Быстроразъемное шарнирное соединение
Быстроразъемное шарнирное соединение предназначено для использования в сборно-разборных трубопроводах высокого давления для выполнения работ в нефтяных и газовых скважинах. Быстроразъемное шарнирное соединение содержит расточки. Последние в продольном сечении выполнены треугольной формы с острыми углами 45° относительно осей трубчатых элементов. Фиксирующие элементы выполнены в виде кольцевых секторов с установленными между ними прокладками. Кольцевые сектора в продольном сечении имеют совпадающую с профилем совмещенных расточек форму квадрата. На охватывающем трубчатом элементе имеется загрузочное отверстие. Диаметрально противоположно последнему выполнено дополнительное отверстие. Обеспечивается повышение нагрузочной способности за счет увеличения площади контактирования фиксирующих элементов. 4 ил.
Изобретение относится к разъемным соединениям трубопроводов и может быть использовано в различных областях техники, в частности, в сборно-разборных трубопроводах высокого давления для выполнения цементировочных, продавочных и ремонтных работ в нефтяных и газовых скважинах.
Известно шарнирное соединение трубчатых элементов, содержащее расположенные в расточках сопряженных поверхностей соединяемых трубчатых элементов фиксирующие элементы. Расточки соединяемых элементов выполнены с торцовыми поверхностями по нормали относительно оси шарнирного соединения, фиксирующие элементы выполнены в виде цилиндрических роликов и расположены в расточках с контактом торцовых поверхностей роликов и расточек. Кроме того, в трубчатом охватываемом элементе выполнен радиальный канал, в котором установлена пробка. (Патент 2073813, RU МПК F 16 L 37/22, 1991).
Недостатком известного устройства является низкая нагрузочная способность, обусловленная тем, что на торцовых поверхностях цилиндрических роликов и расточек трубчатых элементов возникают высокие контактные напряжения, вызванные высоким давлением среды при малой поверхности контактирования последних, что вызывает повышенный износ трущихся поверхностей. Кроме того, шарнирное соединение имеет низкие эксплуатационные свойства, так как наличие одного радиального канала в трубчатом элементе не позволяет осуществить качественную смазку фиксирующих элементов без разборки трубчатых элементов.
Задачей изобретения является повышение нагрузочной способности за счет увеличения площади контактирования фиксирующих элементов и улучшение качества смазки фиксирующих элементов.
Задача достигается тем, что в быстроразъемном шарнирном соединении, содержащем расположенные в расточках сопряженных поверхностей соединяемых трубчатых элементов фиксирующие элементы и загрузочное отверстие для них, выполненное на охватывающем трубчатом элементе, расточки соединяемых трубчатых элементов в продольном сечении выполнены треугольной формы с острыми углами 45° относительно осей трубчатых элементов, а фиксирующие элементы выполнены в виде кольцевых секторов, между которыми установлены прокладки, причем в продольном сечении кольцевые сектора имеют форму квадрата, которая совпадает с профилем совмещенных расточек, кроме того, на охватывающем трубчатом элементе диаметрально противоположно загрузочному отверстию выполнено дополнительное отверстие.
Отличительные особенности предложенной конструкции, а именно, форма фиксирующих элементов и адекватная им форма расточек трубчатых элементов, позволяют существенно увеличить площадь контакта фиксирующих элементов с опорными поверхностями расточек трубчатых элементов. Это позволяет снизить контактные напряжения, возникающие между трущимися поверхностями фиксирующих элементов и расточек трубчатых элементов. Установка прокладок между кольцевыми секторами позволяет равномерно заполнить полое кольцевое пространство, образованное расточками. В результате предложенная конструкция существенно повышает нагрузочную способность соединения. Выполнение дополнительного отверстия, расположенного диаметрально противоположно загрузочному отверстию, позволяет производить качественную смазку фиксирующих элементов без разборки трубчатых элементов.
На фиг.1 изображено шарнирное соединение, продольный разрез, на фиг.2 - узел В фиг.1 (без фиксирующего элемента) в увеличенном масштабе, повернуто, на фиг.3 - поперечное сечение А-А фиг.1 (в увеличенном масштабе, повернуто), на фиг.4 - сечение Б-Б фиг.3 (повернуто).
Шарнирное соединение содержит трубчатый охватываемый элемент 1, соединенный с трубчатым охватывающим элементом 2 посредством фиксирующих элементов в виде кольцевых секторов 3, которые получают разрезанием из одного кольца. Кольцевые сектора 3 размещены в расточках 4 и 5 треугольной формы с углами 45°, выполненных на внешней поверхности трубчатого элемента 1 и на внутренней поверхности трубчатого элемента 2. Между кольцевыми секторами 3 установлены прокладки 6 толщиной, равной ширине разрезов кольца, из которого изготовлены кольцевые сектора 3. В трубчатом элементе 2 выполнено резьбовое отверстие 7, предназначенное для загрузки кольцевых секторов 3 и прокладок 6. В отверстие 7 герметично установлена пробка 8. Диаметрально противоположно отверстию 7 выполнено дополнительное отверстие 9 для смазки кольцевых секторов 3, в которое установлена пробка 10.
Работа шарнирного соединения осуществляется следующим образом.
Шарнирное соединение обеспечивает свободу относительного поворота частей трубопровода, на периоды ведения его монтажа и транспортировки перекачиваемой среды при пульсирующем характере ее подачи, а также при незначительных возвратно-поступательных перемещениях источника давления - поршневого насоса. Сборка соединения осуществляется введением трубчатого элемента 2 в трубчатый элемент 1. При этом необходимо совместить кольцевые профилированные расточки 4 и 5 трубчатых элементов 1 и 2 относительно друг друга. Затем через загрузочное отверстие 7, поворачивая трубчатые элементы 1 и 2 относительно друг друга поочередно вставить кольцевые сектора 3 и прокладки 6. В результате кольцевое пространство, образованное расточками 4 и 5, заполняется более плотно и равномерно. Далее герметично установить пробки 8 и 10 соответственно в отверстия 7 и 9.
При появлении давления среды в трубопроводе, соединение начинает воспринимать осевые силы F, которые воспринимаются торцовыми поверхностями T1 и Т2 кольцевых секторов 3, контактирующими с опорными поверхностями расточек 4 и 5 в трубчатых элементах 1 и 2. Поскольку контактирование между последними осуществляется по всей поверхности, уменьшаются контактные напряжения в кольцевых секторах. 3. В процессе эксплуатации необходимо периодически смазывать кольцевые сектора 3. Для этого необходимо вывернуть пробки 8 и 10 и через отверстие для смазки 9 произвести шприцевание смазкой кольцевых секторов до появления смазки в отверстии 7.
Таким образом, такое выполнение конструкции шарнирного соединения позволяет повысить нагрузочную способность и долговечность шарнирного соединения за счет снижения контактных напряжений, и улучшить качество смазки фиксирующих элементов, а следовательно повысить эксплуатационные свойства соединения.
Формула изобретения
Быстроразъемное шарнирное соединение, содержащее расположенные в расточках сопряженных поверхностей соединяемых трубчатых элементов фиксирующие элементы и загрузочное отверстие для них, выполненное на охватывающем трубчатом элементе, отличающееся тем, что расточки соединяемых трубчатых элементов в продольном сечении выполнены треугольной формы с углами 45° относительно осей трубчатых элементов, а фиксирующие элементы выполнены в виде кольцевых секторов, между которыми установлены прокладки, причем в продольном сечении кольцевые сектора имеют форму квадрата, которая совпадает с профилем совмещенных расточек, кроме того, на охватывающем трубчатом элементе диаметрально противоположно загрузочному отверстию выполнено дополнительное отверстие.
РИСУНКИ
