Неразъёмное соединение рукавов высокого давления

Изобретение относится к машиностроению для производства армированных гибких трубопроводов высокого давления. Неразъемное соединение рукава высокого давления содержит рукав, состоящий из герметизирующего слоя и силового слоя на основе арамидного жгута, пропитанного эластомерным связующим. Ниппель с кольцевыми герметизирующими выступами, выполненными в зоне силовой заделки рукава, с проточкой на наружной поверхности и обжимающий слой в зоне заделки рукава. При этом ниппель в зоне заделки силового слоя рукава выполнен в виде усеченного конуса с вершиной в сторону рукава с углом конуса 6-10° с закруглением в зоне перехода основания конуса и образующей. В зоне заделки герметизирующего слоя рукава ниппель выполнен тонкостенным с кольцевыми выступами и впадинами. Причем герметизирующие кольцевые выступы и впадины в зоне заделки герметизирующего слоя рукава выполнены в радиальном и осевом направлениях в теле ниппеля. Технический результат заключается в повышении надежности соединения рукавов высокого давления. 3 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для производства армированных гибких рукавов высокого давления.

Существующие гибкие рукава высокого давления представляют собой многокомпонентные системы, состоящие в основном из следующих частей: гибкий армированный рукав и стальные законцовки, предназначенные для присоединения в систему и соединения с гибким рукавом. Недостатком таких гибких рукавов высокого давления является недостаточная надежность и потери герметичности в соединении стальные законцовки - гибкий рукав [см. книгу Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. М. «Машиностроение, 1971 г., стр. 531].

Конструкция известного соединения по патенту РФ №2355937, МПК⁷ F16L 33/207 опубл. 20.05.2009 г. представляет собой следующее: на наружной поверхности армированного рукава установлена муфта с внутренними уплотняющими кольцевыми выступами, в рукаве с муфтой размещен ниппель с наружными уплотнительными кольцевыми выступами до упора друг в друга. Уплотнение происходит путем обжатия муфты. Недостатками данной конструкции и большинства известных уплотненных по наружной поверхности является:

- во-первых, в результате старения материала рукава возможна потеря герметичности;

- во-вторых, в том, что муфта имеет диаметр заведомо больший, чем диаметр рукава и уменьшается путем обжима до меньшего, а за счет внутреннего высокого давления будет стремиться возвращаться в исходное состояние. Все это снижает надежность герметичного соединения в зонах законцовки - рукав.

Наиболее близким аналогом неразъемного соединения, выбранным в качестве прототипа, является изобретение по патенту РФ №2552015, МПК⁷ F16L 33/00 по заявке №2014111868 от 27.03.2014 г.

Отличительными признаками известного неразъемного соединения рукава высокого давления являются следующие:

- в герметизирующем слое рукава на концевых участках установлены ступенчатые гладкие гильзы, причем часть их выполнена с внутренним диаметром, равным проходному диаметру рукава, а обращенная к ниппелю часть большего диаметра выполнена с внутренним диаметром больше диаметра выступов ниппеля, наружный диаметр гильзы меньше наружного диаметра герметизирующего слоя;

- часть гильзы большего диаметра установлена в герметизирующем слое рукава с возможностью образования зазора между гильзой и герметизирующим слоем рукава при подаче давления в рукав;

- обжимающий слой и силовой слой рукава имеют монолитную конструкцию и выполнены на основе арамидного жгута, пропитанного эластомерным связующим.

Основным недостатком известного соединения является необходимость увеличения длины негибкой части гибкого рукава, кроме того при изготовлении имеются технологические трудности, связанные с нанесением клеев (адгезивов) на одни части и смазки на другие части ниппеля и гильзы.

Изобретение решает задачу повышения надежности и технологичности соединения рукавов высокого давления для давлений до и более 150,0 МПа при диаметре рукавов 50-150 мм и более.

Основная задача решена, и технический результат достигнут за счет новой конструкции и концепции в соединении новой конструкции ниппеля с рукавом, содержащим герметизирующий и силовой слои, с обжимающим слоем в зоне заделки рукава.

Для достижения поставленной цели в заявляемом изобретении ниппель в зоне заделки силового слоя рукава выполнен в виде усеченного конуса с вершиной в сторону рукава с углом конуса 6-10° с закруглением в зоне перехода основания конуса и образующей, а герметизирующие кольцевые выступы и впадины в зоне заделки герметизирующего слоя рукава выполнены и в радиальном и осевом направлениях в теле ниппеля. Выполнение ниппеля в виде усеченного конуса с вершиной в сторону рукава уменьшает осевое усилие от высокого давления за счет уменьшения толщины гермослоя, а угол 6-10° обеспечивает технологическую возможность намотки силовой оболочки на эластичных связующих без сползания кольцевых слоев при намотке, определен экспериментально.

Указанные признаки конструктивно взаимосвязаны и являются существенными, т.к. каждый из них и все совместно направлены на решение поставленной задачи с достижением цели, технического результата.

Использование единой совокупности существенных отличительных признаков в известном уровне техники не обнаружено, что характеризует соответствие заявляемого технического решения критерию «новизна». Данное техническое решение является результатом опытно-конструкторской работы по созданию гибких рукавов высокого давления до 150 МПа диаметром ∅76 и ∅100 мм для гидроразрыва пластов. В данном техническом решении реализована новая концепция технологии одновременной герметизации с использованием эффекта усадки материала гермослоя и объемного обжатия материала гермослоя с прижатием к ниппелю при высоком давлении в рукаве. Решение по заявке неочевидно, что свидетельствует о его соответствии критерию «изобретательский уровень».

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе, может быть многократно использована в конструкциях трубопроводов, концевых арматур рукавов высокого давления ограниченных типоразмеров. При этом обеспечивается увеличение надежности.

Сущность изобретения поясняется чертежом - Фиг. 1, выносным видом В - Фиг. 2, и изометрией общего вида - Фиг. 3.

Конструкция неразъемного соединения рукавов содержит ниппель 1 с кольцевыми выступами и впадинами, проточкой на наружной поверхности 2 и герметизирующий эластомерный слой 3, составляющий общий конструктивный элемент, получаемый при литье герметизирующего слоя в форме с установленным ниппелем 1, намотанный по всей длине рукава силовой слой 4 на основе арамидного жгута, пропитанного эластичным связующим (например, полиуретаном СУРЭЛ ТФ-228), и обжимающий слой 5, намотанный на концевых участках рукава в проточках 2, выполненный на основе арамидного или углеродного жгутов, пропитанных эпоксидным связующим, составляющие монолитную конструкцию. Ниппель 1 в зоне заделки силового слоя рукава выполнен в виде усеченного конуса с вершиной в сторону рукава с углом конуса 6-10° с закруглением Б в зоне перехода основания 7 конуса и образующей. При этом часть ниппеля 1 с герметизирующими выступами выполнена тонкостенной с кольцевыми выступами и впадинами 6 в радиальном и осевом направлениях для заделки герметизирующего слоя для обеспечения объемного сжатия эластичного материала герметизирующего слоя в впадинах.

Сборка неразъемного соединения рукавов высокого давления осуществляется следующим образом. В заливочную форму закладываются стальные законцовки, ниппель 1 своей частью, выполненной тонкостенной с кольцевыми выступами и впадинами устанавливается в форму под заливку, при этом на поверхности ниппеля, контактирующие с герметизирующим слоем, наносится клей; тонкостенная часть, ограниченная усеченной конической оболочкой ниппеля заполняется эластомерным герметизирующим слоем 3. После термообработки герметизирующего слоя рукава, на его наружную поверхность технологией мокрой намотки наматывается силовой слой 4 на основе арамидного жгута, пропитанного эластомерным связующим с адгезией к герметизирующему слою 3 спиральной намоткой с углом намотки в 55° и шагом намотки от 1 до 8 мм, на концевых участках рукава в зонах расположения законцовок радиальной намоткой 85° наматывается дополнительно обжимающий слой 5 в зоне заделки из высокомодульного арамидного или углеродного жгутов, пропитанных эпоксидным связующим, представляющих монолитную конструкцию с силовым слоем 4 с физико-химическими связями с эластичным связующим.

Рабочая среда внутри рукава под давлением прижимает герметизирующий слой к внутренней поверхности тонкостенной части усеченной конической оболочки ниппеля с деформированием тонкостенной части ниппеля с реализацией объемного сжатия герметизирующего слоя в впадинах в радиальном и осевом направлениях, обеспечивая герметичность соединения ниппеля с герметизирующим слоем рукава при высоких давлениях.

По заявляемым материалам изобретения изготовлены рукава высокого давления до 150 МПа (рабочее давление 105 МПа) с внутренним диаметром ∅76 мм, ∅100 мм. Проведены испытания на прочность и герметичность в объеме свыше 50 циклов нагружения. Полученные результаты позволили рекомендовать рукава для очень ответственного применения с рабочими давлениями до 105 МПа.

Представленное новое техническое решение в предложенной совокупности существенных признаков позволяет создать рукава высокого давления более эффективные по сравнению с известным уровнем техники, воспроизводимо промышленным способом, и соответствует также критерию «промышленная применимость», т.е. уровню изобретения.

Неразъемное соединение рукава высокого давления, содержащее рукав, состоящий из герметизирующего слоя и силового слоя на основе арамидного жгута, пропитанного эластомерным связующим, ниппель с кольцевыми герметизирующими выступами, выполненными в зоне силовой заделки рукава, с проточкой на наружной поверхности и обжимающий слой в зоне заделки рукава, отличающееся тем, что ниппель в зоне заделки силового слоя рукава выполнен в виде усеченного конуса с вершиной в сторону рукава с углом конуса 6-10° с закруглением в зоне перехода основания конуса и образующей, а в зоне заделки герметизирующего слоя рукава выполнен тонкостенным с кольцевыми выступами и впадинами, причем герметизирующие кольцевые выступы и впадины в зоне заделки герметизирующего слоя рукава выполнены в радиальном и осевом направлениях в теле ниппеля.