ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ МУФТА Российский патент 2010 года по МПК F16L21/08 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к гидравлическим муфтам.

Изобретение создано главным образом в виде гидравлической муфты высокого давления, предназначенной для использования в горнодобывающей промышленности, и описано ниже со ссылкой на данное применение. Тем не менее, следует понимать то, что изобретение не ограничено данной конкретной областью использования.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Нижеприведенное рассмотрение предшествующего уровня техники предназначено для рассмотрения изобретения в соответствующем техническом контексте и обеспечения возможности полного понимания соответствующих преимуществ. Однако любое рассмотрение предшествующего уровня техники во всем описании не следует рассматривать как допущение того, что подобный уровень техники широко известен или образует часть широко известных общих знаний в данной области.

Гидравлические муфты, как правило, состоят из охватываемых и охватывающих элементов, соединенных с обеспечением герметичности посредством механизма фиксации некоторого типа для создания герметичного сообщения по текучей среде между прилегающими секциями шланга или трубы. Известные механизмы фиксации включают в себя резьбовые крепежные детали, гайки и муфты, прикрепленные болтами фиксирующие фланцы, шариковые фиксаторы, кольцевые зажимы и тому подобное. Тип соединения, рабочее давление и ожидаемая частота разъединения и условия доступа часто определяют требуемую форму механизма фиксации в любом конкретном случае применения. Тем не менее, большинство известных муфт (соединений) связаны с проблемами или ограничениями.

Например, некоторые механизмы фиксации, будучи сцепленными, не обеспечивают возможности вращения друг относительно друга секций шланга или трубы, соединенных с соответствующими охватываемыми и охватывающими соединительными элементами [элементами муфты]. Это может вызвать дополнительное напряжение и деформацию как в прилегающих секциях трубы, так и в муфте, что ведет к ускоренному износу, скручиванию, перекашиванию и даже к преждевременному отказу. Некоторые механизмы фиксации, такие как подпружиненные фиксаторы, функционируют эффективно при сравнительно низких давлениях, но не могут быть легко модифицированы так, чтобы они работали безопасно, согласованно и надежно в случаях применения, характеризующихся высоким давлением. Другие виды механизма фиксации, такие как взаимодополняющие резьбовые элементы на соответствующих элементах муфты, могут быть приспособлены для применений, характеризующихся как низким, так и высоким давлением, но процессы соединения и разъединения являются относительно трудоемкими. При применении гидравлических систем, в частности при установке множества муфт рядом, доступ часто ограничен, что приводит к дополнительному ограничению применимости или эффективности ряда обычных видов механизма фиксации. Например, резьбовые соединения требуют достаточного доступа для соответствующих гаечных ключей или гайковертов, которые становятся неудобными и неэффективными при использовании в условиях сильных пространственных ограничений, в особенности в тех случаях применения при высоком давлении и крупном масштабе, когда предусмотрено использование сравнительно тяжелых муфт и больших крутящих моментов.

С целью преодоления некоторых из вышеуказанных ограничений были разработаны муфты, в которых используются другие виды механизма фиксации, такие как фиксаторы в виде скоб. В подобных муфтах, как правило, используется по существу U-образная фиксирующая скоба, приспособленная для вставки в поперечном направлении по отношению к оси муфты через комплементарные пазы, отверстия или канавки, образованные в соответствующих элементах муфты, для предотвращения разъединения. Подобные муфты часто используются в горнодобывающей промышленности. Они обеспечивают наличие сравнительно быстросъемного механизма, требующего просто отвода фиксирующей скобы, при этом, как правило, одновременно обеспечивается возможность вращения охватываемого и охватывающего элементов друг относительно друга. Подобные муфты раскрыты, например, в патенте США №4260184 на имя Greenawalt и др. и в патенте США №4923350 на имя Hinksman и др.

В патенте США №4260184 описана гидравлическая муфта в сборе в виде охватываемого и охватывающего соединительных элементов, соединенных друг с другом посредством U-образной фиксирующей скобы. Скоба вставлена в узел после соединения соединительных элементов для сохранения герметичного уплотнения. В данном патенте указано, что определенная конфигурация поперечного сечения скобы, подобная описанной, обеспечивает оптимальное сопротивление усталостному разрушению, а также повышенную прочность на растяжение и постоянную фиксацию при обычных рабочих условиях.

Несмотря на то, что гидравлическая муфта по данному патенту представляет собой усовершенствование по сравнению с предшествующим уровнем техники, она имеет ряд свойственных ей ограничений. Во-первых, поскольку скоба выступает за наружную периферию муфты, она может зацепляться за соседние муфты или другое расположенное поблизости оборудование, что может привести к непреднамеренному удалению скобы и последующему расцеплению муфты. Фиксаторы в виде скобы также подвержены «выходу» при циклическом нагружении. Если это происходит, когда давление в гидравлической магистрали повышено, может иметь место опасный выброс текучей среды под давлением. Это было источником несчастных случаев в прошлом, в особенности в горнодобывающей промышленности, где высокие гидравлические давления используются в ограниченных пространствах. Кроме того, данная конструкция, по сути, неэффективна, поскольку эффективная зона перекрытия между скобой и пазами или канавками на соответствующих элементах муфты является сравнительно небольшой, и, следовательно, только сравнительно небольшая часть общего объема скобы служит для противодействия аксиальной разделяющей нагрузке, обусловленной давлением текучей среды в магистралях. Вследствие возникающих в результате этого концентраций напряжений требуются сравнительно большие скобы и соответствующие фитинги для заданного номинального (расчетного) давления, и скобы более подвержены повреждению в результате локализованных зон непрочности материала или дефектов изготовления.

В патенте США №4923350 раскрыт усовершенствованный тип скобы для гидравлической муфты, подлежащей использованию в конфигурации, аналогичной той, которая описана в патенте №4260184. В отличие от указанного патента скоба, используемая в муфте по патенту США №4923350, состоит из двух прочно соединенных половин. В патенте США №4923350 указано, что данная конструкция обеспечивает более высокое сопротивление динамическому нагружению, чем цельная скоба.

По отношению к современным стандартам оба вышеуказанных типа муфты с фиксатором в виде скобы были созданы для сравнительно низких гидравлических давлений. В настоящее время в горнодобывающей промышленности муфты такого типа, в которых используются скобы, все в большей степени подвергаются воздействию бόльших давлений в системах и используются в системах с бόльшими давлениями для достижения увеличенной производительности в более трудных ситуациях при оборудовании того же или уменьшенного размера. В случаях применения с более высокими давлениями свойственные данным конструкциям дефекты становятся все более очевидными и создают все больше проблем. Соответственно, существует потребность в более эффективной и надежной конструкции муфты, которая будет соответствовать дальнейшему увеличению гидравлического давления и при этом не будет оказываться отрицательного воздействия на физический размер или надежность самой муфты.

Целью настоящего изобретения является преодоление или устранение одного или нескольких недостатков известных устройств или, по меньшей мере, обеспечение полезной альтернативы.

Согласно изобретению создана гидравлическая муфта для соединения нагнетательных трубопроводов, содержащая охватываемый раструбом элемент, приспособленный для присоединения к первому трубопроводу и имеющий первую окружную канавку, расположенную на его наружной поверхности, раструбный элемент, приспособленный для присоединения ко второму трубопроводу и имеющий вторую окружную канавку, расположенную на его внутренней поверхности,

при этом охватываемый раструбом элемент и раструбный элемент приспособлены для аксиального сцепления, в результате чего первый и второй трубопроводы герметично соединяются для обеспечения протекания текучей среды через муфту, и в результате чего первая и вторая окружные канавки по существу совмещаются в радиальном направлении, при этом наружная поверхность охватываемого раструбом элемента и внутренняя поверхность раструбного элемента имеют соответствующие конусные участки, разблокируемый фиксирующий элемент, выполненный с возможностью избирательного смещения между конфигурацией при блокировке, в которой фиксирующий элемент проходит в радиальном направлении в указанные канавки для предотвращения аксиального расцепления охватываемого раструбом элемента и раструбного элемента, и конфигурацией при разблокировке, в которой фиксирующий элемент расположен по существу в одной из канавок на по существу расстоянии от другой из канавок для обеспечения указанного аксиального расцепления, и средство разблокировки, приспособленное для смещения фиксирующего элемента из конфигурации при блокировке в конфигурацию при разблокировке и имеющее отверстие, расположенное в периферийной боковой стенке раструбного элемента для обеспечения радиального доступа к разблокируемому фиксирующему элементу.

В конфигурации при разблокировке фиксирующий элемент может быть расположен по существу в первой окружной канавке по существу на расстоянии от второй канавки для обеспечения аксиального расцепления муфты.

В конфигурации при разблокировке фиксирующий элемент может быть расположен по существу во второй окружной канавке на по существу расстоянии от первой канавки для обеспечения аксиального расцепления муфты.

Профиль охватываемого раструбом элемента и раструбного элемента и указанных канавок в поперечном сечении может быть по существу кольцевым.

Фиксирующий элемент может включать в себя по существу дугообразную корпусную часть и две расположенные на расстоянии друг от друга в окружном направлении концевые части, проходящие по существу наружу от корпусной части для образования соответствующих выступов для разблокировки. Фиксирующий элемент может быть по существу Ω-образным. Корпусная часть фиксирующего элемента может иметь в поперечном сечении по существу квадратный, прямоугольный, овальный или круглый профиль.

Наружная поверхность охватываемого раструбом элемента и внутренняя поверхность раструбного элемента могут иметь по существу комплементарные профили.

Гидравлическая муфта может включать в себя средство смещения, предназначенное для смещения фиксирующего элемента к конфигурации при блокировке. Фиксирующий элемент может быть выполнен из упругого материала, образующего средство смещения. Упругий материал может представлять собой пружинную сталь.

Указанное отверстие может быть приспособлено для обеспечения доступа к выступам фиксирующего элемента, предназначенным для разблокировки. Гидравлическая муфта может включать в себя съемный закрывающий элемент для избирательного закрытия и герметизации указанного отверстия. Съемный закрывающий элемент может быть образован из эластомерного материала.

Средство разблокировки может дополнительно включать в себя инструмент для разблокировки, приспособленный для вставки через отверстие для контактирования с выступами для разблокировки и смещения фиксирующего элемента в конфигурацию при разблокировке. Указанная вставка инструмента для разблокировки обеспечивает создание временно свободной траектории, обеспечивающей возможность ввода охватываемого раструбом элемента в контакт или вывода охватываемого раструбом элемента из контакта с раструбным элементом в аксиальном направлении.

Раструбный элемент может включать в себя окружную уплотнительную канавку, расположенную на его внутренней поверхности и приспособленную для размещения окружного уплотнительного элемента, приспособленного для герметичного контакта с наружной поверхностью охватываемого раструбом элемента и, тем самым, обеспечения уплотнения для текучей среды между охватываемым раструбом элементом и раструбным элементом в конфигурации при блокировке.

Охватываемый раструбом элемент может включать в себя окружную уплотнительную канавку, расположенную на ее наружной поверхности и приспособленную для размещения окружного уплотнительного элемента, приспособленного для герметичного контакта с внутренней поверхностью раструбного элемента и, тем самым, обеспечения уплотнения для текучей среды между охватываемым раструбом элементом и раструбным элементом в конфигурации при блокировке.

Уплотнительный элемент может быть образован из гибкого эластомерного материала. Уплотнительный элемент может принимать вид уплотнительного кольца. Гидравлическая муфта может содержать множество уплотнений. Гидравлическая муфта может быть выполнена с конфигурацией, обеспечивающей возможность вращения охватываемого раструбом элемента и раструбного элемента друг относительно друга в конфигурации при блокировке.

Гидравлическая муфта может быть выполнена с конфигурацией, обеспечивающей предотвращение вращения охватываемого раструбом элемента и раструбного элемента друг относительно друга в конфигурации при блокировке.

Фиксирующий элемент может не проходит в радиальном направлении за наружную периферию раструбного элемента в конфигурации при блокировке.

Фиксирующий элемент может быть многослойным.

Гидравлическая муфта может быть приспособлена для работы в диапазоне давлений от 13,8 до приблизительно 138 МПа (от 2000 до 20000 фунтов на кв. дюйм), предпочтительно для работы в диапазоне давлений от 34,5 до приблизительно 138 МПа (от 5000 до 20000 фунтов на кв. дюйм). Гидравлическая муфта может быть приспособлена для работы в указанном диапазоне давлений с коэффициентом запаса прочности, составляющим, по меньшей мере, 3:1, предпочтительно, по меньшей мере, 4:1.

Гидравлическая муфта может быть приспособлена для соединения трубопроводов с внутренним диаметром от около 5 мм до около 100 мм, предпочтительно от около 10 мм до около 80 мм.

Внутренние диаметры охватываемого раструбом элемента и раструбного элемента в их самых узких местах могут составлять не менее номинальных внутренних диаметров соответствующих трубопроводов, к которым они присоединены.

Гидравлическая муфта может иметь внутренний канала, являющийся по существу постоянным, при соединении охватываемого раструбом элемента и раструбного элемента для минимизации турбулентности и потери давления на муфте.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее описан предпочтительный вариант осуществления изобретения в качестве примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 представляет выполненный с местным разрезом вид в плане гидравлической муфты в соответствии с изобретением;

фиг.2 представляет собой сечение по линии 2-2 на фиг.1;

фиг.3 представляет собой сечение по линии 3-3 на фиг.1;

фиг.4а, 4b, 4с, 4d, 4е показывают пять предпочтительных вариантов осуществления фиксирующего элемента, подлежащего использованию вместе с гидравлической муфтой по фиг.1;

фиг.5 представляет собой сечение по линии 3-3 на фиг.1, показывающее альтернативный вариант инструмента для разблокировки.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как показано на чертежах, в соответствии с изобретением разработана гидравлическая муфта 10, включающая в себя охватываемый раструбом элемент 12, приспособленный для присоединения к первому трубопроводу 14, и комплементарный раструбный элемент 16, приспособленный для присоединения ко второму трубопроводу 18. Охватываемый элемент 12 имеет первую окружную канавку 20, расположенную на наружной поверхности 24, и раструбный элемент 16 имеет вторую окружную канавку 22, расположенную на внутренней поверхности 26. Как показано на фиг.2, охватываемый элемент 12 и раструбный элемент 16 приспособлены для сцепления в аксиальном направлении в конфигурации, при которой они соединены, в результате чего первый и второй трубопроводы герметично соединяются для прохождения текучей среды, и первая и вторая канавки расположены так, что они по существу совмещаются в радиальном направлении так, что обеспечивается, по меньшей мере, некоторая степень относительного перекрытия между ними.

Разблокируемый фиксирующий элемент 28 выполнен с возможностью избирательного смещения между конфигурацией при блокировке, в которой фиксирующий элемент проходит в радиальном направлении в обе канавки для предотвращения аксиального разъединения охватываемого раструбом элемента и раструбного элемента, и конфигурацией при разблокировке, в которой фиксирующий элемент расположен по существу в одной из канавок и на расстоянии от другой канавки, чтобы тем самым обеспечить возможность аксиального расцепления муфты. В проиллюстрированном варианте осуществления в конфигурации при разблокировке фиксирующий элемент расположен по существу в первой или наружной окружной канавке 20 элемента 12 на расстоянии от второй или внутренней канавки 22 элемента 16. Напротив, в альтернативном варианте осуществления (непоказанном) в конфигурации при разблокировке фиксирующий элемент расположен по существу во второй (внутренней) канавке и на расстоянии от первой (наружной) канавки.

Гидравлическая муфта также включает в себя средство разблокировки, предназначенное для обеспечения возможности смещения фиксирующего элемента из конфигурации при блокировке в конфигурацию при разблокировке.

Как лучше всего показано на фиг.3, охватываемый элемент, раструбный элемент 16 и канавки 20 и 22 имеют по существу кольцевые профили в поперечном сечении, так что в конфигурации при соединении обеспечивается возможность свободного прохода текучей среды под высоким давлением между примыкающими трубопроводами через центральную зону 30 муфты, которая является по существу круглой в поперечном сечении.

Как показано на фиг.4а, 4b, 4с, 4d, 4е, фиксирующий элемент 28 является по существу Ω-(омега)-образным и включает в себя по существу дугообразную корпусную часть 32 и две расположенные на расстоянии друг от друга в окружном направлении концевые части, проходящие наружу в радиальном направлении для образования соответствующих выступов 34 для разблокировки. Дугообразный корпус фиксирующего элемента предпочтительно проходит, «охватывая» угол, составляющий более 180°, более предпочтительно - более 270° и в идеальном случае - более 300°. В этой связи следует понимать, что первая и вторая окружные канавки на соответствующих элементах муфты могут иметь протяженность, по существу равную протяженности корпуса фиксирующего элемента, или могут проходить на 360° (как показано) при условии соответствующих конструктивных ограничений.

Фиксирующий элемент выполнен из упругого материала, такого как пружинная или нержавеющая сталь, в результате чего создается средство смещения для смещения фиксирующего элемента к конфигурации при блокировке. Тем не менее, следует понимать, что альтернативно могут быть использованы другие виды средств смещения, такие как механические или пневматические пружинные механизмы или электромагнитные смещающие системы.

Фиксирующий элемент 28 может иметь в поперечном сечении квадратный, прямоугольный, круглый или овальный профиль, как показано соответственно на фиг.4а, 4b, 4с, 4d. Также могут быть использованы другие соответствующие профили поперечного сечения. Кроме того, на фиг.4b показан фиксирующий элемент, который является многослойным и содержит две прочно соединенные половины 28а и 28b. Как разновидность данного варианта осуществления, фиксирующий элемент может быть выполнен в основном как единый компонент, но может включать в себя прорезь или прорези 36 для придания характеристик частично или полуламинированной конструкции. В этой связи ламинирование или частичное ламинирование фиксирующего элемента может обеспечить более высокое сопротивление динамическому нагружению, чем цельная или «унитарная» конструкция.

Фиг.4е показывает дополнительный вариант осуществления фиксирующего элемента 28, имеющего множество сегментов 32а, прикрепленных к дугообразной корпусной части 32 посредством штифтов 52 или других пригодных средств крепления, таких как винты, болты, заклепки, клеи, сварные швы, отогнутые кромки, скобы, зажимы, соединительные элементы, устанавливаемые по посадке с натягом, или тому подобное. Данная конструкция с множеством сегментов обеспечивает дополнительную гибкость в отношении площади кольцевой опорной поверхности, пороговой силы, требуемой для отделения выступов для разблокировки, и использования композиционных материалов в конструкции.

Средство разблокировки образовано отверстием в виде удлиненного паза 38 для доступа, расположенного в раструбном элементе. Паз обеспечивает возможность доступа к выступам 34 для разблокировки, предусмотренным на фиксирующем элементе, для обеспечения возможности смещения фиксирующего элемента из конфигурации при блокировке в конфигурацию при разблокировке. Съемный эластомерный колпак 40, механически удерживаемый между охватываемым элементом и раструбным элементом, используется для закрытия и герметизации паза для доступа, в результате чего ограничивается попадание поступающего извне мусора при использовании. Колпак является достаточно гибким для обеспечения возможности его смещения во время монтажа (сборки) и демонтажа (разборки) муфты и при этом имеет достаточную память формы для восстановления исходной формы с тем, чтобы служить в качестве уплотнения для паза для доступа.

Раструбный элемент дополнительно включает в себя окружную уплотнительную канавку 42, расположенную на внутренней поверхности 26. В уплотнительной канавке размещено эластомерное окружное уплотнение для текучей среды, выполненное в виде уплотнительного кольца 44 и предназначенное для обеспечения герметичного контакта с наружной поверхностью 24 охватываемого элемента для создания уплотнения для текучей среды между охватываемым элементом и раструбным элементом в конфигурации при блокировке. Дополнительное уплотнение обеспечивается наружной поверхностью охватываемого элемента и соответствующей внутренней поверхностью раструбного элемента, имеющими комплементарные профили, приспособленные для соединения по точной посадке в конфигурации при блокировке. Данные профили также включают в себя соответствующие конические участки 45 для облегчения исходного выравнивания и введения в контакт.

Как будет понятно для специалистов в данной области техники, данное облегчение имеет место, поскольку при сборке, в начальный момент вставки, наружный диаметр охватываемого элемента существенно меньше внутреннего диаметра раструбного элемента. Образующийся в результате радиальный зазор обеспечивает возможность приспосабливания к значительной степени отклонения от заданного положения как в радиальном, так и в аксиальном направлении. При дальнейшей вставке в аксиальном направлении комплементарные конические или наклонные поверхности обеспечивают постепенный «ввод» (постепенное направление) к месту точного выравнивания в положении, при котором элементы муфты полностью соединены.

Для соединения охватываемого элемента с раструбным элементом фиксирующий элемент 28 сначала размещают в раструбном элементе так, что он будет находиться во второй или внутренней окружной канавке. Как лучше показано на фиг.3, соответствующий инструмент для разблокировки, такой как зажим (скоба) 46, содержащий отводящий клин 47, вставляют через паз 38 и вводят в контакт для раздвигания выступов для разблокировки в окружном направлении, в результате чего обеспечивается упругое расширение фиксирующего элемента для его полного расположения во второй канавке 22 в конфигурации при разблокировке. Пустая зона 48 во второй канавке обеспечивает возможность приспосабливания к радиальному расширению фиксирующего элемента. Данное расширение, в свою очередь, обеспечивает создание временно свободного канала, обеспечивающего возможность вставки охватываемой раструбом втулки в аксиальном направлении в раструбный элемент.

Фиг.5 показывает альтернативный инструмент для разблокировки в виде циркуля 50, который может быть использован для раздвигания выступов 34 для разблокировки при использовании сегментного фиксирующего элемента по фиг.4е, выполненного с такой конструкцией, что он потребует сравнительно меньшего усилия для отделения.

Как только охватываемый элемент будет полностью вставлен в раструбный элемент в конфигурации при соединении, инструмент для разблокировки удаляют, после чего фиксирующий элемент упруго сжимается так, что он проходит в первую окружную канавку 20 на охватываемой раструбом элементе. Поскольку теперь фиксирующий элемент проходит в радиальном направлении в обе канавки, достигается конфигурация при блокировке, при которой предотвращается выход охватываемого элемента в аксиальном направлении из раструбного элемента. При данной конфигурации уплотнительное кольцо обеспечивает статическое уплотнение между охватываемым элементом и раструбным элементом для сохранения свободного от утечек соединения.

В некоторых вариантах осуществления коническая часть 45 охватываемого элемента 12 предназначена для автоматического расширения фиксирующего элемента 28 в радиальном направлении при вставке охватываемого элемента 12 в раструбный элемент 16 в аксиальном направлении, в результате чего устраняется необходимость в инструменте для разблокировки или для разжима во время сборки. Данная конструкция в особенности подходит для сегментного фиксирующего элемента по фиг.4е вследствие относительно меньшего радиального усилия отделения или расширения, необходимого для подобных элементов.

Следует отметить, что проиллюстрированная муфта 10 обеспечивает возможность вращения охватываемого раструбом элемента и раструбного элемента друг относительно друга в конфигурации при блокировке. Тем не менее, в других вариантах осуществления (непоказанных) муфта может быть выполнена с конфигурацией, обеспечивающей предотвращение вращения охватываемого раструбом элемента и раструбного элемента друг относительно друга в конфигурации при блокировке, если это желательно. Это будет зависеть частично от угловой протяженности соответствующих внутренней и наружной канавок, подобных рассмотренным выше.

Для разборки муфты инструмент для разблокировки снова вводят в контакт с выступами для разблокировки и фиксирующий элемент снова раздвигают до конфигурации при разблокировке, при которой корпус фиксирующего элемента удерживается по существу во второй окружной канавке, на расстоянии от первой канавки. Это создает возможность свободного извлечения охватываемого раструбом элемента.

Корпус фиксирующего элемента проходит одновременно в обе канавки по существу на всей его длине в конфигурации при блокировке, и, следовательно, сдвигающие силы, возникающие в результате осевых нагрузок на муфту, распределяются по существу по всей эффективной длине фиксирующего элемента. Следовательно, гидравлическая муфта заданного размера способна выдерживать существенно бόльшие осевые разделяющие нагрузки по сравнению с ранее известными конструкциями, в частности теми, в которых используются скобы. Кроме того, как видно на фиг.2, канавки 20 и 22 предпочтительно расположены в имеющих больший диаметр зонах соответственно охватываемого раструбом элемента и раструбного элемента. Таким образом, может быть использован фиксирующий элемент относительно большего размера, так что сдвигающие силы будут распределяться по сравнительно большей площади фиксирующего элемента. Кроме того, следует отметить, что из фиг.2 видно, что канавки образованы в зонах со сравнительно увеличенной толщиной стенки в соответствующих конструкциях охватываемого раструбом элемента и раструбного элемента для наибольшего увеличения прочности соединения, что особенно предпочтительно для случаев применения с высокими давлениями.

Более точно, фиксирующий элемент по настоящему изобретению имеет окружную зону при сдвиге, соответствующую, по меньшей мере, 66% длины окружности охватываемого раструбом элемента, что означает эффективное увеличение более чем на 100% по сравнению со сопоставимыми U-образными скобами. Это обеспечивает возможность функционирования при рабочих давлениях в диапазоне от 10000 до 20000 фунтов на кв. дюйм с коэффициентом запаса прочности, составляющим 4:1, при сравнительно компактном узле. В то же время процессы соединения и разъединения муфты будут происходить значительно быстрее и надежнее по сравнению с соответствующими процессами для резьбовых соединительных элементов, которые могут быть повреждены обломками, чувствительны к ошибке оператора, связанной со срывом резьбы или неправильной установкой крутящего момента, и разъединение и повторное соединение которых являются трудоемкими.

Кроме того, предпочтительно то, что фиксирующий элемент по настоящему изобретению полностью содержится в муфте и не проходит за наружную периферию раструбного элемента в конфигурации при блокировке. Следовательно, он в меньшей степени уязвим для непреднамеренной разблокировки или повреждения, и вероятность того, что он вызовет травмирование людей или повреждение соседних компонентов, будет меньше, чем в случае ранее известных конструкций скоб. Он также не подвержен случайному «выходу» под действием циклического нагружения.

Данные признаки обеспечивают применение настоящего изобретения при высоких давлениях, таких как те, которые имеют место в горнодобывающей промышленности, где затраты, максимальное расчетное давление, габариты и масса оборудования, простота использования, стабильность и надежность при эксплуатации и стабильные коэффициенты запаса прочности представляют собой важные факторы, которые все принимаются во внимание. В этой связи изобретение представляет собой реализуемое на практике и промышленно важное усовершенствование по сравнению с предшествующим уровнем техники.

Несмотря на то, что изобретение было описано со ссылкой на определенные примеры, специалистам в данной области техники будет понятно, что изобретение может быть реализовано во многих других вариантах. В частности, следует понимать, что фиксирующий элемент, соответствующее средство смещения, инструмент для разблокировки и соответствующие выступы для разблокировки, а также сам раструбный элемент и сама охватываемая раструбом втулка могут принимать множество форм и конфигураций, отличных от тех, которые были более точно проиллюстрированы.

Изобретение относится к соединениям трубопроводов, в частности к гидравлическим муфтам для соединения нагнетательных трубопроводов. Муфта включает в себя охватываемый раструбом элемент, предназначенный для присоединения к первому трубопроводу, и раструбный элемент, предназначенный для присоединения ко второму трубопроводу. Охватываемый элемент включает в себя первую окружную канавку, расположенную на его наружной поверхности, и раструбный элемент включает в себя вторую окружную канавку, расположенную на его внутренней поверхности. Охватываемый элемент и раструбный элемент приспособлены для аксиального сцепления, в результате чего трубопроводы герметично соединяются для обеспечения прохождения текучей среде через муфту и в результате чего окружные канавки по существу совмещаются в радиальном направлении. Разблокируемый фиксирующий элемент выполнен с возможностью избирательного смещения между конфигурацией при блокировке, в которой фиксирующий элемент проходит в радиальном направлении в обе канавки для предотвращения аксиального разъединения охватываемого раструбом элемента и раструбного элемента, и конфигурацией при разблокировке, в которой фиксирующий элемент расположен по существу в одной из канавок на по существу расстоянии от другой для обеспечения аксиального расцепления. Муфта дополнительно включает в себя средство разблокировки, предназначенное для смещения фиксирующего элемента из конфигурации при блокировке в конфигурацию при разблокировке и имеющее отверстие в периферийной боковой стенке раструбного элемента для обеспечения радиального доступа к разблокируемому фиксирующему элементу. Изобретение повышает надежность соединения. 37 з.п. ф-лы, 5 ил

1. Гидравлическая муфта для соединения нагнетательных трубопроводов, содержащая охватываемый раструбом элемент, приспособленный для присоединения к первому трубопроводу и имеющий первую окружную канавку, расположенную на его наружной поверхности, раструбный элемент, приспособленный для присоединения ко второму трубопроводу и имеющий вторую окружную канавку, расположенную на его внутренней поверхности, при этом охватываемый раструбом элемент и раструбный элемент приспособлены для аксиального сцепления, в результате чего первый и второй трубопроводы герметично соединяются для обеспечения прохождения текучей среде через муфту, и в результате чего первая и вторая окружные канавки, по существу, совмещаются в радиальном направлении, при этом наружная поверхность охватываемого раструбом элемента и внутренняя поверхность раструбного элемента имеют соответствующие конусные участки, разблокируемый фиксирующий элемент, выполненный с возможностью избирательного смещения между конфигурацией при блокировке, в которой фиксирующий элемент проходит в радиальном направлении в указанные канавки для предотвращения аксиального расцепления охватываемого раструбом элемента и раструбного элемента, и конфигурацией при разблокировке, в которой фиксирующий элемент расположен, по существу, в одной из канавок на, по существу, расстоянии от другой из канавок для обеспечения указанного аксиального расцепления, и средство разблокировки, приспособленное для смещения фиксирующего элемента из конфигурации при блокировке в конфигурацию при разблокировке и имеющее отверстие, расположенное в периферийной боковой стенке раструбного элемента для обеспечения радиального доступа к разблокируемому фиксирующему элементу.

2. Гидравлическая муфта по п.1, в которой в конфигурации при разблокировке фиксирующий элемент расположен, по существу, в первой окружной канавке и находится, по существу, на расстоянии от второй канавки для обеспечения аксиального расцепления муфты.

3. Гидравлическая муфта по п.1, в которой в конфигурации при разблокировке фиксирующий элемент расположен, по существу, во второй окружной канавке на, по существу, расстоянии от первой канавки для обеспечения аксиального расцепления муфты.

4. Гидравлическая муфта по п.1, в которой профиль охватываемого раструбом элемента, раструбного элемента и указанных канавок в поперечном сечении является, по существу, кольцевым.

5. Гидравлическая муфта по п.1, в которой фиксирующий элемент включает в себя, по существу, дугообразную корпусную часть и две расположенные на расстоянии друг от друга в окружном направлении концевые части, проходящие, по существу, наружу от корпусной части для образования соответствующих выступов для разблокировки.

6. Гидравлическая муфта по п.5, в которой фиксирующий элемент является, по существу, Ω-образным.

7. Гидравлическая муфта по п.5, в которой корпусная часть фиксирующего элемента имеет в поперечном сечении, по существу, квадратный, прямоугольный, овальный или круглый профиль.

8. Гидравлическая муфта по п.1, в которой наружная поверхность охватываемого раструбом элемента и внутренняя поверхность раструбного элемента имеют, по существу, комплементарные профили.

9. Гидравлическая муфта по п.1, включающая в себя средство смещения, предназначенное для смещения фиксирующего элемента к конфигурации при блокировке.

10. Гидравлическая муфта по п.9, в которой фиксирующий элемент выполнен из упругого материала, образующего средство смещения.

11. Гидравлическая муфта по п.10, в которой упругий материал представляет собой пружинную сталь.

12. Гидравлическая муфта по п.1, в которой указанное отверстие приспособлено для обеспечения доступа к выступам фиксирующего элемента, предназначенным для разблокировки.

13. Гидравлическая муфта по п.12, включающая в себя съемный закрывающий элемент для избирательного закрытия и герметизации указанного отверстия.

14. Гидравлическая муфта по п.13, в которой съемный закрывающий элемент образован из эластомерного материала.

15. Гидравлическая муфта по п.12, в которой средство разблокировки дополнительно включает в себя инструмент для разблокировки, приспособленный для вставки через отверстие для контактирования с выступами для разблокировки и смещения фиксирующего элемента в конфигурацию при разблокировке.

16. Гидравлическая муфта по п.15, в которой указанная вставка инструмента для разблокировки обеспечивает создание временно свободной траектории, обеспечивающей возможность ввода охватываемого раструбом элемента в контакт или вывода охватываемого раструбом элемента из контакта с раструбным элементом в аксиальном направлении.

17. Гидравлическая муфта по п.1, в которой раструбный элемент включает в себя окружную уплотнительную канавку, расположенную на его внутренней поверхности и приспособленную для размещения окружного уплотнительного элемента, приспособленного для герметичного контакта с наружной поверхностью охватываемого раструбом элемента и тем самым обеспечения уплотнения для текучей среды между охватываемым раструбом элементом и раструбным элементом в конфигурации при блокировке.

18. Гидравлическая муфта по п.1, в котором охватываемый раструбом элемент включает в себя окружную уплотнительную канавку, расположенную на ее наружной поверхности и приспособленную для размещения окружного уплотнительного элемента, приспособленного для герметичного контакта с внутренней поверхностью раструбного элемента и тем самым обеспечения уплотнения для текучей среды между охватываемым раструбом элементом и раструбным элементом в конфигурации при блокировке.

19. Гидравлическая муфта по п.17, в которой уплотнительный элемент образован из гибкого эластомерного материала.

20. Гидравлическая муфта по п.18, в которой уплотнительный элемент образован из гибкого эластомерного материала.

21. Гидравлическая муфта по п.17, в котором уплотнительный элемент принимает вид уплотнительного кольца.

22. Гидравлическая муфта по п.18, в котором уплотнительный элемент принимает вид уплотнительного кольца.

23. Гидравлическая муфта по п.17, которая содержит множество уплотнений.

24. Гидравлическая муфта по п.18, которая содержит множество уплотнений.

25. Гидравлическая муфта по п.1, выполненная с конфигурацией, обеспечивающей возможность вращения охватываемого раструбом элемента и раструбного элемента друг относительно друга в конфигурации при блокировке.

26. Гидравлическая муфта по п.1, выполненная с конфигурацией, обеспечивающей предотвращение вращения охватываемого раструбом элемента и раструбного элемента друг относительно друга в конфигурации при блокировке.

27. Гидравлическая муфта по п.1, в которой фиксирующий элемент не проходит в радиальном направлении за наружную периферию раструбного элемента в конфигурации при блокировке.

28. Гидравлическая муфта по п.1, в которой фиксирующий элемент является многослойным.

29. Гидравлическая муфта по п.1, приспособленная для работы в диапазоне давлений от 13,8 до приблизительно 138 МПа (от 2000 до 20000 фунтов на кв. дюйм).

30. Гидравлическая муфта по п.1, приспособленная для работы в диапазоне давлений от 34,5 до приблизительно 138 МПа, (от 5000 до 20000 фунтов на кв. дюйм).

31. Гидравлическая муфта по п.29, приспособленная для работы в указанном диапазоне давлений с коэффициентом запаса прочности, составляющим по меньшей мере 3:1.

32. Гидравлическая муфта по п.30, приспособленная для работы в указанном диапазоне давлений с коэффициентом запаса прочности, составляющим по меньшей мере 3:1.

33. Гидравлическая муфта по п.29, приспособленная для работы в указанном диапазоне давлений с коэффициентом запаса прочности, составляющим по меньшей мере 4:1.

34. Гидравлическая муфта по п.30, приспособленная для работы в указанном диапазоне давлений с коэффициентом запаса прочности, составляющим по меньшей мере 4:1.

35. Гидравлическая муфта по п.1, приспособленная для соединения трубопроводов с внутренним диаметром от около 5 до около 100 мм.

36. Гидравлическая муфта по п.1, приспособленная для соединения трубопроводов с внутренним диаметром от около 10 до около 80 мм.

37. Гидравлическая муфта по п.1, в которой внутренние диаметры охватываемого раструбом элемента и раструбного элемента в их самых узких местах составляет не менее номинальных внутренних диаметров соответствующих трубопроводов, к которым они присоединены.

38. Гидравлическая муфта по п.1, имеющая внутренний канала, являющийся, по существу, постоянным, при соединении охватываемого раструбом элемента и раструбного элемента для минимизации турбулентности и потери давления на муфте.