УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО СОЕДИНЕНИЯ ДВУХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2024 года по МПК F16J15/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Областью применения заявленного изобретения является система горизонтального соединения трубных изделий хомутового типа. Изобретение предназначено для герметизации соединения трубных изделий подводной эксплуатации, таких как трубопроводы, втулки выкидной линии подводной фонтанной арматуры, заглушки давления системы горизонтального соединения хомутового типа, оконечные устройства внутрипромыслового участка трубопровода и другие.

Уровень техники

Из уровня техники известно уплотнительное средство, применяемое на фланцевом соединении труб, в котором вокруг стыка размещена упругая прокладка. Для обеспечения удержания прокладки на месте и защиты ее по периферии установлено пластинчатое кольцо, расположенное между фланцами и во взаимодействии с ними. Пластинчатое кольцо имеет множество периферийных полукруглых вырезов, зацепляющихся с множеством выступов на фланцах, чтобы удерживать его в требуемом положении относительно последних. Толщина пластинчатого кольца меньше, чем расстояние между поверхностями фланцев, измеренное в точке, где нет выступов. В связи с этим, когда фланцы затягиваются посредством болтов и гаек, между концевыми участками труб обеспечивается создание максимального давления, которое в сочетании с упругой прокладкой обеспечивает создание герметичного соединения для защиты внутренней части труб от коррозии (см. GB 781144 А, опубл. 14.08.1957, F16L23/12, 7 л.).

Недостатком известного аналога является сложная конструкция и определенные затруднения при сборке и разборке соединения, состоящего из нескольких отдельных деталей между собой, таких как фланцы и два кольца.

Из уровня техники известна уплотнительная конструкция, снабженная металлическим уплотнением S и удерживающей пластиной М, представляющей собой тонкую пластину со сквозным окном. Уплотнительное кольцо S размещается в углублении, образуемом между двумя трубными изделиями. На внешней поверхности металлического уплотнения S образована периферийная канавка, посредством которой оно удерживается удерживающей пластиной М. Для этого пластина М имеет средство зацепления, прицепляющееся к вогнутой периферийной канавке и снабженное эластичной частью, выступающей из внутреннего края сквозного окна (см. US 2010308545 А1, опубл. 09.12.2010, F16J15/08, 14 л.).

Известное техническое решение имеет преимущество, заключающееся в удержании уплотнительного кольца на одном из трубных изделий, что реализуется посредством удерживающей пластины, зацепляемой за одно из трубных изделий и прикрепляемой к уплотнительному кольцу посредством геометрического замыкания. Вместе с тем наличие такой дополнительной установочной детали является одновременно и недостатком известного решения. Это связано с тем, что требуется проведение дополнительных сборочных операций по его установке, заключающихся в монтаже на трубном изделии и последующем монтаже уплотнительного кольца.

Из уровня техники известно уплотнительное кольцо, размещенное между двумя трубными изделиями, включающее кольцевой уплотнительный элемент размера Н, размещенный между внутренними поверхностями двух металлических трубных изделий, а также выступ размера h, проходящий в наружу в радиальном направлении. Указанные внутренние поверхности после соединения трубных изделий между собой образуют ступенчатое углубление с конической посадочной частью. При этом кольцевой уплотнительный элемент контактирует своими наружными коническими кромками с соответствующими поверхностями трубных изделий (см. CN 203756982 U, опубл. 06.08.2014, F16J15/06, 13 л.).

В известном решении уплотнительное кольцо размещают во внутренней выемке, образованной при соединении между собой двух трубных изделий. При этом для контакта кольца с поверхностью выемки используют конические поверхности. Это дает преимущество в сохранении работоспособности кольца в условиях изменяющихся температур и давления и возможного перемещения частей уплотняемого узла относительно друг друга. Вместе с тем сборка и разборка такого узла, содержащего указанное уплотнительное кольцо, осуществляются обычным образом путем установки соответствующего кольца при сборке трубных изделий между собой. Тем самым какие-либо преимущества в части упрощения монтажа и демонтажа такого кольца в сложных условиях, в частности под водой, такое решение не предполагает. Также в указанном решении не применяются и средства, направленные на долговечность соответствующего уплотнения, поскольку уплотнительное кольцо выполняется из обычных для данной области техники материалов, склонных к коррозионному разрушению в условиях длительной подводной эксплуатации, и не содержит конструктивных решений в этой части.

Раскрытие сущности изобретения

Технической задачей является повышение срока службы уплотнительного кольца соединения трубных изделий, а также сохранение его герметичности.

Технический результат заключается в исключении миграции материала уплотнительного кольца и трубных изделий, в снижении истирания и повышении герметизации их разъемного соединения при упрощении монтажа и демонтажа уплотнительного кольца.

Технический результат достигается тем, что уплотнительное кольцо соединения двух металлических трубных изделий включает кольцевой уплотнительный элемент, выполненный с возможностью расположения во внутреннем углублении соединения двух металлических трубных изделий и контакта наружными кромками с их поверхностями, и наружный крепежный выступ, выполненный на кольцевом уплотните льном элементе, по всей его окружности наружного крепежного выступа выполнены наружные радиально отогнутые части с возможностью их геометрического замыкания в кольцевом пазу на внутренней поверхности одного из соединяемых металлических трубных изделий, служащей для образования внутреннего углубления, кольцевой уплотнительный элемент и наружный крепежный выступ с наружными радиально отогнутыми частями выполнены из металла и имеют серебряное наружное покрытие.

Выполнение наружных радиально отогнутых частей на наружном крепежном выступе уплотнительного кольца упрощает установку и снятие данного кольца в условиях подводного размещения трубопровода. Это связано с тем, что отсутствует необходимость в использовании дополнительных крепежных средств, кроме геометрического замыкания наружных радиально отогнутых частей самого уплотнительного кольца с поверхностью трубопровода.

Кроме того, нанесение серебряного покрытия на все поверхности уплотнительного кольца, в том числе и наружные радиально отогнутые части, обеспечивает исключение миграции материала уплотнительного кольца и трубопровода, включая и место их геометрического замыкания. Это в конечном итоге позволяет снизить трудозатраты по демонтажу такого кольца в подводных условиях.

Также серебряное покрытие работает как смазка, предотвращающая истирание, и способствует лучшей герметизации разъемного соединения.

Следует отметить, что нанесение серебряного покрытия на уплотнительное кольцо способствует снижению точечной коррозии разъемного соединения трубопровода в месте размещения уплотнительного кольца. Например, в силу исключения гальванической пары между кольцом, выполненным из титанового сплава, и трубопроводом, выполненным из металлических материалов.

При этом использование отогнутых крепежных частей обеспечивает надежную фиксацию уплотнительного кольца во внутреннем углублении трубных изделий и ограничивает перемещения кольца при воздействии перекачиваемой среды во время эксплуатации трубопровода. Тем самым снижается степень истирания контактных поверхностей трубных изделий и уплотнительного кольца, а кроме того, сохраняется целостность серебряного покрытия, что в совокупности положительно влияет на сохранение герметичности в процессе эксплуатации труб.

Краткое описание чертежей

Заявленное изобретение поясняется следующими фигурами.

На фигуре 1 изображен вид спереди и разрез А-А уплотнительного кольца (исполнение 1), на фигуре 2 - вид спереди и разрез А-А уплотнительного кольца (исполнение 2), на фигуре 3 - фрагмент фиг. 1 с детализацией изображения пропила с наружной радиально отогнутой частью, на фигуре 4 разъемное соединение трубопроводов, на фигуре 5 одно из трубных изделий с выполненным в нем кольцевым пазом для установки уплотнительного кольца, на фигуре 6 схема работы отогнутых элементов при фиксации кольца (до установки в паз), на фигуре 7 - схема работы наружных радиально отогнутых частей, установленных в паз, при фиксации уплотнительного кольца, на фигуре 8 схема размещения уплотнительного кольца в трубных изделиях.

Осуществление изобретения

Уплотнительное кольцо 1 соединения двух металлических трубных изделий 2, 3 включает кольцевой уплотнительный элемент 4, выполненный с возможностью расположения во внутреннем углублении 5 соединения двух металлических трубных изделий и контактирующий наружными кромками с их поверхностями, а также наружный крепежный выступ 6 на кольцевом уплотнительном элементе. Крепежный выступ 6 предпочтительно выполняется за одно целое с кольцевым уплотнительным элементом 4, но возможны и иные варианты крепления. По окружности крепежного выступа 6 выполнены наружные радиально отогнутые части 7, образованные сквозными пропилами, с возможностью их геометрического замыкания в кольцевом пазу 8 на внутренней поверхности одного из соединяемых металлических трубных изделий, служащей для образования внутреннего углубления. Кольцевой уплотнительный элемент 4 и наружный крепежный выступ 6 с наружными радиально отогнутыми частями выполнены из металла и имеют серебряное наружное покрытие.

Серебряное наружное покрытие наносят на поверхность кольца предпочтительно толщиной более 25 мкм. Такое выполнение способствует предотвращению развития точечной коррозии по всей поверхности кольца и/или трубных изделий, а также исключению взаимной диффузии материалов кольца и разъемного соединения при длительном неподвижном контакте.

Внутренняя поверхность кольцевого уплотнительного элемента имеет по меньшей мере одно установочное углубление 9 (см. фиг. 1), в частном случае выполнения два установочных углубления 10, 11, каждое из которых смещено от центра кольцевого уплотнительного элемента к его боковой поверхности (см. фиг. 2). При этом образующие углубление внутренние поверхности двух трубных изделий выполнены коническими (см. фиг. 8).

Сквозные пропилы 12 наружного крепежного выступа имеют переменную толщину по своей длине, причем тупиковая концевая часть пропила имеет толщину большую, чем прилегающая к ней часть пропила (см. фиг. 3). В частности, в основании пропила выполнены отверстия 13 диаметром 2-3 мм для компенсации напряжений, возникающих при отгибании.

Переход внешней поверхности выступа и отогнутых его частей к их соответствующим боковым поверхностям выполнен посредством фасок (см. фиг. 1, сечение А-А). Наличие фасок на внешней части выступа и наружных радиально отогнутых его частей обеспечивает возможность сохранения уплотняющих свойств уплотнительного кольца предложенной конструкции также и при относительном изломе осей трубных изделий, например, на угол до 3 градусов.

Размещение уплотнительного кольца в соединении трубных изделий изображено на фиг. 8, где стрелки показывают направление движения текучей среды. На этой фигуре кольцевой уплотнительный элемент кольца своими внешними кромками прилегает к коническим поверхностям трубных изделий с образованием мест контакта способствующих герметизации всего соединения.

Пример 1. Техническая задача по обеспечению герметичности разъемного соединения трубопровода решается за счет использования уплотнительного кольца из титанового сплава, например, ВТ6, имеющего высокую коррозионную стойкость. Уплотнительное кольцо включает перпендикулярно ориентированный в разрезе крепежный выступ на наружной поверхности его кольцевого уплотнительного элемента. В наружном крепежном выступе выполнены радиальные пропилы в количестве не менее 4 шт. Пропилы равноудалены друг от друга по длине окружности, на которой они располагаются. В случае использования 4 пропилов, 1 пропил выполняется на каждые 90° окружности кольца (см. фиг. 1). В случае использования 8 пропилов, 1 пропил выполняется на каждые 45° окружности на длину не более 0,2 наружного диаметра кольца (см. фиг. 2). По данным пропилам произведено отгибание части профиля наружу с образованием наружных радиально отогнутых частей (см. фиг. 3, отогнутые части показаны пунктирной линии) для обеспечения наличия выступающих элементов, используемых для фиксации уплотнительного кольца в соединении трубопроводов (см. фиг. 6 и 7).

При типоразмере кольца до 10'' включительно в наружном крепежном выступе уплотнительного кольца выполняется 4 пропила. При типоразмере кольца выше 10'' в выступе кольца выполняется 8 пропилов, для повышения надежности фиксации уплотнительного кольца в соединении.

На уплотнительном кольце также предусмотрен поверхностный слой серебра, располагаемый на внутренней и внешней поверхности кольца и имеющий толщину более 25 мкм. В данном случае серебряное покрытие кольца служит защитой разъемного соединения, а не самого кольца, так как титановые сплавы сами по себе коррозионностойкие материалы. Вместе с тем покрытие необходимо наносить полностью на все кольцо, так как основная функция покрытия в данном случае это предотвращение образования гальванической пары титан-сталь, при которой коррозионная защита стальных изделий (разъемного соединения) сильно падает.

Кроме того, поверхностный слой серебра способствует недопущению механических повреждений самого кольца при установке и эксплуатации разъемного соединения.

Для монтажа и демонтажа уплотнительного кольца используют специальное приспособление, имеющее возможность зацепления за установочное углубление 9, в случае использования четырех отогнутых частей (фиг. 1) или за установочные углубления 10 и 11 для большего числа отогнутых частей (фиг. 2). При помощи указанного приспособления уплотнительное кольцо вводится в конусную проточку трубного изделия, имеющего кольцевой паз на своей внутренней поверхности. После чего при помощи этого инструмента осуществляется зацепление отогнутых частей за кольцевой паз с образованием геометрического замыкания. Затем производят совмещение трубных изделий с последующей фиксацией их между собой при помощи хомута известным способом.

Демонтаж кольца осуществляется в обратной последовательности: сначала разъединяют трубные изделия, а потом при помощи вышеуказанного приспособления извлекают уплотнительное кольцо из кольцевого паза.

В этой части следует отметить, что использование уплотнительного кольца имеющего возможность геометрического замыкания при помощи отогнутых частей позволяет отказать от необходимости применения при установке кольца отдельного монтажного инструмента, используемого для соединения или разъединения гаек, болтов, шпилек и иных соединительных средств. В данном решении имеется возможность ограничиться только установочным приспособлением, что дает существенную выгоду для монтажных работ в силу их осуществления в подводных условиях с применением телеуправляемого модуля.

Пример 2. Техническая задача по обеспечению герметичности разъемного соединения трубопровода решается также за счет использования уплотнительного кольца из никель-хромового сплава (например, 725/716) для обеспечения прочностных характеристик при длительной эксплуатации в морской среде.

Профиль внешней поверхности уплотнительного кольца обеспечивает герметизацию разъемного соединения трубопроводов. Также предусмотрен дополнительный элемент профиля уплотнительного кольца, представляющий собой перпендикулярно ориентированный в разрезе крепежный выступ по наружной поверхности кольца. В выступе выполнены радиальные пропилы в количестве 4 шт., 1 пропил на каждые 90° окружности (см. фиг. 1). По данным пропилам произведено отгибание части профиля наружу на 5 мм для обеспечения наличия выступающих элементов, используемых для фиксации уплотнительного кольца в разъемном соединении трубопроводов. В основании пропила выполнены отверстия диаметром 2-3 мм для компенсации напряжений, возникающих при его отгибании (см. фиг. 3).

Внешняя и внутренняя поверхность изделия покрыта поверхностным слоем серебра, толщиной не менее 50 мкм, для предотвращения развития коррозии ответных материалов разъемного соединения, а также для недопущения механических повреждений при установке и эксплуатации разъемного соединения.

Монтаж и демонтаж уплотнительного кольца в данном примере осуществляется в той же последовательности, что и для уплотнительного кольца в Примере 1.

Таким образом, заявленное уплотнительное кольцо является достаточно простым в монтаже и демонтаже, а также обеспечивает исключение миграции материала уплотнительного кольца и трубных изделий, снижает истирание и повышает герметизацию разъемного соединения, тем самым способствуя длительному сроку службы разъемного соединения, в котором такое кольцо установлено.

Областью применения изобретения являются системы горизонтального соединения хомутового типа. Изобретение предназначено для герметизации соединений различных трубных изделий, в том числе и трубопроводов. Уплотнительное кольцо соединения двух металлических трубных изделий включает кольцевой уплотнительный элемент, выполненный с возможностью расположения во внутреннем углублении соединения двух металлических трубных изделий и контакта наружными кромками с их поверхностями, и наружный крепежный выступ на кольцевом уплотнительном элементе. По окружности наружного крепежного выступа выполнены наружные радиально отогнутые части с возможностью их геометрического замыкания в кольцевом пазу на внутренней поверхности одного из соединяемых металлических трубных изделий, служащей для образования внутреннего углубления. Кольцевой уплотнительный элемент и наружный крепежный выступ с наружными радиально отогнутыми частями выполнены из металла и имеют серебряное наружное покрытие. Технический результат заключается в исключении миграции материала уплотнительного кольца и трубных изделий, в снижении истирания и повышения герметизации их разъемного соединения, а также в упрощении монтажа и демонтажа уплотнительного кольца. 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Уплотнительное кольцо соединения двух металлических трубных изделий, включающее

кольцевой уплотнительный элемент, выполненный с возможностью расположения во внутреннем углублении, образуемом в соединении двух металлических трубных изделий, и

наружный крепежный выступ, выполненный на кольцевом уплотнительном элементе,

по окружности наружного крепежного выступа выполнены наружные радиально отогнутые части с возможностью их геометрического замыкания в кольцевом пазу на внутренней поверхности одного из соединяемых металлических трубных изделий, служащей для образования внутреннего углубления,

кольцевой уплотнительный элемент и наружный крепежный выступ с наружными радиально отогнутыми частями выполнены из металла и имеют серебряное наружное покрытие.

2. Уплотнительное кольцо по п. 1, отличающееся тем, что кольцевой уплотнительный элемент и наружный крепежный выступ с наружными радиально отогнутыми частями выполнены из титанового или никель-хромового сплава.

3. Уплотнительное кольцо по п. 2, отличающееся тем, что кольцевой уплотнительный элемент выполнен с возможностью контакта наружными кромками с поверхностями металлических трубных изделий.

4. Уплотнительное кольцо по п. 3, отличающееся тем, что внутренняя поверхность кольцевого уплотнительного элемента имеет, по меньшей мере, одно установочное углубление.

5. Уплотнительное кольцо по п. 4, отличающееся тем, что внутренняя поверхность кольцевого уплотнительного элемента имеет два установочных углубления, каждое из которых смещено от центра кольцевого уплотнительного элемента к его боковой поверхности.

6. Уплотнительное кольцо по п. 5, отличающееся тем, что образующие углубление внутренние поверхности двух трубных изделий выполнены коническими.

7. Уплотнительное кольцо по п. 6, отличающееся тем, что наружный крепежный выступ выполнен за одно целое с кольцевым уплотнительным элементом.

8. Уплотнительное кольцо по п. 1, отличающееся тем, что каждая наружная радиально отогнутая часть образована сквозным пропилом.

9. Уплотнительное кольцо по п. 8, отличающееся тем, что сквозные пропилы наружного крепежного выступа имеют переменную толщину по своей длине, причем тупиковая концевая часть пропила имеет толщину большую, чем прилегающая к ней часть пропила.

10. Уплотнительное кольцо по п. 1, отличающееся тем, что переход внешней поверхности выступа и отогнутых его частей к их соответствующим боковым поверхностям выполнен посредством фаски.