СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ МУФТА, ИМЕЮЩАЯ УПЛОТНЕНИЕ СО ВТЯГИВАЕМОЙ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НОЖКОЙ
COUPLING WITH SEAL WITH RETRACTABLE CENTRAL LEG

Перекрестные ссылки на родственные заявки
Настоящая заявка основана и испрашивает приоритет по Предварительной Заявкой на Патент США № 62/514,229, зарегистрированной 2 июня 2017, содержание которой полностью включено в этот документ по ссылке.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к механическим соединительным муфтам и уплотнениям для соединения элементов трубопровода.
Предпосылки создания изобретения
Одна форма механической соединительной муфты для труб содержит сегменты, прикрепленные друг к другу встык, окружающие центральное пространство. Между сегментами захвачено уплотнение, например, уплотнительное кольцо, образованное из эластомерного материала. Сегменты прикреплены встык с использованием регулируемых крепежных элементов, например, проушин, расположенных у каждого конца каждого сегмента, которые принимают соединительные элементы, соединяющие концы. Примеры таких соединительных муфт описаны в Патенте США № 7,712,796. Сегменты окружают концы элементов трубопровода и зацепляются с ними для образования механического стыка, и уплотнение сжимается между сегментами и элементами трубопровода для обеспечения герметичности по текучей среде.
Преимущественным является поддерживание сегментов на расстоянии друг от друга, достаточном для обеспечения вставления элементов трубопровода в центральное пространство, образованное посредством сегментов, в то время как сегменты удерживаются вместе посредством соединительных элементов. Это “предварительно собранное состояние” соединительной муфты способствует быстрому образованию стыка поскольку при соединении элементов трубопровода не требуется разборка и повторная сборка соединительной муфты. Соединительные муфты предшествующего уровня техники поддерживают сегменты в предварительно собранном состоянии на наружной окружности уплотнительного кольца. Нем не менее, существуют возможности достижения более компактной конструкции соединительной муфты, в которой сегменты все еще поддерживаются на расстоянии друг от друга, достаточном для обеспечения вставления элементов трубопровода в центральное пространство.
Краткое изложение сущности изобретения
Согласно одному аспекту изобретения разработана соединительная муфта для соединения элементов трубопровода встык. В одном иллюстративном варианте осуществления, соединительная муфта содержит первый и второй сегменты, прикрепленные друг к другу встык и окружающие центральное пространство. Каждый из сегментов имеет канал, проходящий по окружности вокруг центрального пространства и обращенный к нему. Каждый из каналов образован посредством первого и второго плеч, расположенных на противоположных сторонах сегментов, и задней поверхности, проходящей между плечами. Каждое плечо содержит первую поверхность, обращенную к центральному пространству, и вторую поверхность, ориентированную под углом по отношению к первой поверхности. Первая и вторая поверхности первого плеча встречаются у первого кончика, причем первая и вторая поверхности второго плеча встречаются второго кончика. Уплотнение расположено в центральном пространстве. Уплотнение содержит кольцо, имеющее первую и вторую доли, расположенные на его противоположных сторонах. Первый и второй крепежные элементы, прикрепляющие сегменты друг к другу, расположены у противоположных концов каждого из сегментов. Крепежные элементы являются регулируемо затягиваемыми для притягивания сегментов друг к другу. Соприкосновение между первым кончиком и первой долей и вторым кончиком и второй долей между первым и вторым крепежными элементами на каждом сегменте поддерживает первый и второй сегменты на расстоянии друг от друга, достаточном для обеспечения вставления элементов трубопровода в центральное пространство.
В конкретном примере, первая и вторая доли соприкасаются со вторыми поверхностями первого и второго плеч вблизи от первого и второго крепежных элементов, когда первый и второй сегменты находятся на расстоянии друг от друга.
В качестве примера, уплотнение дополнительно содержит центральную ножку, расположенную между первой и второй долями. Центральная ножка выступает к центральному пространству. Когда уплотнение посажено в канале с обеспечением соприкосновения по меньшей мере части первой доли с второй поверхностью первого плеча и соприкосновения по меньшей мере части второй доли с второй поверхностью второго плеча, уплотнение деформируется с обеспечением втягивания центральной ножки к задней поверхности.
Иллюстративный вариант осуществления может дополнительно содержать первый и второй дугообразные выступы, расположенные на противоположных сторонах каждого из первого и второго сегментов. В этом примере, первые выступы проходят от первых плеч на первом и втором сегментах, причем вторые выступы проходят от вторых плеч первого и второго сегментов. К тому же, в качестве примера, первые дугообразные выступы могут иметь больший радиус кривизны, чем вторые дугообразные выступы.
Еще одна иллюстративная соединительная муфта для соединения элементов трубопровода встык содержит первый и второй сегменты, прикрепленные друг к другу встык и окружающие центральное пространство. Каждый из сегментов имеет канал, проходящий по окружности вокруг центрального пространства и обращенный к нему. Каждый из каналов образован посредством первого и второго плеч, расположенных на противоположных сторонах сегментов, и задней поверхности, проходящей между плечами. Каждое плечо содержит первую поверхность, обращенную к центральному пространству, и вторую поверхность, ориентированную под углом по отношению к первой поверхности. Первая и вторая поверхности первого плеча встречаются у первого кончика, причем первая и вторая поверхности второго плеча встречаются второго кончика. В центральном пространстве расположено уплотнение. Уплотнение содержит кольцо, имеющее первую и вторую доли, расположенные на его противоположных сторонах, и центральную ножку между первой и второй долями. Центральная ножка выступает к центральному пространству. Первый и второй крепежные элементы, прикрепляющие сегменты друг к другу, расположены у противоположных концов каждого из сегментов. Крепежные элементы являются регулируемо затягиваемыми для притягивания сегментов друг к другу и посадки уплотнения в канал, с обеспечением деформации уплотнения. Когда уплотнение посажено в канале, по меньшей мере часть первой и второй долей соприкасается со вторыми поверхностями первого и второго плеч с обеспечением деформации уплотнения. Центральная ножка втягивается к задней поверхности при деформации уплотнения.
К тому же, в качестве примера, соприкосновение между первым кончиком и первой долей и вторым кончиком и второй долей между первым и вторым крепежными элементами на каждом сегменте поддерживает первый и второй сегменты на расстоянии друг от друга, достаточном для обеспечения вставления элементов трубопровода в центральное пространство. Находясь в предварительно собранном состоянии, первая и вторая доли могут соприкасаться со вторыми поверхностями первого и второго плеч вблизи от первого и второго крепежных элементов, когда сегменты находятся на расстоянии друг от друга.
В другом примере, первый и второй дугообразные выступы могут быть расположены на противоположных сторонах каждого из первого и второго сегментов. Первые выступы проходят от первых плеч на первом и втором сегментах, причем вторые выступы проходят от вторых плеч первого и второго сегментов. Также, в качестве примера, первые дугообразные выступы могут иметь больший радиус кривизны, чем вторые дугообразные выступы.
Изобретение также относится к комбинации двух элементов трубопровода и соединительной муфты для соединения элементов трубопровода встык. В качестве примера, соединительная муфта содержит первый и второй сегменты, прикрепленные друг к другу встык и окружающие центральное пространство. Каждый из сегментов имеет канал, проходящий по окружности вокруг центрального пространства и обращенный к нему. Каждый из каналов образован посредством первого и второго плеч, расположенных на противоположных сторонах сегментов, и задней поверхности, проходящей между плечами. Каждое плечо содержит первую поверхность, обращенную к центральному пространству, и вторую поверхность, ориентированную под углом по отношению к первой поверхности. Первая и вторая поверхности первого плеча встречаются у первого кончика, причем первая и вторая поверхности второго плеча встречаются второго кончика. В центральном пространстве расположено уплотнение. Уплотнение содержит кольцо, имеющее первую и вторую доли, расположенные на его противоположных сторонах. Первый и второй крепежные элементы, прикрепляющие сегменты друг к другу, расположены у противоположных концов каждого из сегментов. Крепежные элементы являются регулируемо затягиваемыми для притягивания сегментов друг к другу. Соприкосновение между первым кончиком и первой долей и вторым кончиком и второй долей между первым и вторым крепежными элементами на каждом сегменте поддерживает первый и второй сегменты на расстоянии друг от друга, достаточном для обеспечения вставления элементов трубопровода в центральное пространство.
В иллюстративном варианте осуществления первая и вторая доли соприкасаются со вторыми поверхностями первого и второго плеч вблизи от первого и второго крепежных элементов, когда первый и второй сегменты находятся на расстоянии друг от друга.
Изобретение также включает в себя комбинацию двух элементов трубопровода и соединительной муфты для соединения элементов трубопровода встык. В иллюстративном варианте осуществления соединительная муфта содержит первый и второй сегменты, прикрепленные друг к другу встык и окружающие центральное пространство. Каждый из сегментов имеет канал, проходящий по окружности вокруг центрального пространства и обращенный к нему. Каждый из каналов образован посредством первого и второго плеч, расположенных на противоположных сторонах сегментов, и задней поверхности, проходящей между плечами. Каждое плечо содержит первую поверхность, обращенную к центральному пространству, и вторую поверхность, ориентированную под углом по отношению к первой поверхности. Первая и вторая поверхности первого плеча встречаются у первого кончика, причем первая и вторая поверхности второго плеча встречаются второго кончика. В центральном пространстве расположено уплотнение. Уплотнение содержит кольцо, имеющее первую и вторую доли, расположенные на его противоположных сторонах, и центральную ножку между первой и второй долями. Центральная ножка выступает к центральному пространству. Первый и второй крепежные элементы, прикрепляющие сегменты друг к другу, расположены у противоположных концов каждого из сегментов. Крепежные элементы являются регулируемо затягиваемыми для притягивания сегментов друг к другу и посадки уплотнения в канал, с обеспечением деформации уплотнения. Когда уплотнение посажено в канале, по меньшей мере часть первой и второй долей соприкасается со вторыми поверхностями первого и второго плеч с обеспечением деформации уплотнения, причем центральная ножка втягивается к задней поверхности при деформации уплотнения. В качестве примера, соприкосновение между первым кончиком и первой долей и вторым кончиком и второй долей между первым и вторым крепежными элементами на каждом сегменте поддерживает первый и второй сегменты на расстоянии друг от друга, достаточном для обеспечения вставления элементов трубопровода в центральное пространство.
Изобретение также охватывает способ соединения первого и второго элементов трубопровода друг с другом с использованием соединительной муфты, содержащей первый и второй сегменты, прикрепленные друг к другу встык, окружающие центральное пространство. Между сегментами расположено уплотнение, причем уплотнение содержит первую и вторую доли на его противоположных концах и центральную ножку, расположенную между долями, причем центральная ножка выступает к центральному пространству. В иллюстративном варианте осуществления способ содержит этапы:
поддерживания сегментов на расстоянии друг от друга на уплотнении посредством соприкосновения первой и второй точек на первой доле с первыми кончиками первых плеч первого и второго сегментов, причем первая и вторая точки на первой доле расположены между концами первого и второго сегментов, и посредством соприкосновения первой и второй точек на второй доле со вторыми кончиками вторых плеч первого и второго сегментов, причем первая и вторая точки на второй доле расположены между концами первого и второго сегментов;
вставления элементов трубопровода в центральное пространство, причем центральная ножка расположена между элементами трубопровода;
притягивания первого и второго сегментов друг к другу и, в результате этого, деформации уплотнения с обеспечением втягивания центральной ножки в направлении от центрального пространства.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой вид в изометрии иллюстративной соединительной муфты согласно изобретению, показанной в предварительно собранном состоянии;
Фиг. 2 представляет собой вид в разрезе, взятом по линии 2–2 на Фиг. 1;
Фиг. 3 представляет собой вид в разрезе, взятом по линии 3–3 на Фиг. 1;
Фиг. 4 представляет собой вид в изометрии соединительной муфты, показанной на Фиг. 1, принимающей элементы трубопровода, находясь в своем предварительно собранном состоянии;
Фиг. 5 представляет собой вид в разрезе, взятом по линии 5–5 на Фиг. 4;
Фиг. 6 представляет собой вид в изометрии соединительной муфты, показанной на Фиг. 1, соединяющей элементы трубопровода;
Фиг. 7 представляет собой вид в разрезе, взятом по линии 7–7 на Фиг. 6; и
Фиг. 8 представляет собой вид в продольном разрезе другого варианта осуществления соединительной муфты согласно изобретению.
Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения
На Фиг. 1 показан иллюстративный вариант осуществления соединительной муфты 10 согласно изобретению. Иллюстративная соединительная муфта 10 содержит первый и второй сегменты 12 и 14, прикрепленные друг к другу встык и окружающие центральное пространство 16. В этом примере прикрепление сегментов 12 и 14 друг к другу осуществляется посредством первого и второго крепежных элементов 18 с регулируемым натяжением, которые содержат проушины 20, 22, расположенные у противоположных концов каждого сегмента 12, 14. Проушины 20, 22 принимают соединительные элементы, такие как болты 24 и гайки 26, которые притягивают сегменты 12 и 14 друг к другу при затягивании. Между сегментами 12 и 14 расположено уплотнение 28. Как видно на Фиг. 2, уплотнение 28 содержит кольцо 30, имеющее первую и вторую доли 32 и 34, расположенные на противоположных сторонах кольца. Доли 32 и 34 выступают по окружности вокруг кольца 30. У конца каждой доли 32, 34 расположена выступающая по окружности уплотнительная поверхность 36. Уплотнительные поверхности 36 обращены к центральному пространству 16 и зацепляются с элементами трубопровода для осуществления герметичного по текучей среде стыка, как описано далее. Центральная ножка 38 проходит от кольца 30 к центральному пространству 16. Центральная ножка 38 проходит по окружности вокруг кольца 30 и выполняет функцию упора для трубы для обеспечения правильной посадки элементов трубопровода в соединительной муфте, как описано далее.
Как видно на Фиг. 2, каждый сегмент 12 и 14 (показан 14) содержит канал 40, проходящий по окружности вокруг каждого сегмента, причем каналы 40 обращены к центральному пространству 16. Каждый канал 40 образован посредством первого и второго плеч 42 и 44 и задней поверхности 46. Плечи 42 и 44 находятся на противоположных сторонах сегментов 12 и 14, и задняя поверхность 46 проходит между плечами. Первое плечо 42 содержит первую поверхность 48, которая обращена к центральному пространству 16, и вторую поверхность 50, ориентированную под углом по отношению к первой поверхности 48. Первая и вторая поверхности 48, 50 встречаются у первого кончика 52. Второе плечо 44 содержит первую поверхность 54, которая обращена к центральному пространству 16, и вторую поверхность 56, ориентированную под углом по отношению к первой поверхности 54. Первая и вторая поверхности 54, 56 встречаются у второго кончика 58. В этом иллюстративном варианте осуществления первый и второй кончики 52, 58 являются скругленными, но возможны и другие формы. В этой иллюстративной соединительной муфте сегменты 12 и 14 также содержат дугообразные выступы 60 и 62, расположенные на противоположных сторонах каждого сегмента 12 и 14. Дугообразные выступы, также называемые “ключами”, зацепляются с окружными канавками в элементах трубопровода для обеспечения механического зацепления, как описано далее.
На Фиг. 1s соединительная муфта 10 показана в “предварительно собранном состоянии”, в котором сегменты 12 и 14 поддерживаются на уплотнении 28 на расстоянии, достаточном для обеспечения вставления элементов трубопровода в центральное пространство 16, как описано далее. Соединительные элементы (болты 24, гайки 26) удерживают сегменты 12 и 14 у уплотнения 28 в предварительно собранном состоянии. Как видно на Фиг. 2, разделение сегментов 12 и 14 в предварительно собранном состоянии сохраняется благодаря тому, что первый и второй кончики 52 и 58 соответственно соприкасаются с первой и второй долями 32 и 34 уплотнения 28. Соприкосновение между кончиками 52, 58 и долями 32, 34 проходит по окружности по существенной части сегментов 12 и 14. Как видно на Фиг. 3, когда соединительная муфта 10 находится в предварительно собранном состоянии, части уплотнения 28 вблизи от крепежных элементов 18 посажены в канал 40, что проявляется посредством деформации долей 32 и 34 друг к другу при соприкосновении первой доли 32 с первой поверхностью 50 первого плеча 42 и соприкосновении второй доли 34 со второй поверхностью 56 второго плеча 44.
На Фиг. 4–7 показано использование иллюстративной соединительной муфты 10. Как видно на Фиг. 4, когда соединительная муфта 10 находится в предварительно собранном состоянии, элементы 64 и 66 трубопровода вставлены в центральное пространство 16, образованное посредством сегментов 12 и 14. Вставление является возможным, поскольку сегменты 12 и 14 поддерживаются на расстоянии друг от друга посредством соприкосновения между кончиками 52 и 58 и долями 32 и 34, как видно на Фиг. 5. Элементы трубопровода вставлены в центральное пространство 16 на величину, обеспечивающую их соприкосновение с центральной ножкой 38 уплотнения 28, которая выполняет функцию упора для трубы. Когда концы элементов 64 и 66 трубопровода соприкасаются с центральной ножкой 38, каждый дугообразный выступ 60, 62 совмещается с соответствующей окружной канавкой 68, 70 в каждом элементе трубопровода.
Затем, как видно на Фиг. 6, соединительные элементы (болты 24, гайки 26) затягиваются, и сегменты 12 и 14 притягиваются друг к другу. Таким образом, как видно на Фиг. 7 уплотнение 28 сжимается между сегментами 12 и 14 и элементами 64, 66 трубопровода и деформируется по мере его посадки в канал 40 над областью между крепежными элементами 18 (смотри также Фиг. 6). По мере деформации уплотнения 28, уплотнительные поверхности 36 герметично зацепляются с элементами 64 и 66 трубопровода, и доли 32 и 34 перемещаются друг к другу по мере их соприкосновения со вторыми поверхностями 50 и 56 первого и второго плеч 42 и 44. Перемещение долей 32 и 34 друг к другу по мере посадки уплотнения 28 приводит к втягиванию центральной ножки 38 к задним поверхностям 46 сегментов 12 и 14 (показан 14). Втягивание центральной ножки 38 приводит к ее удалению с пути потока через элементы 64 и 66 трубопровода и, таким образом, уменьшает турбулентность и возникающую в результате этого потерю напора. По мере дальнейшего притягивания сегментов 12 и 14 друг к другу дугообразные выступы 60 и 62 зацепляются с соответствующими им окружными канавками 68 и 70 для осуществления механического соединения между соединительной муфтой 10 и элементами 64 и 66 трубопровода.
На Фиг. 8 показан другой вариант осуществления соединительной муфты 80 для трубопровода согласно изобретению. Соединительная муфта 80 отличается от описанных выше иллюстративных вариантов осуществления тем, что первые дугообразные выступы на одной стороне сегментов 86 и 88 имеют больший радиус 90 кривизны, чем радиус 92 кривизны вторых дугообразных выступов 94 и 96 на противоположной стороне сегментов 86 и 88. Соединительная муфта 80 представляет собой “переходную” соединительную муфту, которая обеспечивает соединения элементов 98 трубопровода большего диаметра с элементами 100 трубопровода меньшего диаметра. На Фиг. 8 показаны доли 102 уплотнения 102 как деформированные и образующие герметичное по текучей среде уплотнение между элементами 98 и 100 трубопровода и соединительной муфтой 80. Центральная ножка показана как втянутая из пути потока текучей среды, в результате чего она не образует турбулентность и потерю напора.
Использование соединительных муфт для трубопровода согласно изобретению, в которых сегменты поддерживаются на расстоянии в предварительно собранном состоянии на долях уплотнения, а не на наружной окружности уплотнения, обеспечивает образование предварительно собранной соединительной муфты со сведенной к минимуму овальностью уплотнительного кольца, обеспечивает улучшенное разделение сегментов для заданного диаметра уплотнительного кольца, и обеспечивает вытягивание центральной ножки с пути потока текучей среды для уменьшения потери напора в результате турбулентности.