ТРУБНЫЙ ЗАЖИМ
ALLIGATOR CLIP

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к трубному зажиму (хомуту для труб) для соединения, например, двух труб или одной трубы и торцевой крышки. Трубный зажим включает два зажимных элемента, которые шарнирно соединены на одном конце и снабжены стягивающим устройством на другом конце.
Уровень техники
Существует множество трубных зажимов для соединения вместе концов двух труб. Например, патент DE 2911575 описывает тип трубного зажима, включающий внешний зажимной элемент, состоящий из двух частей, которые шарнирно соединены на одном конце и снабжены соединительным устройством на другом конце. Два стыкуемых элемента размещены внутри зажимного элемента. Стыкуемые элементы перемещаются относительно зажимного элемента, когда он закрыт. Упомянуто, что может быть использовано другое стягивающее устройство вместо шарнира. DE 3038491 также описывает зажимное устройство для соединения вместе концов двух труб, например, выполненное в виде двух половин, которые или шарнирно соединены вместе, или имеют два стягивающих устройства. Другие существующие зажимы описаны, например, в патентных документах GB 2051213, DE 841251, US 603006, US 5675893 и US 6533333.
На рынке имеются трубные зажимы для больших труб, которые должны в этом случае выдерживать значительные нагрузки, состоящие из трех частей, которые шарнирно соединены вместе в двух точках и снабжены соединительным устройством в третьей точке. Эти зажимы выполнены из трех частей, чтобы преодолеть множество недостатков, свойственных зажимам из двух частей.
Трубные зажимы из двух частей, которые имеют конфигурацию правильных дуговых сегментов, шарнирно соединены на одном конце и снабжены стягивающим устройством на другом. Необходимо, чтобы зажим был широко раскрыт для введения трубы с концевым раструбом в трубный зажим. Это означает, что стягивающее устройство должно быть размещено на большем расстоянии от центральной точки трубного зажима. Введение конца трубы и раскрытие зажима сопряжено с проблемами, и поэтому многие зажимы из двух частей изготавливаются со стягивающими устройствами на обоих концах. Это означает, что имеются два узла, которые должны быть стянуты вместе, и для зажима, который установлен, например, под водой это является фактором, увеличивающим стоимость. Это также является фактором, увеличивающим стоимость при производстве зажима. В качестве альтернативы может быть увеличено число частей зажима. Когда трубный зажим, состоящий из двух частей в форме правильных дуговых сегментов, подлежит закрытию, конечные точки сегментов сначала встретятся с раструбом трубы. Результатом этого будет точечный контакт, и для больших зажимов, которые должны выдерживать значительные нагрузки, точка будет иметь тенденцию заглубления в поверхность контакта, и это может стать результатом того, что зажим не сможет образовать требуемое соединение.
При использовании зажимов под водой проблема состоит в том, что зажим не может быть полностью открыт, т.е. концы труб должны быть вставлены в зажим со стороны зажима (сбоку), тогда как это является большим недостатком, если предусмотрен только один элемент, который должен быть приведен в действие для открытия или закрытия зажима. Имеется в виду, что зажим должен состоять из частей, которые разводятся в стороны при открытии, и предусмотрен элемент, который удерживает их вместе во время открытия и закрытия зажима. Для зажима, который должен широко раскрываться, стягивающее устройство должно быть размещено на удалении от центральной точки зажима, чтобы не препятствовать введению концов труб. Результатом этого является менее удобный зажим с нежелательным распределением сил.
В частности, для использования под водой желательно, чтобы зажим был способен закрываться более простым способом и оказывал большую силу частично для того, чтобы он мог выровнять возможное угловое несоответствие между двумя раструбами, которые должны быть соединены вместе. Под раструбом подразумевается раструбная часть раструбного фланца.
Раскрытие изобретения
Одной из задач настоящего изобретения является создание трубного зажима, состоящего из двух частей, которые шарнирно соединены на одном конце и снабжены стягивающим устройством на другом конце, и который преодолевает вышеупомянутые недостатки известных трубных зажимов.
Целью является создание трубного зажима, который не требует такого широкого раскрытия пока стягивающее устройство находится в подходящем положении, как известные трубные зажимы. Целью, кроме того, является предотвращение точечного контакта между зажимом и раструбом трубы во время закрытия зажима.
Целью также является создание трубного зажима, который может быть закрыт с оказанием такой силы, чтобы он смог выпрямить любой угол между концами раструбов труб.
Вышеупомянутые цели достигаются за счет создания трубного зажима, охарактеризованного в нижеследующей формуле.
Согласно изобретению трубный зажим подлежит использованию для соединения раструбных концевых участков, например, труб. Зажим также может быть использован для соединения трубы и торцевой крышки. Трубы или труба и торцевая крышка, которые подлежат соединению, имеют центральную ось. Трубный зажим также имеет центральную ось, совпадающую с центральной осью трубы, когда трубный зажим находится в закрытом положении. Согласно изобретению трубный зажим включает два зажимных элемента, имеющих, по существу, форму дугового сегмента, которые на одном конце соединены между собой с возможностью поворота вокруг оси, по существу, параллельной центральной оси трубы, а на другом конце снабжены стягивающим устройством. Трубный зажим выполнен с возможностью сжатия между собой раструбных концевых участков при стянутых вместе зажимных элементах.
Зажимной элемент имеет внутренний профиль, проходящий в продольном направлении дугового сегмента и включающий в себя нижний участок, имеющий радиус нижнего участка, губу с каждой стороны нижнего участка, имеющую внутренний радиус губы, и наклонные поверхности контакта, проходящие от губы по направлению к нижнему участку под углами Z и 180°-Z относительно центральной оси соответственно.
Эти поверхности контакта при закрытом зажиме прилегают к соответствующим поверхностям контакта на раструбных концевых участках труб, так что эти участки, или, в качестве альтернативы, труба и торцевая крышка сжимаются между собой.
Согласно первому аспекту изобретения зажимной элемент выполнен таким образом, что на каком-либо своем участке имеет форму, отличную от формы остальной части зажимного элемента. Этот участок предназначен для увеличения зазора между зажимным элементом и концевым раструбом трубы в полностью открытом положении зажима.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения губы зажимного элемента, по меньшей мере, на участке кругового сектора, отходящего, по существу, от одного из концов зажимного элемента, имеют радиус кругового сектора, превышающий радиус губы. Когда трубный зажим находится в полностью открытом положении, центральная точка для радиуса кругового сектора лежит по существу на центральной оси трубы. Это означает, что раструбные концевые участки могут быть вставлены в зажим при открытии зажима на меньшую величину, чем в случае зажима, не имеющего измененного радиуса, по меньшей мере, в круговом секторе.
Альтернативным решением является образование участков круговых секторов прямыми отрезками, ориентированными под прямым углом относительно радиуса, проходящего от центральной оси трубы. Другие формы отрезков также возможны, например несколько последовательных прямых отрезков на участке кругового сектора.
В предпочтительном варианте осуществления зажима зажимной элемент имеет круговой сектор, отходящий от противоположного (относительно первого конца) конца зажимного элемента, имеющий радиус кругового сектора, причем радиус кругового сектора для обоих круговых секторов одинаков. Конечно, возможен вариант осуществления только с одним круговым сектором, и этот сектор тогда расположен наиболее естественным образом в области шарнирного конца зажима. Также возможно, чтобы круговые секторы имели различные радиусы.
В предпочтительном варианте осуществления круговые сектора в области шарнира имеют угол между 10 и 35 градусами, предпочтительно 25 градусов, а круговой сектор в области стягивающего конца имеет угол между 5 и 25 градусами, предпочтительно 15 градусов.
Согласно второму аспекту изобретения зажимной элемент в открытом положении имеет радиус контакта зажима, больший, чем радиус контакта раструба. Эти радиусы являются радиусами, определяемыми воображаемой точкой поверхности контакта между зажимом и концевым раструбом трубы.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения переход между губой и наклонной поверхностью контакта имеет радиус сопряжения, предпочтительно составляющий от 60 до 20 мм, наиболее предпочтительно 40 миллиметров.
Для случая с круговыми секторами, имеющими переменный радиус, переход в предпочтительном варианте осуществления между губой и наклонной поверхностью контакта, видимый в радиальном направлении от центральной оси по направлению к участку, включающему переход от радиуса губы к радиусу кругового сектора, спроецированный на плоскость под прямым углом к радиусу, образует явную прямую линию. При закрытом зажиме этот переход обеспечивает линию, а не точку контакта между зажимом и раструбом, что представляет собой значительное преимущество.
В предпочтительном варианте осуществления, по меньшей мере, одна из губ со стороны, обращенной наружу от зажима, снабжена направляющей поверхностью, проходящей наклонно от радиально внутренней точки губы, образующей угол в диапазоне от 15 до 65 градусов, предпочтительно 30 градусов. Посредством направляющей поверхности такого рода раструбный участок трубы может быть введен в зажим скользящим образом, тем самым отцентрирован при введении. В предпочтительном варианте осуществления круговые сектора, по меньшей мере, имеют направляющую поверхность, и она предпочтительно также проходит на небольшом расстоянии от круговых секторов с радиусом кругового сектора и заходит на губу, имеющую радиус губы.
Зажим, который согласно изобретению имеет радиусы круговых секторов вблизи концов, представляет собой двухсоставный зажим, шарнирно соединенный на одном конце, который не требует настолько широкого раскрытия для ввода раструбных участков труб, как существующие зажимы. Наличие направляющих поверхностей также означает, что раструбные участки могут быть центрированы и вставлены в зажим с небольшим усилием. Скругленная губа и скругленная кривая перехода от радиуса губы к радиусу кругового сектора вместе с тем фактом, что радиус поверхности контакта зажима больше, чем радиус поверхности контакта раструба, означает, что зажим может быть закрыт с оказанием большего усилия без повреждения поверхностей контакта. Зажим может быть закрыт, даже если трубы не полностью отцентрированы, т.к. зажим упомянутой конструкции подтянет их к центру. Это означает, что зажим согласно изобретению предоставляет существенные преимущества по сравнению с известными зажимами.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение далее будет раскрыто более подробно со ссылками на чертежи, которые представляют неограничивающий пример изобретения, где:
на фиг.1 представлен трубный зажим согласно изобретению в закрытом положении;
на фиг.2 представлен трубный зажим по фиг.1 в открытом положении;
на фиг.3 представлен вид сверху трубного зажима по фиг.1;
на фиг.4а представлен разрез трубного зажима по фиг.1 по линии А-А;
на фиг.4b представлен увеличенный разрез по фиг.4а;
на фиг.5 в перспективе представлен трубный зажим согласно изобретению;
на фиг.6 представлен вид сбоку трубного зажимного элемента трубного зажима, представленного на фиг.5;
на фиг.7 представлен продольный разрез трубного зажимного элемента, представленного на фиг.6;
на фиг.8 представлен разрез по линии В-В трубного зажимного элемента, представленного на фиг.6;
на фиг.9 представлен разрез по линии С-С трубного зажимного элемента, представленного на фиг.6;
на фиг.10 представлена схематическая диаграмма проекции внутренней формы первого варианта осуществления изобретения;
на фиг.11 представлена схематическая диаграмма, аналогичная фиг.10, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
Трубный зажим согласно изобретению включает, как показано на фиг.1 в закрытом положении, на фиг.2 в открытом положении и на фиг.3 сверху, первый трубный зажимной элемент 2 и второй трубный зажимной элемент 4. Зажимные элементы 2, 4 на одном конце соединены между собой шарниром 5 с возможностью поворота вокруг оси вращения из закрытого положения в открытое и обратно. На других концах зажимные элементы 2, 4 снабжены стягивающим устройством 6. Стягивающее устройство 6 по существу является стандартным и здесь будет лишь кратко описано. На одном из концов зажимные элементы 2, 4 имеют проушины 10, 11. В проушинах 10, 11 выполнены сквозные отверстия 14, 15, которые проходят по существу параллельно оси вращения. В плоскости под прямым углом к оси вращения в проушинах 10, 11 выполнены прорези 12 и 13 соответственно. Винт 7 проходит сквозь обе прорези 12, 13. В отверстиях 14, 15 установлены резьбовые болты 16, 17, которые имеют внутренние резьбовые отверстия 18, 19, проходящие в той же плоскости, что и прорези 12, 13. Резьбовые отверстия 18, 19 взаимодействуют с соответствующими резьбовыми участками 20, 21 винта 7. При нарезании соответствующих резьбовых участков правой или левой резьбой зажим будет соответственно открываться или закрываться поворотом винта 7. Прорези 12, 13 могут быть заменены сквозными отверстиями. Устройство снабжено стопорным болтом для взаимодействия с вращающимся инструментом. Стягивающее устройство выполнено так, что может быть отчетливо обозначено полностью открытое положение как самого устройства, так и, соответственно, трубного зажима. Это может быть выполнено, например, установкой концевого ограничителя, например стопорной гайки на винте 7, при упоре в которую устройство останавливается при вращении винта 7.
Как показано на фиг.4а, b, на которых представлен разрез зажима по линии А-А на фиг.1, зажимной элемент имеет внутренний профиль в своем продольном направлении, который включает нижний участок 30, две губы 32, которые расположены с каждой стороны нижнего участка 30, и две наклонные поверхности 34 контакта, которые проходят от нижнего участка 30 к внешней точке губ 32. Трубы 1, 3, которые должны быть соединены вместе, включают раструбные участки 22. Раструбный участок имеет наклонную поверхность 26 контакта раструба, которая проходит вокруг всей трубы и которая обращена в сторону, противоположную раструбному участку 22 другой трубы. Поверхность 26 контакта раструба, когда зажим закрыт, опирается на поверхность 34 контакта, причем указанные поверхности имеют комплементарную форму и прижимают концы труб один к другому.
Как видно на фиг.1, зажимной элемент 2 имеет внутренний радиус 33 губы и радиус 31 нижнего участка.
Зажимной элемент 2 имеет два круговых сектора 35, 35'. Для губ, заключенных в круговом секторе, круговые секторы 35, 35' имеют радиус 36, 36' кругового сектора, который больше, чем радиус 33 губы. Центральная точка радиусов 36, 36' круговых секторов лежит на центральной оси трубы или вблизи нее, когда зажим находится в полностью открытом положении как показано на фиг.3. Это означает, что труба может быть более легко вставлена в зажим и в то же время отцентрирована относительно другой трубы в процессе состыковки.
Зажимной элемент 2, 4 имеет наружную направляющую поверхность 40, по которой раструб трубы скользит при вводе трубы в зажим. Направляющая поверхность 40 проходит через круговые сектора 35, 35', имеющие радиусы 36, 36' круговых секторов, и на некоторое расстояние вдоль участка, который имеет радиус 33 губы.
Как можно видеть на фиг.4b, зажимной элемент 2 и раструбный концевой участок трубы 3 имеют поверхности контакта 34 и 26, соответственно, которые прилегают друг к другу, когда зажим находится в закрытом положении. Точка 27 на поверхностях контакта 34, 26 является воображаемой точкой контакта, которая во время закрытия зажима образует по существу круговую линию контакта. Точка 27 для зажима имеет радиус 29 контакта зажима, для раструбного концевого участка - радиус 28 контакта раструба. Радиус 29 контакта зажима больше, чем радиус 28 контакта раструба. Центральная точка для радиуса 28 контакта раструба находится на центральной оси Х трубы.
На фиг.5 в перспективе представлен зажим по фиг.1-4. Также показано внешнее ориентирующее устройство 50. Это устройство используется для удерживания зажима относительно инструмента, который должен быть использован для закрытия зажима, поочередно отпирая и запирая его.
На фиг.6 представлен вид сбоку зажимного элемента 2. Зажимной элемент 2 имеет шарнирный конец с шарниром 5 и стягивающий конец с отверстием 14, через который должна пройти часть стягивающего устройства. Как упомянуто выше, зажимной элемент 2 имеет радиус 33 губы, который переходит в круговом секторе 35 в области шарнирного конца в радиус 36 кругового сектора, больший, чем радиус 33 губы, а в круговом секторе 35' в области соединительного конца - в радиус 36' кругового сектора. В представленном варианте осуществления два радиуса 36, 36' круговых секторов идентичны и имеют центральную точку, которая расположена с другой стороны плоскости 25 симметрии относительно зажимного элемента 2, когда зажим находится в закрытом положении (фиг.1). Центральная точка радиусов 36, 36' круговых секторов будет расположена в центральной точке концевого раструба трубы, когда зажим находится в полностью открытом положении (фиг.2).
В представленном примере зажимной элемент 2 имеет наклонные направляющие поверхности 40, которые перекрывают круговые сектора в той области, где губа имеет радиус 36, 36' кругового сектора, и которые некоторым образом проектируются внутрь на зажимной элемент 2 в области, где губа имеет радиус 33. Направляющие поверхности 40 помогают направить раструб трубы во время его введения в зажим.
На фиг.7 представлен продольный разрез зажимного элемента 2 по фиг.6, в зеркальном отображении, имеющего стягивающий конец с отверстием 14 и шарнирный конец с шарниром 5. Как упомянуто выше, на чертеже видно, что зажимной элемент 2 имеет внутренний профиль в продольном направлении зажимного элемента 2, включающий в себя нижний участок 30 с радиусом 31 нижнего участка, который проходит по всей длине зажимного элемента 2. Кроме того, он имеет губу 32, которая преимущественно имеет радиус 33 губы, а на участках круговых секторов 35, 35', из которых сектор 35 расположен ближе к шарниру, а сектор 35' - ближе к стягивающему концу, имеет радиус 36, 36' кругового сектора, больший, чем радиус 33 губы. Центральные точки для радиусов 36, 36' круговых секторов и радиуса 33 губы расположены в различных местах.
В этом варианте осуществления присутствуют два круговых сектора, но зажимной элемент может быть выполнен только с одним круговым сектором, имеющим радиус кругового сектора для губы, который отличается от радиуса губы. В случае единственного участка кругового сектора, этот участок предпочтительно располагается вблизи шарнирного конца.
Это можно косвенно видеть на фиг.7, т.к. круговой сектор 35 вблизи шарнирного конца имеет угол около 25 градусов, то есть круговой сектор 35 больше, чем круговой сектор 35', который имеет угол около 15 градусов.
На фиг.8 представлен разрез по линии В-В зажимного элемента 2 по фиг.6, где губа 32 имеет радиус губы, который не превышает радиус кругового сектора. Можно видеть, что внутренний профиль зажимного элемента 2 включает нижний участок 30 и губу 32 с каждой стороны нижнего участка 30. Переход между нижним участком 30 и внутренней точкой губ 32 выполнен в форме наклонных поверхностей контакта 34. Поверхности контакта образуют угол наклона 38 с центральной осью зажима. Такая наклонная ориентация по существу соответствует ориентации поверхностей контакта раструбных концов труб. В представленном примере поверхность контакта образует угол 38, который составляет около 65 градусов, но возможны также другие значения этого угла.
Кроме того, губы 32 выполнены с участками 37 ввода в переходе между внутренней точкой губы и наклонной поверхностью контакта 34. Участок 37 ввода имеет радиус ввода, который образует касательную к наклонной поверхности контакта 34. Такой участок ввода предпочтительно имеет радиус около 40 миллиметров в случае, если зажим имеет внутренний диаметр около 250 миллиметров. Естественно, он будет меняться с изменением размера зажима. Это сделано для гарантии того, что зажимной элемент 2 в закрытом положении не будет иметь слишком острого края, который может войти в контакт с поверхностью раструбного конца трубы. Очень острый край может заглубиться в контактную поверхность и стать причиной возникновения проблем с получением хорошего соединения.
На фиг.9 представлен еще один разрез по линии С-С зажимного элемента 2 по фиг.6, то есть разрез, полученный на участке раструбного конца трубы, где губа имеет радиус кругового сектора. Здесь можно видеть, что зажимной элемент имеет сквозную прорезь 12 и отверстие 14 под прямым углом к ней, как часть стягивающего устройства. Кроме того, показано, что внутренний профиль включает нижний участок 30 и две губы 32, причем нижний участок и губы соединены вместе посредством двух наклонных поверхностей контакта 34. Также можно видеть, что эта часть зажимного элемента 2 имеет направляющую поверхность 40, которая образует угол 41 с центральной осью.
На фиг.10 и 11 представлены чертежи, показывающие линии перехода губы 32 в губу на участке кругового сектора 35, имеющего другой внутренний радиус губы. На этих чертежах также представлены линии перехода между губой 32 и поверхностью контакта 34, перехода между губой в круговом секторе 35 и поверхностью контакта 34 и перехода между поверхностью контакта 34 и нижним участком 30. Эти линии видны как проходящие радиально наружу по направлению к переходу между радиусом губы и радиусом кругового сектора, который спроецирован на плоскость под прямым углом к радиусу. Две пунктирных линии иллюстрируют профиль перехода между нижним участком и губой для области, расположенной за пределами кругового сектора, и области внутри кругового сектора. На фиг.10 представлен вариант осуществления, где с линиями не сделано ничего особенного для усовершенствования использования зажима, а на фиг.11 представлен предпочтительный вариант осуществления зажимного элемента, где линия перехода между губой и поверхностью контакта изменена так, что она образует почти прямую линию, так же и в переходе от радиуса губы к радиусу кругового сектора, который больше, чем радиус губы.
Поверхность 39, которая расположена между внутренней точкой губы в круговом секторе 35 и нижним участком 30, является измененным участком поверхности контакта 34 в круговом секторе 35. Поверхность 39 имеет радиус и является касательной к поверхности контакта 34. Это означает, что когда две половины зажима сжаты вместе вокруг концевых раструбов труб, возникает линия контакта вместо точки контакта. Это позволяет состыковывать концевые раструбы труб, даже если они между собой образуют угол, и выравнивать их один относительно другого, когда трубный зажим сжат.
Изобретение раскрыто посредством примеров его осуществления. Возможны другие варианты осуществления и изменения, которые попадают в рамки изобретения, определенные прилагаемой формулой. Возможно, что приведенные различные физические размеры могут быть изменены в зависимости от размера концов труб или размера торцевой крышки и других физических факторов, имеющих отношение к трубному зажиму и раструбному концу трубы. Возможно создать зажим с двумя круговыми секторами для каждой половины зажима, но так же возможно иметь только один круговой сектор. Участки круговых секторов могут иметь прямые грани, а центральная точка необязательно должна быть расположена вблизи центральной оси трубы или зажима. Возможно рассмотреть другие типы стягивающих устройств и шарнирных соединений; например, стягивающее устройство может быть расположено в двух сквозных отверстиях, которыми снабжена каждая проушина, вместо одного отверстия и прорези как в представленном примере. В представленном примере показан зажим с двумя зеркально расположенными зажимными элементами, каждый из которых образует дуговой сегмент размером приблизительно 180 градусов. Возможно, чтобы каждый из элементов образовывал сегмент размером менее 180 градусов или чтобы один элемент образовывал сегмент размером менее 180 градусов, а другой - размером более 180 градусов. Возможно, чтобы нижний участок имел форму, отличную от плоской поверхности, или чтобы внутренняя грань поверхности губ была образована гранью, отличной от лицевой поверхности.