УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ДВУХКОЖУХОВЫХ ТРУБ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ДВУХКОЖУХОВЫХ ТРУБ
DEVICE AND METHOD FOR CONNECTION OF TWO-JACKET PIPES (VERSIONS)

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству для соединения двухкожуховых труб, содержащему две соответствующие друг другу части трубной муфты и предохранительный элемент для их осевого соединения, причем части трубной муфты содержат соответственно свариваемое с внутренней трубой внутреннее кольцо, свариваемое с кожуховой трубой наружное кольцо и проход, прерванный между внутренним и наружным кольцами несколькими ребрами. Кроме того, изобретение относится к способу соединения двухкожуховых труб посредством такого устройства.
Уровень техники
Устройства для соединения труб, называемые также трубными муфтами, известны в разнообразных выполнениях. Особенно распространены трубные муфты, с помощью которых без дополнительных инструментов можно легко соединять и снова отделять друг от друга два конца труб. В зависимости от области применения трубопроводов к используемым трубным муфтам предъявляются различные требования.
Качественные трубные муфты должны позволять вращать или поворачивать соединенные трубы по отношению друг к другу также в уложенном состоянии без нарушения протекания среды или функции муфты. К тому же трубные муфты должны иметь возможность их использования также в трубопроводах с высокими давлениями.
Трубные муфты используются также в трубопроводах, в которых, в основном, коаксиально друг в друге проходят две трубы. Такие трубопроводы известны под названием «двойная труба» или же «двухкожуховая труба».
Из DE 102009052674 A1 известна родовая трубная муфта для двухкожуховых труб. Она предусматривает соединение двух расположенных друг в друге трубопроводов. При этом внутри находится трубопровод высокого давления, рассчитанный на давления примерно до 400 бар, а внешняя труба используется в качестве обратного трубопровода (с давлениями примерно до 40-70 бар). Чтобы можно было технологически реализовать такое соединение в связи с необходимыми трубами, предусмотрена передвижная втулка («телескопическая труба»), которая после сварки внутренней трубы создает соединение между внешней трубой и частью трубной муфты.
С технологической точки зрения, такая конструкция имеет многочисленные недостатки. Передвижная втулка представляет собой дополнительную деталь, которая необходима для того, чтобы можно было реализовать различные сварные соединения и компенсировать допуски на длину труб. Вследствие этого для изготовления трубы с соответствующими частями трубной муфты требуются пять сварных соединений. К тому же между передвижной втулкой и находящейся внутри внешней трубой возникает опасность сильного коррозионного разрушения, поскольку в этой зоне нельзя нанести соответствующий защитный слой, например цинковое покрытие. Кроме того, выполненные цельными части трубной муфты имеют очень большие габариты, поэтому в качестве исходного материала для обработки резанием нередко приходится брать сплошной материал, поскольку толстостенные трубы в этом размерном диапазоне отсутствуют. Наряду с высокими технологическими затратами для обработки этого сплошного материала возникают также высокие издержки.
Раскрытие изобретения
В основе изобретения лежит задача выполнения и усовершенствования двухтрубной муфты таким образом, чтобы избежать известных из уровня техники недостатков, а также обеспечить простой монтаж муфты и компенсацию технологических допусков на длину отдельных труб.
Эта задача решается в устройстве для соединения двухкожуховых труб за счет того, что, по меньшей мере, одна из частей трубной муфты выполнена составной и содержит две отдельные детали, а именно внутреннюю деталь, которая образована внутренним кольцом или, по меньшей мере, включает в себя его и имеет наружную резьбу, и внешнюю деталь, которая образована наружным кольцом или, по меньшей мере, включает в себя его и имеет соответствующую наружной резьбе внутренней детали внутреннюю резьбу, так что внешняя деталь может навинчиваться на внутреннюю деталь. Предложенное выполнение части муфты из двух отдельных, свинчиваемых между собой деталей дает различные преимущества. Так, например, упрощается монтаж. Во время него к соответствующей внутренней трубе сначала приваривается внутреннее кольцо составной части муфты. Затем внешняя деталь навинчивается на внутреннюю деталь до тех пор, пока ее наружное кольцо не упрется в соответствующую кожуховую трубу. В заключение к кожуховой трубе приваривается наружное кольцо. За счет того, что внешняя деталь с наружным кольцом навинчивается на внутреннюю деталь, оно всегда упирается в кожуховую трубу. В частности, можно компенсировать допуски на длину, которые могут составлять несколько миллиметров. Для этого наружная и внутренняя резьбы выполнены и позиционированы так, что внешняя деталь может навинчиваться на внутреннюю деталь до тех пор, пока внешняя деталь не упрется в привариваемую кожуховую трубу, когда внутренняя деталь приварена к внутренней трубе. В частности, наружная резьба внутренней детали может быть длиннее соответствующей внутренней резьбы внешней детали.
Поскольку в состоянии без давления имеется определенный люфт резьбы, в частности, при подземном использовании возникают дополнительные преимущества благодаря той возможности, что люфт резьбы компенсирует допуски, в частности на концентричность обеих плотных посадок. Кроме того, внешняя труба может частично воспринимать растягивающие напряжения внутренней трубы и представляет собой дополнительную защиту от продольного изгиба, поскольку она придает дополнительную стабильность и, тем самым, влияет на критическую длину продольного изгиба. Внешняя труба (обратная труба), состоящая обычно из стали S235, имеет более высокое относительное удлинение при разрыве, чем внутренняя труба (труба высокого давления), которая состоит обычно из стали S355. Таким образом, даже при выходе из строя трубы высокого давления трубопровод еще герметичен наружу, поскольку обратная труба может пластически деформироваться еще определенное время, прежде чем выйдет из строя. В таком временном промежутке уже происходит падение давления в диапазоне высокого давления, так что за счет расположения трубопроводов друг в друге заметно повышается надежность против полного выхода из строя трубопровода с опасностью вытекания гидравлической жидкости под высоким давлением.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, относительное вращение соединяемых концов труб достигается за счет того, что обе части трубной муфты соединены между собой с возможностью вращения. Выполненная таким образом двухтрубная муфта даже после замыкания предохранительного элемента обеспечивает то, что приваренный к одной ее части отрезок трубы легко вращается вокруг своей оси относительно соседнего, приваренного к противоположной части муфты отрезка трубы. В некоторых случаях это требуется, например, для выверки арматуры или при вращении отрезков трубопровода. Относительное движение между неподвижными фланцами может достигаться, в частности, за счет использования смазочных материалов и/или подшипников скольжения или качения.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, внутренние кольца обеих частей муфты вставлены друг в друга, причем между обоими внутренними кольцами в осевом направлении предусмотрен зазор. В качестве альтернативы или дополнительно наружные кольца обеих частей муфты могут быть вставлены друг в друга, причем между обоими наружными кольцами в осевом направлении предусмотрен зазор. При монтаже такой муфты или устройства для соединения двухкожуховых труб сначала предварительно собирается разъемная часть муфты путем навинчивания внешней детали на внутреннюю деталь. Затем составляются внутренние и наружные кольца обеих частей муфты, в результате чего между внутренними кольцами, с одной стороны, и наружными кольцами, с другой стороны, остается осевой зазор. Предварительно собранная таким образом муфта позиционируется между соединяемыми между собой двухкожуховыми трубами, и внутренние кольца привариваются к соответствующим внутренним трубам. При этом внутренние кольца могут надежно упираться в соответствующие внутренние трубы, поскольку обе части муфты подвижны по отношению друг к другу. После этого в наружное кольцо цельной части муфты упирается соответствующая кожуховая труба, и обе детали свариваются между собой. В заключение внешняя деталь разъемной части муфты навинчивается на внутреннюю деталь до тех пор, пока внешняя деталь не упрется в соответствующую кожуховую трубу, а внешнюю деталь можно будет приварить к последней.
Резьбовое соединение обеих деталей, имеющее одну часть муфты, служит для компенсации допусков на длину кожуховой трубы. За счет осевого зазора между обоими внутренними и/или обоими наружными кольцами создается дополнительная возможность компенсации длины.
В другом варианте осуществления изобретения между внутренним кольцом одной части муфты и наружным кольцом ее другой части расположено, по меньшей мере, одно кольцевое уплотнение, в частности в радиально направлении. При этом понятно, что кольцевые уплотнения предусмотрены в таких зонах, где имеются достаточные уплотнительные поверхности соответствующих друг другу частей муфты. Использование кольцевого уплотнения имеет то преимущество, что это позволяет достичь исключительного уплотняющего действия даже при относительном перемещении между герметизируемыми поверхностями. В случае кольцевого уплотнения речь может идти о кольце круглого сечения или радиальном сальнике.
В другом варианте осуществления изобретения предусмотрено, что обе детали части муфты жестко соединены между собой посредством предохранительного элемента. За счет жесткого соединения могут надежно восприниматься напряжения кручения, действующие на части муфты. В случае такого предохранительного элемента речь идет предпочтительно о расположенном в осевом направлении цилиндрическом штифте, поскольку такая конструкция реализуется эффективно и особенно компактно.
В другом варианте осуществления изобретения предусмотрено, что предохранительный элемент, аксиально фиксирующий части муфты, выполнен в виде хомута или комбинированного хомута. Хомут приводится в действие нередко от руки при помощи соединенного с пружиной зажимного рычага и отличается легкими и быстрыми монтажом и демонтажом без использования дополнительных инструментов (так называемая быстродействующая муфта). Следовательно, это позволяет сократить также расходы по содержанию персонала.
Соединение с помощью комбинированного хомута имеет то преимущество, что он в сомкнутом состоянии может транспортироваться на наружном кольце части муфты. Кроме того, такой комбинированный хомут может быть соединен также с рымом, поскольку соответствующие трубопроводы, нередко используемые под землей, во избежание деформаций подвешиваются в большинстве случаев к крепи штреков.
В качестве альтернативы возможно выполнение предохранительного элемента в виде накидной гайки. Также при использовании накидной гайки дополнительные (ударные) инструменты не требуются. Таким образом, соединение свинчивается и ослабляется от руки. После завинчивания накидной гайки подтягивать ее, как правило, не требуется. Нередко резьбовая деталь и накидная гайка имеют коническую резьбу с цилиндрическим сходом. При этом может найти применение некапсулированная резьба, или капсулирование может осуществляться посредством соответственно расположенных дополнительных уплотнений. При этом капсулирование образует надежную защиту от загрязнения, так что соединение может быть легко ослаблено даже после длительной эксплуатации. К тому же может быть предусмотрен шплинт, который предотвращает нежелательное раскручивание и повышает эксплуатационную надежность двухтрубной муфты.
В другом варианте осуществления изобретения предусмотрено, что предохранительный элемент, аксиально фиксирующий части муфты, выполнен в виде шариковой цепи. За счет использования шариковой цепи для осевой фиксации можно достичь особенно низкого трения между неподвижными фланцами, благодаря чему их легко проворачивать по отношению друг к другу. Муфта с шариковой цепью известна из DE 3324271 A1.
Согласно другому варианту осуществления изобретения предусмотрено, что между частями муфты с возможностью вращения расположен двойной ниппель, содержащий внутреннее кольцо и жестко соединенное с ним наружное кольцо. Использование двойного ниппеля позволяет выполнить обе части муфты идентичными. Прежде всего, при изготовлении частей муфты методом литья, например в виде стальной отливки, это имеет то преимущество, что приходится использовать только одну литьевую форму. Таким образом, изготовление частей муфты может осуществляться более рентабельно. При любом виде фиксации, в частности при осевой фиксации хомутом, накидной гайкой или шариковой цепью, двойная трубная муфта может содержать двойной ниппель.
Наконец, в другом варианте осуществления изобретения предложено выполнение внутренних труб в качестве подающей линии высокого давления, а кожуховых труб - в качестве обратной линии для использования в подземных горных разработках. По сравнению с проходящими рядом друг с другом отдельным трубопроводам можно за счет использования двойных трубопроводов сэкономить при их прокладке место для дополнительной линии, что предпочтительно особенно в стесненных пространственных условиях, например под землей. Поэтому предлагается выполнить подающие линии высокого давления и обратные линии, используемые в разработке каменноугольных месторождений для гидравлических систем на чистой воде, предпочтительно в виде двойного трубопровода.
В подающей линии высокого давления господствует рабочее давление около 40 МПа, тогда как обратная линия эксплуатируется с давлением 4-7 МПа. Также за счет различных давлений в этом случае напрашивается использование двойных трубопроводов, поскольку толщина стенок внутренней линии высокого давления может быть выбрана независимо от толщины стенок внешней линии низкого давления или обратной линии. В предложенном случае это может означать, что толщина стенок внутренних труб больше толщины стенок кожуховых труб.
Кроме того, подземное использование двухкожуховой трубы дает то преимущество, что в случае негерметичности внутренней трубы, сильнее нагруженной из-за более высокого давления, внешняя кожуховая труба предотвращает немедленное вытекание жидкости из двухкожуховой трубы. Это снижает риск травматизма, и, в частности, в горных разработках можно, таким образом, избежать ненужного ремонта в труднодоступных местах.
В трубопроводных системах с несколькими двухтрубными муфтами, между которыми размещаются относительно длинные двухкожуховые трубы длиной, например, несколько метров, предложено, что между внутренними и кожуховыми трубами с заданными промежутками располагаются распорки, которые по сравнению с неподвижными фланцами радиально разделяют обе трубы друг от друга.
Согласно другому аспекту изобретения предусмотрено, что переходы между ребрами одной части муфты или ее обеих частей в их переходной зоне к соответствующему внутреннему и/или наружному кольцу выполнены закругленными.
При этом в случае цельной части муфты ребра на своей направленной к ее наружной стороне торцевой поверхности могут быть выполнены закругленными как в переходной зоне к наружному кольцу, так и в переходной зоне к внутреннему кольцу, образуя, в частности, выгиб в форме части окружности. На своей направленной к внутренней стороне муфты торцевой поверхности ребра цельной части муфты могут быть закруглены только на своем переходе к внутреннему кольцу. В случае части муфты, выполненной предложенным образом составной, ребра на своей направленной к внутренней стороне муфты торцевой поверхности и/или на своей направленной к ее наружной стороне торцевой поверхности могут быть закруглены в переходной зоне к наружному кольцу. Закругление к внутреннему кольцу не рассматривается, поскольку здесь происходит свинчивание внутренней и внешней деталей.
За счет такого выполнения благодаря напряжениям сдвига можно поддерживать низкими нагрузки на части муфты.
Краткое описание чертежей
Изобретение более подробно поясняется ниже с помощью чертежей, на которых изображены только предпочтительные примеры его осуществления. На чертежах представляют:
фиг.1 - двухтрубную муфту с хомутом в качестве осевого предохранительного элемента в продольном разрезе;
фиг.2 - объект из фиг.1 в сечении по линии II-II без хомута;
фиг.3 - двухтрубную муфту с комбинированным хомутом в качестве осевого предохранительного элемента в продольном разрезе;
фиг.4 - объект из фиг.3 в сечении по линии IV-IV без хомута;
фиг.5 - двухтрубную муфту с накидной гайкой и резьбой в качестве осевого предохранительного элемента в продольном разрезе;
фиг.6 - объект из фиг.5 в сечении по линии VI-VI;
фиг.7 - другой пример выполнения двухтрубной муфты с накидной гайкой и резьбой в качестве осевого предохранительного элемента в продольном разрезе;
фиг.7А - в увеличенном виде фрагмент «X» фиг.7;
фиг.8 - объект из фиг.7 в сечении по линии VIII-VIII;
фиг.9 - двухтрубную муфту с составной шариковой цепью в качестве осевого предохранительного элемента в продольном разрезе;
фиг.10 - объект из фиг.9 в сечении по линии Х-Х;
фиг.11 - другой вариант выполнения двухтрубной муфты в продольном разрезе.
Осуществление изобретения
На фиг.1 изображено устройство для соединения двухкожуховых труб, называемое далее двухтрубной муфтой. Она состоит, в основном, из двух частей 1, 2 и предохранительного элемента для их осевой фиксации. Части 1, 2 муфты содержат соответственно внутреннее 1i, 2i и наружное 1а, 2а кольца, причем каждое из внутренних колец 1i, 2i имеет привариваемый конец 3, 4, а каждое из наружных колец 2а, 3а - привариваемый конец 5, 6. Посредством привариваемых концов 3, 4, 5, 6 части 1, 2 муфты приварены к концам внутренних 7, 8 и кожуховых 9, 10 труб. Трубы 7, 8, 9, 10 расположены, в основном, коллинеарное, так что между внутренней 7 и кожуховой 9 трубами и между внутренней 8 и кожуховой 10 трубами возникает кольцевое пространство (не показано).
Как видно из фиг.2, между наружным 1а и внутренним 1i кольцами предусмотрены проходы 12, прерванные равномерно расположенными по окружности ребрами 11 и обеспечивающие протекание среды по кожуховой трубе. Разумеется, то же самое относится, хотя и не показано, к части 2 муфты.
Согласно изобретению, расположенная справа на фиг.1 часть 2 муфты состоит из двух отдельных деталей, а именно внутренней детали, которая образована, в основном, внутренним кольцом 1i части 1 муфты, и внешней детали, которая образована наружным кольцом 1а с ребрами 11 и проходами 12. При этом внешняя деталь навинчена на внутреннюю деталь. Для этого внутреннее кольцо 1i имеет наружную резьбу 13, а внешняя деталь - соответствующей ей внутреннюю резьбу 14. Как видно на фиг.1, наружная резьба 13 длиннее внутренней резьбы 14. За счет свинчивания и, в частности, разных по длине резьб 13, 14 может осуществляться компенсация технологических допусков на длину внутренней 7 и кожуховой 9 труб, поскольку внешнюю деталь части 1 муфты после приваривания внутреннего кольца 1i к внутренней трубе 7 можно аксиально упереть в кожуховую трубу 9, провернув внешнюю деталь части 1 муфты относительно внутреннего кольца 1i.
Обе части 1, 2 муфты известным образом соединены между собой хомутом 16, который надет на них и охватывает их радиально отстоящие уступы, аксиально фиксируя обе части 1, 2 муфты друг на друге.
Как хорошо видно на фиг.1, внутренние кольца 1i, 2i обеих частей 1, 2 муфты вставлены друг в друга, причем между обоими внутренними кольцами 1i, 2i в осевом направлении предусмотрен зазор S. Таким же образом наружные кольца 1а, 2а обеих частей 1, 2 муфты вставлены друг в друга, причем между обоими наружными кольцами 1а, 2а в осевом направлении оставлен зазор. При этом кольцевые зазоры между внутренними 1i, 2i и наружными 1a, 2а кольцами герметизированы соответствующими кольцевыми уплотнениями 15.
Для монтажа сначала составляются обе части 1, 2 муфты. Затем оба внутренних кольца 1i, 2i в зоне своих привариваемых концов 3, 4 привариваются к соответствующим внутренним трубам 7, 8. При этом внутренние кольца 1i, 2i могут точно позиционироваться на внутренних трубах 7, 8, поскольку обе части 1, 2 муфты аксиально подвижны по отношению друг к другу. После этого левая кожуховая труба 10 упирается к цельную часть 2 муфты. Вслед за этим внешняя деталь с наружным кольцом 1а составной части 1 муфты проворачивается относительно внутреннего кольца 1i до тех пор, пока не упрется в правую кожуховую трубу 9. В заключение между кожуховыми трубами 9, 10 и привариваемыми концами 5, 6 наружных колец 1а, 2а выполняются сварные швы.
В следующих примерах одинаковые/похожие детали обозначены ссылочными позициями, увеличенными на цифру 20.
На фиг.3, 4 изображена похожая конструкция двухтрубной муфты, причем вместо хомута 16 используется комбинированный хомут 36. Использование комбинированного хомута 36 имеет то преимущество, что при транспортировке он удерживается с геометрическим замыканием на наружном кольце 22а, а именно в огибающем пазу 37. В изображенном предпочтительном примере выполнения комбинированный хомут 36 состоит из двух половин 36А, 36В, которые в фиксированном положении надеты на наружные кольца 22а, 21а. На фиг.4 видно, что в верхней части половины 36А расположен рым 38, чтобы можно было подвесить снабженный предложенной двухтрубной муфтой трубопровод, например при использовании в подземных горных работах.
На фиг.5-8 изображены два альтернативных варианта двухтрубной муфты, у которой оба наружных кольца 41а, 42а, 41а', 42а' фиксируются в осевом направлении накидной гайкой 56, 56' с резьбой 57, 57'. Монтаж и демонтаж муфты на фиг.5, 6 обеспечивает соединение от руки, поскольку резьба 57 накидной гайки 56 выполнена конической с цилиндрическим сходом. Напротив, монтаж и демонтаж накидной гайки 56' с цилиндрической резьбой 57' всегда требует ударного инструмента.
Накидные гайки 56, 56' имеют радиально отстоящие ребра 58, 58', однако возможно также, хотя это и не показано, чтобы накидные гайки были снабжены соответствующими радиальными глухими отверстиями для смыкания и раскрытия соответствующим инструментом. В этом случае такая муфта будет заметно меньше, чем с выступающими ребрами 58, 58'.
В примере на фиг.7, 8 показано, что внутреннее 41i' и соответствующее наружное 41а' кольца части 41' муфты в нужном положении могут жестко соединяться между собой, например посредством расположенного в осевом направлении цилиндрического штифта 59. Жесткое соединение требуется, в частности, в том случае, если в резьбовое соединение вводятся дополнительные крутящие моменты, как в примере на фиг.7, 8. Выполнение с цилиндрическим штифтом 59 особенно хорошо видно на фиг.7А.
В остальном конструкция двухтрубных муфт на фиг.5-8 соответствует конструкции на фиг.1-4.
На фиг.9 изображен другой вариант выполнения двухтрубной муфты. При этом в качестве осевого предохранительного элемента предусмотрена единственная шариковая цепь 76. В наружных кольцах 61а, 62а выполнен общий огибающий паз 77, в который уложена шариковая цепь 76, предотвращающая осевое смещение обеих частей 61, 62 муфты. Укладка и извлечение шариковой цепи 76 осуществляются особенно просто в случае ее составного выполнения, т.е. если она имеет два свободных конца. Она помещается в паз 77 через отверстие 78, причем монтажное приспособление 79 в зоне выемки 78 обеспечивает надлежащее положение. Звенья шариковой цепи 76 могут представлять собой шарики, валики, шайбы, цилиндры и т.п. Во избежание выпадения или случайного извлечения шариковой цепи 76 выемка 78 может закрываться защитной скобой 80, что особенно хорошо видна на фиг.10. Не показано, что в огибающий паз 77 посредством соответственно расположенного смазочного ниппеля может подаваться смазка, в частности консистентная, чтобы упростить последующее извлечение шариковой цепи 76 из муфты.
Наконец, на фиг.11 изображен другой вариант выполнения муфты. Он, в основном, соответствует варианту на фиг.5. Отличие заключается лишь в выполнении ребер 51, 51а ее частей 41, 42. Так, ребра 51а цельной части 42 муфты на своей стороне, направленной к наружной стороне муфты, т.е. влево, выполнены закругленными на переходе к наружному 42а и внутреннему 42i кольцам, образуя выгиб W в форме части окружности. Кроме того, ребра 51а на своей стороне, направленной к внутренней стороне муфты, выполнены закругленными на переходе к внутреннему кольцу 42i. Поскольку ребра 51а на своей направленной внутрь стороне расположены заподлицо с наружным кольцом 42а, здесь переход выполнен прямым.
Аналогичным образом ребра 51 составной правой части 41 муфты на своей направленной внутрь торцевой поверхности и на своей направленной наружу торцевой поверхности закруглены на переходе к наружному кольцу 41а. Поскольку внешняя деталь составной части 41 муфты с наружным кольцом 41а и ребрами 51 навинчена на внутреннее кольцо 4 И, здесь закругленные переходы невозможны.
За счет закругленных переходов нагрузки за счет напряжений сдвига, действующие при эксплуатации на муфту, поддерживаются небольшими.