгерметизировать. Сущности изобретения: за счет создания специальной конструкции концевых частей соединяемых труб, их взаимному расположению и уплотнению, которые обеспечивают его безраспорность. В результате обеспечивается герметичность и нормальная работа трубопровода при действии на него распорных усилий, повышается надежность его работы и снижаются затраты трудоемкости, энергоносителей и материалов. 1 ил.

Раструбное безраспорное облегченное соединение, включающее в себя концы труб одинакового диаметра, выполненные с раздачей, и имеющее в своем составе фланцы, уплотнительный элемент и крепежные детали, отличающееся тем, что наружная труба имеет коническо-цилиндрическую раздачу, в которую установлены внутренняя труба, имеющая меньшую по размеру цилиндрическую раздачу, при этом только один из фланцев выполнен с обнижением и является уплотнительным, а уплотнительный элемент размещен между конической частью наружной трубы, фланцем и обнижением цилиндрической раздачи.