Уплотнение радиального сжатия для герметичного соединения трубы с вставляемым концом и трубы с раструбом

 

Использование: для трубопроводов из ковкого чугуна при транспортировке текучих сред под давлением. Сущность изобретения: уплотнение радиального сжатия состоит из кольцевого корпуса из эластомера с наружным фиксирующим выступом, в котором предусмотрены заключенные в эластомер опорные вставки, входящие в кольцевую канавку раструба. Блокирование уплотнения осуществляется с помощью зубчатых вставок в виде венца зацепления, имеющих заднюю наклонную плоскость, которая опирается на наклонную плоскость опорных вставок, размещенных в фиксирующем выступе корпуса, которые блокируются в задней части кольцевой фиксирующей канавки раструба. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для трубопроводов, в частности из ковкого чугуна для перекачивания текучих сред под давлением.

Известно уплотнение для герметичного соединения труб (патент US N 3963298, кл. H 01 R 7/08, 1976), содержащее кольцевой корпус с наружным фиксирующим выступом, входящим в кольцевую канавку раструба, и заформованный в корпус металлический венец зацепления.

Недостаток известного уплотнения заключается в неспособности выдерживать значительные осевые усилия и защитить зону блокирования от коррозии.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности уплотнения.

Технический результат достигается тем, что уплотнение радиального сжатия для герметичного соединения трубы с вставленным концом и трубы с раструбом, содержащее кольцевой корпус из эластомера с наружным фиксирующим выступом, размещенным в кольцевой фиксирующей канавке, выполненной в раструбе трубопроводы, а также металлический венец зацепления, заформованный в корпус, снабжено опорными вставками, заформованными в корпус, наружные поверхности которого сопряжены с поверхностями кольцевой фиксирующей канавки, при это внутренние поверхности опорных вставок выполнены взаимодействующими с соответствующими поверхностями венца зацепления и взаимодействующие поверхности наклонены к оси уплотнения, а также тем, что опорные вставки и/или венец сцепления выполнены в виде отдельных элементов из жесткого материала, равномерно расположенных по периметру кольцевого корпуса, тем что венец зацепления выполнен с несколькими зубцами, концы всех зубцов в сечении расположены на одной линии, параллельной оси уплотнения по меньшей мере конец одного промежуточного зубца смещен радиально по отношению к остальным зубцам по меньшей мере конец одного крайнего зубца смещен радиально по отношению к остальным зубцам, а также тем, что взаимодействующие внутренние поверхности опорных вставок и венца зацепления наклонены под углом 20-40^o к оси уплотнения.

На фиг.1 представлен осевой разрез уплотнения перед введением вставляемого конца в раструб; на фиг.2 уплотнение в разрезе в собранном виде; на фиг.3 узел I на фиг.2; на фиг.4-7 варианты узла I на фиг.3.

На фиг. 1 изображен раструб 1 первой трубы и вставляемый конец 2 второй трубы с торцом, с внешней стороны которого снята фаска 3, а также уплотнение 4 радиального сжатия и с блокировочными вставками, предназначенными для одновременного обеспечения герметичности и блокировки между обеими трубами. Обе трубы могут быть в частности из ковкого чугуна.

Раструб 1 содержит направляющий фланец 5, входная часть которого имеет снятую фаску 6, затем, в направлении к дну раструба, кольцевую канавку 7 для фиксации, кольцевое углубление 8 меньшей глубины, кольцевой фланец 9, слегка выступающий в радиальном направлении, и концевое гнездо 10.

Уплотнение 4 состоит из массы из эластомера, в которую заформован венец из пар вставок из жесткого материала, в частности, металлических, причем каждая пара содержит опорную вставку 11 и зацепляющую вставку 12, снабженную изнутри зубцами. Уплотнение образует переднее тело 13, предназначенное для его радиального сжатия между вставляемым концом и дном углубления 8, и на заднем конце (то есть расположенном со стороны входной части раструба) этого тела, наружный носок фиксации 14 или фиксирующий выступ и внутреннюю кромку уплотнения 15, служащую для предотвращения введения агрессивных или корродирующих внешних элементов в замкнутую зону. Каждая пара вставок 11, 12 заключена в одну и ту же радиальную полуплоскость уплотнения, и эти пары равномерно распределены по периферии последнего.

Когда уплотнение устанавливают на место в раструбе, поверхность корпуса 13, находящаяся радиально снаружи, прижимается в периферийной поверхности углубления 8, а носок 14 входит в кольцевую канавку 7, оставляя свободное пространство по радиусу наружу и назад. В этом положении, так же, как и в свободном состоянии уплотнения, кромка 15 является практически радиальной, а зубцы вставок 12 выступают на внутренней поверхности корпуса 13 и практически находятся со вставками 11, которые расположены в носке 14 и находятся на одном уровне с наружной и задней поверхностью эластомера. Это положение вставок 11 в носке фиксации 14 позволяет сделать его жестким и, следовательно, усилить эффект закрепления указанного носка 14 в кольцевой канавке 7 раструба, увеличивая за счет этого надежность фиксации на месте уплотнения 4 при введении с усилием вставляемого конца или при создании давления в трубопроводе.

Установка уплотнения осуществляется простым вдавливанием вставляемого конца в раструб. Это действие складывает кромку 15 вперед, затем радиально отталкивает вставки 11 и 12, причем последние скользят вдоль вставок 11, и сжимает радиально корпус 13. В результате получают конфигурацию, где конец вставляемого наконечника находится с большим радиальным зазором в углублении 10, где вставки 11 заблокированы в наружной задней части кольцевой канавки 7 и/или вставки 12 одновременно находятся в контакте с последними, и, через их зубцы 16, в контакте со вставленным наконечником.

На фиг. 3 изображены, с одной стороны, контур уплотнения, помещенного в раструб, до введения вставляемого наконечника, и с другой стороны, конечное положение пар вставок, когда вставляемый наконечник максимального диаметра находится на месте в раструбе.

Кольцевая канавка 7 раструба имеет начинающуюся от фланца 5, стенку 17, которая по существу радиальна и наклонена вперед, стенку 18 с большим наклоном, примерно на 45^o, цилиндрическое дно 19 и переднюю стенку 20, по существу радиальную и наклоненную вперед. Каждая вставка 11 имеет: назад и наружу при последовательных поверхности 21-23, соответственно сопряженные с поверхностями 17-19; внутреннюю поверхность 24, параллельную оси X-X раструба, которая представляет собой практически ось вставляемого наконечника и, следовательно, соединения, причем эта поверхность 24 сопрягается через закругление с внутренним концом поверхности 21; поверхность 25, по существу параллельную поверхности 20 и сопряженную через закругление с передним концом поверхности 23; и опорную плоскую наклонную поверхность 26, наклон которой находится в пределах примерно 20-40^o по отношению к оси X-X соединения, причем эта наклонная поверхность связывает передний конец поверхности 24 с нижним концом поверхности 25, при этом сопряжения осуществляются с помощью закруглений.

Каждая вставка 12 имеет грубо четырехугольную форму с плоской наружной и задней поверхностью 27 и, противоположно вышеуказанной, внутреннюю поверхность зацепления, образующую все три зубца 16 вставки. Поверхность 27 образует опорную наклонную поверхность, предназначенную для взаимодействия с наклонной поверхностью 26 сопряженной вставки 11. Перед введением вставляемого наконечника (фиг. 1), наружная часть поверхности 27 находится напротив внутренней части поверхности 26. Так же обстоит дело, когда уплотнение находится в нерабочем состоянии.

Во время введения вставляемого наконечника 2 радиальное сжатие уплотнения 4 в качестве первого следствия имеет установку на место вставок 11 в задней наружный угол кольцевой канавки 7, как изображено на фиг.2,3, т.е. подведение поверхностей 21-23 до соответствующего упора в поверхности 17-19 этой кольцевой канавки. Положение наклонной поверхности 26 по отношению к раструбу в результате этого оказывается четко заданным.

Кроме того, введение вставляемого наконечника вызывает скольжение поверхности 27 вставок 12 наружу вдоль наклонных поверхностей 26, в результате чего вставки 12 перемещаются параллельно друг другу до положения, которое зависит от истинного диаметра вставляемого наконечника в рассматриваемой радиальной плоскости. Таким образом на фиг.3 изображены положения вставки 12, соответствующей максимальному диаметру вставляемого наконечника (сплошной линией) и минимальному диаметру этого вставляемого наконечника (штрих-пунктирная линия).

На практике положения вставок 11 и 12, описанные выше, гарантируются только после создания давления в трубопроводе.

Все три зубца 16 обрабатывают механически таким образом, чтобы их концы были выровнены в виде прямой линии, которая при взаимодействии поверхностей 27 и 26 параллельна оси X-X раструба. Таким образом, независимо от диаметра вставляемого наконечника, все три зубца одновременно захватывают этот вставляемый наконечник, и при его отводе назад давление контакта распределяется между ними равномерным образом.

Благодаря независимости пар вставок 11-12, вышеописанные соединения могут допускать угловые отклонения вставляемого наконечника по отношению к раструбу, доходящие примерно до 5^o.

Необходимо отметить, что независимо от усилия отведения назад, воздействующего на вставляемый наконечник, ответное усилие, которое создается на каждом зубце 16 каждой вставки 12, имеет определенную направленность, перпендикулярную к поверхности 26, в результате чего предотвращается поворот вставок 12, который мог бы привести к пробиванию вставляемого наконечника.

На практике для труб из ковкого чугуна с обычными диаметрами угол наклона поверхностей 26 по отношению к оси раструба предпочтительно выбирают примерно от 20 до 40^o, как указано выше. В самом деле, при величине менее 20^o допуски по диаметру, допускаемые для вставляемого наконечника, очень малы, а более 40^o вставки 12 плохо зацепляются за вставляемый наконечник и в результате блокировка мало надежна.

В варианте узла уплотнения, показанном на фиг.4, поверхности 27 являются выпуклыми, что допускает более значительные угловые отклонения вставляемого наконечника, которые могут доходить до примерно 10^o. Напротив, давления, воздействующие на все три зубца, отличаются друг от друга при отходе назад вставляемого наконечника, так как все силы противодействия происходят из единственной точки контакта 28 между поверхностями 26 и 27. Те же самые замечания относятся и к другому, неизображенному варианту, когда выпуклыми являются уже поверхности 26.

Вариант согласно фиг.5 отличается от варианта согласно фиг.3 только тем, что средний зубец 16 отведен назад по радиусу по отношению к обоим крайним зубцам. Это облегчает зацепление ставок 12 за вставляемый наконечник, так как при одном и том же усилии начальные давления, воздействующие только на два зубца вместо трех, являются более высокими. Напротив, когда отход назад вставляемого наконечника закончен, давления уравновешиваются между всеми тремя зубцами.

Кроме того, в этом варианте по той же самой причине незачем механически обрабатывать зубцы 16 для придания им острого угла.

Согласно варианту по фиг.6 средний зубец 16 радиально выступает по отношению к обоим крайним зубцам, и согласно фиг.7 задний зуб 16 отведен по радиусу внутрь по отношению к обоим другим. В этом последнем случае, кроме того, сгибание вперед кромки 15 при введении вставляемого наконечника создает меньшую опасность взаимодействия с задним зубцом вставок.

В каждом варианте осуществления вставки 11 и/или 12 могут быть электролизованы для устранения возможности электрического контакта между обеими трубами.

Формула изобретения

1. Уплотнение радиального сжатия для герметичного соединения трубы с вставляемым концом и трубы с раструбом, содержащее кольцевой корпус из эластомера с наружным фиксирующим выступом, размещенным в кольцевой фиксирующей канавке, выполненной в раструбе трубы, а также металлический венец зацепления, заформованный в корпус, отличающееся тем, что оно снабжено опорными вставками, заформованными в корпус, наружные поверхности которого сопряжены с поверхностями кольцевой фиксирующей канавки, при этом внутренние поверхности опорных вставок выполнены взаимодействующими с соответствующими поверхностями венца зацепления, и взаимодействующие поверхности наклонены к оси уплотнения.

2. Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что опорные вставки и/или венец зацепления выполнены в виде отдельных элементов из жесткого материала, равномерно расположенных по периметру кольцевого корпуса.

3. Уплотнение по п. 1 или 2, отличающееся тем, что венец зацепления выполнен с несколькими зубцами.

4. Уплотнение по п. 3, отличающееся тем, что концы всех зубцов в сечении расположены на одной линии, параллельной оси уплотнения.

5. Уплотнение по п. 3, отличающееся тем, что по меньшей мере конец одного промежуточного зубца смещен радиально по отношению к остальным зубцам.

6. Уплотнение по п. 3, отличающееся тем, что по меньшей мере конец одного крайнего зубца смещен радиально по отношению к остальным зубцам.

7. Уплотнение по пп. 1 6, отличающееся тем, что взаимодействующие внутренние поверхности опорных вставок и венца зацепления наклонены под углом 20 40^o к оси уплотнения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7