Фланцевое трубное соединение
Изобретение относится к средствам для соединения труб, в частности к соединению труб различного диаметра друг с другом. Трубное соединение включает в себя фланцы, соединяемые трубы, эластичное уплотнение, устанавливаемое между фланцами, и средство для стягивания фланцев. Соединение снабжено дополнительным звеном, выполненным в виде трубы большего диаметра, чем соединяемые трубы, на которых устанавливаются плавающие фланцы с центральным отверстием и эластичные уплотнения. Фланцы выполнены с центральным отверстием для прохода соединяемых труб, а у центральных отверстий фланцев, с внутренней стороны, под углом, образующим в сечении с наружной поверхностью соединяемой трубы равносторонний треугольник, выполнены фаски, а зазор между внутренней поверхностью фланцев и соединяемой трубой выполнен ступенчатым. Изобретение повышает надежность соединения. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к средствам для соединения труб, в частности к соединению труб одинакового и различного диаметров, в том числе и для соединения с другой арматурой.
Широко известно устройство для соединения труб различного диаметра, состоящее из приваренных на конце по периметру трубы, по крайней мере, четырех болтов и фланца, приваренного на трубе меньшего диаметра. При помощи болтов и гаек осуществляется соединение труб. При этом существенное значение приобретает толщина стенок труб, на которых приварены болты, поскольку при тонкостенной трубе плотно соединить трубы разного диаметра при помощи известного устройства достаточно проблематично. Так, при наворачивании гаек и возникновении при этом значительных усилий возможен отрыв болтов от трубы, деформация трубы в местах приваривания болтов, а узкая полоска торца тонкостенной трубы, контактирующая с фланцем, не обеспечивает плотного соединения труб. При этом торцы трубы и фланца должны быть выполнены идеально параллельными, поскольку при стягивании болтов при непараллельности возможно частичное касание фланца об один край торца трубы, и как следствие создается неплотное соединение, что можно отнести к недостаткам известного устройства. К тому же такая конструкция соединения требует конкретных размеров труб, например при замене поврежденного участка трубы.
Известны компенсационные соединения труб, состоящие из двух труб, на одной из которых выполнен раструб и канавка для кольцевого уплотнения. (См. справочник проектировщика. Проектирование, строительство и эксплуатация трубопроводов из полимерных материалов. Под редакцией А.Н.Шестопала и B.C.Ромейко, Москва, Стройиздат, 1985 год, стр.162, рис.14.8). Однако такие соединения рассчитаны на низконапорные трубопроводы.
Широко известны средства для соединения труб одного диаметра при помощи фланцев, приваренных к торцам труб и болтов, соединяющих два фланца - прототип. Между фланцами размещается уплотнительное средство - резина, набивка, пластмассовое уплотнение и др. (См. справочник проектировщика. Проектирование, строительство и эксплуатация трубопроводов из полимерных материалов. Под редакцией А.Н.Шестопала и B.C.Ромейко, Москва, Стройиздат, 1985 год. Стр.160-161 рис.14.2, 14.3).
К недостаткам известных средств можно отнести то, что такие соединения требуют либо утолщения труб, либо развальцовки и отбортовки концов труб, и вследствие этого их сложно использовать для соединения труб различного диаметра.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства, надежно и плотно соединяющего трубы различного диаметра, и расширение функциональных возможностей соединения.
Поставленная задача достигается тем, что соединение снабжено дополнительным звеном, выполненным в виде трубы большего диаметра, чем соединяемые трубы, и с плавающими фланцами на концах, с центральным отверстием для прохода соединяемых труб, а у центральных отверстий каждой пары соединяемых фланцев, с внутренней стороны, под углом, образующим в сечении с наружной поверхностью соединяемых труб равносторонний треугольник, выполнены фаски, причем зазор между внутренней поверхностью фланцев и соединяемой трубой выполнен ступенчатым.
Между фланцами установлено гофрированное по периметру кольцо, которое по толщине выполнено меньше зазора между стянутыми фланцами, а по внутреннему диаметру кольцо выполнено равным диаметру наиболее удаленной от продольной оси вершины равностороннего треугольника, образованного фасками фланцев.
На внутренней поверхности одного из фланцев в вершине равностороннего треугольника, образованного фасками фланцев, выполнена канавка, причем на внутренней поверхности другого фланца выполнен соответствующий канавке выступ.
Признаки того, что соединение снабжено дополнительным звеном, выполненным в виде трубы, большего диаметра, чем соединяемые трубы, и с плавающими фланцами на концах, с центральным отверстием для прохода соединяемых труб, а у центральных отверстий каждой пары соединяемых фланцев, с внутренней стороны, под углом, образующим в сечении с наружной поверхностью соединяемых труб равносторонний треугольник, выполнены фаски, причем зазор между внутренней поверхностью фланцев и соединяемой трубой выполнен ступенчатым, являются признаками новыми, промышленно осуществимыми и направлены на достижение поставленной изобретением задачи обеспечения плотного и надежного соединения труб одинакового и различного наружного диаметра. Выполнение у центральных отверстий с внутренней стороны каждого фланца фасок позволяет обеспечить плотное соединение труб различного диаметра, а выполнение фасок под углом, образующим в сечении с поверхностью трубы меньшего диаметра равносторонний треугольник, позволяет равномерно распределить создаваемую при затяжке болтов нагрузку на фаски фланцев и на поверхность трубы малого диаметра, контактирующей с эластичным уплотнением.
Установка между фланцами гофрированного по периметру кольца, которое по толщине выполнено меньше зазора между стянутыми фланцами, а по внутреннему диаметру кольцо выполнено равным диаметру наиболее удаленной от продольной оси вершины равностороннего треугольника, образованного фасками фланцев, позволяет ограничить вытеснение эластичного уплотнения через зазор между фланцами и тем самым обеспечить более надежное соединение труб.
Наличие на внутренней поверхности одного из фланцев в вершине равностороннего треугольника, образованного фасками фланцев канавки, а на внутренней поверхности другого фланца соответствующего канавке выступа позволяет усилить уплотнительные свойства соединения и предотвратить вытеснение уплотнения через зазор между фланцами.
На фиг.1 схематично представлено предлагаемое фланцевое трубное соединение труб, находящихся на расстоянии друг от друга. При этом в верхней части, выше продольной оси, показано соединение с эластичным уплотнением, а в нижней части показана геометрия равностороннего треугольника, образованного фасками.
На фиг.2 показано соединение трубы большего диаметра с трубой меньшего диаметра.
На фиг.3 а) показано соединение труб с использованием выступа и соответствующей ему кольцевой канавки на внутренних, обращенных друг к другу поверхностях фланцев, б) - соединение труб с использованием гофрированного кольца.
На фиг.4 показано соединение трубы с задвижкой.
На фиг.5 показано соединение нескольких труб при помощи крестовины.
Предлагаемое фланцевое трубное соединение состоит из соединяемых труб 1, 2 и дополнительного звена 3 для их соединения, выполненного в виде трубы большего диаметра, с фланцами 4 на концах. Соединяемые трубы 1, 2 снабжены плавающими фланцами 5. Внутренний диаметр фланцев 4, 5 выполнен равным наружному диаметру соединяемых труб 1, 2. Эластичное уплотнение 6 установлено между фасками 7 плавающего фланца 5 и жестко закрепленного фланца 4. Кольцевой выступ 8 и соответствующая ему кольцевая канавка 9, выполнены на внутренней, обращенной друг к другу стороне фланцев 4 и 5. Гофрированное кольцо 10 установлено между фланцами 4 и 5. Зазор 11, образованный внутренней поверхностью центрального отверстия каждого фланца, выполнен ступенчатым.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Исходное положение - соединение двух труб 1 и 2 одинакового диаметра между торцами которых имеется какое-то расстояние. Первоначально на обе соединяемые трубы 1 и 2 устанавливают плавающие фланцы 5, обращенные фасками 7 в сторону соединения и уплотнительные, например, резиновые кольца 6, после чего на трубу, например 2, устанавливают заранее подобранное по длине и диаметру соединяемых труб, дополнительное звено 3 с жестко закрепленными фланцами 4, а затем другой конец звена 3 устанавливают на другую трубу 1 с таким расчетом, чтобы каждая из труб 1 и 2 заходила в полость звена 3 за пределы фланцев 4. Дополнительное, изготовленное заранее звено 3 предварительно подбирают по длине, которая превышает расстояние между торцами соединяемых труб на 20-40 см.
Свободные концы труб 1 и 2, входящие в полость дополнительного звена, могут быть выполнены в пределах длины дополнительного звена 3, что позволяет использовать трубы различной, не фиксированной длины и которые хорошо обеспечивают компенсацию температурных изменений длины труб. После установки дополнительного звена 3 на соединяемые трубы 1, 2 к фаске фланца 4 перемещают эластичное уплотнение 6, затем по трубам 1, 2 пододвигают плавающие фланцы 5 и стягивают их болтами. При этом воздействие усилия затяжки болтов через фаски равномерно распространяется и распределяется на всю внутреннюю поверхность контакта уплотнения 6 с каждой трубой 1, 2. Эластичное уплотнение 6, при повышении усилия стягивания болтов, заполняет ступенчатый зазор 11, образованный между фланцами 4 и 5 и трубами 1, 2. Наличие ступени в зазоре позволяет сначала заполнить первую часть зазора, а затем, при подходе к месту с меньшим зазором, остановить дальнейшее заполнение зазора эластичным уплотнением 6. В случае обеспечения более плотного и надежного соединения труб, при использовании в системе большего давления, используют фланцы с кольцевым выступом 8 и соответствующей ему кольцевой канавкой 9. В этом случае кольцевой выступ 8 ограничивает вытеснение эластичного уплотнения в зазор между фланцами и дополнительно более надежно уплотняет зазоры 11 между соединяемыми трубами 1 и 2 и внутренней поверхностью отверстий фланцев 4 и 5. Такую же задачу, как и выступ 8, выполняет и гофрированное кольцо 10, устанавливаемое в зазор между фланцами 4 и 5. Наличие гофр на кольце 10 предотвращает смещение кольца в какую-либо одну сторону и его размещение в зазоре между фланцами ориентируется по центру зазора гофрами.
Предлагаемое фланцевое трубное соединение может быть использовано при различных соединениях с другими стандартными узлами, например с задвижкой, см. фиг.4, с крестовиной, см. фиг.5, или при соединении труб большого и малого диаметров. При этом внутренние диаметры плавающего фланца и фланца, жестко закрепленного на дополнительном звене 3, должны соответствовать наружному диаметру трубы, входящей в полость дополнительного звена, а наружные диаметры и отверстия для соединительных болтов должны совпадать.
В настоящее время автором разработана техническая документация и изготовлено несколько опытных образцов предлагаемого соединения, которые проходят опытные испытания на сетях горводоканала г.Барнаула.
По предварительной оценке фланцевое трубное соединение получилось хорошим и надежным, течи в соединениях нет, не потребовалось строгой параллельной ориентации фланцев 3 и 4 относительно друг друга, не потребовалось выполнять работы по подбору и точной подгонке длины труб. Предлагаемое фланцевое трубное соединение позволяет быстро установить изготовленное заранее дополнительное звено на концы труб нового, или, например, лопнувшего водопровода. При этом лопнувшая часть трубы водопровода может быть вырезана, а на ее место установлено дополнительное звено.
После получения окончательного заключения экспертной комиссии по проведению испытаний предлагаемое устройство намечено запустить в производство.
1. Фланцевое трубное соединение, включающее фланцы, соединяемые трубы, эластичное уплотнение, устанавливаемое между фланцами, и средство для стягивания фланцев, отличающееся тем, что соединение снабжено дополнительным звеном, выполненным в виде трубы большего диаметра, чем соединяемые трубы, и с плавающими фланцами на концах и с центральным отверстием для прохода соединяемых труб, а у центральных отверстий каждой пары соединяемых фланцев, с внутренней стороны, под углом, образующим в сечении с наружной поверхностью соединяемых труб равносторонний треугольник, выполнены фаски, причем зазор между внутренней поверхностью фланцев и соединяемой трубой выполнен ступенчатым.
2. Фланцевое трубное соединение по п.1, отличающееся тем, что между фланцами установлено гофрированное по периметру кольцо, которое по толщине выполнено меньше зазора между стянутыми фланцами, а по внутреннему диаметру кольцо выполнено равным диаметру наиболее удаленной от продольной оси вершины равностороннего треугольника, образованного фасками фланцев.
3. Фланцевое трубное соединение по п.1, отличающееся тем, что на внутренней поверхности одного из фланцев в вершине равностороннего треугольника, образованного фасками фланцев, выполнена канавка, а на внутренней поверхности другого фланца выполнен соответствующий канавке выступ.
