ЗАЖИМНОЕ КОЛЬЦО ДЛЯ ФИТТИНГА
CLAMPING RING FOR FITTING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение имеет отношение к зажимным кольцам для механических соединительных устройств (муфт) трубопроводов; в частности настоящее изобретение относится к зажимному кольцу для механических устройств для соединения труб, которое обычно применяется на концах всех соединительных устройств, куда можно быстро вставить трубу. Соединительные устройства являются типовыми, при этом настоящее изобретение предназначено для использования в любых условиях, где применимы зажимные кольца.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Вставное соединительное устройство трубопровода, также называемое надвижным соединительным устройством для труб, обычно состоит из основного корпуса, уплотнительного кольца из эластомера, кольцевой детали, которую можно соединить с основным корпусом, и зажимного кольца, закрепляющего в определенном положении конец трубы, вставленный в надвижное соединительное устройство. Как правило, зажимное кольцо позволяет плавно ввести трубу в соединительное устройство, но не позволяет вынуть ее из него. Согласно данному изобретению зажимное кольцо обеспечивает улучшенный механизм блокировки, который позволяет добиться постоянного механического зажатия конца трубы, вставленного в надвижное соединительное устройство.
Множество механических соединительных устройств используются в трубопроводных системах, по которым транспортируются жидкости с температурой до 110°С и выше и давлением до 1000 фунт/кв.дюйм. Соединительные устройства данного типа обычно применяются в водопроводных системах, но могут быть задействованы и в системах для жидкостей других типов, включая токсичные и летучие химические вещества. Соединительные устройства рассчитаны на использование в трубопроводных системах без появления протечек в течение длительного периода времени, который, как правило, составляет 50 лет и более.
Существует несколько типов зажимных колец, относящихся к предшествующему уровню техники, которые применяются в промышленности для закрепления труб в определенном положении. Наиболее широкое распространение получил следующий.
На Фигуре 13 (предшествующий уровень техники) показан прототип зажимного кольца 10 с одним или более круговыми зубцами 20, сходными с зубцами пилы, а также одним или более разрезами 30, которые позволяют уменьшить внутренний диаметр зажимного кольца, когда зубцы проталкиваются внутрь внешней гайкой (не показана). В заявке на патент США 20050084327 Дэвида Челчовски с соавторами (David Chelchowski et al.) представлено такое зажимное кольцо, которое может ослабнуть в течение срока службы соединительного устройства. Чаще всего используется механизм, действующий по принципу зубьев пилы, который позволяет трубе при вставлении проходить под некоторым углом к зубцам, в то время как при извлечении трубы из соединительного устройства края зубцов врезаются в ее внешнюю поверхность и блокируют трубу в определенном положении.
Следовательно, не только требуется, но и будет полезно иметь зажимное кольцо, которое блокирует трубу с большей силой, а также увеличивает зажимную силу кольца при попытке извлечь трубу из соединительного устройства.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Основной целью настоящего изобретения является создание зажимного кольца, которое функционально объединяется с соединительными устройствами для труб, в частности с надвижными соединительными устройствами для труб. Соединительное устройство с каждой стороны состоит из корпуса, гайки, кольцевого уплотнения и зажимного кольца.
В соответствии с идеями настоящего изобретения, в заявке представлено зажимное кольцо для соединительного устройства для труб, которое состоит из не менее чем двух цилиндрических деталей с отверстием, через которое вставляется труба с продольной осью, при этом устройство характеризуется тем, что зажимное кольцо располагается у каждой цилиндрической детали, чтобы быстро закрепить вставленную трубу. Зажимное кольцо состоит из следующих деталей:
a) кольцевой корпус;
b) внутренняя поверхность;
c) внешняя поверхность;
d) первая сторона, функционально расположенная непосредственно рядом с отверстием цилиндрической детали соединительного устройства;
e) вторая сторона, функционально расположенная на расстоянии от отверстия цилиндрической детали соединительного устройства;
f) разрез в корпусе зажимного кольца, идущий от первой до второй стороны;
g) не менее одного сегментированного зажимного зубца, расположенного на указанной внутренней поверхности.
Внутренняя поверхность обычно имеет цилиндрическую форму. Внешняя поверхность имеет коническую форму, при этом узкий конец корпуса находится у первой стороны зажимного кольца. Когда зажимное кольцо не стянуто, расстояние между двумя противоположными сегментами каждого сегментированного зажимного зубца меньше, чем внешний диаметр вставленной трубы.
Согласно предпочтительному варианту настоящего изобретения зажимное кольцо дополнительно состоит, по меньшей мере, из одного сплошного кругового зажимного зубца, расположенного на указанной внутренней поверхности. Кольцо характеризуется тем, что сплошной круговой зажимной зубец расположен на внутренней поверхности ближе к первой стороне зажимного кольца, при этом, по крайней мере, один сегментированный зажимной зубец находится рядом со сплошным зубцом.
В предпочтительном варианте данного изобретения коническая внешняя поверхность также является сферической. Следовательно, когда зажимное кольцо сжимается, края сплошного кругового зажимного зубца и сегментированных зажимных зубцов движутся к центру практически перпендикулярно внешней поверхности вставляемой трубы.
Профиль сплошных круговых зажимных зубцов и сегментированных зажимных зубцов имеет форму зубца пилы, характеризующуюся тем, что более пологая сторона зубцов располагается ближе к первой стороне кольца. Высота сплошных круговых зажимных зубцов относительно внутренней поверхности меньше высоты сегментированных зажимных зубцов относительно той же поверхности.
Объектом настоящего изобретения является то, что зажимные зубцы зажимного кольца изготовлены из более твердых материалов, нежели материал вставляемой трубы.
Согласно вариантам данного изобретения один из сплошных круговых зажимных зубцов расположен на внутренней поверхности у первой стороны зажимного кольца, а несколько сегментированных зажимных зубцов находятся рядом со сплошным зубцом.
Согласно способам осуществления данного изобретения два сплошных круговых зажимных зубца расположены на внутренней поверхности у первой стороны зажимного кольца, а несколько сегментированных зажимных зубцов находятся рядом со сплошными зубцами.
Согласно способам осуществления данного изобретения на внутренней поверхности расположены чередующиеся пары зубцов, каждая из которых состоит из одного сплошного кругового зажимного зубца и одного сегментированного зажимного зубца, при этом первый сплошной круговой зажимной зубец находится рядом с первой стороной зажимного кольца.
Согласно способам осуществления данного изобретения сегментированные зажимные зубцы включают в себя несколько сегментов практически одинакового размера. Как правило, край каждого сегмента образует прямую линию. В некоторых способах осуществления настоящего изобретения сегменты каждого сегментированного зажимного зубца совпадают с соответствующими сегментами соседних сегментированных зубцов. В других вариантах изобретения сегменты всех сегментированных зажимных зубцов сдвинуты относительно соответствующих сегментов смежных зубцов.
Когда труба вводится в отверстие цилиндрической детали соединительного устройства, внутренняя поверхность трубы скользит по уплотнительному кольцу, при этом обеспечивается полноценное уплотнение внутренней полости трубы. Пока труба продолжает двигаться внутрь, ее внешняя поверхность проходит по сплошному зажимному зубцу и расширяет продольное отверстие зажимного кольца относительно продольной оси трубы. При дальнейшем продвижении внешняя поверхность трубы скользит по сегментированным зажимным зубцам, пока ее край не касается ограничителя. После того как труба достигла ограничителей всех цилиндрических деталей соединительного устройства, в него подается жидкость под давлением, например вода. Созданное внутреннее давление приводит к появлению сил, которые стремятся вытеснить вставленные трубы из соединительного устройства, в то время как движение труб наружу приводит в действие зажимное кольцо.
Работа зажимного кольца включает следующие этапы:
a) коническая и сферическая внешняя поверхность зажимного кольца соприкасается с конической внутренней поверхностью гайки соединительного устройства;
b) коническая внутренняя поверхность гайки толкает зажимное кольцо внутрь в направлении продольной оси трубы и, таким образом, сжимает зажимное кольцо;
c) сегменты сегментированных зажимных зубцов принудительно сдвигаются внутрь в направлении указанной продольной оси трубы и, таким образом, усиливают зажатие труб для фиксации их в определенном положении;
d) сплошной зажимной зубец также соприкасается с внешней поверхностью трубы; и
е) сплошные зажимные зубцы врезаются во внешнюю поверхность трубы, еще больше усиливая воздействие зажимного кольца на соответствующие трубы.
Согласно способам осуществления настоящего изобретения, где зажимное кольцо состоит только из одного или нескольких сегментированных зажимных зубцов, при введении трубы в отверстие цилиндрической детали соединительного устройства внутренняя поверхность трубы проходит по уплотнительному кольцу, при этом обеспечивается полноценное уплотнение внутренней полости трубы. При дальнейшем движении внешняя поверхность трубы скользит по сегментированным зажимным зубцам и расширяет продольное отверстие зажимного кольца относительно продольной оси трубы. Труба продолжает двигаться, пока ее край не достигнет ограничителя.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Подробное описание и сопутствующие чертежи приведены ниже для полного понимания настоящего изобретения. Чертежи даны только для ознакомления и в качестве примера, а следовательно, не ограничивают данное изобретение. Они включают следующее:
ФИГ.1 - боковая проекция надвижного соединительного устройства с двумя зажимными кольцами согласно способам осуществления настоящего изобретения;
ФИГ.2 - разрез надвижного соединительного устройства трубопровода по линии С-С, показанной на Фигуре 3;
ФИГ.3 - вид зажимного кольца сбоку в перспективе согласно способам осуществления настоящего изобретения;
ФИГ.4 - вид зажимного кольца сзади в перспективе согласно способам осуществления настоящего изобретения;
ФИГ.5 - вид зажимного кольца в перспективе со вставленной в него трубой согласно способам осуществления настоящего изобретения;
ФИГ.6 - - вид зажимного кольца сзади согласно способам осуществления настоящего изобретения;
ФИГ.7 - разрез зажимного кольца по линии А-А, показанной на Фигуре 6;
ФИГ.8 - увеличенный местный вид В, показанный на Фигуре 7;
ФИГ.9 - перспективный вид надвижного соединительного устройства для труб с двумя зажимными кольцами и концами двух труб, которые данное устройство должно соединить, согласно способам осуществления настоящего изобретения;
ФИГ.10 - перспективный вид надвижного соединительного устройства для труб, показанного на Фигуре 9, и одного конца трубы, введенного в него;
ФИГ.11 - перспективный вид надвижного соединительного устройства для труб, показанного на Фигуре 9, и одной изогнутой трубы;
ФИГ.12а и 12b - виды зажимных колец в перспективе согласно способам осуществления настоящего изобретения; и
ФИГ.13 (предшествующий уровень техники) - пример прототипа зажимного кольца.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ СПОСОБОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Далее дается более подробное описание настоящего изобретения со ссылками на приведенные чертежи, на которых показаны предпочтительные способы осуществления изобретения. Однако данное изобретение можно реализовать в нескольких различных формах, поэтому представленные здесь способы осуществления нельзя рассматривать как ограничивающие объем изобретения. Скорее данные способы осуществления приведены для того, чтобы объяснение было всесторонним и исчерпывающим, а также полностью передавало объем изобретения для специалистов в данной области техники.
Если не указано иное, все использованные в этом документе технические и научные термины имеют то же значение, которое обычно понимается под ними обычными специалистами в той области техники, к которой принадлежит изобретение. Способы и примеры приведены только для пояснения и не являются ограничивающими.
В качестве вступления, основным назначением данного изобретения является создание зажимных колец, функционально объединенных с соединительными устройствами для труб, в частности с надвижными соединительными устройствами для труб, где на каждой стороне надвижного соединительного устройства для труб используется, по крайней мере, одно зажимное кольцо.
А теперь обратимся к чертежам. На Фигуре 1 показана боковая проекция надвижного соединительного устройства для труб 100, а на Фигуре 2 - разрез соединительного устройства 100 с Фигуры 1 по линии С-С. На Фигуре 2 соединительное устройство 100 содержит два зажимных кольца 130 согласно способам осуществления настоящего изобретения. Соединительное устройство 100 также включает в себя корпус 110, гайки 120 и кольцевые уплотнения 140. Гайка 120 (Фигуры 1 и 2) имеет коническую внутреннюю поверхность 122, ступенчатый ограничитель 124, отверстие 126, в которое вставляется труба, и коническую поверхность 128 у входного отверстия. Корпус 110 соединительного устройства 100 включает коническую внешнюю поверхность 118 у входного отверстия с каждой стороны и пазы 112, в которых расположены кольцевые уплотнения 140.
Также ссылка делается на Фигуры 3-7. На Фигуре 3 приведена боковая проекция зажимного кольца 130 в перспективе согласно способам осуществления настоящего изобретения, а на Фигуре 4 - вид зажимного кольца 130 с Фигуры 3 сзади в перспективе. На Фигуре 5 дан вид зажимного кольца в перспективе со вставленной в него трубой согласно способам осуществления настоящего изобретения; Фигура 6 - это боковая проекция зажимного кольца 130, согласно способам осуществления настоящего изобретения; Фигура 7 содержит разрез зажимного кольца 130 по линии А-А согласно способам осуществления настоящего изобретения, а Фигура 8 - увеличенный местный вид В, приведенный на Фигуре 7.
Зажимное кольцо 130 располагается внутри соединительного устройства 100 на стенке 114 корпуса 110. Зажимное кольцо 130 имеет кольцевую конструкцию, характеризующуюся тем, что в продольном сечении внешняя поверхность 132 зажимного кольца 130 имеет коническую форму. На внутренней поверхности 134 зажимного кольца 130 находятся два типа круговых зажимных зубцов (150 и 152). Согласно настоящему изобретению необходимо, чтобы зажимное кольцо 130 допускало радиальные деформации, а разрез 136 позволял зажимному кольцу 130 сжиматься. По настоящему изобретению для повышения эффективности зажатия желательно, чтобы внешняя поверхность 132 зажимного кольца 130 имела сферическую форму.
Согласно предпочтительному способу осуществления данного изобретения на внутренней поверхности 134 зажимного кольца 130 находятся круговые зажимные зубцы 150 и 152. Они характеризуются тем, что первый круговой зажимной зубец (предпочтительно) - это зажимной зубец 150 (относительно узкой стороны конического зажимного кольца 130), который имеет постоянное поперечное сечение, характерное для зубцов пилы (Фигура 8). Зажимное кольцо 130 спроектировано таким образом, что при введении трубы 52 в соединительное устройство 100 в направлении 55 труба 52 входит в зажимное кольцо 130 с его узкого конца и сначала соприкасается с зажимным зубцом 150, а затем скользит по его более пологой стороне. Если труба 52 перемещается в противоположном направлении 56, зажимной зубец 150 врезается в ее внешнюю поверхность и блокирует трубу 52 в определенном положении.
На внутренней поверхности 134 зажимного кольца 130 также находится один или несколько круговых зажимных зубцов 152. Желательно, чтобы их было не менее двух. Зажимной зубец 152 состоит из нескольких сегментов 154, при этом предпочтительнее, чтобы сегменты каждого соседнего зажимного зубца были сдвинуты относительно друг друга. Например, сегменты 154 зажимного зубца 152b (Фигура 7) сдвинуты наполовину собственной длины относительно сегментов 154 зажимного зубца 152а, а сегменты 154 зажимного зубца 152с сдвинуты на половину собственной длины относительно сегментов 154 зажимного зубца 152b. Таким образом, в этом примере сегменты 154 зажимного зубца 152а и зажимного зубца 152с совпадают. Предпочтительно, чтобы края 153 сегментов 154 образовывали практически прямые линии.
Предпочтительнее, чтобы зажимной зубец 150 был первым круговым зажимным зубцом относительно узкой стороны конического зажимного кольца 130. Высота зажимного зубца 150 меньше высоты зажимных зубцов 152 на расстояние 190.
Кроме того, на Фигуре 9 дан перспективный вид надвижного соединительного устройства для труб 100 с концами двух труб 50 и 52, которые данное устройство 100 должно соединить согласно способам осуществления настоящего изобретения. Диаметр D (Фигуры 6 и 7) представляет собой расстояние между двумя противоположными сегментами зажимного зубца 152 (как-то, сегментами 154а и 154b, показанными на Фигуре 4) в несжатом состоянии; он меньше внешнего диаметра D1 трубы 52. Твердость материалов, из которых изготовлены зажимные зубцы 150 и 152, превышает твердость материала трубы 52.
Также см. Фигуру 10, на которой представлен перспективный вид надвижного соединительного устройства для труб 100, показанного на Фигуре 9, и конца одной трубы, введенной в него. Когда труба 50 вставляется в соединительное устройство 100, усилия прилагаются к различным частям устройства 100.
Труба 50 вставляется в соединительное устройство 100 через коническую поверхность 118, при этом конические поверхности 128 и 118 центрируют движение трубы 50 относительно оси соединительного устройства 100. Внутренняя поверхность 127 гайки 120 совмещает ось трубы 50 с осью соединительного устройства 100.
Когда труба 50 продвигается внутрь, ее внутренняя поверхность проходит по кольцевым уплотнениям 140 и сжимает их. Таким образом достигается полноценное уплотнение внутренней полости трубы 50. Когда труба 50 продолжает движение, ее внешняя поверхность достигает зажимного зубца 150 зажимного кольца 130, проходит по зажимному зубцу 150 и раздвигает разрез 136 зажимного кольца 130. Труба 50 продолжает двигаться поверх зажимных зубцов 152, пока ее край не достигнет ограничителя 114.
Поскольку D меньше D1, зажимное кольцо 130 охватывает внешнюю поверхность трубы 50. При этом силы, с которыми зажимное кольцо 130 сжимает внешнюю поверхность трубы 50, напрямую зависят от разницы (D-D1). Сила, с которой зажимное кольцо 130 охватывает внешнюю поверхность трубы 50, также зависит от материала самого зажимного кольца 130.
Первоначально только центральные точки 156 кромок 153 сегментов 154 удерживают внешнюю поверхность трубы 50 (Фигура 5). В этот момент зажимной зубец 150 не касается или не удерживает внешнюю поверхность трубы 50. При расположении центральных точек 156 кромок 153 сегментов 154 на внешней поверхности трубы 50 создается форма разъемного зажимного кольца 130 независимо от кривизны трубы 50. Необходимо отметить, что все описанные операции с трубой 50 также имеют отношение и к трубе 52.
Когда жидкость, например вода, под давлением подается в соединительное устройство 100, внутреннее давление, создаваемое в трубах 50 и 52, образует силы, которые пытаются вытолкнуть трубы 50 и 52 из соединительного устройства 100. Движение труб 50 и 52 наружу приводит в действие зажимное кольцо 130.
Коническая и сферическая поверхность 132 зажимного кольца 130 соприкасается с конической поверхностью 122 гайки 120. Таким образом сферическая поверхность 132 проталкивается внутрь, когда зажимное кольцо 130 сжимается. Сегменты 154 зажимных зубцов 152 принудительно продвигаются внутрь, усиливая зажатие труб 50 и 52 и врезаясь в их внешнюю поверхность с целью блокировки труб 50 и 52 в определенном положении. При определенном уровне проникновения сегментов 154 в трубы 50 и 52 зажимной зубец 150 также достигает внешней поверхности труб 50 и 52. Дальнейшее сжатие зажимных колец 130 приводит к врезанию и зажимного зубца 150 во внешнюю поверхность труб 50 и 52, что еще больше усиливает крепление труб 50 и 52 в зажимных кольцах 130.
Также см. Фигуру 11, на которой дан перспективный вид надвижного соединительного устройства для труб 100, показанного на Фигуре 9, и трубы 52 с изгибом. Когда жидкость под давлением подается в соединительное устройство 100, внутреннее давление, создаваемое в трубах 50 и 52, приводит к появлению сил, пытающихся вытолкнуть трубы 50 и 52 из соединительного устройства 100. Движение трубы 52 наружу идет по криволинейной траектории, зависящий от криволинейности самой трубы 52. Однако на движение зажимных зубцов 150 и 152 внутрь криволинейность трубы 52 не влияет благодаря сферической форме поверхности 132. Эта поверхность направляет движение зубцов 150 и 152 внутрь таким образом, что они располагаются практически перпендикулярно продольной оси трубы 52.
Зажимные зубцы 150 и 152 перестают продвигаться внутрь, когда поверхность 134 достигает внешней поверхности труб 50 и 52 или когда зажимное кольцо 130 достигает ограничителя 124
Необходимо отметить, что сегменты 154 зажимных зубцов 152 производят первоначальное зажатие труб 50 и 52. Поскольку сегменты 154 каждого соседнего зажимного зубца 152 сдвинуты, за счет лучшего распределения точек соприкосновения 156 достигается более качественное и сильное зажатие труб 50 и 52. Например, сегменты 154 зажимного зубца 152а могут быть смещены на половину собственной длины относительно сегментов 154 зажимного зубца 152b (Фигура 7). Следовательно, в этом примере сегменты 154 зажимного зубца 152а и зажимного зубца 152b совпадают. Сегменты 154 зажимных зубцов 152 могут быть смещены, например, и на одну треть собственной длины относительно сегментов 154 соседнего зажимного зубца 152. Таким образом, в данном примере сегменты 154 зажимного зубца 152 и сегменты 154 третьего зажимного зубца 152 совпадают. Смещение может осуществляться на любое другое расстояние по радиусу и отличаться в различных парах смежных зажимных зубцов 152.
Согласно различным способам осуществления данного изобретения зажимное кольцо 130 может иметь различное количество зажимных зубцов 150, зажимных зубцов 152, а также разный порядок расположения зажимных зубцов 150 и 152. Обратимся к Фигурам 12а и 12b, на которых показаны виды зажимных колец в перспективе согласно способам осуществления настоящего изобретения. В примере, приведенном на Фигуре 12а, в зажимном кольце 230 представлены зажимные зубцы следующих типов и в следующем порядке: два (2) зажимных зубца 150 и четыре (4) зажимных зубца 152. В примере, данном на Фигуре 12b, зажимное кольцо 330 включает зажимные зубцы 150 и 152 попеременно: сначала зажимной зубец 150 (относительно узкой стороны конического зажимного кольца 130), затем зажимной зубец 152 и так далее. Используются три зубца каждого типа. Зажимные кольца (230, 330), показанные на Фигурах 12а и 12b, даны только в качестве примера. В объеме настоящего изобретения допускается любое количество зажимных зубцов 150 и 152, а также другая их последовательность.
Необходимо отметить, что зажимное кольцо 130, 230 и 330 может быть изготовлено из любого твердого материала, известного в данной области техники.
Таким образом, из описания изобретения посредством нескольких способов осуществления и из примеров очевидно, что изобретение может быть изменено различными способами. Подобные способы осуществления, а также все модификации нельзя рассматривать как отступления от сущности и объема изобретения, что очевидно для специалиста в данной области техники.