СИЛОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ РУКАВА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F16L11/00 F16L33/22 

Изобретение относится к машиностроению и касается соединения рукавов высокого давления, имеющих металлический силовой каркас с присоединительной арматурой, в частности для рукавов глубокого бурения.

Известно соединение рукавов высокого давления [1], содержащее ниппель, обжимной стакан и обжимной элемент, состоящий из двух разрезных колец для зажатия силового каркаса, расположенные в зазоре между ниппелем и обжимным стаканом.

Однако в этом соединении осевая нагрузка от давления воспринимается в основном верхними и нижними контактирующими с разрезными кольцами слоями силового каркаса.

Наиболее близким является соединение рукавов высокого давления [2], которое отличается от [1] тем, что слои силового каркаса выполнены послойно ступенчатыми, а на каждом из них дополнительно установлены разрезные кольца.

Однако эта конструкция не выдерживает нагрузку порядка 50 МПа ввиду слабого взаимодействия многослойного каркаса и составных частей соединения (ниппеля и обжимного стакана) в зоне защемления.

Задачей изобретения является повышение устойчивости и соединении рукава высокого давления к сдвигу силовых слоев каркаса.

Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что в силовом соединении силовые слои каркаса рукава выполнены попарно ступенчатыми, обжимной элемент выполнен в виде металлической ленты, навитой на первый парный слой каркаса по всей длине соединения (в отличие от прототипа, в котором обжимной элемент - разрезные кольца установлены на каждом слое ступенчатого каркаса в зоне защемления). Ниппель выполнен с кольцевыми выступами с профилем равнобедренной трапеции в зоне защемления ( в отличие от прототипа, в котором кольцевые проточки ниппеля выполнены только в зоне герметизации), а стакан выполнен с кольцевыми выступами с профилем прямоугольной трапеции в зоне защемления (в отличие от прототипа, в котором кольцевые выступы выполнены с профилем равнобедренной трапеции в зоне герметизации), кроме того, кольцевые проточки расположены так, что выступ стакана концентрично противоположен канавке ниппеля, образуя при обжиме "замок".

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом и другими известными техническими решениями позволяет сделать вывод о наличии существенных отличительных признаков.

На чертеже представлен разрез силового соединения рукава высокого давления.

Соединение имеет зону герметизации А и зону защемления Б, состоит из ниппеля 1 с кольцевыми выступами с профилем равнобедренной трапеции 2, обжимного стакана 3 с кольцевыми выступами с профилем прямоугольной трапеции 4. Слоистый силовой каркас 5 рукава 6 выполнен попарно ступенчатым. Стальная лента 7 навита на второй слой силового каркаса.

Для воспроизведения работы силового соединения рукава высокого давления необходимо изложить процесс его соединения с рукавом.

Сначала изготавливают рукав 6. После нанесения первой пары слоев силового каркаса 5 в виде металлотроса, навивают слой стальной ленты 7 шириной 30 мм и толщиной 1 мм по всей длине силового соединения. Затем навивают следующую пару слоев силового каркаса (слои 3 и 4). На силовые слои наносят наружное покрытие из ткани и резины. На расстоянии 100 мм от торца рукава срезают верхний наружный слой и силовые слои (слои 3 и 4) каркаса (металлокорда), одевают ступенчатый обжимной стакан 3, вставляют ниппель 1 и обжимают на обжимном прессе (вид I на чертеже, где показано место обжатия в месте образования ступени каркаса).

Силовое соединение рукава высокого давления работает следующим образом. В результате навивки стальной ленты на второй слой силового каркаса происходит обжатие первого слоя каркаса. Расположение стальной ленты и обжим ею первого парного слоя является одним из существенных отличительных признаков, так как обжим только первых слоев силового каркаса рукава, навитого в противоположных направлениях, создает надежную фиксацию силовых слоев и предохраняет их от деформации, кроме того, стальная лента, навитая на первый слой силового каркаса, обеспечивает герметичность и равномерное распределение нагрузки при обжиме на прессе. Под действием жидкости, находящейся под давлением в рукаве, возникают растягивающие усилия, воспринимаемые концами силового каркаса (троса), жестко защемленного между кольцевыми проточками ниппеля и обжимного стакана (вид II). Растягивающие усилие стремятся вырвать трос из "замка", однако фрикционные силы, возникающие в "замках" за счет изгиба троса по контуру выступа с профилем прямоугольной трапеции и защемления троса, превышают усилие вырыва из "замка". Кроме того, при резком и значительном увеличении растягивающих усилий под воздействием пульсирующего и максимального давления происходит увеличение сил защемления в "замке" за счет эффекта самозаклинивания. Этот эффект усиливается за счет ступенчатого обжимного стакана, который обжимает 1-й и 2-й парные слои силового каркаса.

Технический результат, получаемый от использования описанного технического решения, представляет собой вариант силовой заделки рукава высокого давления, обеспечивающий работу рукава при высоких давлениях порядка 50 МПа и пульсирующих высоких гидродинамических нагрузках.

Использование: машиностроение. Сущность: силовые слои рукава высокого давления выполнены попарно ступенчатыми, обжимной элемент выполнен в виде стальной ленты, навитой на первый парный слой каркаса по всей длине силового соединения, ниппель выполнен с кольцевыми выступами с профилем равнобедренной трапеции в зоне защемления, а обжимной стакан выполнен ступенчатым с кольцевыми выступами с профилем прямоугольной трапеции в зоне защемления, причем они расположены так, что выступ стакана концентрично противоположен канавке ниппеля, образуя "замок" при обжиме. 1 ил.

Силовое соединение рукава высокого давления, содержащее ниппель, обжимной стакан с кольцевыми проточками, ступенчатые слои многослойного каркаса с обжимным элементом на каждом из слоев, отличающееся тем, что силовые слои выполнены попарно ступенчатыми, обжимной элемент выполнен в виде стальной ленты, навитой на первый парный слой каркаса по всей длине силового соединения, ниппель выполнен с кольцевыми выступами с профилем равнобедренной трапеции в зоне защемления, а обжимной стакан выполнен ступенчатым с кольцевыми выступами с профилем прямоугольной трапеции в зоне защемления, причем они расположены так, что выступ стакана концентрично противоположен канавке ниппеля, образуя "замок" при обжиме.