СЕДЛО ДЛЯ ОТВЕТВИТЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ
SADDLE FOR A BRANCH CONNECTION

Изобретение относится к седлу, в частности, к зажимному седлу для полимерных труб, которое содержит ответвление, седловой элемент, центральные оси (X), (У) и (Z) и паз для размещения уплотнения, а также к соответствующему уплотнению и конструкции его размещения в седле.
Седла такого типа известны из уровня техники. Они служат для присоединения трубоотводов к трубам для, подачи среды. Для этого часто используют трубопроводную арматуру, прикрепляемую с помощью таких седел к трубе для подачи среды посредством зажимов или с использованием других крепежных средств. Кроме того, такие седла служат также для присоединения к отводящим линиям или другой арматуре, такой как клапаны и т.д.
В СН 589250 раскрыт компонент для отводящего соединения, образованный из нижнего полухомута и седла или верхнего полухомута, выполненные с возможностью обжатия вокруг базового трубопровода. В седле или верхнем полухомуте проходит уплотнение вокруг соединительного отверстия для отвода. Оно служит для уплотнения зазора между седлом и базовым трубопроводом.
Недостатком таких систем, в которых использовано уплотнительное кольцо, является вероятность подмыва уплотнительного кольца сбоку с выталкиванием его из уплотнительного паза. В случае уплотнительных пазов в седлах, известных из уровня техники, обе боковые щеки проходят по всему пазу параллельно центральной оси отводящего соединения. В результате прохождения паза вдоль искривления в седле площадь поперечного сечения паза изменяется, а также сам контур поперечного сечения. Это означает, например, что паз в плоскости сечения седла 90° относительно оси трубопровода имеет иные площади поперечного сечения и контур поперечного сечения, нежели в плоскости сечения седла вдоль оси трубопровода. Это, в свою очередь, приводит к тому, что в крайних точках прохождения паза, которые расположены вдоль плоскости сечения седла 90° относительно трубопровода, может произойти боковое подмывание уплотнительного кольца, так как угол между наружной щекой паза и касательной к наружной поверхности трубопровода является максимально острым, что благоприятствует подмыванию в этом положении. Кроме того, внутренняя щека паза препятствует обеспечению соответствия уплотнительного кольца условиям по оптимальной геометрии. Оптимально в случае использования уплотнительного кольца уплотнение должно проходить так, что обе щеки паза на всем протяжении прохождения паза расположены перпендикулярно наружной поверхности трубопровода, к которому прикреплено седло. Благодаря возникновению постоянного контура поперечного сечения и площади поперечного сечения на уплотнении возможно возникновение во всех местах одинаковых условий давления, а также появляется возможность оптимального необходимого расширения уплотнения в пазу без дополнительного сужения или сжатия в отдельных местах.
К сожалению, создание такого паза или седла с таким пазом весьма затруднительно или не представляется возможным в случае применения технологии литья под давлением, поскольку извлечение из пресс-формы содержимого сопряжено с трудностями или не представляется возможным по причине прохождения наружных щек с образованием поднутрения.
В ЕР 2090861 В1 раскрыто уплотнение, которое служит для уплотнения трубы и подсоединяемого к ней трубопроводного хомута. Благодаря предварительному искривлению уплотнения предполагается предотвращение относительной деформации уплотнения при сжатии и, тем самым, предотвращение образования зазоров. К тому же предполагается, что конкретное выполнение этого уплотнения обеспечивает герметичность. Недостатком такого уплотнения являются высокие требования по монтажу для выполнения должным образом установки уплотнения.
Задачей, на решение которой направлено предложенное изобретение, является создание седла и уплотнения для него, а также их конструкции, обеспечивающих наилучшее уплотнение даже в случае повышения внутренних давлений между седлом и трубой, а также в значительной мере снижающих риск вымывания уплотнения. Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает наилучшие уплотняющие свойства во время подъема седла, который может возникать вследствие повышения внутреннего давления или изменения термического состояния.
В соответствии с изобретением эта задача решена тем, что внутренняя щека паза расположена перпендикулярно внутренней поверхности седлового элемента на всем протяжении паза. Благодаря этому ни в одном из мест не происходит таких сжатий или сдавливаний уплотнения, при которых отсутствует обеспечение работы уплотнения. Таким образом, условия для уплотнения являются одинаковыми в каждом месте прохождения паза. Внутренняя поверхность седлового элемента соответствует наружной поверхности трубы, на которой закреплено седло, за счет чего внутренняя щека также направлена перпендикулярно наружной поверхности трубы. Предпочтительно, седло выполнено из пластмассы и, в частности, способом литья под давлением. Предпочтительными полимерными материалами, используемыми для этого, являются, в частности РОМ (полиформальдегид), полипропилен GF 30 или поливинилхлорид.
В предпочтительном варианте выполнения контур поперечного сечения паза или его форма являются неизменным на протяжении всего прохождения паза. Таким образом, форма паза является одинаковой в каждом месте, в результате чего соответствующее уплотнение имеет постоянное предварительное состояние. В результате этого давление на все места уплотнения одинаковое, следовательно, обеспечено предотвращение возникновения критических областей, в которых уплотнение имеет тенденцию к вымыванию, как это известно из уровня техники.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения внешняя щека паза в обеих наружных крайних точках проходит параллельно центральной оси (Y) седла, причем крайние точки лежат на центральной оси (X) или, соответственно, в плоскости сечения седла под углом 90° к оси трубы, на которой закреплено седло. С учетом обеих крайних точек, которые определяют наружные щеки и в сочетании с внутренней щекой задают контур поперечного сечения и площадь, при этом паз является постоянным вдоль внутренней поверхности седлового элемента. В соответствии с размером седла или размером отводной трубы, предназначенной для подсоединения, и его проходного отверстия, а также диметром трубы, на которой закреплено седло, образован контур поперечного сечения паза и, таким образом, также контур соответствующего уплотнения.
Предпочтительно угол α, образованный внутренней щекой и наружной щекой, описан функцией α=arcsin ((внутренний диаметр (d2) соединительной трубы)/(наружный диаметр (D1) трубы, на которой размещено седло)) + примерно 5°. Угол α получают в зависимости от наружного диаметра трубы, на которой закреплено седло, и внутреннего диаметра соединяемой трубы или внутреннего диаметра ответвления седла. Величина 5° обусловлена тем, что паз расположен концентрически радиально смещенным относительно внутреннего диаметра трубы, предназначенной для соединения, во избежание непосредственного касания поверхности ее проходного отверстия. Разумеется, концентрическое смещение паза относительно наружной поверхности соединительного проходного отверстия может быть меньшим или превышать 5°, предпочтительно оно лежит в диапазоне 2°-10°, соответственно паз расположен ближе или дальше от наружной поверхности проходного отверстия, проходящего через седло вдоль продольной оси (У).
Предпочтительно угол α между внутренней щекой паза и наружной щекой на всем протяжении паза составляет по меньшей мере 20°. Кроме того, установлено, что угол не превышает по величине 45°. Согласно вышеупомянутому контур поперечного сечения и, следовательно, также площадь сечения паза зависит от размера седла или расположения седла относительно центральной оси (Y) седла, а также диаметра трубы, на которой закреплено седло. Таким образом, в соответствии с конструктивными размерами получают различные углы. Для определения контура исходят от крайней точки, лежащей в плоскости сечения седла 90° к оси трубы, на которой закреплено седло. В этой области наружная щека проходит параллельно оси седла или под прямым углом относительно поперечно проходящей оси трубы. Далее, внутренняя щека проходит перпендикулярно внутренней поверхности седлового элемента или наружной поверхности трубы, причем, как правило, допустимо отклонение в 1° от перпендикулярного направления для наилучшего извлечения из пресс-формы или в качестве угла литейного уклона. Глубина паза выполняется в соответствии с уплотнением. При таком расположении паза наружная щека на всем протяжении паза ни в одном месте не проходит параллельно внутренней щеке. Кроме того, поскольку при выполнении паза согласно вышеизложенному в случае изготовления способом литья под давлением возникновение поднутрений не происходит, благодаря чему обеспечено извлечение седла из пресс-формы.
Изобретение дополнительно отличается тем, что площадь поперечного сечения является постоянной. За счет постоянной площади поперечного сечения на всем протяжении паза, нигде в уплотнении не происходит неодинакового сжатия или деформации, и не возникают различные состояния давления, воздействующие на уплотнение.
Для достижения наилучшей замыкающей формы внутренняя поверхность седлового элемента соответствует наружной поверхности трубы, на которой расположено седло или, соответственно, зажимное седло.
Уплотнение имеет угол β, соответствующий углу α паза.
Далее, при сборке седла к уплотнению приложена предварительная нагрузка с целью обеспечения наилучших уплотнительных свойств.
Вариант выполнения изобретения описан со ссылками на чертежи, при этом изобретение не ограничено только вариантом выполнения, проиллюстрированным на чертежах, где:
на фиг. 1 показано продольное сечение известного из уровня техники седла с уплотнением в форме уплотнительного кольца, закрепленного на трубе;
на фиг. 2 показано продольное сечение седла, которое показывает теоретически наилучший вариант паза для конструкции уплотнения;
на фиг. 3 показано сечение седла согласно изобретению секущей плоскостью, под углом 90° относительно оси трубы, на которой закреплено седло;
на фиг. 4 показано сечение седла согласно изобретению секущей плоскостью вдоль оси трубы, на которой закреплено седло и
на фиг. 5 показана площадь поперечного сечения уплотнения согласно изобретению.
На фиг. 1 показано седло (1), например, для трубопроводной арматуры, которое известно из уровня техники. В качестве уплотнения используется уплотнительное кольцо (8), причем возможно использование других уплотнений, которые также известны из уровня техники. В большинстве случаев такие седла (1) изготавливают из пластмассы методом литья под давлением. Это в свою очередь обуславливает возможность извлечения седла (1) из пресс-формы или удаления содержимого. Поэтому внутренние и наружные щеки (6, 7) паза (4) проходят параллельно друг другу и относительно центральной оси (Y) седла (1), что обеспечивает легкое извлечение из пресс-формы. Однако, возникающее в результате расположение уплотнительного кольца (8) в этом пазу (4) нежелательно. В результате прохождения паза (4) вдоль внутренней поверхности (9) седлового элемента (3), соответствующей наружной поверхности (10) трубы (5), происходит изменение площади (10) поперечного сечения, а также контура поперечного сечения паза (4) на протяжении паза. Например, площадь поперечного сечения и контур паза (4) вдоль плоскости сечения седла (1) параллельно оси (Z) трубы не соответствует той же площади и контуру, как показано на фиг.1, на которой плоскости сечения седла (1) изображены под углом 90° относительно оси (Z) трубы. В результате этого изменения паза (4) на протяжении его прохождения не обеспечены оптимальные условия для установки уплотнения (8) на всем протяжении паза (4). На фиг.1 изображена крайняя точка (Е) прохождения паза. Она лежит на плоскости сечения седла (1) под углом 90° относительно оси (Z). Угол, который возникает в этой точке (Е) между наружной щекой (7) и касательной к наружной поверхности (10) трубы (5), является максимально острым, в результате чего происходит нежелательное сжатие уплотнительного кольца (8). Более того, уплотнительное кольцо (8) в этом месте при подъеме седла (1) приобретает тенденцию к вымыванию. Внутренняя щека (9) паза препятствует оптимальному расположению уплотнительного кольца (8) согласно условиям. Таким образом, отсутствуют оптимальное уплотнение, а также предотвращение утечек или вымывания уплотнения.
На фиг. 2 изображен паз (4), который является наилучшим для размещения уплотнения или уплотнительного кольца. Площадь поперечного сечения, а также контур паза (4) неизменны на всем протяжении паза (4), в результате чего уплотнение везде подвергается воздействию одинаковых условий. Такая форма паза (4) не может быть выполнена с использованием техники литья под давлением или такое изготовление возможно лишь со значительно высокими затратами, поскольку вследствие расположения внешней щеки (7) перпендикулярно относительно внутренней поверхности (9) седлового элемента (3) возникает поднутрение, в результате чего отлитая под давлением деталь не может быть извлечена из пресс-формы.
На фиг. 4 показано сечение аналогично фиг. 1 и 2. Из изображенного на чертеже видно, что внутренняя щека (6) паза (4) расположена на всем протяжении паза перпендикулярно внутренней поверхности (6) седлового элемента (3), что создает для уплотнения (11) возможность оптимального расправления без перекоса или сужения, как известно из уровня техники. За счет неизменно постоянной клиновидной формы уплотнительного паза для уплотнения предварительное напряжение уплотнения равномерно распределено по периметру. Кроме того, обеспечена возможность извлечения из пресс-формы, если внутренняя щека (6) на всем протяжении паза (4) неизменно расположена перпендикулярно относительно внутренней поверхности (9) седлового элемента (3). Для обеспечения возможности извлечения седла (1) из пресс-формы также относительно наружной щеки (7), наружная щека (7) проходит в крайней точке (Е) параллельно центральной оси (Y) седла (1), как показано на фиг. 3, причем допустимо отклонение около 1° для угла литейного уклона при извлечении из пресс-формы. Благодаря этому контуру паза (4), паз (4) проходит неизменно с постоянными контуром и площадью, что обеспечивает преимущество, выраженное в том, что нигде в уплотнении (11) не происходит неравномерного сжатия или сдавливания. Угол α образован в соответствии с расположением внутренней щеки (6) паза (4) в седловом элементе (3), определяемым внутренним диаметром (d2) проходного отверстия ответвления с концентрическим отступом относительно поверхности проходного отверстия (d2) примерно 5° и диаметром трубы (5), на которой укреплено седло (1). Разумеется, угол (α) также остается постоянным на протяжении паза (4).
На фиг. 3 показано седло (1) в повернутом на 90° виде в сечении по фиг. 4. Из чертежа видно, что паз (4) также и в этом месте имеет такой же контур и такую же площадь поперечного сечения.
Таким образом, угол α получен из функции: acrsin ((внутренний диаметр (d2) соединительной трубы или, соответственно, ответвления (2))/(наружный диаметр (D1) трубы (5), на которой размещено седло (1)) + примерно 5° (смещение внутренней щеки (6) относительно внутренней цилиндрической поверхности вдоль центральной оси (Y)=α.
α=arcsin(d2)/(D1) + примерно 5°.
Ha фиг. 5 показана площадь поперечного сечения уплотнения (11) согласно изобретению. Уплотнение выполнено из упругого полимерного материала с возможностью простого вставления в паз (4). Угол α паза соответствует углу 0 уплотнения (11).
Кроме того, уплотнение (11) имеет форму, обеспечивающую при креплении седла (1) приложение предварительного напряжения к уплотнению (11). Предпочтительно уплотнение изготовлено из эластомеров, в частности, EPDM (этилен-пропиленовый каучук) или FPM (фторполимерный эластомер). Общая конструкция уплотнительного паза и уплотнения позволяет вставлять уплотнение, не находящееся под предварительным напряжением. Таким образом, установка уплотнения не является критичным в отношении его положения в уплотнительном пазу.
Перечень ссылочных обозначений
1 Седло
2 Ответвление
3 Седловой элемент
4 Паз
5 Труба
6 Внутренняя щека паза
7 Наружная щека паза
8 Уплотнительное кольцо
9 Внутренняя поверхность седлового элемента
10 Наружная поверхность трубы
11 Уплотнение
D1 Наружный диаметр трубы (5), на которой закреплено седло (1)
d2 Внутренний диаметр проходного отверстия, проходящего через седло (1) или, соответственно, ответвление (2), в трубе, подлежащей присоединению вдоль центральной оси (Y).