РАСТРУБНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБ С КРЕПЕЖНОЙ КОНСТРУКЦИЕЙ Российский патент 2018 года по МПК F16L25/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к раструбному соединению труб, в частности к раструбному соединению труб с крепежной конструкцией для соединения труб из высокопрочного чугуна.

Уровень техники

Трубы из высокопрочного чугуна используют в сфере транспортировки воды и транспортировки газа. Труба из высокопрочного чугуна обеспечена на обоих концах раструбом и хвостовой частью соответственно. Две трубы из высокопрочного чугуна в трубопроводе соединены в основном таким образом, что раструб одной трубы состыкован с хвостовой частью другой трубы путем вставки и что резиновая прокладка установлена между раструбом и хвостовой частью. В ходе использования трубы из высокопрочного чугуна опираются на грунт или другие опорные объекты. В районах с тяжелыми геологическими условиями или где есть вероятность возникновения землетрясений, вследствие того, что опорный грунт или другие опорные объекты могут смещаться, легко вызвать осевое и относительное движение или наклонное движение, противоположное направлению установки раструба и хвостовой части, которые состыкованы путем вставки. В самом неблагоприятном случае конструкция может утратить эффективность уплотнения, что приводит к авариям с протеканием воды.

В настоящее время с целью предотвращения утраты соединением между раструбом и хвостовой частью трубы из высокопрочного чугуна эффективности уплотнения вследствие внешних сил общепринятыми мерами являются применение раструба и хвостовой части с крепежным соединением. Трубные соединения с крепежной конструкцией в основном выполнены с возможностью заделки крепежных элементов в резиновую прокладку. Например:

(1) Предшествующий уровень техники 1 раскрывает прокладку с крепежными деталями, публикация № EP 0526373A1, см. фиг. 1a. В предшествующем уровне техники 1, когда крепежные детали взаимодействуют между различными зазорами в соединении, положение крепежа изменяется, что приводит к изменению точек приложения силы крепежных деталей. Когда положение крепления изменено, глубину заделки зубцов и количество заделанных зубцов нельзя гарантировать, что влияет на эффективность крепления. Кроме того, когда взаимодействие возникает в случае большого зазора или маленького зазора в соединении, у крепежных деталей есть только один зубец, заделанный в стенку трубы, допустимая нагрузка по давлению снижается, легко приводя к разрушению зубца.

(2) Предшествующий уровень техники 2 раскрывает прокладку с функцией блокирования разъединения и трубное соединение с блокированием разъединения, публикация № CN 102575799A, см. фиг. 1b. В предшествующем уровне техники 2, поскольку элемент блокирования разъединения имеет только два зубца, когда соединение деформировано или взаимодействие возникает в случае большого зазора, только один зубец элемента блокирования разъединения вступает в контакт со стенкой трубы, таким образом, допустимая нагрузка по давлению снижается и легко приводит к скольжению соединения.

(3) Предшествующий уровень техники 3 раскрывает узел с резиновой прокладкой с крепежной вставкой, публикация № CN 103282711A, см. фиг. 1c. В предшествующем уровне техники 3, когда соединение подвергается давлению и возникает относительное движение раструба и хвостовой части, крепежная вставка будет двигаться соответствующим образом. В этом случае крепежная вставка будет иметь две точки приложения силы. Если давление продолжает повышаться, кончик крепежной вставки будет двигаться, приводя к отделению крепежной вставки от стенки трубы, вызывая протекание соединения. Вместе с тем, при возникновении прогиба соединения крепежная вставка имеет две точки соприкосновения со стенкой трубы. Это препятствует прогибу стенки трубы и приводит к увеличению усилия сдвига стенки трубы, что легко приводит к таким процессам, как растрескивание стенки трубы или разрушение крепежной вставки и прочее.

(4) Предшествующий уровень техники 4 раскрывает устройство уплотнения и соответствующий узел, публикация № CN 100557280C, см. фиг. 1d. В предшествующем уровне техники 4, когда возникает относительное движение соединения, другая опорная точка крепежных элементов взаимодействует со стенкой трубы раструба. Когда прогиб соединения возникает из-за оседания грунта, крепежные элементы не могут быть приспособлены к прогибу соединения. Когда прогиб достигает определенного угла, он вызывает разрушение зубцов крепежных элементов.

(5) Предшествующий уровень техники 5 раскрывает крепежное уплотнение с крепежной функцией, публикация № US 6688652B2, см. фиг. 1e. В предшествующем уровне техники 5, когда крепежная конструкция подвергается воздействию силы, две ее опорных точки вступают в контакт со стенкой трубы раструба и тип контакта представляет собой контакт точка-поверхность. Когда давление на стенку трубы повышается, крепежные элементы не могут поворачиваться, и зубчатый участок крепежных элементов при этом остается заделанным в стенку трубы, что приводит к таким процессам, как разрыв стенки трубы, течь соединения и прочее.

В дополнение к патентам, перечисленным выше, существуют другие формы раструбных соединений труб с крепежной конструкцией в предшествующем уровне техники, которые в целом характеризуются тем, что при возникновении относительного движения хвостовой части и раструба опорная позиция раструба и крепежных элементов будет изменена. Такая конструкция имеет следующие недостатки:

(1) Это не является благоприятным для повышения надежности крепления. Существует вариант, в котором крепежные элементы опираются на множество опорных точек по мере изменения опорной позиции. В этом случае стенка трубы и крепежные элементы подвержены воздействию усилия сдвига, что легко приводит к таким процессам, как растрескивание стенки трубы или разрушение крепежных элементов и прочее.

(2) Это не является благоприятным для продления срока службы конструкции. Поскольку опорная область крепежных элементов не закреплена, при возникновении колебаний грунта замена опорных областей происходит легко и производятся переменные силы опоры. Присутствие переменных сил легко вызывает усталость или отказ некоторых материалов и сокращает срок службы конструкции.

(3) Это не является благоприятным для снижения стоимости технического обслуживания труб. Уплотненные трубы очень подвержены протеканию из-за разрушения крепежных элементов или отказа некоторых материалов, что приводит к необходимости ремонта или замены, тем самым вызывая увеличение стоимости технического обслуживания.

(4) Это не является благоприятным для выполнения оптимизации и моделирования конструкции. Изменение опорной позиции зависит от относительного движения хвостовой части и раструба, и их относительное движение зависит от окружающего пространства, такого как земля и прочее. Таким образом, непредсказуемость окружающего пространства приводит к неопределенности опорной позиции, а также приводит к тому, что дальнейшее численное моделирование стенки трубы на стадии проектирования очень отличается от реальной ситуации. Это является недостатком для оптимизации проектирования полной конструкции раструбного соединения труб с крепежной конструкцией, тем самым влияя на улучшение производительности в целом и причиняя неудобства для оптимизации проектирования.

(5) Это не является благоприятным для увеличения пропускной способности трубы. Пропускная способность трубной конструкции определяется в соответствии с классификацией по размеру диаметра трубы. Для обеспечения надежности, стабильности, безопасности и срока службы конструкции следует значительно усовершенствовать классификацию по размеру диаметра трубы. Тем не менее, этой цели трудно было достичь из-за непостоянного условия нагружения, вызванного опиранием конструкции на множество опорных позиций, и из-за трудности моделирования и т. д. В настоящее время обыкновенные раструбные соединения труб с крепежной конструкцией на рынке имеют спецификацию диаметра трубы только DN 200 и менее DN 200, в значительной степени ограничивая пропускную способность трубы.

Краткое описание настоящего изобретения

Для решения технической проблемы в настоящем изобретении предоставляется раструбное соединение труб с крепежной конструкцией, с помощью которого обеспечивается возможность повышения надежности крепления, продления срока службы конструкции, снижения стоимости технического обслуживания труб, легкого выполнения оптимизации и моделирования конструкции соединения и увеличения пропускной способности труб.

Раструбное соединение труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению содержит: раструб, хвостовую часть и уплотнение, которое расположено между раструбом и хвостовой частью и служит для уплотнения и блокирования трубного соединения, при этом раструб содержит кольцевое углубление, которое образовано путем последовательного соединения определенным образом первой круглой вертикальной стенки, конической стенки, цилиндрической внутренней стенки и второй круглой вертикальной стенки, причем уплотнение содержит кольцо из эластичного материала и множество крепежных элементов, заделанных в нем, при этом крепежные элементы содержат головку и множество зацепляющих зубцов, причем крепежные элементы имеют центр круга вращения, участок, где головка упирается в кольцевое углубление, представляет собой опорную поверхность в виде дуги, которая имеет выпуклую поверхность, и область примыкания опорной поверхности в виде дуги к кольцевому углублению расположена на стыке первой круглой вертикальной стенки и конической стенки.

В раструбном соединении труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению опорная поверхность в виде дуги направлена по касательной как по отношению к первой круглой вертикальной стенке, так и по отношению к конической стенке.

В раструбном соединении труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению угол, образованный между первой круглой вертикальной стенкой и конической стенкой, составляет от 130° до 145°.

В раструбном соединении труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению угол, образованный между первой круглой вертикальной стенкой (1) и конической стенкой (2), составляет 138°.

В раструбном соединении труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению крепежные элементы дополнительно содержат вогнутую поверхность, которая расположена напротив опорной поверхности в виде дуги.

В раструбном соединении труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению вогнутая поверхность представляет собой ровную поверхность.

В раструбном соединении труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению после крепления крепежные элементы имеют по меньшей мере два зацепляющих зубца, заделанных в стенку трубы хвостовой части.

В раструбном соединении труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению количество зацепляющих зубцов составляет 3–5.

В раструбном соединении труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению количество зацепляющих зубцов составляет 3.

В раструбном соединении труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению в центральном продольном сечении крепежных элементов опорная поверхность в виде дуги соединена с кончиком первого зацепляющего зубца по прямой линии или по ровной линии, приближенной к прямой линии, причем первый зацепляющий зубец является зацепляющим зубцом, ближайшим к первой круглой вертикальной стенке.

В раструбном соединении труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению в центральном продольном сечении крепежных элементов вогнутая поверхность соединена с кончиком последнего зацепляющего зубца по согнутой линии, выступающей наружу, причем последний зацепляющий зубец является зацепляющим зубцом, наиболее отдаленным от первой круглой вертикальной стенки.

В раструбном соединении труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению разница в высоте зубцов крепежных элементов установлена на 0,2–0,8 мм, причем разница в высоте зубцов является вертикальным расстоянием от кончика среднего зацепляющего зубца до линии, соединяющей кончик первого зацепляющего зубца с кончиком последнего зацепляющего зубца.

В раструбном соединении труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению глубина заделки зацепляющих зубцов в стенку трубы хвостовой части составляет 0,5–1,5 мм.

В раструбном соединении труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению множество крепежных элементов заделано в круглой форме с равными интервалами в кольцо из эластичного материала.

В раструбном соединении труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению множество крепежных элементов заделано в круглой форме с неравными интервалами в кольцо из эластичного материала.

В раструбном соединении труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению первоначальный угол E последнего зацепляющего зубца установлен на 55–59°.

В раструбном соединении труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению крепежные элементы представляют собой монолитную конструкцию.

В раструбном соединении труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению кольцо из эластичного материала содержит опорный участок уплотнения, заделанный в кольцевое углубление, крепежные элементы поддерживаются опорным участком уплотнения и головка и зацепляющие зубцы расположены снаружи опорного участка уплотнения.

В раструбном соединении труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению твердость периферической части кольца из эластичного материала, охватывающего крепежные элементы, больше, чем твердость остальной части кольца из эластичного материала.

В раструбном соединении труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению уплотнение содержит концевую часть уплотнения, причем концевая часть уплотнения представляет собой конструкцию с двойной кромкой, образованную внутренней кромкой и наружной кромкой, причем наружная кромка находится в зацеплении с раструбом и внутренняя кромка находится в зацеплении с хвостовой частью.

В раструбном соединении труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению уплотнение содержит концевую часть уплотнения, причем концевая часть уплотнения представляет собой конструкцию в виде круглой головки, конструкцию в виде прямой линии, конструкцию в виде согнутой линии или конструкцию в виде полудужья, и при этом концевая часть уплотнения находится соответственно в зацеплении с раструбом и хвостовой частью.

В раструбном соединении труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению угол между первой круглой вертикальной стенкой и осью раструба составляет от 85° до 88°, и угол между второй круглой вертикальной стенкой и осью раструба составляет от 80° до 84°.

В раструбном соединении труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению раструб изготовлен из высокопрочного чугуна.

В раструбном соединении труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению диаметр труб составляет от DN 80 до DN 600.

По сравнению с предшествующим уровнем техники настоящее изобретение обладает следующими преимуществами

(1) Повышена надежность крепления. В настоящем изобретении основной корпус отдельного крепежного элемента в основном подвергается давлению и крепежные элементы поворачиваются вокруг центра круга вращения опорного участка. Когда давление внутренней среды повышается, независимо от того, в каком проектном диапазоне допусков на размер взаимодействуют раструб и хвостовая часть, или когда соединение прогибается во время их взаимодействия, крепежные элементы могут поворачиваться вокруг центра круга вращения. С помощью специальной проектной конструкции крепежных элементов и взаимодействия между раструбом и хвостовой частью может быть гарантировано, что по меньшей мере два зацепляющих зубца подвергаются воздействию силы и усилие сдвига уменьшено. Следовательно, возможно уменьшить разрушение зацепляющих зубцов и растрескивание стенки трубы, избежать возникающего в результате этого протекания трубы и избежать слишком глубокой заделки в стенку трубы из-за слишком большой вращающей силы крепежных элементов или избежать соскальзывания хвостовой части из-за слишком малой вращающей силы. Таким образом, повышена надежность крепления.

(2) Продлен срок службы конструкции. Крепежные элементы имеют определенную опорную позицию на внутренней стенке раструба, и все точки соприкосновения на опорной позиции расположены на одной дуге. Кроме того, есть индивидуальная точка вращения. Индивидуальная точка вращения определяется по точкам соприкосновения на опорной позиции и по размеру дуги головки крепежных элементов. Когда раструб и хвостовая часть взаимодействуют между различными зазорами в соединении и происходит оседание грунта, приводящее к относительному движению и прогибу соединения, крепежные элементы могут поворачиваться вокруг индивидуальной точки вращения. Поскольку крепежные элементы повернуты, вращающая сила будет отрегулирована под заделку различных зацепляющих зубцов, таким образом гарантируя, что вращающая сила зацепляющих зубцов находится в пределах регулируемого проектного диапазона, что вся конструкция не будет подвергнута воздействию переменных сил и что стенка трубы хвостовой части является безопасной с хорошей эффективностью крепления.

(3) Снижена стоимость технического обслуживания труб. Поскольку разрушение крепежных элементов или отказ некоторых материалов вряд ли возможен, уплотненные трубы не имеют тенденции к протеканию, что позволяет избежать ремонта или замены трубы и снизить стоимость технического обслуживания.

(4) Легко выполнить оптимизацию конструкции. В техническом решении настоящего изобретения точность опорной позиции крепежных элементов определяет, что результаты компьютерного моделирования конструкции соединения не отличаются значительно от фактических рабочих условий. Это является преимуществом при выполнении оптимизации компьютерного проектирования конструкции соединения и является преимуществом при выполнении оптимизации и моделирования эксплуатационных характеристик соединения со стадии проектирования.

(5) Увеличена пропускная способность труб. Конструкция соединения изобретения имеет значительное усовершенствование в надежности, стабильности, безопасности и сроке службы, и классификация по размеру диаметра трубы может быть спроектирована с запасом, таким образом увеличивая пропускную способность труб.

Раструбное соединение труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению пригодно для взаимодействия между раструбами и хвостовыми частями из большинства спецификаций. В соответствии с различными потребностями уплотнительное кольцо обеспечено концевой частью уплотнения, представляющей собой конструкцию с двойной кромкой, конструкцию в виде прямой линии, конструкцию в виде согнутой линии, конструкцию в виде полудужья или конструкцию в виде круглой головки, с целью адаптации к различным рабочим условиям и, следовательно, улучшения уплотнительных характеристик. Уплотнение разработано с использованием неоднородного материала, твердость опорного участка больше, чем твердость участка уплотнения, степени смещения различных участков уплотнения, вызванного изменениями в давлении текучей среды, являются относительно одинаковыми, и расхождение, вызванное различными степенями смещения, устранено, таким образом, дополнительно улучшая уплотнительные характеристики. Раструбное соединение труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению имеет такой максимальный диаметр трубы до DN 600, что существенно увеличена пропускная способность трубы и повышена эффективность пропускания.

Раструбное соединение труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению будет далее объяснено в комплексе с сопроводительными графическими материалами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Фиг. 1a представляет собой схематическое изображение конструкции в предшествующем уровне техники 1;

фиг. 1b представляет собой схематическое изображение конструкции в предшествующем уровне техники 2;

фиг. 1c представляет собой схематическое изображение конструкции в предшествующем уровне техники 3;

фиг. 1d представляет собой схематическое изображение конструкции в предшествующем уровне техники 4;

фиг. 1e представляет собой схематическое изображение конструкции в предшествующем уровне техники 5;

фиг. 2 представляет собой схематическое изображение конструкции раструбного соединения труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению;

фиг. 3 представляет собой схематическое изображение в перспективе конструкции уплотнения в настоящем изобретении;

фиг. 4 представляет собой схематическое изображение в разрезе уплотнения в настоящем изобретении;

фиг. 5 представляет собой схематическое изображение крепежных элементов в настоящем изобретении;

фиг. 6a, фиг. 6b, фиг. 6c представляют собой схематические изображения заделки крепежных элементов в стенку трубы в пределах допускаемых производственных отклонений раструба и хвостовой части без прогиба соединения;

фиг. 7a, фиг. 7b, фиг. 7c представляют собой схематические изображения заделки крепежных элементов в стенку трубы в пределах допускаемых производственных отклонений раструба и хвостовой части с прогибом соединения;

фиг. 8a представляет собой схематическое изображение концевой части уплотнения конструкции с двойной кромкой в настоящем изобретении;

фиг. 8b представляет собой схематическое изображение концевой части уплотнения конструкции в виде круглой головки в настоящем изобретении;

фиг. 8c представляет собой схематическое изображение концевой части уплотнения конструкции в виде прямой линии в настоящем изобретении;

фиг. 8d представляет собой схематическое изображение концевой части уплотнения конструкции в виде согнутой линии в настоящем изобретении;

фиг. 8e представляет собой схематическое изображение концевой части уплотнения конструкции в виде полудужья в настоящем изобретении.

Подробное описание изобретения

Как показано на фиг. 2–5, раструбное соединение труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению содержит раструб 67, хвостовую часть 66, уплотнение 65, которое расположено между раструбом 67 и хвостовой частью 66 и служит для уплотнения и блокирования трубного соединения, при этом раструб 67 и хвостовая часть 66 соответственно относятся к двум трубам, и упомянутые две трубы состыкованы путем вставки посредством раструба и хвостовой части.

Раструб 67 содержит кольцевое углубление 5, которое образовано путем последовательного соединения определенным образом первой круглой вертикальной стенки 1, конической стенки 2, цилиндрической внутренней стенки 3 и второй круглой вертикальной стенки 4. Кольцевое углубление 5 служит для опоры уплотнения 65. Уплотнение 65 содержит кольцо 69 из эластичного материала и множество крепежных элементов 68, заделанных в нем. Множество крепежных элементов 68 может быть заделано в круглой форме с равными интервалами в кольцо 69 из эластичного материала. Безусловно, множество крепежных элементов 68 может также быть заделано в круглой форме с неравными интервалами в кольцо 69 из эластичного материала. Множество крепежных элементов 68 представляет собой монолитную конструкцию.

Если тенденция относительного отделения раструба 67 от хвостовой части 66 образована под воздействием внешних сил, крепежные элементы 68 в уплотнении 65 будут подвержены действующей силе от хвостовой части 66 и отклонены от места установки. Кольцевое углубление 5 служит для опоры уплотнения 65, иными словами, для предотвращения отклонения уплотнения 65 от установочного положения во время соединения раструба 67 с хвостовой частью 66. Кольцевое углубление должно быть специально разработано с учетом процесса производства литой трубы, установочных требований к уплотнению 65, условий нагружения крепежных элементов 68 в уплотнении 65, а также спецификаций и размеров соединения.

Крепежные элементы 68 содержат головку 51, приспособленную для вставки в кольцевое углубление 5, и множество зацепляющих зубцов 54, приспособленных для вставки в хвостовую часть 66, и дополнительно содержат вогнутую поверхность 52, обеспеченную на противоположной стороне опорной поверхности 50 в виде дуги, причем вогнутая поверхность 52 представляет собой ровную поверхность. Крепежные элементы 68 имеют центр 55 круга вращения, участок, где головка 51 упирается в кольцевое углубление 5, представляет собой опорную поверхность 50 в виде дуги, которая имеет выпуклую поверхность, и область примыкания опорной поверхности 50 в виде дуги к кольцевому углублению расположена на участке соединения первой круглой вертикальной стенки 1 и конической стенки 2. Во время прогиба раструба 67 и хвостовой части 66 крепежные элементы 68 поворачиваются вокруг центра 55 круга вращения.

А также, как показано на фиг. 2, опорная поверхность 50 в виде дуги направлена по касательной как по отношению к первой круглой вертикальной стенке 1, так и по отношению к конической стенке 2.

Угол, образованный между первой круглой вертикальной стенкой 1 и конической стенкой 2, составляет от 130° до 145°, предпочтительно 138°. Количество зацепляющих зубцов 54 составляет 3–5, предпочтительно 3.

После крепления крепежные элементы 68 имеют по меньшей мере два зацепляющих зубца 54, заделанных в стенку трубы хвостовой части 66, и глубина заделки зацепляющих зубцов 54 в стенку трубы хвостовой части 66 составляет 0,5–1,5 мм.

В центральном продольном сечении крепежных элементов 68 опорная поверхность 50 в виде дуги соединена с кончиком первого зацепляющего зубца по прямой линии или по ровной линии, приближенной к прямой линии, причем первый зацепляющий зубец является зацепляющим зубцом 54, ближайшим к первой круглой вертикальной стенке 1. В центральном продольном сечении крепежных элементов 68 вогнутая поверхность 52 соединена с кончиком последнего зацепляющего зубца 54 по согнутой линии, выступающей наружу, и последний зацепляющий зубец 54 является зацепляющим зубцом, наиболее отдаленным от первой круглой вертикальной стенки 1. Разница в высоте зубцов крепежных элементов 68 установлена на 0,2–0,8 мм, причем разница в высоте зубцов является вертикальным расстоянием от кончика среднего зацепляющего зубца 54 до линии, соединяющей кончик первого зацепляющего зубца 54 с кончиком последнего зацепляющего зубца 54.

Первоначальный угол E последнего зацепляющего зубца 54 установлен на 55–59°, и первоначальный угол E представляет собой угол между линией, которая соединяет кончик последнего зацепляющего зубца 54 с центром 55 круга вращения, и осевой горизонтальной линией. Угол между первой круглой вертикальной стенкой 1 и осью раструба составляет от 85° до 88°, и угол между второй круглой вертикальной стенкой 4 и осью раструба составляет от 80° до 84°.

Кольцо 69 из эластичного материала содержит опорный участок 60 уплотнения и участок 61 уплотнения, которые заделаны в кольцевое углубление 5. Крепежные элементы 68 поддерживаются опорным участком 60 уплотнения. Головка 51 и зацепляющие зубцы 54 расположены снаружи опорного участка 60 уплотнения. Опорный участок 60 уплотнения служит для фиксации крепежных элементов 68 для опоры участка 61 уплотнения во избежание отклонения уплотнения 65 во время установки и для обеспечения надлежащего взаимодействия и зацепления крепежных элементов с хвостовой частью за счет определенной радиальной силы, действующей на крепежные элементы после установки соединения. Твердость периферической части кольца 69 из эластичного материала, охватывающего крепежные элементы, больше, чем твердость остальной части кольца 69 из эластичного материала.

Уплотнение 65 содержит концевую часть 62 уплотнения, причем концевая часть 62 уплотнения представляет собой конструкцию с двойной кромкой, образованную внутренней кромкой 63 и наружной кромкой 64, причем наружная кромка 64 находится в зацеплении с раструбом 67, и внутренняя кромка 63 находится в зацеплении с хвостовой частью 66. Концевая часть 62 уплотнения предпочтительно представляет собой конструкцию с двойной кромкой, чтобы выдерживать более высокое давление воды.

Концевая часть 62 уплотнения может также представлять собой конструкцию в виде круглой головки, конструкцию в виде прямой линии, конструкцию в виде согнутой линии или конструкцию в виде полудужья, и при этом концевая часть 62 уплотнения находится соответственно в зацеплении с раструбом 67 и хвостовой частью 66.

Во время поворота крепежных элементов 68 вокруг центра 55 круга вращения по меньшей мере два зацепляющих зубца 54 заделаны в стенку трубы хвостовой части 66. С повышением осевого давления воды уменьшается сила, распределенная на каждый зубец, таким образом, повышается уровень давления крепления, в то же время гарантируется, что соединение, когда оно смещено из-за оседания грунта, может все так же прочно удерживать хвостовую часть 66 для предотвращения возникновения скольжения. Разница в высоте зубцов крепежных элементов 68 установлена на 0,2–0,8 мм. Глубина закладки зацепляющих зубцов 54 в стенку трубы хвостовой части 66 составляет от 0,5 мм до 1,5 мм. Угол между линией, которая соединяет кончик третьего зацепляющего зубца (зубец, наиболее отдаленный от опорной поверхности 50 в виде дуги) крепежных элементов 68 с центром круга опорного участка, и осевой горизонтальной линией обозначен буквой E. Первоначальный угол E установлен на 55–59°. За счет выбора вышеуказанных конкретных размеров обеспечивается возможность выполнения улучшенного взаимодействия между зацепляющими зубцами 54 и хвостовой частью 66 без повреждения стенки трубы, а также возможность обеспечения превосходной эффективности крепления. Первоначальный угол E может быть так установлен для обеспечения длины поверхности уплотнения, что эффективность уплотнения будет лучше.

Вогнутая поверхность 52 крепежных элементов 68 служит для повышения надежности фиксации крепежных элементов 68 в уплотнении 65, оставляя достаточное пространство деформаций для опорного участка 60 уплотнения 65 для фиксации крепежных элементов 68.

А также, как показано на фиг. 5, форма поперечного сечения крепежных элементов 68 совпадает с углом, образованным пересечением опорной поверхности 50 в виде дуги с первой круглой вертикальной стенкой 1 и конической стенкой 2 в раструбе 67. Рабочая нулевая линия 53 на крепежных элементах 68 служит в качестве линии распределения позиции кончика зацепляющих зубцов 54 в крепежных элементах 68, соответствуя размерному допуску раструба 67 и хвостовой части 66 литой трубы и требованиям в пределах допустимого диапазона прогиба. Гарантируется, что по меньшей мере два зацепляющих зубца играют роль необходимого крепления с различными размерными допусками и при различных условиях прогиба.

Как показано на фиг. 6a, когда размерный допуск поверхности уплотнения раструба и размерный допуск наружного диаметра хвостовой части установлены на среднее значение без прогиба соединения, опорная поверхность 50 в виде дуги крепежных элементов направлена по касательной к первой круглой вертикальной стенке 1 и конической стенке 2 раструба и равномерно подвергается воздействию силы, три зацепляющих зубца крепежных элементов заделаны в стенку трубы хвостовой части, при этом глубина заделки среднего зацепляющего зубца составляет от 1,0 до 1,5 мм, и глубина заделки зацепляющих зубцов по обе стороны составляет от 0,5 до 0,7 мм. Как показано на фиг. 6b, когда размерный допуск поверхности уплотнения раструба установлен на нижнее предельное значение и размерный допуск наружного диаметра хвостовой части установлен на верхнее предельное значение без прогиба соединения, первый зацепляющий зубец (зубец, ближайший к опорной поверхности 50 в виде дуги) и средние зацепляющие зубцы крепежных элементов заделаны в стенку трубы хвостовой части, причем глубина заделки составляет от 0,7 до 1,2 мм. Как показано на фиг. 6c, когда размерный допуск поверхности уплотнения раструба установлен на верхнее предельное значение и размерный допуск наружного диаметра хвостовой части установлен на нижнее предельное значение без прогиба соединения, средние зацепляющие зубцы и третий зацепляющий зубец (зубец, наиболее отдаленный от опорной поверхности 50 в виде дуги) крепежных элементов заделаны в стенку трубы хвостовой части, причем глубина заделки составляет от 0,7 до 1,2 мм.

Как показано на фиг. 7a, 7b и 7c, когда размерный допуск поверхности уплотнения раструба и размерный допуск наружного диаметра хвостовой части установлены на различные предельные значения, соответственно с прогибом соединения, с помощью крепежных элементов, также можно гарантировать, что два зацепляющих зубца заделаны в стенку трубы хвостовой части, причем глубина заделки составляет от 0,7 до 1,2 мм.

Согласно фиг. 8a, твердость периферической части (участок, охватывающий крепежные элементы 68) на левой стороне уплотнения 65 больше, чем твердость участка на правой стороне уплотнения 65. В уплотнении 65 этой конструкции участок на левой стороне, который выполняет опорную функцию, имеет большую твердость, тогда как участок на правой стороне, который выполняет функцию уплотнения, имеет большую эластичность. Поскольку крепежные элементы 68 распределены в уплотнении 65 (см. фиг. 3), уплотнение 65 прижимается и деформируется под воздействием давления текучей среды в трубе. Для области, содержащей крепежные элементы 68, деформация уплотнения 65 затруднена за счет заделки зацепляющих зубцов в стенку трубы, тогда как для области, не содержащей крепежных элементов, опорный участок на своей левой стороне имеет настолько большую твердость, что в определенной степени область уплотнения 65, содержащая крепежные элементы, и область уплотнения, не содержащая крепежных элементов, деформированы относительно равномерным образом, что позволяет избежать проблем с протеканием, вызванных тем, что уплотнение деформировано неравномерно в направлении по окружности при резком изменении давления текучей среды. Кроме того, когда возникает прогиб или относительное смещение соединения, благодаря большей твердости обеспечивается возможность предоставления лучшей опорной функции, уменьшения усилия сдвига, прикладываемого крепежными элементами к стенке трубы, и лучшей защиты зацепляющих зубцов крепежных элементов и стенки трубы.

Как показано на фиг. 8b и 8c, концевая часть уплотнения разработана в виде круглой головки или в виде прямой линии соответственно. Когда прогиб соединения возникает из-за оседания грунта, пространство уплотнения на стороне прогиба с меньшим вытянутым смещением станет больше. С помощью такой конструкции уплотнения обеспечивается возможность увеличения заполняющей способности уплотнения при возникновении прогиба соединения с целью предотвращения протекания текучей среды из трубы.

Как показано на фиг. 8d, концевая часть уплотнения представляет собой конструкцию в виде согнутой линии. Поскольку конструкция в виде согнутой линии имеет V-образный шлиц, допускается относительно большая деформация участков уплотнения на обеих сторонах. Таким образом, когда хвостовая часть вставлена в раструб, сопротивление относительно небольшое, и это способствует вставке конца хвостовой части.

Как показано на фиг. 8e, концевая часть уплотнения представляет собой конструкцию в виде полудужья. Когда давление текучей среды в трубе повышается, сила действует на полудужье, позиции уплотнения легко открыть, что улучшает уплотнительные характеристики и позволяет избежать протекания трубы.

Описанные выше варианты осуществления являются лишь описательными из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения. Следует отметить, что различные изменения и модификации изобретения, сделанные специалистами в данной области техники без отступления от сущности и объема настоящего изобретения, должны подпадать под объем защиты изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.

Промышленная применимость

Раструбное соединение труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению имеет значительное влияние в сфере транспортировки воды и транспортировки газа. По сравнению с предшествующим уровнем техники раструбное соединение труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению отличается тем, что надежность крепления значительно повышена, срок службы конструкции, очевидно, продлен, стоимость технического обслуживания труб существенно снижена, и пропускная способность труб существенно увеличена. Раструбное соединение труб с крепежной конструкцией согласно настоящему изобретению улучшает промышленную применимость и эксплуатационную пригодность и имеет большое значение для транспортировки по трубопроводу.

Изобретение относится к раструбному соединению труб с крепежной конструкцией, которая служит для соединения труб из чугуна с шаровидным графитом. Изобретение обеспечивает повышение надежности крепления и увеличения пропускной способности труб. Раструбное соединение труб с крепежной конструкцией содержит раструб, хвостовую часть и уплотнение, которое расположено между раструбом и хвостовой частью и служит для уплотнения и блокирования трубного соединения, при этом раструб содержит кольцевое углубление, которое образовано путем последовательного соединения определенным образом первой круглой вертикальной стенки, конической стенки, цилиндрической внутренней стенки и второй круглой вертикальной стенки, уплотнение содержит кольцо из эластичного материала и множество крепежных элементов, заделанных в нем. Крепежные элементы содержат головку и множество зацепляющих зубцов и имеют центр круга вращения, участок, где головка упирается в кольцевое углубление, представляет собой опорную поверхность в виде дуги, и область примыкания опорной поверхности в виде дуги к кольцевому углублению расположена на участке соединения первой круглой вертикальной стенки и конической стенки. 23 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Раструбное соединение труб с крепежной конструкцией, содержащее раструб (67), хвостовую часть (66), уплотнение (65), которое расположено между раструбом (67) и хвостовой частью (66) и служит для уплотнения и блокирования трубного соединения, отличающееся тем, что раструб (67) содержит кольцевое углубление (5), которое образовано путем последовательного соединения определенным образом первой круглой вертикальной стенки (1), конической стенки (2), цилиндрической внутренней стенки (3) и второй круглой вертикальной стенки (4), причем уплотнение (65) содержит кольцо (69) из эластичного материала и множество крепежных элементов (68), заделанных в нем, при этом крепежные элементы (68) содержат головку (51) и множество зацепляющих зубцов (54), причем крепежные элементы (68) имеют центр (55) круга вращения, при этом участок, где головка (51) упирается в кольцевое углубление (5), представляет собой опорную поверхность (50) в виде дуги, которая имеет выпуклую поверхность, и область примыкания опорной поверхности (50) в виде дуги к кольцевому углублению расположена на участке соединения первой круглой вертикальной стенки (1) и конической стенки (2).

2. Раструбное соединение труб по п. 1, отличающееся тем, что опорная поверхность (50) в виде дуги направлена по касательной как по отношению к первой круглой вертикальной стенке (1), так и по отношению к конической стенке (2).

3. Раструбное соединение труб по п. 2, отличающееся тем, что угол, образованный между первой круглой вертикальной стенкой (1) и конической стенкой (2), составляет от 130° до 145°.

4. Раструбное соединение труб по п. 3, отличающееся тем, что угол, образованный между первой круглой вертикальной стенкой (1) и конической стенкой (2), составляет 138°.

5. Раструбное соединение труб по п. 1, отличающееся тем, что крепежные элементы (68) дополнительно содержат вогнутую поверхность (52), которая расположена напротив опорной поверхности (50) в виде дуги.

6. Раструбное соединение труб по п. 5, отличающееся тем, что вогнутая поверхность (52) представляет собой ровную поверхность.

7. Раструбное соединение труб по п. 1, отличающееся тем, что после крепления крепежные элементы (68) имеют по меньшей мере два зацепляющих зубца (54), заделанных в стенку трубы хвостовой части (66).

8. Раструбное соединение труб по п. 7, отличающееся тем, что количество зацепляющих зубцов (54) составляет 3–5.

9. Раструбное соединение труб по п. 8, отличающееся тем, что количество зацепляющих зубцов (54) составляет 3.

10. Раструбное соединение труб по п. 9, отличающееся тем, что в центральном продольном сечении крепежных элементов (68) опорная поверхность (50) в виде дуги соединена с кончиком первого зацепляющего зубца по прямой линии или по ровной линии, приближенной к прямой линии, причем первый зацепляющий зубец является зацепляющим зубцом, ближайшим к первой круглой вертикальной стенке (1).

11. Раструбное соединение труб по п. 10, отличающееся тем, что в центральном продольном сечении крепежных элементов (68) вогнутая поверхность (52) соединена с кончиком последнего зацепляющего зубца по согнутой линии, выступающей наружу, причем последний зацепляющий зубец является зацепляющим зубцом, наиболее отдаленным от первой круглой вертикальной стенки (1).

12. Раструбное соединение труб по п. 11, отличающееся тем, что разница в высоте зубцов крепежных элементов (68) установлена равной 0,2–0,8 мм, причем разница в высоте зубцов является вертикальным расстоянием от кончика среднего зацепляющего зубца до линии, соединяющей кончик первого зацепляющего зубца с кончиком последнего зацепляющего зубца.

13. Раструбное соединение труб по п. 7, отличающееся тем, что глубина заделки зацепляющих зубцов (54) в стенку трубы хвостовой части (66) составляет 0,5–1,5 мм.

14. Раструбное соединение труб по любому из пп. 1–6, отличающееся тем, что множество крепежных элементов (68) заделано в круглой форме с равными интервалами в кольцо (69) из эластичного материала.

15. Раструбное соединение труб по любому из пп. 1–6, отличающееся тем, что множество крепежных элементов (68) заделано в круглой форме с неравными интервалами в кольцо (69) из эластичного материала.

16. Раструбное соединение труб по п. 12, отличающееся тем, что первоначальный угол E последнего зацепляющего зубца установлен равным 55–59°.

17. Раструбное соединение труб по любому из пп. 1–6, отличающееся тем, что крепежные элементы (68) представляют собой монолитную конструкцию.

18. Раструбное соединение труб по п. 1, отличающееся тем, что кольцо (69) из эластичного материала содержит опорный участок (60) уплотнения, заделанный в кольцевое углубление (5), крепежные элементы (68) поддерживаются опорным участком (60) уплотнения и головка (51) и зацепляющие зубцы (54) расположены снаружи опорного участка (60) уплотнения.

19. Раструбное соединение труб по п. 1, отличающееся тем, что твердость периферической части кольца (69) из эластичного материала, охватывающего крепежные элементы, больше, чем твердость остальной части кольца (69) из эластичного материала.

20. Раструбное соединение труб по любому из пп. 1–6, отличающееся тем, что уплотнение (65) содержит концевую часть (62) уплотнения, причем концевая часть (62) уплотнения представляет собой конструкцию с двойной кромкой, образованную внутренней кромкой (63) и наружной кромкой (64), причем наружная кромка (64) находится в зацеплении с раструбом (67) и внутренняя кромка (63) находится в зацеплении с хвостовой частью (66).

21. Раструбное соединение труб по любому из пп. 1–6, отличающееся тем, что уплотнение (65) содержит концевую часть (62) уплотнения, причем концевая часть (62) уплотнения представляет собой конструкцию в виде круглой головки, конструкцию в виде прямой линии, конструкцию в виде согнутой линии или конструкцию в виде полудужья, и при этом концевая часть (62) уплотнения находится соответственно в зацеплении с раструбом (67) и хвостовой частью (66).

22. Раструбное соединение труб по п. 21, отличающееся тем, что угол между первой круглой вертикальной стенкой (1) и осью раструба составляет от 85° до 88° и угол между второй круглой вертикальной стенкой (4) и осью раструба составляет от 80° до 84°.

23. Раструбное соединение труб по п. 1, отличающееся тем, что раструб изготовлен из чугуна с шаровидным графитом.

24. Раструбное соединение труб по п. 1, отличающееся тем, что диаметр труб составляет от DN 80 до DN 600.