Шарнирное соединение труб Советский патент 1976 года по МПК F16L27/06 

3 цественньи фиксирующих элементов, Последиие выполнены в виде двуплечих подпружиненных рычагов, расположенных в сквозных окнах сферического кольца с возможностью поворота в общей меридиональной плоскости. Концы рычагов соответственно взаимодейст вуют с размещенными вне диаметральной плоскости углублениями в гнезде муфты, а вУонечиый момент сбо(жн и после нее - iio следовательно с торцом ынпгвля н с его наружной цилиндрической поверхкостыо. Кроме того, для уменьшения поперечных габаритов и обеспечвииа функционировш1Ий каждый из замковых «Jiet ieiiTOB выполнен в виде плоского криволннеЗнпгх) 6рус&, например, с цилиндрическими внутрек«ей и периферийной поверхностями н с параллельными срединной ПЛОСКОСТИ торцами. Периферийней поверхность выполиама с пазом, имеющим цилиндрическое не концентричное с пфрифе. рийной поверхностью дно, которое контакта- рует с плоской гружиной, входящей своими концами в углубления на продольных стенках окон сферического кольца, причем для удобства монтажа (ввода плоской пружины) одно из углублений может иметь выход на рабочую поверхность сферического кольца. Плоские поверхности замкового элемента снабжены ограничительными выступами, взаимодействующими с соответствующими тупиковыми пазами окна сферического кольца, чем исключается выпадение внутрь; замкового элемента до ввода ниппеля в сферическое кольцо. И$)именение предлагаемого соединения в буровых условиях не требует дополнительHfeiis. сборочных средств и исключает надобHociib в применении свинчивающих или сварочиых устройств, а это уменьшает эксплуа тационные расходы, упрощает обслуживание, исклгочает монтажное повреждение соединение и сокращает время сборки. We. фисг 1 изображено шарнирное соединение T1PJ56) с чветичным разрезом, общий вид|;; нв фир.. 2 - разрез по А-А на фиг. ij не. фир. 3 - раарез по Б-Б на фиг. 1 и вид по стрелке Ди. на, фиг, 4 и 5 - разрезы по В-В и F-Г на. фи1г. 2. Предлагаемое шарнирное соединение труб к 2 состоит. HS сферического кольца 3 с у лотняющим эпеменшом 4, ниппеля 5, муфты 6, фиксатора) 7 ссфери еского кольца и замка 8. Сферическое кольцо 3 служит замыкающе-размыкающим звеном- сс..динения, обесп чивает угловое смешение ниппеля 5 относи телыю муфты 6 и явяяетсЯ одновременно как силовым трансформирующим звеном, та и базовым звеном герметизации, О{)еричес 174 кг е К01ШЦО 3 выполнено со сквозными расположенными в средней части окнами 9 и 1 О для размещения элементов фиксатора 7 и замка 8 соотвегственно, имеет внутреннюю цилнвдрическую полость 11 для размещения ниппеля 5 и рабочую наружную поверхность 12, обеспечивающую связь с муфтой 6. Внутренний торец сферического кольца 3 снабжен кольцевым выступом 13, несушим уплотняющий элемент 4. Окна Ю сферического кольца 3 имеют взаимно параллельные стенки: поперечные 14 и 1 5 и продольные 16 и 17. Продольные стенки 16 и 17 параллельны срединной меридиональной плоскости, в которой размещены тупиковые пазы 18 н 19, выполненные на поперечных стенках 14 и 15. Каждое окно 10 оснащено замком 8, включающим замковый элемент 20 и плоскую пружину 21. Замковый элемент 20 представляет собой плоский криволинейный вкладыщ с цилиндрической внутренней 22 и периферийной 23 пойерхностями и параллельными средней плоскости торцами 24 и 25. Плоские поверхности 26 и 27 замкового элемента 2О снабжены ограничительными выступами 28 и 29, входящими в тупиковые пазы 18 и 19 окна Ю сферическо1Х1 кольца 3 соответственно. Периферийная поверхность 23 вьшолнена с пазом 30, цилиндрическое дко 31 которо- IX) не концентрично периферийной поверхности 23 и контактирует с плоской пружиной 21, Последняя Входит одним своим концом в тупиковое углубление 32, а вторым - в сквозное углубление 33, выполненные в продольных стенках 16 и 17 окна 10 соответственно, причем сквозное углубление имеет выход на рабочей поверхности 12 сферического кольца 3 и предназначено для ввода плоской пружины 21 при монтаже, которая фиксируется от смещения с помощью выступа 34, входящего в углубление 35 замкового элемента 2О, Цилиндрическая внутренняя поверхность 22 aaiviKOBoro элемента 2О сопряжена с поверхностью U6 конической поверхностью 36, взаимодействующей при сборке с ниппелем 5. Такая конструкция замка 8 обеспечивает уменьшение поперечных габаритов соединения. Количество замков 8 (и окон Ю) зависит от диаметра соединяемых труб и должно не менее двух, например четыре. Фиксатор 7 сферического кольца 3 состоит из двух тождественных фиксирующих элементов 37 и плоских Т-образных пружин 38 и обеспечивает стопорение сферического кольца 3 в начальный момент эксплуатационной сборки для придания цилиндрической полости 11 последнего соосного с трубой 1 по- Сложения. Каждый фиксирующий элемент .37 выполнен в виде двуплечего рычага с )або- чими концевыми выступами 39 и 40 и ий;ЛИндрическими консольными осями 41. Фиксирующие элементы 37 установлены в ок|нах 9 сферического кольца 3, размещенных в одной меридиональной плоскости и имею|щих поперечные стенки 42 и 43,Ограничен ,ные цилиндрической поверхностью, и профиль ;ные плоские стенки 44 и 45, выполненные |с наклонными тупиковыми пазами 46 для ;ввода осей 41 фиксирующего элемента 37. |Каждая Т-образная пружина 38 закреплена, например, с помощью клея в пазах 47, вы|полненных в стенках 44 и 45 окон 9, и ко .тактирует с соответствующим фиксирующим |9лемеитом 37. Торцовый кольцевой выступ 13 сферичес ;коро кольца 3 имеет цилиндрическую 48 и коническую 4 9 части. Цилиндрическая часть 4 |Выступа 13 охватывается несъемно {с по мощью приклеивания) кольцевьгм пазом 50 jynpyroro эластичного элемента 4, выполнен iHoro двусторонне самоуплотняющимся в ви;де Х-образной манжеты с четырьмя лепест|ками 51-54 и внутренней конической (в свободном состоянии ориентированной раст|рубами 55 и 56 к своим торцам) и сфериiческой наружной 57 поверхностями. Благо даря такой конструкции уплотняющий эле;мент 4 обеспечивает ввод в него ниппеля 5 и способен воспринимать избыточное давле:ние (как внутреннее, так и внешнее) жид;кой или газообразной среды. i Муфта 6 служит связующим звеном меж- ду нижней трубой 1 и сферическим коль;цом 3 и обеспечивает рабочее осевое замы кание последнего и герметичный контакт с уплотняющим элементом 4. Наружная повер iHOCTb муфты 6 имеет две цилиндрические ступени: больщую 58 и меньщую 59, соеди иенные-конической поверхностью 60, и нажлеена своей внутренней конической поверх|носгью 61, расположенной в пределах иилиндрической ступени 59, на конический ко нец 62 нижней трубы 1. Нижний торец 63 муфты 6 служит захватываемым элементом во время спуско-подъемных операций при об садке скважин. С входного торца 64 муфта 6 снабжена двумя диаметрально противо 1положнымн пазами 65, имеющими ширину , не менее высоты сферического кольца 3 со |местно с установленным уплотняющим эле1мвнтом 4 и ограниченными цилиндрической круговой поверхностью 66 диаметром, рав1ным диаметру сферического, гнезда 67 муф|ты 6, которое контактируете поверхностью 12 сферического кольца 3. Сферическое гнездо 67 муфты 6 имеет два диаметрально пр тивоположно расположенные углубления 68 лпя входа концевых выступов 39 фиксатоIpOB 37, чем обеспечивается фиксированное ориентирование сферического кольца Звтре буемом для эксплуатационной -сборки поло женин. Сферическое гнездо 67 сообщается с торцом 64 с помощью конической полости 69. Ниппель 5 служит связующим звеном между верхней трубой 2 и сферическим кольцом 3 и снабжен кольцевым прямоугольным 7О, расположенным на нижнем цилиндрическом концевом утолщении 71 с конической или сферической фаской 72. Цилиндрическое утолще- ;ние 71 выше кольцевого паза 7О имеет не:сколько (по количеству замковых элементов или кратно количеству последних) осевых каналов 73 для ввода щтифтов при необходимости рлзборки соединения. Ниппель 5 на |верхнем конце имеет цилиндрическое утолще- ние 74, несущее внутреннюю коническую поjBepxHOCTb 75, с помощью которой он накле- ;ен на кон щеский конец 76 верхней трубы 2. Ниппель 5 может быть выполнен и как одно целое с трубой 2. Детали соединения, кроме плоских nj)yKHH 21 и 38, могут быть выполнены, как н трубы, из стеклопластика или из легкого сплава, например на базе алюм1шия, или часть деталей - из одного материала, а остальные - пз другого. Для придания металлическим деталям коррозийной стойкости их поверхности могут быть покрыты защитным компаундом, например эпоксидным. Покрытие контактных сферических поверхностей поверхность 12 и гнездо 67 может бытьфто ропластовым. Плоские пружины могут быть защищены покрытнел из уретанового каучу ка, Эласт1гчный уплотняющий элемент 4 вы- полняется из бензомаслостойкой резины или материала, стойкого к иазличиым воздейстjBHflM, например сштастена. I Сборка соежшення состоит из двух эталон: заводской (п 5едварнтельная),и эксплуатационной (собственно стыковка обсадньсх труб). При заводской сбо51ке наклеиваютмуф|ту 6 и ниппель 5 на пристыковые концы 62 и 76 каяадой обсадной трубы 1 и 2. В ок|на Ю сфе)ического кольца 3 поочеред1ю вставляют сна)ужи замковые элементы 20, а через сквозные углублепиг 33 - плоские ;пруж гны 21 и фиксируют )х за счет входа .выступа 34 в углуб.клие 35 замковых элементов 20. На втлступ 13 сфер1иеского кольца 3 надевают уплотняющий элемент 4, njjo.варительно CNfa3aB клеем его кольцевой лаз 50. В окно 9 сфер1Г1еского кольца 3 ;вставляют фиксирующие элементы 37, а в пазы 47 - Т-образные пружины 38. Сфо)нческое кольцо 3, о :нащекное ламковмми 20, фиксируюии ми 7 н уплотияю1ци 4 э;г -моитами, вводят в ппоы 65 муфты С до откл- за (положение 77) и пово1(1чиь.э1от пн)члл« на 9О в , оиосп€Ч1(ваю11;ую пиутп.м 1 неё расположение уплотняющего элемента 4, а затем - вдиаметральной плоскости до срабатывавпш фиксирующих элементов 37 т.е. входа под действием Т-образных пружин 38 выступов 39 фиксирующих элементов 37 в углубления 68 муфты 6 (положение 78), Эксплуатационная сборка (в буровых условиях) сведена к минимуму: I обычным способом фиксируют у устья скважины нижнюю обсадную трубу 1 вверх муфтой 6, оснащенной зафиксированным сферическим кольцом 3 1В сборе, и с помощью подъемных средств (опускают трубу S ниппелем 5 до упора его торца в сферическое гнездо 67 муфты 6. При этом фаска 72 ниппел я 5 под действием веса трубы 2 вначале отжимает подпружиненные замковые элементы 20, взаимодействуя с конической их поверхнос,тью 36 и утапливая последние в окна 10 сферического кольца 3 (положение 79), а затем воз действует на концевые выступы 4О фиксирующих Элементов 37, поворачивая их и выво дя выступы 39 из углублений 68 муфты 6, В конце хода ниппеля 5 под действием плоских пружин 21 замковые элементы 20 входят в кольцевой прямоугольный паз 70 нид™ пеля 5, замьпсая соединение. При необходимости разборка соединения производитс;я в обратной последоватешэности после одновременного нажатия на конические поверхности 36 замковых элементов 2О с помощью щтифтов (на чертеже не показано), помешенных в осевые каналы 73 ниппеля 5, и утапливания замковых элементов 2 в окна 10 сферического кольца 3 - (подожение 79). Таким образом, предлагаемое шарнирное соединение позволяет упростй-гь стыковку обсадных труб и легко автоматизировать про цесс сборки в буровых условиях, так как замком 8 и фиксатором 7 управляет сам ниппель 5 при его относительном перемещении, причем наличие расположения углубления 68 муфты 6 вне диаметральной (максимальной по сечению поперечной) плоскости гнезда 67 и двух элементов 37 принципиал но исключает произвольную ориентацию сфе- ричс экого кольца 3, а покрытие фторопластом фаски 72 и поверхности цилшадрического утолщения 71 ниппеля 5 и яаклейка уплотняющего элемента 4 на торцовый кольце вой выступ 13 сферического кольца 3 обес - печивают нормальный ввод конца ниппеля 5 в уплотн$иоший элемент 4 и герметизацию соединения. 71в Формула изобретения 1.Шарнирное соединение труб, например обсадных стеклопластиковых большого диаетра, со сх{)ерическим кольцом, оснащенным эластичным уплотняющим элементом, ниппелем, раэъемно сочлененным со сферическим кольцом, и муфтой, обхватывающей сферическое кольцо, жестко связанной с трубой и имеющей пазы для ввода сферического кольца и разворота его в диаметральную плоскость гнезда, отличающееся тем, что, с целью повьпиения надежности соедине-; НИН, оно снабжено фиксатором сферического кольца, а сочленение ниппеля со сферическим кольцом Осуществлено с помощью нескольких с коническим скосом подпружиненных замко-; вых элементов, размещенных в окнах сфери- ческого кольца и входяших в кольцевой с осевыми каналами паз ниппеля, ;причем внутренний торец сферического кольца снабжен кольцевым Выступом, охватываемым уплот - няющим элементом, контактирующим после сборки одновременно с гнездом муфты и ниппелем. 2.Соединение по п. 1, о т л и ч а ю щ е е ся тем, что фиксатор сферического : кольца состоит из двух тождественных фик- ; сирующих элементов, выполненных в виде двуплечих подпружиненных рычагов, располо-i женньрс в сквозных окнах сферического кольца с возможностью поворота в общей меридиональной плоскости и взаимодействующих своими концшли до и в начальный момент эксплуатационной сборки с соответствующими размещенными вне диаметральной плоскости углубпениями в гнезде муфты и в ко-: нечный момент сборки и. после нее - последовательно с торцом ниппеля и с его наруж-: ной 1щлиндрической поверхностью. 3.Соединение по пи 1и2,отличающееся тем, что каждый из замковых элементов выполнен в виде плоского криволинейного вкладыша с пазом на периферийной поверхности, цилиндрическое дно JKOTOporo контактирует с плоской пружиной. Входящей своими концами в углубления сферического кольца, и снабжен ограничительными Выступами, взаимодействующими с тупиковыми пазами соответствующего окна сферического кольца. 4.Соединение по пп. 1-3, отличающееся тем, что паз замкового элемента выполнен переменной глубины с возрастанием последней от средней плоскости к торцам.

П- 15

Г

i

-.-i-X

15

1

Риг.1

А- f(

73.

73

13

6 1

tTi

ч.

Фиг А