Блокируемый стык между гладким концом одного трубопровода и раструбом другого трубопровода

 

Использование: в блокируемых стыках между ровным концом первого трубопровода и раструбом второго трубопровода. Сущность изобретения: блокируемый стык снабжен муфтой из эластомера. Муфта плотно охватывает венец блокировки с наружной и боковых сторон. Муфта выполнена с по меньшей мере одной упругой губкой. Упругая губка расположена в продольном направлении между венцом блокировки и жестким упорным кольцом. Имеет место упор губки в жесткое упорное кольцо. В жесткое упорное кольцо оперт контрфланец блокировки. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение касается создания блокируемого стыка между ровным концом первого трубчатого элемента и раструбом второго трубчатого элемента, содержащего установленный в раструбе сальник, блокировочный венец с внутренними зубцами, охватывающий ровный конец, и контрфланец, имеющий средства зацепления за раструб и обеспечивающий удержание от возврата блокировочного венца. Изобретение особенно подходит для установки трубопроводов из ковкого чугуна.

Каким бы ни был тип использованного уплотнения, например с использованием радиального сжатия для стыков, именуемых автоматическими, или с осевым сжатием для стыков, именуемых механическими, блокируемые стыки этого типа должны обеспечивать очень малую величину возврата ровного конца при установлении давления в трубопроводе, оставаясь в то же время простыми в осуществлении.

Кроме того, для того, чтобы блокировка трубчатого соединения могла осуществляться эффективным образом и служить длительное время, причем без ухудшения срока службы трубчатых элементов, следует предусмотреть защиту от коррозии зон контактов между блокировочным венцом и металлическими деталями, которые их охватывают.

Задачей изобретения является создание блокируемого стыка, удовлетворяющего одновременно этим трем условиям.

Для решения поставленной задачи в изобретении предлагается блокируемый стык указанного типа, отличающийся тем, что блокировочный венец залит в муфту из эластомера, охватывающую его со всех сторон, за исключением его внутренней зубчатой поверхности, причем эта муфта содержит с передней стороны по меньшей мере одну упругую губку, которая расположена в продольном направлении между блокировочным венцом и задней поверхностью жесткого упорного кольца, охватывающего ровный конец.

В соответствии с другими характеристиками изобретения: муфта заканчивается задней цилиндрической частью, связанной с упругой губкой при посредстве оболочки связи, образующей покрытие внешней радиальной стороны блокировочного венца, упругая губка и задняя цилиндрическая часть имеют внутренние зубцы для контактирования с ровным концом и осуществляют упругий зажим последнего, муфта содержит с передней стороны две расходящиеся губки, радиальная оболочка, выступающая над упругой губкой, является ее продолжением во внешнем радиальном направлении, упругая губка представляет собой кольцо из эластомера с осевыми ячейками, задняя цилиндрическая часть муфты образует в осевом направлении за контрфланцем выступ захвата.

В том случае когда стык имеет сальник с осевым давлением, осевое давление осуществляется преимущественно при помощи устройства с контрфланцем, содержащего, с одной стороны, кольцо сжатия, передняя сторона которого упирается в сальник, а задняя сторона этого кольца образует упорное кольцо, и, с другой стороны, снабженного средствами зацепления, причем передняя толкающая сторона этих средств взаимодействует с задней поверхностью сжимающего кольца, а внутренняя сторона служит для удержания блокировочного венца и сходится назад.

В том случае когда стык имеет сальник с радиальным давлением, радиальное давление создается за счет введения ровного конца в раструб, причем преимущественно упорное кольцо является кольцом-перегородкой, установленным (зажатым) между одной из радиальных сторон раструба и передней стороной контрфланца.

На фиг.1 приведено осевое полусечение блокируемого механического стыка в соответствии с изобретением, в ходе установки, на фиг.2 и 3 аналогичные виды в ходе монтажа двух вариантов осуществления изобретения, н а фиг.4 - аналогичный вид другого вида реализации соответствующего изобретению механического блокируемого стыка, также в ходе монтажа, на фиг.5 приведен аналогичный вид автоматического блокируемого стыка, соответствующего изобретению.

На фиг.1 показан блокируемый стык между ровным концом 1 первого трубчатого элемента и раструбом 2 второго трубчатого элемента. Этими двумя трубчатыми элементами, в частности, могут быть две последовательные одинаковые трубы одного трубопровода, изготовленные из ковкого чугуна, причем каждая из труб имеет ровный конец 1 и раструб 2 на своем другом конце. Два трубчатых элемента имеют одну общую горизонтальную ось, как это и изображено на чертежах.

Ровный конец 1 имеет внешнюю цилиндрическую форму, в то время как раструб 2 с внешней стороны начиная от своего входа имеет воротник 3, выступающий в радиальном направлении, затем сходящуюся поверхность 4. С внутренней стороны раструб имеет входную поверхность усеченного конуса 5, за которой следует выемка 6 со сходящейся поверхностью, заканчивающаяся практически радиальной конечной передней стороной 7.

Стык содержит сальник 8 с осевым сжатием, замкнутое сжимающее кольцо 9, блокирующее устройство 10, контрфланец 11 и ряд болтов 12 зацепления.

Сальник 8 изготовлен из эластомера. Когда он натягивается на конец трубы и свободно упирается в поверхность 7 раструба, может существовать свободное пространство между его периферической поверхностью и выемкой 6, как это можно видеть на фиг.1.

Кольцо 9, внутренний диаметр которого превышает наружный диаметр ровного конца, может заходить со значительным радиальным зазором в раструб. Кольцо имеет переднюю радиальную сторону 13 (повернутую к основанию раструба) и заднюю, также радиальную сторону 14.

Устройство блокировки 10 представляет собой композитную деталь, реализованную путем заливки изоляционным слоем и образованную рядом металлических вставок 15, образующих совокупность блокировочного венца, погруженных в муфту 16 из эластомера. В варианте реализации вставки 15 могут быть заменены непрерывным разрезным кольцом, однако построение с несколькими вставками является предпочтительным, так как оно легче адаптируется к различным периферическим конфигурациям труб.

Каждая вставка 15 имеет тело криволинейного трапециевидного сечения с большой передней радиальной стороной и малой радиальной задней стороной, сходящейся назад внешней в радиальном направлении и выпуклой стороной 17, и внутренней в радиальном направлении главным образом цилиндрической или плоской стороной, имеющей ряд зубцов 18 зацепления за ровный конец.

Муфта 16 имеет переднюю цилиндрическую часть, образующую упругую губку 19 с внутренними зубцами, и заднюю цилиндрическую часть 20, также имеющую внутренние зубцы, а также оболочку связи 21, образующую покрытие поверхности 17 вставок. Задняя часть 20 справа от каждой вставки вблизи от своего свободного конца имеет отверстие 22 и может быть ограничена вне контрфланца рядом расположенных там осевых язычков. Муфта 16 окружает вставки 15 со всех сторон, за исключением их внутренней зубчатой стороны. Цилиндрические части 19 и 20, которыми залиты соответственно радиальные передняя и задняя стороны вставок, позволяют также удерживать указанные вставки в блокирующем устройстве 10, в частности, при местном дефекте прилегания муфты.

Контрфланец 11 представляет собой круговое тело, ограниченное двумя радиальными сторонами передней 23 и задней 24 и внутренней в радиальном направлении поверхностью 25, сходящейся назад почти до сопряжения с поверхностью 17 вставок 15. Это тело продолжается наружу в радиальном направлении при помощи радиальной оболочки, в которой выполнен ряд осевых отверстий 26. Эта оболочка снабжена внешней периферической ребордой 27, направленной вперед.

Монтаж описанного стыка осуществляется после установки раструба следующим образом.

Предположим вначале, что существует ситуация "максимального зазора", показанная на фиг.1, при которой, принимая во внимание допуски литья, диаметры вставляемых деталей являются минимальными, а диаметры огибающих деталей максимальными, причем осевые стороны максимальны для элементов, в которые осуществляется установка, и минимальны для вставляемых деталей.

Последовательно надевают на ровный конец детали 11, 10, 9 и 8, при расположении сальника на самом конце и при смещении других деталей назад от него. Сальник и устройство блокировки слегка сжимают ровный конец.

Затем вводят ровный конец в раструб. Сальник упирается в сторону 7 последнего, а затем скользит вдоль ровного конца до тех пор, пока не достигается его желаемое положение.

Затем прижимают кольцо 9 к сальнику, толкая устройство блокировки 10 вперед до упора его части 19 в кольцо 9, что также легко осуществимо, так как это устройство свободно от радиального сжатия, и вводят контрфланец до контакта его стороны 23 со стороной 14 кольца 9.

Наконец вводят в отверстия 26 болты 12, которые имеют спереди наконечники 28, являющиеся эксцентрическими, и осуществляют прижим вперед контрфланца за счет навинчивания гаек 29 на каждый болт. При этом наконечники 28 упираются в воротник 3 раструба, а гайки 29 в заднюю сторону оболочки контрфланца. При этом прижиме за счет кольца 9 происходит осевое сжатие сальника 8 и обеспечивается таким образом герметичность стыка.

Из-за наличия зазоров контрфланец на этой стадии монтажа не входит в контакт с устройством блокировки 10. Для получения этого контакта тянут назад устройство блокировки для его контакта с контрфланцем, как это показано пунктиром на фиг.1. Это осуществляют при помощи стержня 30, вводимого в отверстия 22, которые находятся снаружи от контрфланца позади него.

В варианте реализации губка 19 может быть достаточно длинной для того, чтобы контрфланец контактировал с устройством 10 своей внутренней поверхностью 25 до того, как его сторона 23 достигает стороны 14 кольца 9. В таком случае завинчивание болтов вызывает кроме описанного радиальное сжатие вставок 15 и их прижим к ровному концу, при этом теперь нет необходимости, чтобы задняя часть 20 устройства 10 выходила из-за контрфланца.

В инверсной ситуации "минимальных зазоров" после ввода ровного конца в раструб устанавливают сальник и вручную предварительно сжимают его, например, с помощью молотка, загоняя его в выемку 6, что легко может быть осуществлено, так как вход в раструб совершенно свободен. При перемещении контрфланца вперед он упирается в оболочку 21 устройства 10, однако продолжает существовать осевой зазор между сторонами 14 и 23. Затем завинчивают гайки 29.

В этом случае губка 19 имеет достаточную жесткость для того, чтобы гарантировать прижим вставок 15 к внутренней поверхности контрфланца (25), но недостаточную, чтобы помешать перемещению вперед контрфланца до контакта с кольцом 9 без существенного сжимания сальника 8. Это перемещение вперед контрфланца становится также возможным из-за того, что объем материала эластомера губки 19 относительно мал по сравнению с объемом пространства, ограниченного внешней поверхностью ровного конца, передней радиальной поверхностью вставок, внутренней поверхностью 25 контрфланца и задней поверхностью 14 кольца 9.

Таким образом, завинчивание болтов вызывает в течение первого промежутка времени вход во взаимный контакт сторон 14 и 23, а затем, в течение второго промежутка времени, осевое сжатие сальника 8, что обеспечивает герметичность стыка.

При установлении давления в трубопроводе ровный конец сдвигается назад относительно раструба на некоторое расстояние и увлекает за собой при этом движении вставки, которые толкают назад контрфланец. Однако контрфланец может сдвинуться очень незначительно, в пределах его жесткости и жесткости болтов 12. Этот сдвиг контрфланца относительно раструба, как правило, значительно меньше величины , например, порядка . В результате кольцо 9 не может сдвинуться больше, чем на расстояние , что приводит к эффективному сохранению сжатия сальника и, следовательно, герметичности стыка.

Следует указать, что внутренние зубцы частей 19 и 20 устройства блокировки улучшают герметичность вокруг вставок 15 и, следовательно, их защиту от коррозии за счет создания непроницаемых перегородок. Оболочка 21 и передний выступ 21А в радиальном направлении также участвуют в создании этой защиты. Совокупность этих элементов 19, 20, 21 и 21А из эластомера обеспечивает, таким образом, непроницаемость для реагентов окружающей среды и изоляцию контактных зон вставок с металлическими поверхностями, к которым они прилегают.

Для усиления защиты от коррозии можно прибегнуть к одному из вариантов, показанных на фиг.2 и 3.

Показанный на фиг.2 вариант отличается от показанного на фиг.1 стыка по следующим пунктам: передняя часть 19 устройства блокировки проникает в круговую выемку 31, предусмотренную на задней стороне кольца 9, и содержит две расходящиеся губки: одну внутреннюю 19А, которая прилегает к ровному концу, и одну внешнюю 19В, которая упруго упирается в дно выемки 31. Губка 19А может также при некоторых условиях монтажа прилегать к дну этой выемки. Задняя часть устройства блокировки (20) полностью содержится под контрфланцем и также содержит две расходящиеся губки, а именно губку 20А, прилегающую к ровному концу, и внешнюю губку 20В, упруго упирающуюся во внутреннюю поверхность 25 контрфланца.

Показанный на фиг.3 вариант реализации изобретения отличается от показанного на фиг.1 следующими пунктами: сторона 23 контрфланца имеет на своем внутреннем крае круговую выточку 32, в которой зажимается выступающая радиальная оболочка 19С упругой губки 19 устройства блокировки. Эта передняя часть 19 прижимается в осевом направлении к дну круговой выемки, предусмотренной в кольце 9. Кроме того, задняя часть 20 устройства блокировки, целиком содержащаяся под контрфланцем, имеет форму в виде U, образуя губку, которая упруго прижимается к внутренней поверхности 25 контрфланца.

Показанный на фиг.4 вариант реализации изобретения отличается от показанного на фиг.1 стыка следующим: передняя часть устройства блокировки фиг.1 (19) здесь образована круглым замковым кольцом с осевыми ячейками. Указанное кольцо имеет благодаря наличию ячеек значительную осевую гибкость. Кроме того, кольцо 9 имеет прямоугольное сечение с расположенным посредине ширины выступающим радиально наружу воротничком 33. Передняя часть кольца 9 может скользить в задней части (цилиндрической формы) выемки 6 раструба, а задняя часть сопрягается при скольжении с передней частью, также цилиндрической формы, внутренней поверхности контрфланца (25), которая упирается в воротничок 33. При таком построении удается центрировать кольцо 9 относительно замкового кольца 19 и относительно сальника 8.

Из проведенного описания всех видов реализации механических стыков, соответствующих изобретению, можно сделать вывод о получении одновременно следующих преимуществ: 1) отсутствие усилия установки ровного конца в раструб, 2) легкость монтажа и демонтажа благодаря независимости контрфланца от устройства блокировки 10, легкости доступа к сальнику для его ручного предварительного сжатия перед зацеплением контрфланца, если в этом есть необходимость, 3) сохранение герметичности между ровным концом и раструбом, несмотря на смещение вставок при установлении давления в трубопроводе, благодаря наличию контакта между жестким упорным кольцом и контрфланцем, причем этот контакт получают для широкой гаммы диаметральных допусков соединяемых труб и благодаря малому объему эластомера упругой губки 19 по сравнению с объемом окружающего пространства,
4) сохранение очень малой величины сдвига ровного конца благодаря тому, что после монтажа стыка и перед подачей давления в трубопровод осуществлено прилегание вставок 15 к поверхности 25 контрфланца и, следовательно, обеспечено отсутствие осевого зазора в этом месте, причем для широких допусков диаметров соединяемых труб,
5) антикоррозионная защита и, следовательно, долговечность зоны контакта между вставками и металлическими деталями, которые их окружают, благодаря герметичности, создаваемой муфтой из эластомера 16, а более конкретно перегородками передней и задней частей указанной муфты.

На фиг.5 приведен пример применения изобретения для автоматичеcкого стыка, в котором выемка 6 раструба 2 содержит воротничок 34, продолжающий в радиальном направлении вовнутрь воротничок 3 и создающий совместно с ним плоский краевой обрез 25 раструба. Сальник 8 сжимается в радиальном направлении в выемке 6 за счет простого ввода ровного конца в раструб.

В этом случае блокировочное устройство 10 аналогично примененному в устройстве, показанному на фиг. 1. Могут быть использованы и варианты, показанные на фиг.2 и 4. Напротив, кольцо 9 является кольцом-перегородкой прямоугольного сечения, зажатым между сторонами 35 раструба и 23 контрфланца. В этом случае кольцо 9 служит главным образом для создания нажима на упругую губку 19 устройства 10, в то время как воротничок 34 имеет внутренний скос 36 для облегчения ввода ровного конца в раструб. В варианте реализации изобретения в некоторых случаях кольцо 9 может быть устранено, при этом контрфланец 11 и часть 19 напрямую упираются в раструб.

В показанном варианте также предварительно обеспечивают прилегание вставок 15 без зазоров к поверхности 25 контрфланца перед установкой давления в трубопроводе, в результате чего реализуется минимальный сдвиг ровного конца. Дополнительно, как и в предыдущем случае, можно легко осуществить монтаж и демонтаж стыка.

Формула изобретения

1. Блокируемый стык между гладким концом одного трубопровода и раструбом другого трубопровода, содержащий сальник осевого сжатия, установленный в раструбе, жесткое упорное кольцо, венец блокировки с внутренней в радиальном направлении поверхностью с выполненными на ней зубцами зацепления, охватывающими гладкий цилиндрический конец трубопровода, и устройство с контрфланцем, включающее средства зацепления за раструб трубопровода, а также внутреннюю поверхность удержания венца блокировки, уменьшающуюся в сечении от стыка, отличающийся тем, что он снабжен муфтой из эластомера, плотно охватывающей венец блокировки с наружной и боковых сторон и выполненной с по меньшей мере одной упругой губкой, расположенной в продольном направлении между венцом блокировки и жестким упорным кольцом, с упором губки в последнее, причем в жесткое упорное кольцо оперт контрфланец блокировки.

2. Стык по п. 1, отличающийся тем, что на боковой стороне муфты напротив упругой губки выполнена цилиндрическая часть, причем наружная поверхность муфты, охватывающая венец блокировки, выполняет функцию оболочки связи между упругой губкой и цилиндрической частью.

3. Стык по п. 2, отличающийся тем, что на другой губке и цилиндрической части муфты выполнены внутренние зубцы, находящиеся в контакте с гладким цилиндрическим концом трубопровода и обжимающие его.

4. Стык по пп. 1 3, отличающийся тем, что упругие губки выполнены расходящимися в направлении жесткого упорного кольца.

5. Стык по пп. 1 4, отличающийся тем, что упругие губки выполнены с осевыми ячейками.

6. Стык по пп. 2 5, отличающийся тем, что цилиндрическая часть муфты расположена выходящей в осевом направлении за контрфланец с образованием выступа для захвата.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5