ПОДПРУЖИНЕННАЯ МУФТА
SPRING-LOADED COUPLING

Ссылка на связанные заявки
Настоящая заявка основана на предварительной заявке на патент США № 62/336,879, поданной 16 мая 2016 года, и на предварительной заявке на патент США № 62/336,885, поданной 16 мая 2016 года, по которым испрашивается приоритет и содержание которых включено в настоящее описание посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к трубным соединительным муфтам для соединения трубных элементов.
Уровень техники
Механические муфты для соединения трубных элементов друг с другом встык содержат соединяемые друг с другом сегменты, которые выполнены с возможностью размещаться по окружности, окружая концевые части соосно расположенных трубных элементов. Термин "трубный элемент" в настоящем описании используется для описания любого изделия в форме трубы или компонента, имеющего форму трубы. Трубные элементы включают трубные заготовки, трубные фитинги, такие как колена, заглушки и тройники, а также компоненты, регулирующие текучую среду, такие как задвижки, переходные патрубки, фильтры грубой очистки, дроссели, регуляторы давления и т.п.
Каждый сегмент механической муфты содержит корпус, имеющий выступы, которые отходят внутрь и входят в зацепление, например, с внешними поверхностями трубных элементов, имеющими разные конфигурации, включая, например, трубные элементы, имеющие периферийные канавки. Зацепление между выступами и трубными элементами механически фиксирует стык и обеспечивает соединение между трубными элементами даже при высоком внутреннем давлении и внешних силах. Корпуса определяют кольцевой канал, в который вставлена кольцевая прокладка или уплотнение, типично эластомерное кольцо, которое зацепляется с концами каждого трубного элемента и взаимодействует с сегментами и с трубными элементами для создания герметичного уплотнения. Сегменты имеют соединительные элементы, типично в форме проушин, которые выступают от корпусов наружу. Проушины выполнены с возможностью принимать крепежные элементы, такие как болты и гайки, которые выполнены с возможностью регулируемого затягивания для стягивания сегментов один к другому.
Механические муфты для трубных элементов с канавками согласно предшествующему уровню техники, имеют на сегментах непрерывные дугообразные выступы, которые входят в зацепление с внешними поверхностями трубных элементов, которые они соединяют встык. Эти дугообразные выступы являются часть структуры сегмента, обычно именуемой "замком" муфты. Замки могут входить в зацепление с внешней поверхностью трубного элемента в разных конфигурациях, включая, например, трубный элемент, имеющий периферийные канавки.
Дугообразные выступы на муфтах по предшествующему уровню техники для трубчатых элементов с канавками типично имеют дугообразные поверхности с радиусом кривизны, который немного больше радиуса кривизны внешней поверхности трубного элемента внутри канавки, предназначенной для зацепления. Для муфт, применяемых для трубных элементов с канавками радиусы кривизны дугообразных поверхностей меньше, чем радиусы кривизны внешних поверхностей трубных элементов за пределами канавок так, что выступы вставляются в канавки и входят в зацепление с ними.
Способы крепления трубных элементов встык содержат последовательный процесс установки, в которых применяются механические муфты по предшествующему уровню техники. Типично, техник берет муфту с сегментами, соединенными друг с другом болтами, и с кольцевой прокладкой, захваченной внутри каналов сегментов. Сначала техник разбирает муфту, отвинчивая болты, извлекает прокладку, смазывает ее (если она не была смазана заранее) и помещает ее вокруг торцов соединяемых трубных элементов. Установка кольцевой прокладки часто требует ее смазки и растягивания, чтобы в нее могли войти трубные элементы. Когда кольцевая прокладка окажется на месте на обоих трубных элементах, сегменты устанавливают на место по одному так, чтобы они охватывали концы трубных элементов и захватывали меду ними кольцевую прокладку. Во время установки сегменты входят в зацепление с прокладкой, выступы выравниваются с канавками, в проушины вставляют болты, на болты навинчивают и затягивают гайки, стягивая сегменты муфты один к другому, сжимают прокладку и выступы входят в зацепление с канавками.
Как следует из вышеприведенного описания, установка механических трубных муфт по предшествующему уровню техники требует от техника манипуляций по меньшей мере с семью индивидуальными деталями (и более, когда муфта имеет более двух сегментов), при этом техник должен полностью разобрать и вновь собрать муфту. Можно было бы сэкономить существенное количество времени, усилий и затрат, если бы техник мог установить механическую муфту без ее предварительной полной разборки и последующей сборки деталь за деталью.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение относится к муфте для соединения трубных элементов. В одном иллюстративном примере муфта содержит первый и второй сегменты, расположенные встык, окружая центральное пространство для приема трубных элементов. Первый конец первого сегмента и первый конец второго сегмента соединены пружинным узлом. Пружинный узел смещает сегменты друг от друга. Регулируемый крепежный узел соединяет второй конец первого сегмента со вторым концом второго сегмента. Регулируемый крепежный узел выполнен с возможностью стягивания первого и второго сегментовы друг к другу и в зацепление с трубными элементами.
В одном примере пружинный узел содержит первый выступ, выступающий от первого конца первого сегмента и второй выступ, выступающий от первого конца второго сегмента. Второй выступ расположен смежно первому выступу. Первая точка опоры расположена на первом выступе и контактирует со вторым выступом. Сегменты поворачиваются вокруг первой точки опоры. Между первым и вторым выступом проходит серьга, захватывая их.
Иллюстративный вариант может дополнительно содержать вторую точку опоры, расположенную на втором выступе. Вторая точка опоры контактирует с первой точкой опоры.
Другой иллюстративный вариант содержит первую площадку, прилегающую к первой точке поры на первом выступе, и вторую площадку, прилегающую ко второй точке опоры на втором выступе. Первая и вторая площадки ориентированы под углом к плоскости, образующей поверхность контакта между первым и вторым сегментами.
Далее, например, муфта может содержать первую головку, выступающую из первого выступа, и вторую головку, выступающую из второго выступа. Серьга находится в зацеплении с первой и второй головками для удержания серьги на выступах. В иллюстративном варианте серьга содержит кольцо, окружающее первый и второй выступы.
Например, регулируемый крепежный узел может содержать первую проушину, прикрепленную ко второму концу первого сегмента. Вторая проушина прикреплена ко второму концу второго сегмента и обращена к первой проушине. Каждая проушина определяет соответствующе отверстие. Крепежный элемент проходит между первой и второй проушинами. Крепежный элемент вставлен в соответствующие отверстия. Крепежный элемент выполнен с возможностью регулирования для стягивания сегментов в направлении друг друга в противодействие пружинному узлу.
В иллюстративном варианте каждый из первого и второго сегментов может содержать первый и второй каналы, распложенные на противоположных сторонах сегментов. Каждый из каналов проходит между концами сегментов и имеет первое дно и второе дно, обращенные к центральному пространству. Первое дно имеет больший радиус кривизны, чем второе дно. Первый и второй держатели расположены соответственно в первом и втором каналах. Каждый из держателей содержит ленту, имеющую противоположно расположенные концы. На одной кромке ленты имеется множество зубцов. Зубцы выступают к центральному пространству. На противоположной кромке ленты имеется по меньшей мере один язычок. Лента лежит на первом дне. Этот по меньшей мере один язычок лежит на втором дне, когда держатели находятся в каналах. Пример по настоящему изобретению может содержать множество язычков.
Например, в каждом из сегментов между первым и вторым каналами расположен третий канал. Третьи каналы проходят между концами сегментов и обращены к центральному пространству.
В иллюстративном варианте зубья ориентированы под углом относительно линии, проходящей радиально от оси, проходящей соосно с центральным пространством. В другом примере по меньшей мере один язычок ориентирован перпендикулярно линии, проходящей радиально от оси, проходящей соосно с центральным пространством. Далее, например, этот по меньшей мере один язычок смещен от ленты к оси, проходящей соосно с центральным пространством. В конкретном иллюстративном варианте этот по меньшей мере один язычок выступает в направлении третьего канала.
В иллюстративном варианте по меньшей мере в одном из сегментов расположено первое отверстие. Первое отверстие может быть выровнено с первым каналом и создавать линию прямой видимости в направлении центрального пространства. В иллюстративном варианте первое отверстие расположено между первым и вторым сегментами. Первое отверстие может содержать желоб, например, расположенный на поверхности контакта между первым и вторым сегментами. Другой пример содержит второе отверстие по меньшей мере в одном из сегментов. Второе отверстие может быть выровнено со вторым каналом и создавать линию прямой видимости в направлении центрального пространства. Второе отверстие может находиться между первым и вторым сегментами и может содержать желоб, например, расположенный на поверхности контакта между двумя сегментами.
В иллюстративном варианте в третьих каналах расположено кольцевое уплотнение. Кольцевое уплотнение имеет внутреннюю поверхность такого размера, чтобы принимать трубные элементы, и внешнюю поверхность такого размера, чтобы поддерживать сегменты в разведенном положении в достаточной степени, чтобы допустить установку трубных элементов в центральное пространство, когда сегменты прикреплены друг к другу. Далее, например, ленты держателя могут иметь такой размер чтобы взаимодействовать с кольцевыми уплотнениями для поддержки корпусов в разнесенном состоянии.
В другом иллюстративном варианте каждый из первого и второго сегментов содержит первый и второй фланцы, расположенные на противоположных сторонах каждого сегмента. Фланцы проходят в направлении длины сегментов и выступают в сторону центрального пространства. Фланцы определяют канал, расположенный между ними. На первом фланце имеется первая дугообразная поверхность, а на втором фланце имеется вторая дугообразная поверхность. Дугообразные поверхности в этом примере обращены к центральному пространству. На каждой из первой и второй дугообразных поверхностей может быть расположено множество выступов. Эти выступы выступают в направлении центрального пространства. В иллюстративном варианте первая дугообразная поверхность может иметь первый радиус кривизны, а вторая дугообразная поверхность может иметь второй радиус кривизны, меньший, чем первый радиус кривизны.
В иллюстративном варианте кольцевое уплотнение расположено внутри канала. Кольцевое уплотнение имеет внутреннюю поверхность такого размера, чтобы принимать трубные элементы, и внешнюю поверхность такого размера, чтобы поддерживать сегменты в разведенном положении в достаточной степени, чтобы допустить установку трубных элементов в центральное пространство, когда сегменты прикреплены друг к другу.
Настоящее изобретение далее охватывает узел муфты и первого трубного элемента. Муфта предназначена для соединения второго трубного элемента с первым трубным элементом. В иллюстративном варианте муфта содержит первый и второй сегменты, расположенные встык, окружая центральное пространство для приема трубных элементов. На противоположных сторонах каждого сегмента расположены первый и второй фланцы. Фланцы продолжаются по длине сегментов и выступают в направлении центрального пространства. На первом фланце расположена первая дугообразная поверхность. На втором фланце расположена вторая дугообразная поверхность. Дугообразные поверхности обращены к центральному пространству. Первый конец первого сегмента и первый конец второго сегмента соединяет пружинный узел. Пружинный узел смещает сегменты друг от друга. Второй конец первого сегмента и второй конец второго сегмента соединяет регулируемый крепежный узел. Регулируемый крепежный узел выполнен с возможностью стягивания первого и второго сегментовы друг к другу и в зацепление с трубными элементами. Первый трубный элемент содержит обод, выступающий наружу от первого трубного элемента и проходящий по окружности. Обод разнесен от конца первого трубного элемента. Обод находится в зацеплении с первым фланцем и захвачен в центральном пространстве.
В иллюстративном варианте обод определен периферийной канавкой в первом трубном элементе. В другом иллюстративном варианте обод определен периферийным валиком, выступающим радиально от первого трубного элемента.
В иллюстративном варианте пружинный узел содержит первый выступ, выступающий от первого конца первого сегмента. Второй выступ выступает от первого конца второго сегмента и прилегает к первому выступу. Первая точка опоры расположена на первом выступе и контактирует со вторым выступом. Сегменты поворачиваются вокруг этой точке опоры. Между первым и вторым выступами проходит серьга, захватывающая их.
Иллюстративный вариант может дополнительно содержать вторую ось шарнира, расположенную на втором выступе. Вторая точка опоры контактирует с первой точкой опоры. К первой точке опоры на первом выступе может прилегать первая площадка, а ко второй точке опоры на втором выступе может прилегать вторая площадка. Первая и вторая площадки ориентированы под углом к плоскости, образующей поверхность контакта между первым и вторым сегментами. В другом иллюстративном варианте узла по настоящему изобретению от первого выступа выступает первая головка, а от второго выступа выступает вторая головка. Серьга находится в зацеплении с первой и второй головками для удержания серьги на выступах. В иллюстративном варианте серьга содержит кольцо, окружающее первую и вторую головки.
В иллюстративном варианте узла регулируемый крепежный узел содержит первую проушину, прикрепленную ко второму концу первого сегмента. Вторая проушина прикреплена ко второму концу второго сегмента и обращена к первой проушине. Каждая проушина определяет соответствующее отверстие. Между первой и второй проушинами проходит крепежный элемент. Этот крепежный элемент вставлен в соответствующие отверстия. Крепежный элемент является регулируемым для стягивания сегментов друг к другу в противодействие силе пружинного узла.
В другом иллюстративном варианте узел содержит канал, расположенный между первым и вторым фланцами в каждом из сегментов. Каналы проходят между концами сегментов и обращены к центральному пространству. Далее, например, в каналах расположено кольцевое уплотнение. Кольцевое уплотнение имеет внутреннюю поверхность такого размера, чтобы принимать трубные элементы, и внешнюю поверхность такого размера, чтобы поддерживать сегменты разнесенными друг от друга образом, достаточным для установки трубных элементов в центральное пространство, когда сегменты прикреплены друг к другу и первый трубный элемент захвачен в центральном пространстве.
В иллюстративном варианте узла на каждой из первой и второй дугообразных поверхностей может быть расположено множество выступов. Выступы выступают в направлении центрального пространства. Иллюстративный вариант далее может содержать по меньшей мере одно отверстие по меньшей мере в одном сегменте. Это по меньшей мере одно отверстие может находиться между первым и вторым сегментами. В иллюстративном варианте по меньшей мере одно отверстие содержит желоб, расположенный на поверхности контакта между первым и вторым сегментами.
Настоящее изобретение также охватывает способ сборки комбинированной муфты и трубного элемента. В одном иллюстративном варианте способ включает в себя этапы, на которых:
позиционируют первый трубный элемент так, чтобы обод находился в зацеплении с первым фланцем первого сегмента;
вводят в зацепление первый конец первого сегмента с первым концом второго сегмента для формирования пружинного узла;
поддерживают первый и второй сегменты разнесенными друг от друга образом, достаточным для обеспечения введения второго трубного элемента в центральное пространство, в то же время захватывая первый трубный элемент в центральном пространстве;
закрепляют второй конец первого сегмента ко второму концу второго сегмента, используя регулируемый крепежный узел.
Далее, например, способ может включать в себя этапы, на которых:
вводят первый трубный элемент в зацепление с кольцевым уплотнением;
позиционируют кольцевое уплотнение в канале, определенном первым и вторым фланцами первого сегмента.
Например, способ далее этап, на котором поддерживают первый и второй сегменты разнесенными друг от друга образом, достаточным для обеспечения введения второго трубного элемента в центральное пространство, одновременно захватывая первый трубный элемент в центральном пространстве, может включать в себя этап, на котором поддерживают сегменты на кольцевом уплотнении, расположенном в канале, проходящем между первым и вторым фланцами в каждом из сегментов.
В иллюстративном варианте этап зацепления первого конца первого сегмента с первым концом второго сегмента для формирования пружинного узла может включать в себя этапы, на которых:
соединяют первый выступ, выступающий от первого конца первого сегмента со вторым выступом, выступающим от первого конца второго сегмента с помощью серьги, и
вводят в контакт второй выступ с точкой опоры, расположенной на первом выступе.
Далее, например, этап соединения первого выступа, выступающего от первого конца первого сегмента со вторым выступом, выступающим от первого конца второго сегмента, с помощью серьги может включать в себя этап, на котором вставляют выступы в кольцо так, чтобы кольцо окружало выступы.
В другом примере этап крепления второго конца первого сегмента ко второму концу второго сегмента с помощью регулируемого крепежного узла может включать в себя этап, на котором закрепляют первую проушину, установленную на втором конце первого сегмента к второй проушине, установленной на втором конце второго сегмента с помощью крепежного элемента, проходящего между первой и второй проушинами.
Иллюстративный вариант способа соединения второго трубного элемента с первым трубным элементом включает в себя этапы, на которых:
при прикрепленных друг к другу и разведенных друг от друга сегментах и когда обод первого трубного элемента захвачен в центральном пространстве, вставляют второй трубный элемент в центральное пространство;
вводят второй трубный элемент в зацепление с кольцевым уплотнением;
стягивают сегменты друг к другу, используя регулируемый крепежный узел.
Иллюстративный способ далее может включать в себя этап, на котором вводят в зацепление первую и вторую дугообразные поверхности с первым и вторым трубными элементами, соответственно после стягивания сегментов друг к другу. Иллюстративный способ далее может включать в себя этап, на котором выступы на первой и второй дугообразных поверхностях вводят в зацепление с первым и вторым трубными элементами, соответственно, после стягивания сегментов друг к другу.
В иллюстративном варианте этап стягивания сегментов друг к другу с помощью регулируемого крепежного узла может включать в себя этап, на котором:
затягивают крепежный элемент, проходящий между первой и второй проушинами, при этом первая проушина прикреплена ко второму концу первого сегмента, вторая проушина прикреплена ко второму концу второго сегмента и обращена к первой проушине, при этом крепежный элемент выполнен с возможностью регулирования для стягивания сегментов друг к другу в противодействие сил пружинного узла.
Например, способ дополнительно включает в себя этапы, на которых:
наблюдают через отверстия по меньшей мере в одном сегменте, присутствует ли второй трубный элемент в центральном пространстве или нет;
регулируют положения второго трубного элемента в центральном пространстве, если второй трубный элемент не присутствует в центральном пространстве, и
стягивают сегменты друг к другу после того, как наблюдение покажет присутствие второго трубного элемента в центральном пространстве.
Краткое писание чертежей
Фиг. 1 - вид в изометрии иллюстративного варианта трубной муфты по настоящему изобретению.
Фиг. 1А - вид в изометрии части иллюстративной трубной муфты по фиг. 1.
Фиг. 2 - осевой вид иллюстративной трубной муфты по фиг. 1.
Фиг. 3 - сечение иллюстративной трубной муфты по фиг. 1.
Фиг. 4 - частичное сечение иллюстративной трубной муфты по фиг. 1.
Фиг. 5 - изометрический вид компонента, применяемого в иллюстративной муфте.
Фиг. 6 - частичное сечение иллюстративной трубной муфты по фиг. 1.
Фиг. 7 - сечение иллюстративной трубной муфты по фиг. 1.
Фиг. 8 - вид с торца иллюстративной трубной муфты по фиг. 1.
Фиг. 9 - разнесенный вид в изометрии примера предварительно собранного узла муфты и трубного элемента по настоящему изобретению.
Фиг. 9А - вид в изометрии иллюстративной узла по фиг. 9, показанной в предварительно собранном состоянии.
Фиг. 9В - сечение иллюстративной узла по фиг. 9.
Фиг. 9С - осевой вид иллюстративной узла по фиг. 9.
Фиг. 10 и 11 - сечения иллюстративной узла по фиг. 9, иллюстрирующие сборку трубного соединения.
Фиг. 12 - сечение иллюстративной предварительно собранного узла муфты и трубного элемента.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
На фиг. 1 и 1А показан иллюстративный вариант муфты 10 по настоящему изобретению. Муфта 10 предназначена для соединения трубных элементов и содержит первый и второй сегменты 12, 14, расположенные встык, окружая центральное пространство 16 для приема трубных элементов. Пружинный узел 18 смещает сегменты 12 и 14 друг от друга в показанное открытое или предварительно собранное состояние. В этом открытом или предварительно собранном состоянии трубные элементы можно вставить в центральное пространство 16, не разбирая муфту 10, как описан ниже.
Иллюстративный пружинный узел 18, показанный на фиг. 1 и 2, содержит первый выступ 24, выступающий из первого конца 20 первого сегмента, и второй выступ 26, выступающий от второго конца 22 второго сегмента 14. Второй выступ 26 расположен смежно первому выступу 24. Выступы 24 и 26 являются консолями и, поэтому, по существу отвечают за смещающую силу пружинного узла 18, как будет описано ниже. Первая точка 28 опоры находится на первом выступе 24, и первая точка 28 опоры контактирует со вторым выступом 26 и образует ось 30, вокруг которой сегменты 12 и 14 могут поворачиваться. В этом иллюстративном варианте на втором выступе 26 находится вторая точка 32 опоры. Вторая точка 32 опоры контактирует с первой точкой 28 опоры для дальнейшего определения оси 30, вокруг которой поворачиваются сегменты 12 и 14. Первая и вторая точки 28, 32 опоры определены в этом иллюстративном варианте первой и второй площадками 34 и 36. Первая и вторая площадки 34 и 26 соответственно расположены на первом и втором выступах 24 и 26, и первая площадка 34 прилегает к первой точке 28 опоры, а вторая площадка 36 прилегает ко второй точке 32 опоры (если она присутствует). По меньшей мере первая площадка 34 ориентирована под углом к плоскости 38, содержащей поверхность контакта между первым и вторым сегментами 12, 14. В этом иллюстративном варианте и первая, и вторая площадки 34 36 ориентированы под соответствующими углами 40 ориентации.
Серьга 42 проходит между первым и вторым выступами 24 и 26. Серьга 42 захватывает выступы, в то же время допуская поворотное движение сегментов 12 и 14. В этом примере серьга 42 содержит кольцо 44, которое окружает первый и второй выступы 24 и 26. Кольцо 44 и выступы 24 и 26 взаимодействуют для создания пружинного смещающего воздействия пружинного узла 18. Толщина 50 кольца 44, расстояние 52 между точками 28 и 32 опоры, и точка, в которой выступы 24 и 26 зацепляются с кольцом 44, наряду с моментом инерции площади выступов являются параметрами, которые задают жесткость пружины пружинного узла 18 и, тем самым, определяют величину силы, необходимой для закрывания муфты 10 и создания соединения. Угловая ориентация 40 площадок 34 и 36 и расстояние, на которое затягивается крепежный элемент 70, задают максимальный предел разделения между сегментами 12 и 14, а внутренний диаметр 54 кольца 44 определяет минимальное разделение сегментов, поддерживаемых недеформированным пружинным узлом 18, как показано на фиг. 1 и 2. В одном варианте угловая ориентация 40 выбрана так, что если крепежный элемент 70 отсутствует (например, во время сборки муфты изготовителем), выступы 24, 26 можно свести друг к другу достаточно близко, чтобы внутренний диаметр 54 кольца 44 освободил головки 46, 48, позволяя легко надеть кольцо 44 на выступы 24, 26. Последующая сборка и затяжка крепежного элемента 70 на заранее определенное расстояние (см. фиг 2) приводит к разведению головок 46, 48 в достаточной степени. чтобы удерживать кольцо 44 за головками 46, 48, как описано выше. Внутренний диаметр 54 кольца моет быть больше, и позволять удерживать сегменты 12, 14 в открытом или предварительно собранном состоянии другими элементами муфты, как описано ниже. В этой ситуации сегменты 12 и 14 будут иметь некоторый угловой люфт, поскольку сегменты стянуты друг к другу для закрывания муфты, и пружинный узел 18 вступает в действие с некоторой задержкой при повороте сегментов.
Сегменты 12 и 14 стянуты друг к другу регулируемым крепежным узлом 56. Крепежный узел 56 соединяет второй конец 58 первого сегмента 12 со вторым концом 60 второго сегмента 14. Крепежный узел 56 выполнен с возможностью стягивать сегменты 12 и 14 друг к другу и в зацепление с трубными элементами, как описано ниже. В этом примере регулируемый крепежный узел 56 содержит первую проушину 62, прикрепленную ко второму концу 58 первого сегмента 12, и вторую проушину 64, прикрепленную ко второму концу 60 второго сегмента 14. Каждая проушина 62, 64 определяет соответствующее отверстие 66, 68, в которые вставлен крепежный элемент 70, который проходит между проушинами. В этом примере крепежный элемент 70 содержит болт 72 и гайку 74, которые в затянутом состоянии, стягивают сегменты 12 и 14 друг к другу в противодействие смещающей силе пружинного узла 18.
Как показано в сечении на фиг. 3, каждый сегмент 12, 14 содержит первый и второй каналы 76 и 78, соответственно, расположенные на противоположных сторонах 80 и 82 каждого сегмента. Первый и второй каналы 76 и 78 проходят между первым и вторым концами 20 и 58 первого сегмента 12 и первым и вторым концами 22 и 60 второго сегмента 14 (см. также фиг. 1). Каналы 76 и 78 обращены к центральному пространству 16. Как подробно показано на фиг. 4, каждый канал 76, 78 (показан канал 78 в сегменте 14) образован боковыми стенками 84 и 86, разнесенными друг от друга. Каждый канал 76, 78, кроме того, имеет первое дно 88 и второе дно 90, расположенные между боковыми стенками 84 и 86. Дно 88 и дно 90 обращены к центральному пространству 16 и имеют дугообразную форму, поскольку они проходят между концами 20 и 58 и 22 и 60 сегментов 12 и 14. Как показано на фиг. 4, первое дно 88 расположено ближе к боковой стороне 82 сегмента 14 и имеет больший радиус 92 кривизны, чем второе дно 90, которое имеет радиус 94 кривизны. Как показано на фиг. 3, каналы 76 и 78 и расположение их дна 88 и дна 90 симметричны относительно оси 96, проходящей поперечно через муфту 10.
Как далее показано на фиг. 3 и 4, в каждый канал 76, 78 вставлен соответствующий держатель 98. Держатель 98 подробно показан на фиг. 5 и содержит дугообразную ленту 100, имеющую противоположные концы 102 и 104. Таким образом, лента 100 образует "разрезное кольцо", которое при сжатии в радиальном направлении деформируется до меньшего радиуса кривизны (см. фиг. 7). В некоторых вариантах каждая лента 100 имеет такой размер, чтобы контакт между лентами 100 и соответствующими сегментами 12, 14 в каналах 76 и 78 позволял одной или обеим лентам 100 поддерживать сегменты 12 и 14 в н друг от друга положении, как показано на фиг. 1. Вдоль одной кромки 108 ленты 100 расположено множество зубцов 106. Зубцы 106 выступают от ленты 100 в сторону центрального пространства 16. Как показано на фиг. 3 и 4, зубцы 106 ориентированы под углом к оси 96 относительно линии 110, проходящей радиально от оси 112, проходящей соосно с центральным пространством 16. Такая угловая ориентация является преимущественной для удержания трубных элементов, как будет описано ниже.
Как показано на фиг. 5, на кромке 116, расположенной напротив кромки 108, имеется по меньшей мере один, но в этом иллюстративном варианте множество язычков 114. Как показано на фиг. 4, этот один или более язычок 114 ориентирован по существу перпендикулярно линии 110 и смещен от ленты 100 к оси 112, проходящей соосно с центральным пространством 16. Такое смещения язычков 114 позволяет им лежать на втором дне 90, а ленте 100 лежать на первом дне 88, когда держатели 98 правильно вставлены в соответствующие каналы 76 и 78, как показано на фиг. 3 и 4. Правильна сборка держателей 98 в каналах 76 и 78 позволяет вставлять трубные элементы в предварительно собранную муфту 10, как описано ниже. Однако, как показано на фиг. 6, каналы 76 и 78 (показан канал 78) и держатели 98 имеют такие размеры, что если муфта 10 собрана неправильно и лента 100 лежит на втором дне 90, а язычок или язычки 114 лежат на первом дне 88, радиус кривизны держателя уменьшен и зубцы 106 эффективно препятствуют введению трубного элемента в центральное пространство 16, когда сегменты 12 и 14 разнесены друг от друга в заранее собранном состоянии. Такое взаимодействие между держателем 98, его язычками 114, зубцами 106 и первым дном 88 и вторым дном 90 каналов 76 и 78 предотвращает неправильную сборку трубного соединения с помощью муфты 10. Если бы трубные элементы можно было вставить при зубцах 106 держателя, обращенных в неправильном направлении (фиг. 6), то зубцы не вступали бы в действие автоматически против сил, вытягивающих или выталкивающих трубный элемент из муфты. Таким образом, держатель обеспечивал бы менее прочное механическое удержание.
Как показано на фиг. 3, сегменты 12 и 14 дополнительно содержат третий канал 118. Канал 118 расположен между первым и вторым каналами 76 и 78 и обращен к центральному пространству 16. В канал 118 вставлено кольцевое уплотнение 120, которое обеспечивает герметизацию соединения. Кольцевое уплотнение 120 сформировано из гибкого упругого материала, такого как этилен-пропилен-диеновый каучук или другого каучукового соединения, и имеет внутренние поверхности 122, такого размера, чтобы принимать трубные элементы, когда их вставляют в центральное пространство, как описано ниже. Между внутренними поверхностями 122 расположен трубный упор 124. Трубный упор выступает в центральное пространство 16 и ограничивает введение трубных элементов путем зацепления с трубными элементами, когда их вставляют в муфту 10 на желаемую глубину. Кольцевое уплотнение 120 также имеет внешнюю поверхность 126, которая может иметь такой размер, чтобы входить в зацепление с сегментами 12 и 14 и поддерживать их в разведенном состоянии, как показано на фиг. 1 и 3. Одна или более лента 100 также может взаимодействовать с кольцевым уплотнением 120 для поддержки сегментов 12 и 14 в разведенном состоянии. Разделение сегментов 12 и 14, поддерживаемых кольцевым уплотнением 120 и/или лентой или лентами 100, достаточно для того, чтобы позволить вставлять трубные элементы в муфту, когда она находится в предварительно собранном состоянии (фиг. 1, 2 и 3). На фиг. 3 показан иллюстративная конфигурация канала, где второе дно 90 расположено между первым дном 88 и третьим каналом 118. В этом примере язычки 114 выступают в направлении третьего канала 118, когда держатели 98 правильно ориентированы в муфте 10.
Как показано на фиг. 1, муфта 10 дополнительно содержит первое отверстие в сегменте 12. В этом иллюстративном варианте отверстие 128 выровнено с каналом 76 и обеспечивает линию 130 прямой видимости в сторону центрального пространства 16. В этом иллюстративном варианте отверстие 128 расположено на поверхности контакта 132 между сегментами 12 и 14 и сформировано как желоб 134 в обоих сегментах 12 и 14. Желоба 134 в каждом сегменте 12, 14 выровнены так, чтобы, когда сегменты стянуты в зацепление, они обеспечивали вид на центральное пространство 16, позволяя визуально определять наличие держателя и наличие трубного элемента в центральном пространстве, который по меньшей мере зашел за держатель. Как показано на фиг. 1А, по меньшей мере в одном из сегментов 12, 14 имеется второе отверстие 134. В этом варианте второе отверстие 136 выровнено со вторым каналом 78 (см. фиг. 3) и также обеспечивает линию прямой видимости на центральное пространство 16. И вновь, в этом иллюстративном варианте второе отверстие 136 расположено между сегментами 12 и 14. Отверстие 136 также образовано желобами 134 на поверхности контакта 132 между сегментами 12 и 14. Второе отверстие также позволяет визуально проверять наличие трубного элемента в центральном пространстве 16.
Как показано на фиг. 1 и 3, каждый сегмент 12 и 14 также содержит первую и вторую дугообразные поверхности 138 и 140, соответственно расположенные на боковых стенках 84 и 86. Дугообразные поверхности 138 и 140 обращены к центральному пространству 16 и на каждой дугообразной поверхности 138, 140 может быть расположено множество выступов 142. Выступы 142 разнесены друг от друга вдоль дугообразных поверхностей 138, 140 и выступают в направлении центрального пространства 16. Как описано ниже, выступы 142 входят в зацепление с трубными элементами и повышают прочность соединения и позволяют применять менее жесткие допуски на наружный диаметр трубы.
Когда выступы 142 введены в зацепление с трубными элементами, когда сегменты 12 и 14 стянуты друг к другу, они добавляют жесткость соединению между муфтой 10 и трубными элементами при ее зацеплении с внешними поверхностями трубных элементов. Дополнительно, выступы 142 позволяют применять муфту 10 для труб с менее жесткими допусками на наружный диаметр в узла с известными производственными допусками на муфту 10. Когда наружный диаметр трубы приближен к меньшему пределу диапазона допусков, наличие выступов 142 обеспечивает механическое зацепление между муфтой 10 и трубными элементами. Однако, когда наружный диаметр трубы приближен к большему пределу диапазоне допусков, выступы стремятся локально деформировать наружную поверхность трубных элементов, и выступы 142 также деформируются. Для муфт 10, используемых с трубными элементами с простым концом, это является особенно преимущественным, поскольку муфты для простых концов типично проектируют так, чтобы дугообразные поверхности 138, 140 (см. фиг. 3), не зацеплялись с наружными поверхностями трубных элементов. Такая конструкция обеспечивает полное приложение зажимающей силы, создаваемой крепежным элементом 70 (см. фиг. 2) к держателям 98. Там, где дугообразные поверхности 138, 140 муфты 10 должны зацепляться непосредственно с наружной поверхностью трубы, зажимная сила будет делиться между контактом дугообразных поверхностей с трубой и контактом между держателями 98 с трубными элементами. Поскольку площадь поверхности выступов 142 невелика относительно дугообразных поверхностей 138, 140, и они контактируют с наружной поверхностью трубного элемента только в дискретных точках, лишь минимальная зажимная сила от крепежного элемента 70 должна быть направлена на контакт между выступами 142 и трубными элементами, чтобы создать повышенную жесткость, не жертвуя осевым удержанием, которое обеспечивают держатели 98. Выступы 142 дают преимущество, когда в конструкции муфты 10 используется единственный крепежный элемент. Единственный крепежный элемент 70 действует вместе с пружинным узлом 18 для создания адекватной зажимной силы, прилагаемой к трубным элементам.
На фиг. 1, 3, 7 и 8 показана работа муфты 10. Когда муфта 10 находится в предварительно собранном состоянии, показанном на фиг. 1 и 3, элементы 144 и 146 труб вставляют в центральное пространство 16. Трубные элементы отгибают зубцы 106 держателей 98, входят в зацепление с внутренними поверхностями 122 кольцевого уплотнения 120 и входят в зацепление с трубным упором 124. Далее, крепежный элемент 70 затягивают (см. также фиг. 2), стягивая сегменты 12 и 14 друг к другу. Как показано на фиг. 7, кольцевое уплотнение 70 и зубцы 106 сжимаются между сегментами 12 и 14 и элементами 144 и 146 труб. Поворотное движение сегментов вокруг точек 28 и 32 опоры (см. фиг. 2) ограничивается смещающей силой пружинного узла 18. Как показано на фиг. 8, элементы, составляющие пружинный узел, в этом примере выступы 24 и 26 и кольцо 44, деформируются пропорционально силе пружины, при этом кольцо 44 растягивается до овальной формы, а выступы 24 и 26 изгибаются как консоли (деформированный формы показаны сплошными линиями, а недеформированные - штриховыми линиями). Отверстия 128, 136 можно использовать для визуального подтверждения наличия трубных элементов в муфте 10.
На фиг. 9 показан разнесенный вид, а на фиг. 9А вид в собранном состоянии предварительно собранного узла 147 муфты и трубного элемента по настоящему изобретению. Узел 147 муфты и трубного элемента содержит муфту 148 и первый трубный элемент 184 и применяется для соединения второго трубного элемента 186 с первым трубным элементом (см. фиг. 10 и 11). Второй трубный элемент 186 может быть, например, частью системы трубопроводов (не показана), а первый трубный элемент 184 может быть частью другого узла, например, гибким шлангом для спринклера пожаротушения, или впуском или выпуском насоса или клапана, в качестве лишь нескольких примеров.
Муфта 148 содержит первый и второй сегменты 150 и 152, расположенные встык, окружая центральное пространство 154 для приема трубных элементов. Пружинный узел 156 и регулируемый крепежный узел 158, описанные выше для муфты 10, соединяют концы сегментов. Муфта 148 дополнительно содержит первый и второй фланцы 160 и 162 (см. также фиг. 10), расположенные на противоположных сторонах 164, 166 каждого сегмента 150 и 152. Фланцы 160 и 162 продолжаются по длине сегментов 150 и 152 и выступают в направлении центрального пространства 154. Фланцы 160 и 162 определяют канал 168, который проходит между концами сегментов 150 и 152 и обращен к центральному пространству 154. В канал 168 вставлено кольцевое уплотнение 170 для герметизации соединения. Кольцевое уплотнение 170 имеет внутреннюю поверхность 172 такого размера, чтобы принимать трубные элементы (см. также фиг. 10), и наружную поверхность 174, которая может иметь такой размер, чтобы поддерживать сегменты 150 и 1512 в предварительно собранном состоянии, т.е., достаточно разведенными, чтобы в центральное пространство 154 можно было вставить второй трубный элемент 186, не разбирая узел 147. На фиг. 9А показана муфта в предварительно собранном состоянии с разведенными сегментами 150 и 152. Как было описано выше в отношении муфты 10, пружинный узел 156 также может использоваться для смещения сегментов 150, 152 в открытое, предварительно собранное состояние, как показано на фиг. 9А. Кольцевое уплотнение 170 также может содержать трубный упор 176, расположенный между внутренними поверхностями 172. Трубные элементы, правильно вставленные в центральное пространство, входят в зацепление с трубным упором (см. фиг. 11).
Как показано на фиг. 9 и 10, каждый сегмент 150 и 152 дополнительно содержит первую дугообразную поверхность 178, расположенную на первом фланце 160, и вторую дугообразную поверхность 180, расположенную на втором фланце 162. Дугообразные поверхности 178 и 180 обращены к центральному пространству 154. На дугообразных поверхностях 178, 180 может быть выполнено множество выступов 182, выступающих в направлении центрального пространства 154. Выступы 182 находятся в зацеплении с трубными элементами и повышают жесткость соединения и позволяют использовать более широкий диапазон допусков на наружный диаметр труб. Как показано на фиг. 9А, муфта 148 может иметь по меньшей мере одно отверстие 171 в одном из сегментов 150, 152. В этом примере отверстие 171 содержит желоб 173, расположенный на поверхности контакта между первым и вторым сегментами 150, 152.
Как показано на фиг. 9, первый сегмент 184 трубы содержит обод 188, который выступает наружу от первого трубного элемента и проходит по окружности вокруг него. Обод 188 расположен на расстоянии от конца 190 первого трубного элемента 184 и, как показано на фиг. 9А и 10, захвачен в центральном пространстве 154 за счет зацепления с фланцем 162.
Обод 188 может быть определен периферийной канавкой 192 на первом трубном элементе 184, или периферийным буртиком 194, который выступает радиально наружу от первого трубного элемента 184. В иллюстративном варианте, показанном на фиг. 9, обод 188 определен и канавкой 192, и буртиком 194.
Предварительно собранный узел 147 муфты и трубного элемента, показанный на фиг. 9А в предварительно собранном состоянии, собран как показано на фиг. 9В и 9С. Первый трубный элемент 184 находится в зацеплении с кольцевым уплотнением 170. Кольцевое уплотнение 170 затем позиционируют в канале 168 первого сегмента 150, а обод 188 находится в зацепление с первым фланцем 160 в том, что станет центральным пространством 154. Далее, формируют пружинный узел 1156, вводя в зацепление первый конец 175 первого сегмента 150 с первым концом 177 второго сегмента 152. В показанном примере зацепление первых концов 175 и 177 осуществляется путем соединения первого выступа 179, выступающего от первого конца 175 первого сегмента 150 со вторым выступом 181, выступающим от первого конца 177 второго сегмента 152, и шарнирного соединения их друг другом с помощью серьги 183. В этом примере серьга 183 содержит кольцо 185, в которое вставлены выступы 179 и 181, при этом каждый выступ имеет соответствующую головку 187, 189, которые удерживают выступы внутри кольца 185, когда сегменты повернуты в заранее собранное состояние. Как показано на фиг. 9С, второй выступ 81 контактирует с точкой опоры 191 на первом выступе 179, а первый выступ 179 контактирует с точкой опоры 193 на втором выступе 181. Выступы 179, 181, соединенные кольцом 185 действуют как консольные пружины, которые разжимают сегменты в разведенное положение либо самостоятельно, либо в узле с кольцевым уплотнением 170, как описано выше. Далее, второй конец 195 первого сегмента 150 закрепляют ко второму концу 197 второго сегмента 152 с помощью регулируемого крепежного узла 158. В этом примере регулируемый крепежный узел содержит первую проушину 201, установленную на втором конце 195 первого сегмента 150, вторую проушину 203, установленную на втором конце 197 второго сегмента 152, и крепежный элемент 205, проходящий между первой и второй проушинами.
Совместно с пружинным узлом 156 (и/или кольцевым уплотнением 170), начальное затягивание крепежного элемента 205 удерживает сегменты 150, 152 в заранее собранном состоянии, показанном на фиг. 9А и 9С. В этой конфигурации сегменты 150 152 поддерживаются в положении, разведенном в достаточной степени, чтобы второй трубный элемент 186 можно было вставить в центральное пространство 164 (см. фиг. 10-11), в то же время захватывая первый трубный элемент 184 за счет зацепления фланца 160 и обода 188. Как показано на фиг. 9С, выступы 182 повышают способность сегментов 150, 152 удерживать первый трубный элемент 184, когда узел 147 находится в предварительно собранном состоянии.
На фиг. 10 и 11 показано использование узла 147 для соединения элементов 184 и 186 труб. Как показано на фиг. 10, когда узел 147 находится в предварительно собранном состоянии, второй трубный элемент 186 вставляют в центральное пространство 154. После установки, второй трубный элемент 186 входит в зацепление с поверхностью 172 на кольцевом уплотнении 170 (первый трубный элемент 184 также находится в зацеплении с кольцевым уплотнением). Как показано на фиг. 11, сегменты затем стягивают по направлению друг другу с помощью регулируемого крепежного узла 158. В этом примере крепежный элемент 205 затягивают, стягивая сегменты 150 и 152 в противодействие смещающей силе пружинного узла 156 (см. фиг. 9С) и сжимая кольцевое уплотнения для формирования герметичного соединения. Если имеются выступы 182, они входят в зацепление с элементами 184, 186 труб, иначе с трубными элементами входят в зацепление дугообразные поверхности 178 и 180. На фиг. 11 показана дугообразная поверхность 178, находящаяся в зацеплении с канавкой 192 на втором трубном элементе 186.
На фиг. 12 показан вариант предварительно собранного узла 147, в котором первая дугообразная поверхность 178 имеет первый радиус 207 кривизны, а вторая дугообразная поверхность 180 имеет второй радиус 209 кривизны. В этом примере второй радиус 209 кривизны меньше первого радиуса 207 кривизны. Такая конфигурация радиусов может применяться, когда обод 188 первого трубного элемента определен канавкой 192, поскольку она позволяет муфте 148 захватывать первый трубный элемент 184, когда она находится в предварительно собранном состоянии, в то же время позволяя вставлять второй трубный элемент 186 в центральное пространство, 154, не разбирая муфту. Канавка 192 в первом трубном элементе 186 может быть глубже, чем канавка 192 во втором трубном элементе 186, для реализации такого варианта.
Применение узла 147, имеющей единственный крепежный элемент 205 и захваченный трубный элемент 184 дает существенное преимущество, повышая стабильность соединения трубных элементов за счет зацепления между фланцем муфты и ободом трубного элемента. Наличие пружинного узла и единственного крепежного элемента существенно препятствует возможности манипулировать муфтой, раскачивая ее, что делает значительно более трудным отсоединение трубного элемента от муфты. Единственный крепежный элемент также упрощает этап затяжки, поскольку нужно затянуть только один крепежный элемент, в отличие от двух крепежных элементов, которые нужно затягивать поочередно, чтобы не повредить кольцевое уплотнение.
Ожидается, что муфты по настоящему изобретению повысят эффективность монтажа и надежность сформированных соединений. К другим ожидаемым преимуществам относятся меньший вес муфты, которая имеет пониженный внешний профиль, и который меньше для данного размера труб. Наличие только одного крепежного элемента сокращает количество деталей и способствует снижению числа ошибок во время сборки, а также устраняет необходимость затяжки более, чем одного крепежного элемента в чередующемся порядке.