ЗАМКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ Российский патент 2004 года по МПК F16L23/02 

Изобретение относится к замковым соединениям, предназначенным для соединения труб, в частности неметаллических используемых в нефтяной промышленности, и может быть использовано и в других отраслях народного хозяйства, для транспортировки агрессивных и других сред.

Известно замковое соединение трубопроводов высокого давления, содержащее гайку с крупным шагом резьбы, для навинчивания ее на гибкий трубопровод и резьбу мелкого шага, для ввинчивания ниппеля с конусным наконечником, входящим во внутрь гибкого трубопровода и расширяющим тело последнего к крупно-резьбовой поверхности упомянутой гайки (см. Справочник конструктора машиностроения, стр. 305, том 3, автор В.И. Анурьев, изд. 5-е, М., 1979 г.).

Недостатком такой конструкции замкового соединения является то, что ограничены осевые нагрузки, которые с увеличением диаметра условного прохода трубопровода снижают надежность удержания замкового соединения на теле трубопровода и предел допустимого давления. Кроме того, с увеличением диаметра условного прохода трубопровода, например, до 180-200 мм, нетрудно представить, какие громоздкие должны быть детали такой конструкции, а именно, гайка 2 и ниппель 1.

Это нереально из-за тяжести веса и большого расхода металла, а работоспособность допустимого предела давления снижается в 4-5 раз. Этому свидетельствуют расчеты. Например, если в трубопроводе с диаметром условного прохода, равным 8 мм, транспортируется среда под давлением Р = 200 кгс/см², где радиальные нагрузки на разрыв тела трубопровода действуют с силой Р₁:
Р₁=P•πd=200 кгс/см² • 3,14159•0,8 см=502,65 кгс/см²,
то осевые нагрузки, действующие на срыв замкового соединения с тела трубопровода с силой Р₁:
Р₁=P•πr²=200 кгс/см² • 3,14159•0,4² см²=100,53 кгс/см²,
то есть осевые нагрузки в 5 раз меньше, чем радиальные нагрузки.

Но если увеличить диаметр условного прохода трубопровода, например, 180-200 мм, и давление принять тоже 200 кгс/см², где радиальные нагрузки составят
Р₁=P•πd=200 кгс/см² • 3,14159•18 см=11309,7 кгс/см²,
а осевые нагрузки составят
Р₁=P•πr²=200 кгс/см² • 3,14159•9² см²=50893,8 кгс/см²,
то есть осевые нагрузки в 4,5 раза больше, чем радиальные.

Известно замковое соединение с расширяющим концом, содержащее зажимной фланец, имеющий внутреннюю поддерживающую поверхность, для контактирования с наружной поверхностью раструба, вставной элемент, имеющий коническую наружную поддерживающую поверхность, контактируемую с внутренней поверхностью раструба... (см. патент 1521289, F 16 L 19/04, бюлл. 41, 1989 г.).

Недостатком такой конструкции замкового соединения является то, что применение такого соединения для соединения неметаллических, например, полиэтиленовых труб не представляется возможным из-за большого угла развальцовки концов трубы, способствующего сквозному по толщине стенки растрескиванию и разрыву ее тела, начиная с внутренней поверхности в местах ее изгиба. Тем и снижается надежность и возможность его применения.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности удержания замкового соединения на конце трубопровода, невзирая на повышение не только радиальных нагрузок, но и осевых.

Указанная цель достигается тем, что в число элементов замкового соединения, содержащего фланец с отверстиями, служащими для соединения болтами с противорасположенным фланцем другого трубопровода и конусную внутреннюю поверхность, и ниппель с конусной внешней поверхностью, введены дополнительный элемент, выполненный в виде пластин, радиально расположенных по периметру окружности при замковой зоне трубопровода, и фиксатор ниппеля.

Кроме того, дополнительный элемент может быть выполнен в виде пластины с толщиной клинообразной формы с насечкой или без, толщина одного конца которого равна толщине прорези от режущего инструмента, другой - по расчету выбранного увеличенного диаметра развальцовки торцевой поверхности трубопровода и длины конуса ниппеля по формулам соответственно:
d=d₁+2tgα•2,
где d - выбранный увеличенный диаметр торцевой внутренней поверхности трубопровода;
d₁ - внутренний диаметр трубопровода (условный проход);
α - угол конуса ниппеля в градусах;
l - длина конуса ниппеля;
S - толщина другого конца дополнительного элемента

где S₁ - толщина прорези от режущего инструмента;
n - количество дополнительных элементов;
l₁ - длина дополнительного элемента от утолщенного конца;
η - коэффициент для определения длины=0,6 дополнительного элемента
l₁=η•l; т.е. l₁=0,6•l.

Для расстегивания такого замкового соединения при необходимости его разборки и снятия с тела трубопровода, фланец может быть снабжен, по крайней мере, одним пазом, расположенным за пределами канавки фиксатора, как радиально, так и вдоль оси симметрии фланца.

А ниппель, в свою очередь, может быть снабжен буртиком - Б опоры и кольцевой впадиной - В под уплотнительный элемент.

Причем, с целью расширения возможности в изготовлении, уплотнительный элемент может быть выполнен из отрезка отходов используемого трубопровода.

На фиг. 1 изображен общий вид замкового соединения двух концов трубопроводов.

На фиг. 2 - участок торцевой поверхности увеличенного диаметра конца трубопровода развальцовкой дополнительными элементами 3.

На фиг. 3 - участок замкового соединения, для лучшего показа его торцевой поверхности и паза 11.

Замковое соединение содержит фланец 1 с конусной внутренней и внешней поверхностью, ниппель 2 с конусной внешней поверхностью и цилиндрической внутренней поверхностью, дополнительный элемент 3, фиксатор 4 и болты 5 с гайками 6 для соединения противорасположенных фланцев, соединяемых трубопроводов 7.

Работает такое замковое соединение следующим образом.

При наличии внутреннего давления в трубопроводе 7, который с грузонесущими элементами 8 и 9, а также со вставленными в его пазы 11 дополнительными элементами 3 стремится выйти из зажима между конусной поверхностью фланца 1 и конусной поверхностью ниппеля 2, которые ограничивают ему выход только через кольцевое пространство между наименьшим диаметром конуса фланца 1 и наименьшим диаметром конуса ниппеля 2.

Но ввиду увеличенного диаметра призамковой зоны трубопровода, за счет расклинения дополнительными элементами 3 торцевой поверхности трубопровода на длину дополнительного элемента 3, через дозволенное пространство, "распухший" таким образом конец трубопровода не может выйти ни при каких нагрузках, т.е. способен удерживаться на теле трубопровода, до порыва последнего.

Экономическая эффективность от применения такого замкового соединения состоит в том, что с повышением надежности его удержания на теле трубопровода, открывается путь свободного применения трубопроводов большого диаметра с их критическим давлением. Причем сохраняется конструктивная идентичность деталей, способствующая упрощению их изготовления и взаимозаменяемости с возможностью неоднократного их использования.

Изобретение относится к замковым соединениям, предназначенным для соединения труб, в частности, металлических. Замковое соединение содержит фланец с отверстиями, служащими для соединения болтами с противорасположенным фланцем другого трубопровода, и конусной внутренней поверхностью и ниппель с конусной внешней поверхностью. В число элементов замкового соединения введены дополнительный элемент, выполненный в виде пластин, радиально расположенных по периметру окружности при замковой зоне трубопровода, и фиксатор ниппеля. Изобретение позволяет повысить надежность соединения. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Замковое соединение, содержащее фланец с отверстиями, служащими для соединения болтами с противорасположенным фланцем другого трубопровода, и конусной внутренней поверхностью, и ниппель с конусной внешней поверхностью, отличающееся тем, что в число элементов замкового соединения введены дополнительный элемент, выполненный в виде пластин, радиально расположенных по периметру окружности при замковой зоне трубопровода, и фиксатор ниппеля.2. Замковое соединение по п.1, отличающееся тем, что дополнительный элемент выполнен в виде пластин с толщиной клинообразной формы, с насечкой или без, толщина одного конца которого равна толщине прорези от режущего инструмента, другой - по расчету выбранного увеличенного диаметра развальцовки торцевой поверхности трубопровода и длины конуса ниппеля по формулам соответственно

где d - выбранный увеличенный диаметр торцевой поверхности трубопровода;

d₁ - внутренний диаметр трубопровода (условный проход);

α - угол конуса ниппеля в градусах;

l - длина конуса ниппеля,

где S - толщина другого конца дополнительного элемента;

S₁ - толщина прорези от режущего инструмента;

n - количество дополнительных элементов,

,

где l₁ - длина дополнительного элемента от утолщенного конца;

η - коэффициент для определения длины дополнительного элемента = 0,6.