РАЗЪЕМНОЕ СОЕДИНЕНИЕ Российский патент 2008 года по МПК F16L21/02 

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для соединения труб в трубопроводах, а также для соединения других элементов цилиндрической формы (например, крышки с корпусом аппарата), работающих под высоким давлением, и может быть использовано в химической, нефтехимической, энергетической и в других отраслях промышленности.

Известно разъемное соединение, близкое предлагаемому по конструкции и назначению (см. проспект фирмы GALPERTI ENGINEERING, 2000 г., стр.6-7, сайт фирмы: www.galperti.com.), содержащее соединяемые элементы цилиндрической формы, в частности, две стальные трубы одинакового диаметра, снабженные специальными фланцами, уплотнительный элемент в виде стального уплотнительного кольца с осевым упором и коническими уплотнительными поверхностями, кольцевое зажимное приспособление для стягивания соединяемых элементов и удержания их в рабочем положении, дугообразные бугельные элементы зажимного приспособления, крепежные детали. Зажимное приспособление состоит из двух дугообразных бугельных элементов, имеющих на своих концах радиально направленные крепежные выступы, на каждом из которых выполнено по два отверстия под крепежные детали, в данном случае - резьбовые шпильки с гайками. На внутренней поверхности каждого дугообразного бугельного элемента выполнена проточка с коническими боковыми поверхностями. Внешняя боковая поверхность каждого фланца имеет конусность, равную конусности проточки, имеющейся на каждом дугообразном бугельном элементе. Дугообразные бугельные элементы располагают на фланцах соединяемых трубопроводов и стягивают их между собой с помощью резьбовых шпилек и гаек. При этом трубопроводы за счет конусности на их фланцах и на проточках дугообразных бугельных элементов стягиваются между собой в осевом направлении до создания осевого контакта с осевым упором уплотнительного кольца, а также радиального контакта его конусных уплотнительных поверхностей с конусными уплотнительными поверхностями соединяемых труб.

Основным недостатком известного разъемного соединения является то, что оно не позволяет обеспечить высокую надежность работы из-за возможного нарушения герметичности соединения. Это связано с трудностями обеспечения равномерного распределения контактного давления на уплотнительных поверхностях уплотнительного кольца. Причина указанного недостатка заключается в неравномерности распределения усилия затяжки, создаваемого крепежными шпильками, часть которых могут быть перегружены или недогружены. Неравномерность прижатия дугообразных бугельных элементов к сопрягаемым поверхностям фланцев вызывает соответствующую неравномерность распределения контактного давления на уплотнительных поверхностях уплотнительного кольца. При этом, в случае нагружения известного разъемного соединения рабочим давлением среды, может произойти разгерметизация уплотнительного кольца в местах, где создается наименьшая сила прижатия дугообразных элементов к фланцам. Кроме того, при затяжке крепежных шпилек создаются условия для возникновения значительных изгибающих напряжений у основания каждого крепежного выступа, что также приводит к неравномерности прижатия дугообразных бугельных элементов к конусным поверхностям фланцев. Наличие сквозных отверстий в крепежных выступах ослабляет их прочность. Поэтому крепежные выступы известного разъемного соединения имеют значительные размеры, выполняются достаточно массивными и имеют сложную форму, что требует увеличения расхода металла для их изготовления и усложняет сам процесс изготовления дугообразных бугельных элементов.

Другой недостаток известного разъемного соединения заключается в его увеличенных габаритах, которые оно имеет по своему радиусу из-за больших радиальных размеров крепежных выступов, что требует дополнительного рабочего пространства при монтаже рядом расположенных трубопроводов.

Известно наиболее близкое предлагаемому по назначению, по конструкции и по результату применения разъемное соединение (см. RU 2280209), содержащее соединяемые элементы цилиндрической формы, уплотнительный элемент в виде уплотнительного кольца, зажимное приспособление для стягивания соединяемых элементов и удержания их в рабочем положении. В состав зажимного приспособления входят дугообразные бугельные элементы с крепежными выступами, имеющими торцовое расположение, и крепежные детали. Торцовые крепежные выступы имеют по одному крепежному отверстию для установки крепежных деталей. В качестве крепежных деталей используются резьбовые шпильки с гайками и оси шарнирного соединения. Дугообразные бугельные элементы имеют на внутренней стороне проточки с боковыми коническими поверхностями, контактирующими с боковыми коническими поверхностями фланцев, которыми снабжены соединяемые элементы.

Недостатки известного разъемного соединения заключаются в следующем. Наличие отверстий в торцовых крепежных выступах ослабляет прочность (жесткость) этих выступов. Кроме того, при затягивании каждой из двух шпилек, установленных на противоположных сторонах поперечной плоскости разъема соединения, невозможно обеспечить одинаковую степень их затяжки. Возрастает вероятность перегрузки одной из шпилек и недогрузки другой шпильки. Это может привести к неравномерности распределения усилия предварительной затяжки на конических поверхностях дугообразных бугельных элементов и конических поверхностях фланцев соединяемых элементов. Указанная неравномерность может стать причиной неравномерного распределения контактного давления на уплотнительных поверхностях соединяемых элементов, что может привести к нарушению герметичности разъемного соединения.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы разъемного соединения.

Поставленная задача решается тем, что в разъемном соединении, содержащем соединяемые элементы цилиндрической формы, уплотнительный элемент, зажимное приспособление для стягивания соединяемых элементов и удержания их в рабочем положении, дугообразные бугельные элементы зажимного приспособления с торцовыми крепежными выступами, крепежные детали, согласно изобретению крепежные детали выполнены в виде клиновых зажимов, имеющих П-образную форму, установленных на смежных торцовых крепежных выступах и скрепляющих их, при этом клиновые зажимы связаны между собой резьбовым соединением для их стягивания и удержания в рабочем положении, а контактирующие между собой поверхности торцовых крепежных выступов и клиновых зажимов имеют одинаковый угол наклона.

В разъемном соединении резьбовое соединение может быть выполнено в виде резьбовой шпильки с гайками, при этом резьбовая шпилька расположена вдоль центральной оси разъемного соединения.

В разъемном соединении резьбовая шпилька может быть размещена в зазоре между дугообразными бугельными элементами в месте их разъема.

Разъемное соединение может иметь дугообразные бугельные элементы, соединенные между собой шарнирно.

Технический результат изобретения выражается в обеспечении одинакового усилия затяжки крепежных выступов с обеих торцовых сторон дугообразных бугельных элементов за счет приложения одинакового по величине усилия затяжки к обоим клиновым зажимам одновременно. Кроме того, технический результат выражается в увеличении прочности торцовых крепежных выступов за счет исключения крепежных отверстий в них. При этом отсутствие указанных отверстий позволяет сократить осевую длину торцовых выступов и за счет этого сократить до минимума изгибающий момент на этих выступах.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид разъемного соединения в аксонометрии; на фиг.2 - вид на соединение сбоку с частичным разрезом; на фиг.3 - вид сбоку на разъемное соединение с дугообразными бугельными элементами, соединенными шарнирно; на фиг.4 - вид с торца на соединение по фиг.3.

Предлагаемое разъемное соединение в собранном виде содержит соединяемые между собой элементы цилиндрической формы, например трубы 1 и 2, расположенные на общей центральной оси и имеющие на соединяемых концах специальные фланцы 3 и 4. Со стороны внутренней поверхности труб 1 и 2 между фланцами 3 и 4 установлен уплотнительный элемент, например, уплотнительное кольцо 5, имеющее осевой упор 6 и конические кольцевые поверхности 7 и 8, сопряженные с коническими поверхностями (на чертежах не обозначены), выполненными на внутренней поверхности труб 1 и 2 (фиг.2). В качестве уплотнительного элемента между торцами труб 1 и 2 может быть установлена специальная прокладка (на чертежах не указана). По окружности фланцев 3 и 4 размещено зажимное приспособление для стягивания соединяемых труб 1 и 2 и удержания их в рабочем положении. Зажимное приспособление состоит по меньшей мере из двух дугообразных бугельных элементов - верхнего элемента 9 и нижнего элемента 10. Каждый дугообразный бугельный элемент 9 и 10 имеет по меньшей мере на одном своем конце по два торцовых крепежных выступа 11 и 12, расположенных симметрично относительно поперечной плоскости разъема соединения. При этом крепежные выступы 11 и 12 направлены в противоположные стороны и расположены вдоль общей центральной оси соединения (фиг.1 и 2). Выступы 11 и 12 имеют крепежные детали, выполненные в виде установленных на них клиновых зажимов 13 и 14. Два смежных крепежных выступа 11 скреплены между собой клиновыми зажимами 13, а другие два смежных крепежных выступа 12 скреплены между собой клиновыми зажимами 14. Клиновые зажимы 13 и 14 имеют П-образную форму и имеют клиновые выступы 15. Внутренние поверхности 16 клиновых выступов 15 (фиг.2) и наружные поверхности (на чертежах не обозначены) крепежных выступов 11 и 12 контактируют между собой, выполнены наклонными и имеют одинаковый угол наклона. Клиновые зажимы 13 и 14 связаны между собой резьбовым соединением. Они имеют в своей центральной части по одному отверстию (на чертежах не обозначены) для установки резьбовой шпильки 17, которая связывает между собой оба клиновых зажима 13 и 14 с помощью гаек 18. Резьбовая шпилька 17 расположена вдоль центральной оси соединения и служит для стягивания между собой клиновых зажимов 13 и 14 и удержания их в рабочем положении. Размещение резьбовой шпильки 17 предусмотрено в зазоре, имеющемся между двумя дугообразными бугельными элементами 9 и 10 в месте их разъема. При недостаточной величине указанного зазора в бугельных элементах 9 и 10 в месте их разъема могут быть выполнены проточки (на чертежах не показаны) для размещения шпильки 17. На других концах дугообразных бугельных элементов 9 и 10 могут быть также выполнены торцовые крепежные выступы 11 и 12, которые скреплены клиновыми зажимами 13 и 14 (на чертежах не показано). В качестве одного из вариантов крепления концы дугообразных бугельных элементов 9 и 10 могут быть соединены между собой шарнирно с помощью промежуточного дугообразного бугельного элемента 19 (фиг.3 и 4). Оба конца дугообразного бугельного элемента 19 имеют крепежные детали - шарнирные оси 20, которые входят в отверстия 21, выполненные на свободных концах дугообразных бугельных элементов 9 и 10 (фиг.3 и 4). На внутренней поверхности каждого дугообразного бугельного элемента 9, 10 и 19 выполнена кольцевая проточка с боковыми коническими поверхностями (на чертежах не обозначены). Внешние боковые поверхности 22 и 23 каждого фланца 3 и 4 имеют конусность, равную конусности боковых конических поверхностей проточки на каждом дугообразном бугельном элементе 9, 10 и 19 (фиг.2). На обеих торцовых стенках дугообразных бугельных элементов 9, 10 и 19 по их внутреннему диаметру выполнены компенсационные пазы 24.

Предложенное разъемное соединение работает следующим образом.

После установки внутри труб 1 и 2 уплотнительного кольца 5 и сближения их до соприкосновения с коническими кольцевыми поверхностями 7 и 8 уплотнительного кольца 5 на фланцы 3 и 4 устанавливают дугообразные бугельные элементы 9, 10 и 19. Затем на концы смежных торцовых выступов 11, разделенных продольным разъемом, насаживают клиновой зажим 13, а на концы смежных торцовых выступов 12 насаживают клиновой зажим 14. В центральные отверстия клиновых зажимов 13 и 14 через зазор между концами бугельных элементов 9 и 10 вставляют резьбовую шпильку 17, на ее концы навинчивают гайки 18 и производят их предварительную затяжку. В процессе предварительной затяжки гаек 18 клиновые зажимы 13 и 14 одновременно двигаются навстречу друг другу в осевом направлении. При этом наклонные поверхности 16 клиновых выступов 15 скользят по наружным наклонным поверхностям торцовых выступов 11 и 12 и за счет клинового эффекта заставляют сближаться концы дугообразных бугельных элементов 9 и 10. Это вызывает смещение бугельных элементов 9, 10 и 19 в радиальном направлении к центральной оси разъемного соединения. При этом за счет конусности боковых поверхностей проточек, выполненных на внутренней стороне каждого бугельного элемента 9, 10 и 19, и конусности поверхностей 22 и 23, выполненных на фланцах 3 и 4, происходит окончательное сближение фланцев 3 и 4 в осевом направлении до контакта с осевым упором 6 уплотнительного кольца 5. Конические кольцевые поверхности 7 и 8 уплотнительного кольца 5 занимают свое рабочее положение и герметизируют разъемное соединение. Благодаря одновременной затяжке клиновых зажимов 13 и 14 предварительное усилие затяжки распределяется равномерно и обеспечивается равномерное прижатие дугообразных бугельных элементов 9, 10 и 19 к боковым поверхностям 22 и 23 по всей окружности фланцев 3 и 4. В результате обеспечиваются равномерные и одинаковые по величине значения предварительных контактных давлений на сопрягаемых уплотнительных поверхностях 7, 8 и на торцовых поверхностях осевого упора 6 уплотнительного кольца 5 и на конических поверхностях трубопроводов 1 и 2. Под воздействием рабочего давления внутренней среды, подаваемой в трубопроводы 1 и 2, контактное давление на уплотнительных поверхностях 7 и 8 уплотнительного кольца 5 (или прокладки) возрастает относительно его значений, которые созданы заданным предварительным усилием затяжки. При этом равномерность распределения контактного давления на всех уплотнительных поверхностях по всей окружности кольца 5 сохраняется за счет достигнутой при затяжке равномерности прижатия дугообразных бугельных элементов 9, 10 и 19 к фланцам 3 и 4. Благодаря этому повышается надежность работы и обеспечивается надежность герметичности разъемного соединения. Кроме того, благодаря уменьшению количества резьбовых шпилек, ускоряется и облегчается процесс их затяжки.

Изобретение относится к разъемным соединениям трубопроводов и оборудования, работающих под давлением в химической, нефтехимической, энергетической и других отраслях промышленности. Разъемное соединение содержит соединяемые элементы цилиндрической формы, например трубы с фланцами, уплотнительный элемент, стянутые между собой с помощью зажимного приспособления, которое состоит из дугообразных бугельных элементов, имеющих в месте разъема по два торцовых выступа. Смежные торцовые выступы скреплены между собой клиновыми зажимами, имеющими П-образную форму. Клиновые зажимы связаны между собой резьбовой шпилькой для их стягивания и удержания в рабочем положении. Разъемное соединение обеспечивает высокую надежность работы и надежную герметичность, позволяет ускорить и облегчить процесс затяжки. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Разъемное соединение, содержащее соединяемые элементы цилиндрической формы, уплотнительный элемент, зажимное приспособление для стягивания соединяемых элементов и удержания их в рабочем положении, дугообразные бугельные элементы зажимного приспособления с торцовыми крепежными выступами, крепежные детали, отличающееся тем, что крепежные детали выполнены в виде клиновых зажимов, имеющих П-образную форму, установленных на смежных торцовых крепежных выступах и скрепляющих их, при этом клиновые зажимы связаны между собой резьбовым соединением для их стягивания и удержания в рабочем положении, а контактирующие между собой поверхности торцовых крепежных выступов и клиновых зажимов имеют одинаковый угол наклона.2. Разъемное соединение по п.1, отличающееся тем, что резьбовое соединение выполнено в виде резьбовой шпильки с гайками, при этом резьбовая шпилька расположена вдоль центральной оси разъемного соединения.3. Разъемное соединение по п.2, отличающееся тем, что резьбовая шпилька размещена в зазоре между дугообразными бугельными элементами в месте их разъема.4. Разъемное соединение по п.1, отличающееся тем, что оно имеет дугообразные бугельные элементы, соединенные между собой шарнирно.