ПРОКЛАДКА ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ РАЗЪЕДИНЕНИЯ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИХ ТРУБ Российский патент 1998 года по МПК F16L21/08 

Изобретение относится к строительству трубопроводов и касается сединений для напорных труб из чугуна с шаровидным графитом и, в частности, касается прокладки для предотвращения разъединения соединения, образованного телескопическими трубами.

Во многих случаях, когда трубы соединяются телескопически, т.е. гладкий или цилиндрический конец одной трубы вставляется в раструб конца взаимодействующей трубы, раструбный конец имеет достаточно большое отверстие для приема цилиндрического конца закрывающей трубы, поэтому устанавливается прокладка в раструбный конец окружающей трубы, которая предотвращает утечку жидкости из соединения за счет образования уплотнения между двумя трубами.

В тех случаях, где жидкость, например вода для пожарных магистралей и городского водоснабжения, используется вод высоким давлением, для предотвращения разъединения двух труб используются различные средства.

В ряде случаев трубы снабжаются фланцами, которые соединяются болтами вместе для предотвращения их разъединения. Такой способ является дорогостоящим и требует много времени из-за дополнительных операций по установке и затягиванию болтов.

Другой способ предотвращения разъединения труб состоит в использовании блоков или наружных удерживающих устройств. Этот способ также является дорогим и требует тщательного размещения блоков.

Известны способы [1] и [2], в соответствии с которыми резиновая прокладка, служащая в качестве гидравлического уплотнения, снабжена зубчатыми металлическими сегментами, равномерно расположенными вокруг ее внутреннего периметра. Зубчатые металлические сегменты взаимодействуют с наружной поверхностью цилиндрического конца вставляемой трубы и предотвращают выход последней. Металлические сегменты поворачиваются относительно прилива, чтобы дать возможность цилиндрическому концу одной трубы войти в раструб другой трубы, предотвращая при этом выход вставляемой трубы в условиях действия высокого давления.

Однако недостатком такой конструкции является разрушение вставляемого конца трубы, когда зубья металлических сегментов слишком глубоко впиваются в его наружную поверхность. Такое разрушение наблюдается, когда металлические сегменты поворачиваются слишком далеко вокруг буртика.

Задачей изобретения является создание уплотнения или прокладки, имеющей металлические сегменты, зубья которых взаимодействуют с цилиндрическим концом вставляемой трубы, при этом металлические сегменты имеют также зуб, находящийся на стороне сегмента, противоположной указанным зубьям, предназначенный для предотвращения чрезмерного вращения металлических сегментов.

Технический результат достигается тем, что в прокладке для предотвращения разъединения телескопических труб, состоящих из первой трубы, имеющей канавку для приема прокладки, включающую переднюю стенку, и второй трубы, имеющей цилиндрический конец, установленный в первую трубу, при этом прокладка выполнена в виде сжимающегося тела с пяточной и герметизирующей частями, при этом пяточная часть снабжена расположенными с интервалами по окружности металлическими сегментами, заделанными в открытый торец тела, а на внутренней поверхности металлических сегментов выполнен ряд зубьев, направленных радиально внутрь, каждый металлический сегмент выполнен с одним зубом, выступающим радиально наружу со стороны наружной поверхности металлического сегмента, имеющим острый конец для взаимодействия с внутренней поверхностью передней стенки канавки для предотвращения вращения сегментов и разрушения цилиндрического конца вставляемой трубы, а также тем, что в прокладке ряд зубьев выполнен по меньшей мере из двух зубьев и тем, что герметизирующая часть прокладки выполнена из материала с меньшей твердостью по Шору, чем ее пяточная часть.

При другом варианте исполнения прокладки технический результат достигается тем, что в прокладке для предотвращения разъединения телескопических труб, выполненной в виде сжимающегося тела с пяточной и герметизирующей частями, при этом пяточная часть снабжена расположенными по окружности металлическими сегментами, заделанными в открытый торец тела, на внутренней поверхности каждого металлического сегмента выполнен по меньшей мере ряд из четырех зубьев, направленных радиально, а по меньшей мере часть металлических сегментов выполнена с одним зубом, выступающим радиально наружу со стороны наружной поверхности сегментов, а также тем, что ряд из четырех зубьев расположен по дуге, тем, что герметизирующая часть прокладки выполнена из материала с меньшей твердостью по Шору, чем ее пяточная часть, тем, что герметизирующая и пяточная части прокладки выполнены из материала с одинаковой твердостью по Шору, и тем, что каждый металлический сегмент выполнен с одним зубом, выступающим радиально наружу со стороны наружной поверхности сегмента.

На фиг. 1 представлена часть поперечного сечения раструба одной трубы, использующего прокладку настоящего изобретения, и цилиндрического или гладкого конца другой трубы, входящей в раструб;
на фиг. 2 - часть поперечного сечения раструба или конуса одной трубы, использующего прокладку в соответствии с настоящим изобретением, и цилиндрический или гладкий конец другой трубы, полностью вставленный в раструбный конец первой трубы;
на фиг. 3 - прокладка, вид в плане, показывающий расположение металлических сегментов вокруг ее периферии;
на фиг. 4 - часть поперечного сечения металлического сегмента;
на фиг. 5 - поперечное сечение прокладки, показывающее металлический сегмент с фиг.4;
на фиг. 6 - часть поперечного сечения соединения, использующего один из металлических сегментов;
на фиг. 7 - часть поперечного сечения соединения, использующего один из металлических сегментов изобретения, находящегося в условиях, отличных от тех, что показаны на фиг. 6;
на фиг. 8 - часть поперечного сечения соединения, использующего один из металлических сегментов настоящего изобретения, находящегося в условиях, отличных от тех, что показаны на фиг.6 и 7.

Чугунная напорная труба с раструбом на одном конце и цилиндрическим или конусным другим концом в течение многих лет соединялась с использованием резиновой или эластомерной прокладки, которая располагалась между внутренними стенками раструба и наружной стенкой цилиндрического или конусного конца другой трубы в последовательности телескопических труб. Наиболее удачная из таких систем имеет удлиненную удерживающую канавку в раструбе с герметизирующей стенкой прокладки, а также сужение в стеновые части, направляющие и ограничивающие перемещение цилиндрического конца, когда он проходит через отверстие раструба и резиновой прокладки. Такое трубное соединение описано в патенте US, N 4108481, F 16 L 21/00, 1982. Прокладки такого типа имеют в основном три существенных признака, а именно: герметизирующую выпуклую часть или пузырь, пяточную часть и внутреннюю коническую стенку.

Поскольку как раструб трубы, так и цилиндрический конец могут изготавливаться без механической обработки, то у них наблюдается большое колебание диаметров после отливки. Герметизирующее утолщение или пузырь прокладки, в свою очередь, подвержены сжатиям в широком диапазоне, например, от 2 до 45% от своей первоначальной толщины. Чтобы способствовать входу цилиндрического конца в снабженный прокладкой раструб для широкого диапазона встречающихся диаметров, внутренняя стенка прокладки изготавливается в основном конической формы, идущей на конус от диаметра сопряженной горловины раструба до внутреннего диаметра герметизирующего пузыря. Чтобы способствовать сборке, пузырь прокладки имеет относительно мягкую твердость по шкале A дюрометра по Шору (40-60).

Удерживающая пяточная часть прокладки обычно изготавливается из более твердой смеси, чем герметизирующий пузырь, чтобы способствовать удержанию прокладки во время сборки соединения и для предотвращения выдавливания более мягкого пузыря, когда собранное соединение подвергается воздействию высокого внутреннего давления. Удерживающая пяточная часть обычной прокладки имеет твердость по шкале А дюрометра по Шору порядка 75-90. Она в основном предназначена для размещения в удерживающей канавке раструбной части окружающей трубы. Известные прокладки, обладающие такими признаками, имеют асимметричный профиль в поперечном сечении.

Прокладки аналогичных асимметричных профилей в поперечном сечении изготавливаются также из резиновой смеси одной твердости. Если вся прокладка выполнена из более твердой смеси, то требуется значительно большее усилие для сборки. Если вся прокладка изготовлена из более мягкой смеси, то она может сдвигаться во время сборки и, кроме того, она может выдерживать только относительно низкие внутренние давления. Поэтому прокладки одной твердости обычно изготавливаются в диапазоне промежуточных твердостей по шкале А по Шору порядка 60-75. Вообще, с прокладками одной твердости такого типа одно или более свойств прокладки с двойной твердостью уменьшается.

В варианте настоящего изобретения, представленном на фиг.1, показано соединение, которое должно выполняться между раструбным концом 1 одной трубы 2 и цилиндрическим концом 3 другой трубы 4. Последняя вставляется в раструбный конец 1 охватывающей трубы 2. Прокладка 6 показана установленной в положение в раструбе 1 трубы 2.

Внутренняя поверхность раструба 1 снабжена удерживающей канавкой 8, ограниченной передней стенкой 10, удерживающей стенкой 12 и сжимающим ребром 14, идущим радиально внутрь от герметизирующей стенки 16. Кроме того, раструб имеет сужение 18, идущее радиально внутрь и соединяющееся с передней стенкой 10. При сборке сужение 18 направляет цилиндрический конец 8 до тех пор, пока скошенный конец 20 не будет контактировать с конической внутренней поверхностью прокладки 6. Заклинивающее действие между скошенным концом 20 и конической поверхностью сжимает герметизирующую утолщенную часть 24 прокладки между цилиндрическим концом 3, сжимающим ребром 14 и герметизирующей стенкой 16. Удерживающая стенка 12 внутренней поверхности раструба взаимодействует с удерживающим буртом 26 прокладки для предотвращения смещения прокладки во время сборки соединения.

При плотном соединении пространство G прокладки между герметизирующей стенкой 16 и цилиндрическим концом 3 является относительно маленьким, а сжатие прокладки и усилия сборки соединения относительно большими. Герметизирующее утолщение или пузырь 24 прокладки 6 из относительно мягкого по дирометру эластомера используется для уменьшения усилия, требующегося для сборки плотных соединений. Более твердый по дирометру эластомер используется для удерживающей пяточной части 30 для предотвращения смещения прокладки во время сборки плотного соединения.

Хотя соединение настоящего изобретения описывается на примере герметизирующей прокладки, имеющей две твердости, однако она может иметь и одну твердость.

Когда соединение находится в свободном состоянии, то зазор T между сужением 18 и цилиндрическим концом 3 является относительно большим. Когда в трубном соединении создается давление, то прокладка прижимается к передней стенке 10 и заполняет удерживающую канавку 8 раструба трубы. Более мягкий герметизирующий пузырь 24 прокладки будет стремиться выдавиться через зазор Т. Более твердая удерживающая пяточная часть 30 прокладки противодействует выдавливанию более мягкого пузыря 24 прокладки через зазор Т.

Хотя настоящее изобретение было описано на примере трубного соединения, у которого раструбный конец охватывающей трубы имеет сжимающее ребро 14, однако прокладка будет выполнять свою герметизирующую функцию с формой раструба, у которого нет сжимающего ребра.

В прокладку 6 вделаны металлические сегменты 34. Последние равномерно расположены на расстоянии друг от друга вокруг периферии прокладки 6. Металлические сегменты 34 прочно вулканизированы в прокладке 6. Число металлических сегментов, вставленных в прокладку, будет изменяться в зависимости от предполагаемого давления на соединении и размера участвующих труб. Так, например, для труб, у которых наружный диаметр цилиндрического конца составляет 24.80'' (629,92 мм), а предполагаемое давление жидкости 49,2 кг/см², используется 42 металлических сегмента, равномерно расположенных с интервалами вокруг периферии прокладки.

Металлический сегмент 34 имеет три зуба 36, 38 и 40, выступающие за пяточную часть 30 прокладки 6 в сторону ее внутренней части. Зубья 36,38 и 40 предназначены для того, чтобы впиваться в наружную поверхность цилиндрического конца 3, когда труба 4 вставляется в раструбный конец 1 трубы 2. Конструкция металлического сегмента 34 аналогична металлическому сегменту [1] , за исключением только того, что металлический сегмент 34 имеет три зуба, предназначенные для взаимодействия с наружной поверхностью цилиндрического конца 3, и четвертый зуб 44, идущий наружу через противоположную сторону прокладки. Зуб 44 простирается наружу с противоположной стороны или наружного торца прокладки 6.

Задний или наружный торец прокладки 6 имеет канавку 48, расположенную между пяточной частью 30 и герметизирующей частью 24 прокладки 6. В канавку 48 входит выступ или прилив 50 раструба 1. Прокладка 6 может поворачиваться вокруг прилива 50, когда цилиндрический конец 3 вводится в раструб 1 или выводится из него.

На фиг. 2 показано соединение, завершенное путем окончательного введения цилиндрического конца 3 трубы 4 в раструб 1 трубы 2. Когда конец 3 трубы 4 движется в раструб 1 трубы 2 (вправо, как показано на фиг.2), то он перемещается по зубу 40 металлического сегмента 34 и сдавливает герметизирующий пузырь 24 прокладки 6 для образования герметичного уплотнения между внутренней поверхностью трубы 2 и наружной поверхностью трубы 4. Цилиндрический конец 3 смещается также к эластомерной части прокладки 6 между металлическими сегментами. Когда конец 3 смещается к зубу 40, то металлический сегмент 34 поворачивается против часовой стрелки вокруг прилива 50. В этот момент зуб 44, выступающий наружу из наружной части прокладки 6, движется по внутренней поверхности передней стенки 10. Теперь соединение герметизировано и жидкость под давлением может подаваться через трубопроводную систему.

Когда давление жидкости увеличивается, то труба 4 стремится сместиться влево и это может привести к разрушению соединения. Однако, когда труба 4 движется влево, то зуб 40 прокладки 6 взаимодействует с наружной поверхностью конца 3, так как металлический сегмент 34 стремится сместиться влево и повернуться по часовой стрелке вокруг прилива 50. Если металлический сегмент 34 поворачивается слишком далеко вокруг прилива 50, то зуб 40 будет упираться в периферию цилиндрического конца 3 с достаточной силой, чтобы разрушить трубу 4.

Для предотвращения чрезмерного поворота металлического сегмента 34 зуб 44, выступающий через задний или наружный торец прокладки 6, взаимодействует с внутренней поверхностью передней стенки 10. За счет предотвращения чрезмерного поворота металлического сегмента 34 предотвращается разрушение трубы 4.

Благодаря тому, что задний зуб 44 упирается во внутреннюю поверхность передней стенки 10, обеспечивается более прочное соединение, способное выдерживать более высокие внутренние давления, поскольку разъединяющее усилие преобразуется из радиального в осевое усилие, действующее вдоль продольной оси трубы.

На фиг. 3 показана прокладка 6 с металлическими сегментами 34, расположенными на равном удалении друг от друга по периферии прокладки. Следует отметить, что все металлические сегменты 34, расположенные вокруг периферии прокладки 6, работают также, как тот, что был описан выше.

Второй вариант настоящего изобретения показан на фиг.4 - 8.

На фиг. 4 показан металлический сегмент 34а, аналогичный металлическому сегменту 34, представленному на фиг.1, за исключением того, что он имеет четвертый зуб 42. Все зубья 36, 38, 40 и 42 располагаются на общей дуге 56. В настоящем изобретении дуга является сегментом круга с радиусом 23, 85 мм. Однако это конкретный размер не следует рассматривать в качестве ограничительного фактора настоящего изобретения.

На фиг.5 дан вид в сечении прокладки 6 с металлическими сегментами 34а, приведенными на фиг.4, которые вделаны в резиновое кольцо прокладки 6.

Перед тем, как перейти к рассмотрению работы металлического сегмента 34а, показанного на фиг. 4, рассмотрим вкратце допуски.

При изготовлении трубы из чугуна с шаровидным графитом наружный диаметр цилиндрического конца вставляемой трубы будет несколько колебаться в размере, несмотря на усилия выполнить стандартную равномерную трубу. Аналогично размер раструба будет также колебаться в размере.

Только в крайних случаях цилиндрический конец минимального диаметра вставляется в раструб трубы максимального диаметра или цилиндрический конец трубы максимального диаметра вставляется в раструбный конец трубы минимального диаметра, что является трудностью известного металлического сегмента 34 с тремя зубьями, которая существует. С тремя зубьями у металлического сегмента имеется только два положения, когда трубы стремятся разъединиться под действием высокого давления.

Чтобы дать высоким давлениям меньше шанса осуществить разъединение, используется новый металлический сегмент 34а с четырьмя зубьями на дуге.

Пример использования нового сегмента 34а показан на фиг.6, где допуск между трубами является максимальным, а цилиндрический конец вставляемой трубы 3 имеет минимальный диаметр и раструб окружающей трубы 1 имеет максимальный диаметр. В этой конструкции, когда трубы стремятся разъединиться, то металлический сегмент 34а поворачивается вокруг прилива 50 и зубья 40 и 42 его взаимодействуют с цилиндрическим концом трубы 3.

Как показано на фиг.7, где допуск между трубами является максимальным, где цилиндрический конец вставляемой трубы 3 имеет максимальный диаметр и раструб охватывающей трубы 1 имеет минимальный диаметр, зубья 36 и 38 металлического сегмента 34а будут взаимодействовать с цилиндрическим концом трубы 3 для предотвращения разъединения труб.

Как показано на фиг.3 (более общий случай), допуски между цилиндрическим концом трубы 3 и раструбом трубы 1 являются более средними из двух крайних случаев и средние зубья 33 и 40 металлического сегмента 34а будут взаимодействовать с цилиндрическим концом трубы 3, когда трубы будут стремиться разъединиться под действием высокого давления жидкости.

Таким образом, настоящее изобретение является более универсальным, чем другие прокладки с металлическими сегментами.

Таким образом, настоящее изобретение, благодаря использованию металлических сегментов, имеющих зуб на своей задней поверхности и четыре зуба на дуге на своей противоположной стороне, обладает большей гибкостью в предотвращении разрушения цилиндрического конца окруженной трубы.

Хотя настоящее изобретение было описано на примере конкретных его вариантов, однако оно не ограничивается ими, так как могут иметь место многочисленные его модификации.

Использование: изобретение относится к строительству трубопроводов и касается соединений для напорных труб, в частности, прокладки для преддотвращения разъединения соединений. Сущность изобретения: удерживающий элемент для приготовления разъединения телескопических труб, содержащий сжимающееся тело из эластомерного материала, снабженное металлическими сенгментами, равномерно расположенными вокруг открытой торцевой поверхности, с рядом из зубьев, из которых по крайней мере четыре зуба располагаются по дуге и по крайней мере некоторые из металлических сегментов снабжены зубом, идущим радиально наружу за торец металлического сегмента, противоположный первому открытому торцу. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Прокладка для предотвращения разъединения телескопических труб, состоящих из первой трубы, имеющей канавку для приема прокладки, включающую переднюю стенку, и второй трубы, имеющей цилиндрический конец, установленный в первую трубу, при этом прокладка выполнена в виде сжимающегося тела с пяточной и герметизирующей частями, при этом пяточная часть снабжена расположенными с интервалами по окружности металлическими сегментами, заделанными в открытый торец тела, а на внутренней поверхности металлических сегментов выполнен ряд зубьев, направленных радиально внутрь, отличающаяся тем, что каждый металлический сегмент выполнен с одним зубом, выступающим радиально наружу со стороны наружной поверхности металлического сегмента, имеющим острый конец для взаимодействия с внутренней поверхностью передней стенки канавки для предотвращения вращения сегментов и разрушения цилиндрического конца вставляемой трубы. 2. Прокладка по п.1, отличающаяся тем, что ряд зубьев выполнен, по меньшей мере, из двух зубьев. 3. Прокладка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что герметизирующая часть прокладки выполнена из материала с меньшей твердостью по Шору, чем ее пяточная часть. 4. Прокладка для предотвращения разъединения телескопических труб, выполненная в виде сжимающегося тела с пяточной и герметизирующей частями, при этом пяточная часть снабжена расположенными по окружности металлическими сегментами, заделанными в открытый торец тела, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности каждого металлического сегмента выполнен, по меньшей мере, ряд из четырех зубьев, направленных радиально, а, по меньшей мере, часть металлических сегментов выполнена с одним зубом, выступающим радиально наружу со стороны наружной поверхности сегментов. 5. Прокладка по п.4, отличающаяся тем, что ряд из четырех зубьев расположен по дуге. 6. Прокладка по п.4 или 5, отличающаяся тем, что герметизирующая часть прокаладки выполнена из материала с меньшей твердостью по Шору, чем ее пяточная часть. 7. Прокладка по п.4 или 5, отличающаяся тем, что герметизирующая и пяточная части прокладки выполнены из материала с одинаковой твердостью по Шору. 8. Прокладка по п.5, 6 или 7, отличающаяся тем, что каждый металлический сегмент выполнен с одним зубом, выступающим радиально наружу со стороны наружной поверхности сегмента.