ЗАЖИМНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2006 года по МПК G01M3/08 

Изобретение относится к области машиностроения и испытательной техники, в частности для обеспечения работы труб под давлением, а также может быть использовано в соединениях труб с гидравлической системой и/или в соединениях труб между собой при гидравлических испытаниях и/или работе под давлением.

Известна опрессовочная головка, состоящая из корпуса и размещенной в нем самоуплотняющейся кольцевой манжеты, закрепленной кольцом (SU 637754, G 01 М 3/08). Недостатком данной головки является недостаточная надежность устройства при испытании труб при давлении до 70 МПа.

Известна опрессовочная головка, состоящая из корпуса с каналами подвода среды в уплотнительную камеру уплотнительного элемента, армированного угольниками, установленными в месте стыковок секторных вставок, охваченных возвратной пружиной (SU 597898, F 16 J 15/46). Недостатком данной конструкции является недостаточная надежность.

Ближайшим аналогом является уплотнительная головка (RU 2183825 С1), состоящая из корпуса с каналом подвода среды, соединенным с одной стороны с запорным клапаном, клапаном сброса давления, а с другой стороны - с уплотнительной камерой, образованной поверхностью кольцевой проточки на боковой поверхности уплотнительного элемента, армированного угольниками, расположенными между секторными вставками, торцевыми поверхностями опорных втулок, между которыми размещен уплотнительный элемент, и внутренней поверхностью дистанционной втулки, имеющей сквозные отверстия по периферии боковой поверхности. Недостатком данной конструкции является большое количество уплотнительных элементов, повышенная материалоемкость и трудоемкость изготовления.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности и долговечности зажимного устройства при одновременном снижении материалоемкости и трудоемкости изготовления и повышении экономичности.

Данная задача решается за счет того, что зажимное устройство для присоединения труб к гидравлической системе и/или для соединения труб между собой при гидравлических испытаниях и/или работе под давлением, согласно изобретению выполнено с возможностью присоединения не менее чем трех труб или не менее чем двух труб и одной гидравлической системы и содержит корпус с сообщенными между собой открытыми по торцам корпуса с образованием устьев каналами и насаженные с возможностью отсоединения на торцы корпуса в зоне расположения устьев гидрозажимы для присоединения труб или патрубков, причем каждый гидрозажим содержит подвижно размещенные в съемном патроне механические преимущественно цанговые элементы обжатия подлежащей присоединению трубы или патрубка и взаимодействующий с ними гидравлический элемент в виде кольцевого поршня, содержащего самоуплотняющуюся манжету, воспринимающую и передающую непосредственно или через, по крайней мере, один промежуточный элемент давление рабочей жидкости на торцы цанговых элементов и примыкающий к манжете кольцевой участок стенки подлежащей присоединению трубы или патрубка.

Манжета каждого гидрозажима может быть выполнена из упругого материала с открытой с одного торца манжеты кольцевой полостью, в корпусе в зоне расположения каждого устья образовано углубление, в котором установлена шайба с центральным, сообщенным с каналом подачи рабочей жидкости, и периферическими, сообщенными с кольцевой полостью манжеты, отверстиями, а промежуточный элемент выполнен в виде втулки, расположенной между глухим торцом манжеты и торцами соответствующих цанговых элементов.

Манжета, по крайней мере, на части высоты, по крайней мере, в зоне, обращенной к торцам цанговых элементов, может быть выполнена с более высокой жесткостью, чем в зоне стенок кольцевой полости, например с повышенным модулем упругости или с армированием.

Кольцевая полость в каждой манжете может быть выполнена в виде раструба, расширяющегося в сторону, противоположную соответствующим цанговым элементам, и имеет глубину, превышающую половину высоты манжеты, причем стенки манжеты в пределах глубины полости выполнены клиновидно сужающимися к торцу манжеты, удаленному от соответствующих цанговых элементов.

Каждая манжета может быть выполнена с возможностью плотного размещения под давлением рабочей жидкости в полости между внутренней стенкой устья корпуса и стенкой насаженного на торцы корпуса в зоне расположения устья концевого участка трубы.

Каждый патрон может быть выполнен в виде накидной гайки, закрепленной предпочтительно на резьбе или байонетно на корпусе зажимного устройства.

Промежуточный элемент может быть выполнен из прочного материала, преимущественно металла или сплава, а между промежуточным элементом и манжетой размещена кольцевая втулка-прокладка из материала с упругопластическими свойствами, промежуточными относительно соответствующих свойств промежуточного элемента и манжеты и с более высокими антифрикционными свойствами преимущественно из фторопласта.

На части высоты каждого промежуточного элемента с внешней стороны могут быть выполнены кольцевые выемки с образованием на внешней стенке промежуточного элемента, по крайней мере, одного уступа на участке, обращенном к манжете, при этом в пределах осевой длины каждой указанной выемки регулируемо-фиксированно размещена ограничительная гайка с ограничителем рабочего хода, обеспечивающим возможность создания требуемого усилия цангового зажима, и ограничителем обратного свободного хода элементов цангового зажима при разъеме труб.

Ограничитель рабочего хода может быть выполнен в виде кольцевой проточки на ограничительной гайке, которая расположена на указанной гайке со стороны, обращенной в сторону манжеты, и выполнена диаметром, превышающим внешний диаметр соответствующего уступа промежуточного элемента, и глубиной, соответствующей максимальной величине рабочего хода поршня.

Кольцевая проточка на ограничительной гайке может быть выполнена открытой со стороны, обращенной к торцу уступа промежуточного элемента, и со стороны, обращенной к прилегающему к уступу участку стенки промежуточного элемента, и, кроме того, выполнена с кольцевой фаской вдоль кромки, обращенной к уступу промежуточного элемента.

Ограничитель обратного свободного хода цанговых элементов может быть выполнен в виде образованной на ограничительной гайке кольцевой проточки, расположенной со стороны, обращенной к цанговым элементам, и открытой со сторон, обращенных к цанговым элементам и к промежуточному элементу, и имеющей внешний диаметр, превышающий наибольший внешний диаметр цанговых элементов в сборе, и глубину, соответствующую максимальному свободному ходу цанговых элементов при разъеме труб.

Ограничительная гайка может быть выполнена с выемками под вильчатый ключ.

Промежуточный элемент может быть выполнен с кольцевой фаской на внутренней поверхности у торца, обращенного к заводимому в гнездо концевому участку соответствующей трубы.

Цанговые элементы могут быть соединены между собой упругими связями, выполненными преимущественно в виде пружин, и со стороны входа соответствующей трубы выполнены с фасками.

Накидные гайки могут быть выполнены каждая с насечкой на внешней поверхности, например в виде диагонально-перекрестных углублений, образующих систему многозаходных спиралей.

Каждая накидная гайка может быть выполнена с внешней цилиндрической поверхностью и системой отверстий под ключ, предпочтительно вильчатый или накидной.

Каждая накидная гайка может быть выполнена с внешней многогранной, преимущественно шестигранной поверхностью под ключ.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в повышении надежности и долговечности работы узла соединения труб с гидравлической системой при гидравлических испытаниях труб и/или между собой при их работе под давлением за счет обеспечения надежного обжатия концевых участков труб давлением той же рабочей жидкости, которая используется при гидравлических испытаниях труб или в гидравлической системе, к которой присоединяются трубы, при одновременном снижении трудо- и материалозатрат по выполнению зажимного устройства и повышении экономичности его работы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 изображено зажимное устройство, продольный разрез;

на фиг.2 изображено пятистороннее зажимное устройство;

на фиг.3 изображено шестистороннее зажимное устройство.

Зажимное устройство 1 для присоединения труб 2 к гидравлической системе (на чертежах не показано) и/или для соединения труб 2 между собой при гидравлических испытаниях и/или работе под давлением выполнено с возможностью присоединения не менее чем трех труб 2 или не менее чем двух труб 2 и одной гидравлической системы (на чертежах не показано). Зажимное устройство содержит корпус 3 с сообщенными между собой открытыми по торцам 4 корпуса 3 с образованием устьев 5 каналами 6 и насаженные с возможностью отсоединения на торцы 4 корпуса 3 в зоне расположения устьев 5 гидрозажимы 7 для присоединения труб 2 или патрубков 8. Каждый гидрозажим 7 содержит подвижно размещенные в съемном патроне 9 механические, преимущественно цанговые элементы обжатия 10 подлежащей присоединению трубы 2 или патрубка 8, и взаимодействующий с ними гидравлический элемент 11 в виде кольцевого поршня 12, содержащего самоуплотняющуюся манжету 13, воспринимающую и передающую непосредственно или через, по крайней мере, один промежуточный элемент 14 давление рабочей жидкости на торцы 15 цанговых элементов 10 и примыкающий к манжете 13 кольцевой участок стенки 16 подлежащей присоединению трубы 2 или патрубка 8.

Манжета 13 каждого гидрозажима 7 может быть выполнена из упругого материала с открытой с одного торца 17 манжеты 13 кольцевой полостью 18, в корпусе 3 в зоне расположения каждого устья 5 образовано углубление 19, в котором установлена шайба 20 с центральным 21, сообщенным с каналом 5 подачи рабочей жидкости, и периферическими 22, сообщенными с кольцевой 18 полостью манжеты 13 отверстиями, а промежуточный элемент 14 выполнен в виде втулки 23, расположенной между глухим торцом 24 манжеты и торцами 15 соответствующих цанговых элементов 10.

Манжета 13, по крайней мере, на части высоты, по крайней мере, в зоне, обращенной к торцам 15 цанговых элементов, может быть выполнена с более высокой жесткостью, чем в зоне стенок 25 кольцевой полости 18, например с повышенным модулем упругости или с армированием.

Кольцевая полость 18 в каждой манжете 13 может быть выполнена в виде раструба 26, расширяющегося в сторону, противоположную соответствующим цанговым элементам 10, и имеет глубину, превышающую половину высоты манжеты 13, причем стенки 27 манжеты 13 в пределах глубины полости 18 выполнены клиновидно сужающимися к торцу 17 манжеты 13, удаленному от соответствующих цанговых элементов 10.

Каждая манжета 13 может быть выполнена с возможностью плотного размещения под давлением рабочей жидкости в полости 28 между внутренней стенкой 29 устья 5 корпуса 3 и стенкой 30 насаженного на торцы 4 корпуса 3 в зоне расположения устья 5 концевого участка трубы 2.

Каждый патрон 9 может быть выполнен в виде накидной гайки 31, закрепленной предпочтительно на резьбе 32 или байонетно (на чертежах не показано) на корпусе 3 зажимного устройства 1.

Промежуточный элемент 14 может быть выполнен из прочного материала, преимущественно металла или сплава, а между промежуточным элементом 14 и манжетой 13 размещена кольцевая втулка-прокладка 33 из материала с упругопластическими свойствами, промежуточными относительно соответствующих свойств промежуточного элемента и манжеты 13 и с более высокими антифрикционными свойствами преимущественно из фторопласта.

На части высоты каждого промежуточного элемента 14 с внешней стороны 34 могут быть выполнены кольцевые выемки 35 с образованием на внешней стенке 36 промежуточного элемента 14, по крайней мере, одного уступа 37 на участке, обращенном к манжете 13, при этом в пределах осевой длины каждой указанной выемки 35 регулируемо-фиксированно размещена ограничительная гайка 38 с ограничителем рабочего хода 39, обеспечивающим возможность создания требуемого усилия цангового зажима 40, и ограничителем обратного свободного хода 41 элементов цангового зажима 40 при разъеме труб 2.

Ограничитель рабочего хода 39 может быть выполнен в виде кольцевой проточки 42 на ограничительной гайке 38, которая расположена на указанной гайке 38 со стороны, обращенной в сторону манжеты 13, и выполнена диаметром, превышающим внешний диаметр соответствующего уступа 37 промежуточного элемента 14, и глубиной, соответствующей максимальной величине рабочего хода поршня 12.

Кольцевая проточка 42 на ограничительной гайке 38 может быть выполнена открытой со стороны, обращенной к торцу 43 уступа 37 промежуточного элемента 14, и со стороны, обращенной к прилегающему к уступу 37 участку стенки 44 промежуточного элемента 14, и, кроме того, выполнена с кольцевой фаской 45 вдоль кромки, обращенной к уступу 37 промежуточного элемента 14.

Ограничитель обратного свободного хода 41 цанговых элементов 10 может быть выполнен в виде образованной на ограничительной гайке 38 кольцевой проточки 46, расположенной со стороны, обращенной к цанговым элементам 10, и открытой со сторон, обращенных к цанговым элементам 10 и к промежуточному элементу 14, и имеющей внешний диаметр, превышающий наибольший внешний диаметр цанговых элементов 10 в сборе, и глубину, соответствующую максимальному свободному ходу цанговых элементов 10 при разъеме труб 2.

Ограничительная гайка 38 может быть выполнена с выемками 47 под вильчатый ключ (на чертежах не показано).

Промежуточный элемент 14 может быть выполнен с кольцевой фаской 48 на внутренней поверхности 49 у торца 50, обращенного к заводимому в гнездо 51 концевому участку соответствующей трубы 2.

Цанговые элементы 10 могут быть соединены между собой упругими связями, выполненными преимущественно в виде пружин 52, и со стороны входа соответствующей трубы выполнены с фасками 53.

Накидные гайки 31 могут быть выполнены каждая с насечкой 54 на внешней поверхности, например в виде диагонально-перекрестных углублений, образующих систему многозаходных спиралей.

Каждая накидная гайка 31 может быть выполнена с внешней цилиндрической поверхностью и системой отверстий под ключ, предпочтительно вильчатый или накидной.

Каждая накидная гайка может быть выполнена с внешней многогранной, преимущественно шестигранной поверхностью (на чертежах не показано) под ключ.

Изобретение относится к области машиностроения и испытательной техники и может быть использовано, в частности, для обеспечения работы труб под давлением, а также при гидравлических испытаниях труб на герметичность. Каждый гидрозажим содержит подвижно размещенные в съемном патроне механические преимущественно цанговые элементы обжатия подлежащей присоединению трубы или патрубка и взаимодействующий с ними гидравлический элемент в виде кольцевого поршня. Поршень содержит самоуплотняющуюся манжету, воспринимающую и передающую непосредственно или через, по крайней мере, один промежуточный элемент давление рабочей жидкости на торцы цанговых элементов и примыкающий к манжете кольцевой участок стенки подлежащей присоединению трубы или патрубка. Технический результат заключается в повышении надежности и долговечности работы зажимного устройства. 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Зажимное устройство для присоединения труб к гидравлической системе и/или для соединения труб между собой при гидравлических испытаниях и/или работе под давлением, характеризующееся тем, что оно выполнено с возможностью присоединения не менее чем трех труб или не менее чем двух труб и одной гидравлической системы и содержит корпус с сообщенными между собой открытыми по торцам корпуса с образованием устьев каналами и насаженные с возможностью отсоединения на торцы корпуса в зоне расположения устьев гидрозажимы для присоединения труб или патрубков, причем каждый гидрозажим содержит подвижно размещенные в съемном патроне механические преимущественно цанговые элементы обжатия подлежащей присоединению трубы или патрубка и взаимодействующий с ними гидравлический элемент в виде кольцевого поршня, содержащего самоуплотняющуюся манжету, воспринимающую и передающую непосредственно или через, по крайней мере, один промежуточный элемент давление рабочей жидкости на торцы цанговых элементов и примыкающий к манжете кольцевой участок стенки, подлежащей присоединению трубы или патрубка.2. Зажимное устройство по п.1, отличающееся тем, что манжета каждого гидрозажима выполнена из упругого материала с открытой с одного торца манжеты кольцевой полостью, в корпусе в зоне расположения каждого устья образовано углубление, в котором установлена шайба с центральным, сообщенным с каналом подачи рабочей жидкости и периферическими, сообщенными с кольцевой полостью манжеты отверстиями, а промежуточный элемент выполнен в виде втулки, расположенной между глухим торцом манжеты и торцами соответствующих цанговых элементов.3. Зажимное устройство по п.2, отличающееся тем, что манжета, по крайней мере, на части высоты, по крайней мере, в зоне, обращенной к торцам цанговых элементов, выполнена с более высокой жесткостью, чем в зоне стенок кольцевой полости, например, с повышенным модулем упругости или с армированием.4. Зажимное устройство по п.2, отличающееся тем, что кольцевая полость в каждой манжете выполнена в виде раструба, расширяющегося в сторону, противоположную соответствующим цанговым элементам, и имеет глубину, превышающую половину высоты манжеты, причем стенки манжеты в пределах глубины полости выполнены клиновидно сужающимися к торцу манжеты, удаленному от соответствующих цанговых элементов.5. Зажимное устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая манжета выполнена с возможностью плотного размещения под давлением рабочей жидкости в полости между внутренней стенкой устья корпуса и стенкой насаженного на торцы корпуса в зоне расположения устья концевого участка трубы.6. Зажимное устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый патрон выполнен в виде накидной гайки, закрепленной предпочтительно на резьбе или байонетно на корпусе зажимного устройства.7. Зажимное устройство по п.1, отличающееся тем, что промежуточный элемент выполнен из прочного материала, преимущественно металла или сплава, а между промежуточным элементом и манжетой размещена кольцевая втулка-прокладка из материала с упругопластическими свойствами, промежуточными относительно соответствующих свойств промежуточного элемента и манжеты и с более высокими антифрикционными свойствами, преимущественно из фторопласта.8. Зажимное устройство по п.1, отличающееся тем, что на части высоты каждого промежуточного элемента с внешней стороны выполнены кольцевые выемки с образованием на внешней стенке промежуточного элемента, по крайней мере, одного уступа на участке, обращенном к манжете, при этом в пределах осевой длины каждой указанной выемки регулируемо-фиксированно размещена ограничительная гайка с ограничителем рабочего хода, обеспечивающим возможность создания требуемого усилия цангового зажима, и ограничителем обратного свободного хода элементов цангового зажима при разъеме труб.9. Зажимное устройство по п.8, отличающееся тем, что ограничитель рабочего хода выполнен в виде кольцевой проточки на ограничительной гайке, которая расположена на указанной гайке со стороны, обращенной в сторону манжеты, и выполнена диаметром, превышающим внешний диаметр соответствующего уступа промежуточного элемента и глубиной, соответствующей максимальной величине рабочего хода поршня.10. Зажимное устройство по п.9, отличающееся тем, что кольцевая проточка на ограничительной гайке выполнена открытой со стороны, обращенной к торцу уступа промежуточного элемента, и со стороны, обращенной к прилегающему к уступу участку стенки промежуточного элемента, и, кроме того, выполнена с кольцевой фаской вдоль кромки, обращенной к уступу промежуточного элемента.11. Зажимное устройство по п.8, отличающееся тем, что ограничитель обратного свободного хода цанговых элементов выполнен в виде образованной на ограничительной гайке кольцевой проточки, расположенной со стороны, обращенной к цанговым элементам, и открытой со сторон, обращенных к цанговым элементам и к промежуточному элементу, и имеющей внешний диаметр, превышающий наибольший внешний диаметр цанговых элементов в сборе, и глубину, соответствующую максимальному свободному ходу цанговых элементов при разъеме труб.12. Зажимное устройство по п.8, отличающееся тем, что ограничительная гайка выполнена с выемками под вильчатый ключ.13. Зажимное устройство по п.1, отличающееся тем, что промежуточный элемент выполнен с кольцевой фаской на внутренней поверхности у торца, обращенного к заводимому в гнездо концевому участку соответствующей трубы.14. Зажимное устройство по п.1, отличающееся тем, что цанговые элементы соединены между собой упругими связями, выполненными преимущественно в виде пружин, и со стороны входа соответствующей трубы выполнены с фасками.15. Зажимное устройство по п.6, отличающееся тем, что накидные гайки выполнены каждая с насечкой на внешней поверхности, например в виде диагонально-перекрестных углублений, образующих систему многозаходных спиралей.16. Зажимное устройство по любому из пп.6 и 15, отличающееся тем, что каждая накидная гайка выполнена с внешней цилиндрической поверхностью и системой отверстий под ключ, предпочтительно вильчатый или накидной.17. Зажимное устройство по любому из пп.6 и 15, отличающееся тем, что каждая накидная гайка выполнена с внешней многогранной, преимущественно шестигранной поверхностью под ключ.