Неразъёмное соединение рукава высокого давления Российский патент 2021 года по МПК F16L33/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для производства армированных гибких рукавов высокого давления.

Существующие гибкие рукава высокого давления представляют собой многокомпонентные системы, состоящие в основном из следующих частей: гибкий армированный рукав и стальные законцовки, предназначенные для присоединения в систему и соединения с гибким рукавом. Недостатком таких гибких рукавов высокого давления является недостаточная надежность и потери герметичности в соединении стальные законцовки - гибкий рукав [см. книгу Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. М.: «Машиностроение, 1971 г., стр. 531].

Конструкция известного соединения по патенту РФ 2355937, MITK⁷ F16L 33/207, публ. 20.05.2009 г. представляет собой следующее: на наружной поверхности армированного рукава установлена муфта с внутренними уплотняющими кольцевыми выступами, в рукаве с муфтой размещен ниппель с наружными уплотнительными кольцевыми выступами до упора друг в друга. Уплотнение происходит путем обжатия муфты. Недостатками данной конструкции и большинства известных уплотненных по наружной поверхности является:

- во-первых, в результате старения материала рукава возможна потеря герметичности;

- во-вторых, в том, что муфта имеет диаметр заведомо больший, чем диаметр рукава и уменьшается путем обжима до меньшего, а за счет внутреннего высокого давления будет стремиться возвращаться в исходное состояние. Все это снижает надежность герметичного соединения в зонах законцовки - рукав.

Наиболее близким аналогом неразъемного соединения, выбранным в качестве прототипа, является изобретение по патенту РФ 2552015, МПК⁷ F16L 33/00 по заявке 2014111868 от 27.03.2014 г.

Отличительными признаками известного неразъемного соединения рукава высокого давления являются следующие:

- в герметизирующем слое рукава на концевых участках установлены ступенчатые гладкие гильзы, причем часть их выполнена с внутренним диаметром, равным проходному диаметру рукава, а обращенная к ниппелю часть большего диаметра выполнена с внутренним диаметром больше диаметра выступов ниппеля, наружный диаметр гильзы меньше наружного диаметра герметизирующего слоя;

- часть гильзы большего диаметра установлена в герметизирующем слое рукава с возможностью образования зазора между гильзой и герметизирующим слоем рукава при подаче давления в рукав;

- обжимающий слой и силовой слой рукава имеют монолитную конструкцию и выполнены на основе арамидного жгута, пропитанного эластомерным связующим.

Основным недостатком известного соединения является необходимость увеличения длины негибкой части гибкого рукава, кроме того при изготовлении имеются технологические трудности, связанные с нанесением клеев (адгезивов) на одни части и смазки на другие части ниппеля и гильзы.

Изобретение решает задачу повышения надежности и технологичности соединения рукавов высокого давления для давлений до и более 100,0 МПа при диаметре рукавов 50-150 мм и более.

Основная задача решена и технический результат достигнут за счет новой конструкции и концепции в соединении ниппеля с рукавом, содержащим герметизирующий и силовой слои, с обжимающим слоем в зоне заделки рукава.

Для достижения поставленной цели в заявляемом изобретении часть ниппеля с герметизирующими выступами выполнена в виде тонкостенной усеченной конической оболочки с большим основанием в теле ниппеля, а малое основание соединено с круговой площадкой поперек и наружу от оси рукава и заформована в герметизирующем слое рукава на концевом участке, а обжимающий слой в зоне заделки выполнен из высокомодульного арамидного или углеродного жгутов, пропитанных эпоксидным связующим.

Указанные признаки конструктивно взаимосвязаны и являются существенными, т.к. каждый из них и все совместно направлены на решение поставленной задачи с достижением цели, технического результата.

Использование единой совокупности существенных отличительных признаков в известном уровне техники не обнаружено, что характеризует соответствие заявляемого технического решения критерию «новизна». Данное техническое решение является результатом опытно-конструкторской работы по созданию гибких рукавов высокого давления до 130 МПа диаметром ∅76 и ∅100 мм для для гидроразрыва пластов. В данном техническом решении реализована новая концепция технологии одновременного получения силового слоя рукава и обжимающего элемента в соединении «арматура-рукав» с использованием эластичного связующего для обеспечения гибкости рукава, жесткого связующего для обжимающего слоя. Решение по заявке неочевидно, что свидетельствует о его соответствии критерию «изобретательский уровень».

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе, может быть многократно использована в конструкциях трубопроводов, концевых арматур рукавов высокого давления ограниченных типоразмеров. При этом обеспечивается увеличение надежности.

Сущность изобретения поясняется чертежом и изометрией общего вида - фиг. 1 и фиг. 2.

Конструкция неразъемного соединения рукавов содержит ниппель 1 с наружными кольцевыми выступами, проточкой на наружной поверхности 2 и герметизирующий эластомерный слой 3, составляющий общий конструктивный элемент, получаемый при прессовании или литье герметизирующего слоя в форме и установленным ниппелем 1, намотанный по всей длине рукава силовой слой 4 на основе арамидного жгута, пропитанного эластичным связующим, и обжимающий слой 5, намотанный на концевых участках рукава, выполненный на основе арамидного или углеродного жгутов, пропитанных эпоксидным связующим, составляющие монолитную конструкцию. При этом часть ниппеля 1 с герметизирующими выступами выполнена в виде тонкостенной усеченной конической оболочки 6, содержащей кольцевые выступы, с большим основанием в теле ниппеля, а малое основание соединено с круговой площадкой 7 поперек и наружу от оси рукава и заформована в герметизирующем слое рукава на концевом участке.

Сборка неразъемного соединения рукавов высокого давления осуществляется следующим образом. В заливочную форму закладываются стальные законцовки: ниппель 1 с своей частью, выполненной в виде тонкостенной усеченной конической оболочки с круговой площадкой на малом основании и на поверхности ниппеля, контактирующие с герметизирующим слоем наносится клей; свободное пространство вокруг усеченной конической оболочки заполняется эластомерным герметизирующим слоем 3. После термообработки герметизирующего слоя рукава, на наружную поверхность рукава технологией мокрой намотки наматывается силовой слой 4 на основе арамидного жгута, пропитанного эластомерным связующим с адгезией к герметизирующему слою 3 спиральной намоткой с углом намотки в 55° и шагом намотки от 1 до 8 мм, на концевых участках рукава в зонах расположения законцовок радиальной намоткой 85° наматывается дополнительно обжимающий слой 5 в зоне заделки из высокомодульного арамидного или углеродного жгутов, пропитанных эпоксидным связующим, представляющих монолитную конструкцию с силовым слоем 4 с физико-химическими связями с эластичным связующим.

Рабочая среда внутри рукава под давлением прижимает герметизирующий слой к внутренней поверхности тонкостенной усеченной конической оболочки с деформированием ее образующей и в «карманах» А и Б снаружи и внутри усеченной конической оболочки реализуется объемное сжатие герметизирующего слоя, и ее выступы вдавливаются в тело эластомерной оболочки, обеспечивая герметичность соединения ниппеля с герметизирующим слоем рукава при высоких давлениях.

По заявляемым материалам изобретения изготовлены рукава высокого давления до 130 МПа (рабочее давление 105 МПа) с внутренним диаметром ∅76 мм, ∅100 мм. Проведены ускоренные климатические испытания для оценки надежности при длительном хранении. Полученные результаты позволили рекомендовать рукава для очень ответственного применения со сроками хранения до 15 лет и более.

Представленное новое техническое решение в предложенной совокупности существенных признаков позволяет создать рукава высокого давления более эффективные по сравнению с известным уровнем техники, воспроизводимо промышленным способом, и соответствует также критерию «промышленная применимость», т.е. уровню изобретения.

Изобретение относится к машиностроению, в частности касается армированных рукавов высокого давления с герметизирующей эластомерной внутренней оболочкой, металлическим ниппелем, силовым и бандажным слоями. Металлический ниппель рукава содержит кольцевые выступы, размещенные концентрично на поверхности тонкостенной оболочки, имеющей форму усеченного конуса с кольцевой площадкой поперек оси ниппеля наружу. Изобретение может быть использовано для производства рукавов высокого давления, например, для нефте-, газодобывающей отраслей промышленности. Технический результат - простота изготовления, надежность, возможность замены металлических рукавов высокого давления на рукава из ПКМ, в том числе гибкие, работоспособные при внутреннем давлении 100 МПа и более. 2 ил.

Неразъемное соединение рукава высокого давления, содержащее рукав, состоящий из герметизирующего слоя и силового слоя на основе арамидного жгута, пропитанного эластомерным связующим, ниппель с кольцевыми герметизирующими выступами, выполненными в зоне силовой заделки рукава, с проточкой на наружной поверхности и обжимающий слой в зоне заделки рукава, отличающееся тем, что часть ниппеля с герметизирующими выступами выполнена в виде тонкостенной усеченной конической оболочки с большим основанием в теле ниппеля, а малое основание соединено с круговой площадкой поперек и наружу от оси рукава и заформовано в герметизирующем слое рукава на концевом участке, а обжимающий слой в зоне заделки выполнен из высокомодульного арамидного или углеродного жгутов, пропитанных эпоксидным связующим.