СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ ФЛАНЕЦ ДЛЯ ТРУБ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ТЕКУЧИХ СРЕД, ГАЗОВ И СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ Российский патент 2008 года по МПК F16L23/36 

Настоящее изобретение относится к соединительному фланцу с зажимными кулачками для соединения труб для транспортировки нефтехимических текучих сред, газов и сжиженных газов.

Соединение труб является довольно сложной операцией, особенно в экстремальных условиях, например, при перекачке нефтехимических текучих сред и т.п., между судном и резервуаром, расположенным на берегу, между двумя судами в открытом море или даже между двумя ветками труб, которые проходят над водой или под водой на глубине несколько метров.

Соединительные системы, состоящие из центрирующих и соединительных устройств, должны предотвращать возможные утечки транспортируемого продукта, которые могут иметь очень негативное влияние на экономику, безопасность персонала и оборудования и являются чрезвычайно вредными для морской и наземной окружающей среды рядом с такими установками.

Кроме того, такие соединительные системы должны быть чрезвычайно гибкими и удобными для оператора на этапе соединения и должны обеспечивать возможность быстрого разъединения. Это важно потому, что, особенно в открытом море, метеорологические условия, влияющие на состояние моря, могут внезапно ухудшиться, обуславливая необходимость быстрого отсоединения трубной соединительной системы, что ставит под угрозу безопасность транспортировки нефтехимических текучих сред и газов. Необходимо за несколько мгновений остановить поток жидкости и разъединить трубы.

В US-A-3558161 описано трубное соединительное устройство, которое содержит множество кулачков, своевременно управляемых эластичными штоками, соединенными с гидравлической или механической системой управления. При закрывании система управления переводит кулачки в положение удержания фланца трубы, гарантируя тем самым водонепроницаемость.

Поверхность фланца, на которую опираются кулачки, обычно выполнена плоской и проходит перпендикулярно продольной оси устройства так, что на стадии разъединения момент силы, создаваемый трением между фланцем и кулачком и оказывающий сопротивление разъединению, постепенно увеличивается, в некоторых случаях приводя даже к невозможности разъединения, что является совершенно недопустимой ситуацией в экстремальных ситуациях, когда такие системы соединения/разъединения должны работать.

Это также показано в DE-A-2833866.

В математических терминах для создания разъединения произведение приложенной силы R и плеча «а» (открывающий момент) всегда должно быть больше, чем произведение силы трения F_a и «b» (момент сопротивления), т.е.:

R×a>F_a×b

Для открывания кулачка это неравенство должно выполняться. Однако было обнаружено, что во время открывания с фланцем, имеющим плоскую поверхность, плечо «а» уменьшается до точки, в которой это неравенство не может больше выполняться, в частности, когда геометрия кулачка выбрана для сопротивления большим нагрузкам.

Задачей настоящего изобретения является создание фланца, имеющего такую форму, чтобы определять соединение фланца-кулачка, устраняющее простым и недорогим способом вышеуказанную проблему.

Согласно настоящему изобретению эта задача достигается с помощью фланца для труб для транспортировки нефтехимических текучих сред, газов и сжиженных газов, который имеет опорную поверхность для зажимного кулачка, имеющего периферийный участок криволинейной поверхности в направлении опоры этого кулачка.

Таким образом, постепенное уменьшение плеча «а» на стадии разъединения компенсируется изменением компонентов силы, которое способствует открыванию кулачка.

Эти и другие признаки настоящего изобретения будут очевидны из нижеследующего подробного описания его варианта со ссылками на не ограничивающий пример, показанный на прилагаемых чертежах, где

фиг.1 - вид сбоку соединения фланец-кулачок согласно настоящему изобретению в закрытом положении;

фиг.2 - вид сбоку в увеличенном масштабе участка соединения фланец-кулачок на фиг.1;

фиг.3 - вид сбоку соединения фланец-кулачок с кулачком, повернутым на 6° в направлении открывания;

фиг.4 - вид сбоку в увеличенном масштабе участка соединения фланец-кулачок на фиг.3;

фиг.5 - вид сбоку соединения фланец-кулачок с кулачком, повернутым на 10° в направлении открывания;

фиг.6 - вид сбоку в увеличенном масштабе участка соединения фланец-кулачок на фиг.5.

На фиг.1 фланец 1 содержит поверхность 11 с криволинейным периферийным участком 2, на которую опирается кулачок 3, шарнирно установленный в кронштейне 4 муфты для труб 12 на оси 5, вокруг которой он может свободно поворачиваться.

Кулачок 3 приводится в движение пружиной 6, которая управляется для перемещения между положением закрывания, копланарным с осью муфты, и положением открывания, наклоненным относительно первого положения и достигаемого вращением кольца или пятого колеса 10, управляемого гидравлической или иной системой.

Преимущества настоящего изобретения можно идентифицировать, проанализировав силы, взаимодействующие в зоне контакта фланца-кулачка (фиг.2, 4, 6).

На фиг.1 и 2, где показаны чисто иллюстративные величины для «а» и «b», уравнением равновесия является следующее:

R×a=F_a×b,

где R - сила контакта между фланцем и кулачком;

F_a - сила трения, генерируемая R (F_a=R×f, где f - коэффициент трения между металлами соединения кулачка-фланца).

Для того чтобы кулачок поворачивался в сторону открывания, при приложении силы R необходимо, чтобы R×а > F_a×b.

В вариантах, показанных на фиг.3 и 4, вращение кулачка приводит к наклону F_a и R, при этом можно провести различие между горизонтальной компонентой (F_a0 и R₀) и вертикальной компонентой (F_av и R_v).

Для того чтобы кулачок открывался, необходимо, чтобы

(R_v×а)+(R₀×b)>(F_a0×b)-(F_av×а)

По сравнению с ситуацией на фиг.1 и 2, левая часть неравенства уменьшается за счет уменьшения плеча (b оставалось без изменения), но такое уменьшение компенсируется за счет уменьшения силы трения F_a0 и генерирования вертикальной компоненты F_av, необходимой для открывания кулачка 3, следовательно, произведение F_a0 и b на фиг.3-4 меньше, чем произведение F_a и b на фиг.1 и 2.

Если контактная поверхность фланца будет выполнена плоской, произведение F_a и b останется постоянным, тогда как произведение R и а уменьшится из-за уменьшения плеча а, с возникновением риска получения в определенной точке.

R×а<F_a×b,

в результате чего открывание кулачка будет заблокировано.

В варианте на фиг.5 и 6, кулачок дополнительно повернут и в результате по сравнению с вариантом на фиг.3 и 4, F_av (компонента, способствующая открыванию) увеличивается, а F_a0 (компонента, противодействующая открыванию) уменьшается. Неравенство

(R_v×a)+(R₀×b)>(F_a0×b)-(F_av×а)

таким образом справедливо для всего диапазона открывания кулачка.

Так следует отметить, что профиль фланца выполнен как функция указанного неравенства, которое всегда будет справедливым во время открывания кулачка 3.

Изобретение относится к соединениям труб для транспортировки нефтехимических текучих сред, газов и сжиженных газов. Соединительный фланец для труб имеет несущую поверхность для зажимного кулачка и периферийный участок, скошенный в направлении опоры кулачка. Периферийный скошенный участок выполнен предпочтительно криволинейным. Изобретение повышает надежность соединения и разъединения устройства. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Соединительный фланец (1) для труб для транспортировки нефтехимических текучих сред, газов и сжиженных газов, отличающийся тем, что имеет несущую поверхность (11) для зажимного кулачка (3) и периферийный участок (2) криволинейной поверхности в направлении опоры кулачка (3).2. Фланец по п.1, отличающийся тем, что для всего диапазона открывания кулачка всегда справедливо неравенство

(R_v·а)+(R₀·b)>(F_a0·b)-(F_av·а),

где R_v - вертикальная компонента приложеной и силы R;

а - плечо вертикальных компонент этих сил;

R₀ - горизонтальная компонента приложенной силы R;

b - плечо горизонтальных компонент этих сил;

F_a0 - горизонтальная компонента силы трения F_a;

F_av - вертикальная компонента силы трения Fa.