Уплотнение стыков трубопроводов высокого давления

 

Изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию, а именно к уплотнительным устройствам трубопроводов, и может быть использовано в трубопроводах, работающих при больших давлениях, в нефтяной и газовой промышленности, в частности в системах поддержания пластового давления. Уплотнение стыков трубопроводов высокого давления состоит из фланцев с посадочным местом под центрирующее кольцо, защитной втулки, крепежа, уплотнительного элемента Δ-образного сечения. Поверхность, образующая проходное сечение уплотнительного элемента, выполнена выпуклой в сторону центра. Уплотнительный элемент на периферии снабжен буртиком, представляющим собой односторонний клин с утолщением к периферии. В одном из фланцев выполнена замковая выемка под буртик. Фланец, расположенный со стороны нагнетания, снабжен защитной втулкой, перекрывающей открытым концом край лепестка уплотнительного элемента. Изобретение повышает надежность в эксплуатации и упрощает конструкцию уплотнения. 2 ил.

Изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию, а именно к уплотнительным устройствам трубопроводов, и может быть использовано в трубопроводах, работающих при больших давлениях, в нефтяной и газовой промышленности, в частности в системах поддержания пластового давления.

Известны устройства для уплотнения стыков трубопроводов высокого давления, включающие в себя уплотнительные элементы, фланцы и крепежные детали. В качестве уплотнительного элемента в данных конструкциях использованы металлические прокладки (медь, мягкая сталь, свинец и т.п.) [1].

Основными недостатками данных конструкций являются большая металлоемкость, обусловленная требованием надежной герметизации стыка, что влечет за собой увеличение толщины и диаметра фланцевых болтов, и значительные поперечные размеры фланцев по сравнению с диаметрами трубопроводов.

Известны устройства для уплотнения стыков трубопроводов высокого давления, содержащие фланцы, торообразные металлические уплотнительные кольца (шайбы) и крепежные детали [2].

К основным недостаткам подобных конструкций относятся большая металлоемкость, обусловленная применением торообразного кольца (шайбы), что вызывает увеличение диаметра фланцев и их утолщение из-за выполнения кольцевых канавок под торообразное кольцо, и неэффективное использование прочностных характеристик болта, которое обусловлено необходимостью выполнения предварительной затяжки болта с целью достижения надежной герметизации стыка.

Наиболее близким к предлагаемому уплотнению является принятое в качестве прототипа быстроразъемное стыковое соединение труб, на стыкуемых концах которых выполнены раструбы, содержащее эластичный уплотнительный элемент Δ-образного сечения, кулачковую сцепную муфту с радиальными выступами на полумуфтах и разрезное упругое кольцо [3].

Недостатками данной конструкции являются ее сложность и трудоемкость изготовления фланцевых узлов, обусловленные конструкцией кулачковой сцепной муфты, малая надежность в эксплуатации при высоких давлениях и расходах вследствие образования щели между стыкуемыми торцами трубопровода, приводящая к разгерметизации полостей через деформацию лепестковых участков уплотнительного элемента и, в конечном итоге, к уносу последнего потоком жидкости.

Задачей изобретения является повышение надежности в эксплуатации и упрощение конструкции уплотнения.

Технический результат достигается тем, что уплотнение стыков трубопроводов высокого давления состоит из фланцев с посадочным местом под центрирующее кольцо, центрирующего кольца, защитной втулки, крепежа и уплотнительного элемента Δ-образного сечения, а поверхность, образующая проходное сечение уплотнительного элемента, выполнена выпуклой в сторону центра, сам уплотнительный элемент на периферии снабжен буртиком, представляющим собой односторонний клин с утолщением к периферии, в одном из фланцев выполнена замковая выемка под буртик, а фланец, расположенный со стороны нагнетания, снабжен защитной втулкой, перекрывающей открытым концом край лепестка уплотнительного элемента.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено уплотнение стыков трубопроводов высокого давления, продольный разрез; на фиг.2 - посадочное место уплотнительного элемента Δ-образного сечения.

Уплотнение стыков трубопроводов высокого давления состоит из фланцев 1 и 2, защитной втулки 3, уплотнительного элемента Δ-образного сечения 4, центрирующего кольца 5, расположенного в посадочном месте 6, и крепежа 7.

Во фланцевых частях трубопровода выполнены раструбы 8 и 9 с конусными поверхностями, а во фланце 2 - замковая выемка 10 под буртик уплотнительного элемента Δ-образного сечения 4.

Уплотнение стыков трубопроводов высокого давления работает следующим образом.

Центровка фланцев 1 и 2 осуществляется при монтаже с помощью центрирующего кольца 5, расположенного в посадочном месте 6. При появлении давления в полости трубопровода лепестки уплотнительного элемента 4 еще плотнее (предварительно они уже прижаты) прижимаются к конусным поверхностям раструбов 8 и 9, появляющееся при этом осевое усилие от скоростного потока направлено на срыв уплотнительного элемента 4 с места и он удерживается на стыке трубопровода при помощи буртика, закрепленного в замковой выемке 10. Край лепестка уплотнительного элемента 4, расположенный со стороны нагнетания, защищен от воздействия на него скоростного потока защитной втулкой 3, жестко соединенной с фланцем 2.

Подобная конструкция предназначается для фланцевых стыков, находящихся на поворотных участках трубопроводов высокого давления, что продиктовано удобством монтажа и демонтажа уплотнительного элемента.

Применение уплотнения стыков трубопроводов высокого давления предлагаемой конструкции позволяет повысить эксплуатационную надежность трубопроводной системы благодаря надежному прилеганию уплотнительного элемента к поверхностям раструбов, что достигается более точным центрированием фланцев относительно друг друга и защемлением буртика уплотнительного элемента между фланцами, а также защите лепестка уплотнительного элемента от воздействия скоростного потока со стороны нагнетания втулкой защитной.

Источники информации 1. Г.Л.Вахман, С.А.Круглов. Основы конструирования аппаратов и машин нефтеперерабатывающих заводов. М. : Гостоптехиздат, 1962 г., стр. 85, рис.60 (а, б).

2. Источник тот же... стр. 85, рис.60 (в).

3. Авт. св. СССР 1492163, F 16 L 37/00. Быстроразъемное стыковое соединение труб. - прототип.

Формула изобретения

Уплотнение стыков трубопроводов высокого давления, содержащее фланцы, центрирующее кольцо, уплотнительный элемент Δ - образного сечения, отличающееся тем, что поверхность, образующая проходное сечение уплотнительного элемента, выполнена выпуклой в сторону центра, сам уплотнительный элемент на периферии снабжен буртиком, представляющим собой односторонний клин с утолщением к периферии, а в одном из фланцев выполнена замковая выемка под буртик уплотнительного элемента, фланец, расположенный со стороны нагнетания, снабжен жестко соединенной с ним защитной втулкой, перекрывающей открытым концом край лепестка уплотнительного элемента, а на наружных поверхностях фланцев выполнено посадочное место под центрирующее кольцо.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2