СТЫКОВАЯ ТРУБОПРОВОДНАЯ СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА С ОПОРНОЙ ВТУЛКОЙ
BUTT PIPELINE CONNECTION SYSTEM WITH SUPPORT BUSHING

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к стыковой трубопроводной соединительной системе с опорной втулкой и, в частности, но не исключительно, к системе для применения, например, в слесарно-водопроводных работах для соединения водопроводных труб.
Уровень техники
Стыковые трубопроводные соединительные системы содержат муфты и другие компоненты, каждый из которых имеет, по меньшей мере, один трубчатый корпусной участок с отверстием для вставки и закрепления концевого участка трубы. Подобный трубчатый корпусной участок обычно содержит уплотнительное кольцо и захватывающее средство для предотвращения выхода трубы из отверстия после вставки.
На практике захватывающее средство обычно содержит захватывающее кольцо или другую зубчатую конструкцию, которая имеет наклонные зубья, обеспечивающие беспрепятственную вставку трубы в отверстие и препятствующие выходу трубы из отверстия под действием осевой нагрузки за счет окончательного закусывания радиальной внешней поверхности. Существует большое число конкретных механизмов, обеспечивающих работу захватывающих средств.
Во многих стыковых трубопроводных соединительных системах при их использовании для пластиковых труб также применяются опорные втулки. На практике опорная втулка встраивается в край трубы для обеспечения известных и постоянных условий на конце трубы. Кроме того, опорная втулка служит для возврата трубе круговой формы заданных размеров для устранения дефектов (таких как поперечная деформация), возникающих при сворачивании труб в бухты и/или при их резке. Дополнительное преимущество от использования опорной втулки заключается в том, что она может обеспечить опору для уплотнительного кольца и/или для захватывающего средства при эксплуатации.
Одна из проблем, возникающих при использовании известных опорных втулок, является возможность их отрывания от края трубы под действием уплотнительного кольца или захватывающего средства во время извлечения трубы из соединения. В лучшем случае это означает, что установщик испытывает неудобства, связанные со снятием фитинга для восстановления втулки. Если это не помогает или невозможно (например, из-за того, что фитинг является неразъемным), существует опасность повреждения уплотнительного кольца и/или захватывающего средства, в особенности, если втулка удаляется при помощи инструмента, такого как плоскогубцы.
Одним из известных решений вышеупомянутой проблемы является выполнение жесткой кольцевой бородки, расположенной около переднего участка опорной втулки. К сожалению, данный тип конструкции обладает недостатком, заключающимся в местном увеличении внешнего диаметра трубы, и, кроме того, могут возникнуть трудности со вставкой ее в трубу.
Раскрытие изобретения
Целью настоящего изобретения является разработка стыковой соединительной трубопроводной системы, которая обеспечивает преимущества опорной втулки и не имеет вышеописанных недостатков конструкций известного уровня техники.
Согласно первому аспекту изобретения разработана опорная втулка трубопроводной соединительной системы, указанная опорная втулка содержит передний участок для надевания на крайний участок трубы и корпусной участок для размещения внутри трубы, указанный корпусной участок снабжен по меньшей мере одним язычком, проходящим как в радиальном наружном направлении, так и в осевом направлении в сторону указанного переднего участка, указанный язычок имеет периферический край с дугообразным профилем.
Подобная опорная втулка может применяться в стыковой трубопроводной соединительной системе без деформации внешнего диаметра трубы при эксплуатации за счет заложенной гибкости язычка. При этом обеспечивается простота вставки опорной втулки в трубу без необходимости модификации существующих технологий стыковки. Как было установлено, дугообразный профиль язычка обеспечивает исключительно хорошее удержание язычка внутри трубы, упрощая при этом процесс изготовления.
Опорная втулка может содержать группу указанных язычков. Эти язычки могут иметь одинаковые осевые координаты по длине корпусного участка, и два из них могут располагаться на диаметрально противоположных сторонах. Корпусной участок может иметь по существу цилиндрическую форму, а каждый язычок может иметь поперечную ширину, составляющую 50% или меньше от его внешнего диаметра. Предпочтительно, поперечная ширина каждого язычка составляет 15-35% от длины внешней окружности корпусного участка.
Длина каждого язычка может составлять от 10% до 30% от длины корпусного участка. Предпочтительно, длина каждого язычка составляет 15% от длины корпусного участка. Каждый язычок может иметь длину, по существу равную ширине.
В состоянии поставки каждый язычок может выступать от корпусного участка под углом 10-30° к оси корпусного участка. Предпочтительно, в состоянии поставки каждый язычок выступает из корпусного участка на 0.5-1 мм в радиальном направлении. Суммарная общая составляющая максимального увеличения диаметра корпусного участка за счет выступания в радиальном направлении язычка или язычков может по существу составлять 1 мм.
Каждый язычок может иметь периферический участок полукруглой, полуэллиптической, полупараболической или полугипорболической формы.
Указанная опорная втулка может быть выполнена из нержавеющей стали.
Во втором аспекте изобретения разработана стыковая соединительная трубопроводная система, содержащая: фитинг, имеющий первый корпусной участок, определяющий отверстие для вставки трубы, указанное отверстие снабжено захватывающим средством для удержания трубы внутри отверстия; уплотнение для осуществления уплотнения между трубой и фитингом; и опорную втулку, описанную выше.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления изобретения описываются в качестве примеров со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - местный разрез стыка, в котором применен трубопроводный фитинг по изобретению;
фиг.2 - вид сбоку опорной втулки фитинга, показанного на фиг.1;
фиг.3 - вид опорной втулки, показанной на фиг.2, повернутой на 90° относительно продольной оси;
фиг.4 - местный разрез стыка трубы, в котором применен альтернативный вариант трубопроводного фитинга по изобретению.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 показан узел 1 стыка, образующий часть стыковой трубопроводной соединительной системы по первому варианту осуществления изобретения. Как будет показано, приведенный узел стыка содержит гнездо, образуемое корпусным участком 2, которое содержит отверстие 3 для вставки края трубы 6. Корпусной участок 2 может быть выполнен из большого числа различных материалов, включающих различные пластики (такие как полибутилен) и латунь.
Фиг.1 (как и остальные фигуры описания) является несколько схематизированной, поскольку корпусной участок представляет собой лишь часть фитинга, остальная часть которого не показана. Остальная часть фитинга может иметь почти бесконечное множество форм и конфигураций, как функционально, так и с точки зрения внешнего вида. Например, фитинг может представлять собой простую муфту для соединения двух отрезков трубы; более сложный соединительный элемент, такой как колено; или некий более сложный элемент, например тройник, коллектор или клапан. Некоторые из этих фитингов включают другие определяющие гнездо корпусные участки, которые не обязательно должны иметь конструкцию аналогичную конструкции показанного корпусного участка. Кроме того, труба может представлять собой участок отрезка трубы или выполненного в форме трубы центрирующего элемента другого фитинга. Описание не показанных деталей фитинга далее не приводится.
Корпусной участок 2 также содержит захватывающее средство 8 в форме захватывающего клина и уплотнение 10, которые являются кольцевыми и соосно расположены внутри отверстия 3. Уплотнение 10 обеспечивает вставку трубы 6 и уплотнение между ее внешней в радиальном направлении поверхностью и внутренней в радиальном направлении поверхностью отверстия 3 при полной вставке трубы 6 в отверстие 3. Захватывающее средство 8 имеет направленные внутрь зубья 9, расположенные на проходящих в осевом направлении кронштейнах, которые обладают изгибной податливостью при вставке трубы 6 в отверстие, за счет чего обеспечивается вставка трубы. Наклон зубьев 9 выполнен таким образом, чтобы препятствовать выходу трубы 6 из отверстия 3 после вставки. Сопротивление зубьев 9 выходу трубы 6 увеличивается при осевой нагрузке, которое возникает при подаче давления в систему, поскольку захватывающее средство в этом случае перемещается в осевом направлении в сторону устья фитинга, вследствие чего возникает радиальное сжатие кронштейнов за счет упора в расположенную внутри в радиальном направлении наклонную поверхность 5 корпусного участка.
Фитинг, описанный в данном документе, приводится в качестве иллюстрации и служит для создания контекста изобретения. В частности, конкретная форма и конфигурация корпусного участка 2, захватывающего средства 8 и уплотнения 10 не накладывают ограничения на изобретение, и возможно применение большого числа альтернативных форм и конфигураций, пример которых показан на фиг.4. С учетом этого, в дальнейшем описание конкретных деталей фитинга приводится только, если это необходимо для пояснения принципа работы изобретения.
Труба 6 снабжена опорной втулкой 4 для обеспечения известного и постоянного состояния конца трубы. Опорная втулка содержит цилиндрический корпусной участок 11, снабженный передним участком 14. Обычно корпусной участок 11 имеет конфигурацию, обеспечивающую размещение внутри концевой области трубы, а передний участок 14 надевается поверх края трубы. Кроме того, опорная втулка 4 служит для возвращения трубе круглой формы заданных размеров для устранения дефектов (таких как поперечная деформация), возникающих при сматывании в бухту и/или при резке. Дополнительное преимущество опорной втулки 4 заключается в обеспечении опоры для уплотнения 10 и захватывающего средства 8 при эксплуатации. Для этой цели длина корпусного участка подобрана в соответствии с длиной фитинга таким образом, что он выступает за пределы уплотнения 10 и захватывающего средства 8 после установки.
Показанное соединение образовано обычным широко известным способом путем вставки опорной втулки 4 в концевую область трубы 6 и последующей вставки трубы 6 в отверстие 3 до упора. На этом этапе зубья 9 входят в зацепление с внешней в радиальном направлении поверхностью трубы 6, и уплотнительное кольцо 10 осуществляет уплотнение между трубой 6 и отверстием 3.
Труба 6 извлекается из фитинга путем вывода зубьев 9 из зацепления с внешней поверхностью трубы 6. В этом случае применяется специальный инструмент, однако в других типах фитингов используются другие способы, в том числе воздействие цанги, размещенной внутри фитинга и разборка, при этом изобретение также может применяться и в этих случаях.
Корпусной участок 11 опорной втулки 4 также включает два проходящих наружу в радиальном направлении язычка 12, которые также проходят в осевом направлении в сторону передней части 14 опорной втулки 4, например с уклоном, показанным на фигуре.
Язычки 12 могут быть выполнены в форме относительно коротких выступов, отходящих от корпусного участка 11. Каждый язычок 12 имеет полукруглый периферический концевой участок 13.
В альтернативных вариантах осуществления изобретения периферический концевой участок 13 может быть только частично круговым. Кроме того, возможно применение дугообразных профилей, включающих (без наложения ограничений): полуэллиптический, полупараболический, полугиперболичский. Подходящие дуговые профили не обязательно должны быть симметричными. Варианты осуществления изобретения также включат несимметричные профили, а также профили, которые являются по существу дугообразными, но имеют регулярные и/или не регулярные разрывы, такие как, например, плоские участки или канавки. Кроме того, хотя язычки в данном примере имеют одинаковый профиль, изобретение также включает варианты, в которых язычки могут иметь соответствующие разные профили.
Хотя в показанном варианте осуществления изобретения имеются два диаметрально противоположных язычка 12, изобретение также включает варианты, в которых имеется разное число язычков, которые могут располагаться на одинаковых или на разных интервалах по периметру корпусного участка 11. Кроме того, хотя язычки 12 в показанном варианте осуществления изобретения имеют одинаковое осевое расположение относительно корпусного участка 11, изобретение также охватывает и варианты, в которых язычки имеют разное осевое расположение.
При вставке опорной втулки 4 в трубу 6 язычки 12 слегка отклоняются в направлении оси С опорной втулки 4. В этом положении язычки 12 не обязательно выполняют свою непосредственную функцию, хотя они могут предотвращать выпадение опорной втулки 4 из трубы 6, имеющей относительно больший внутренний диаметр. В общем случае язычки 12 выполняют свою основную функцию при извлечении трубы 6 и корпусного участка 2 фитинга. В этот момент дуговые периферические концевые участки 13 язычков 12 взаимодействуют с внутренней в радиальном направлении поверхностью трубы 6, обеспечивая достаточное сопротивление для предотвращения выхода опорной втулки 4 из трубы 6 под действием уплотнительного кольца 10, захватывающего механизма 8 или любых других внутренних компонентов.
При эксплуатации форма и конфигурация язычков 12 обеспечивают вставку опорной втулки 4 в отверстие трубы 6 под действием относительно малой силы. Поскольку язычки 12 взаимодействуют только с внутренней в радиальном направлении поверхностью трубы 6 в соответствующих местах их расположения, а также за счет их гибкости, не происходит существенного увеличения внешнего диаметра трубы 6.
В данном конкретном варианте осуществления изобретения осевое расположение язычков 12 на корпусном участке 2 трубопроводного фитинга 4 выбрано таким образом, чтобы они не оказались в одной радиальной плоскости с уплотнительным кольцом 10 или с зубьями 9 при вставке опорной втулки 4 в трубу 6. Это позволяет избежать отрицательного воздействия на функционирование этих компонентов. Более конкретно, как показано, они расположены в радиальной плоскости, находящейся между уплотнительным кольцом 10 и зубьями 9. В альтернативных вариантах осуществления изобретения они могут располагаться в радиальной плоскости, находящейся спереди от зубьев 9 или сзади от уплотнительного кольца 10 относительно направления вставки.
В представленном случае поперечная ширина каждого язычка 12 составляет около 20% от окружной длины периметра корпусного участка 11 опорной втулки 4. Вообще говоря, предпочтительно, чтобы ширина язычка 12 была не более 50% от наружного диаметра корпусного участка 11, хотя это и не является обязательным.
В данном варианте осуществления изобретения длина каждого язычка составляет 25% от длины корпусного участка 11 опорной втулки 4. В других вариантах осуществления изобретения предпочтительно, чтобы длина язычка 12 находилась в диапазоне 10-30% от длины цилиндрического корпусного участка 11.
Предпочтительная длина любого язычка 12 может зависеть в определенной степени от его поперечной ширины, а также от толщины и других физических характеристик материала, из которого выполнена опорная втулка 4. Это связано с тем, что язычки должны создавать достаточное сопротивление извлечению опорной втулки 4 из трубы 6, при этом обеспечивая относительную легкость вставки втулки 4 в трубу 6. Максимальная длина ограничена прочностными требованиями к опорной втулке. В предпочтительном варианте осуществления изобретения эта длина примерно равна ширине язычка. Этим обеспечивается простота изготовления.
Угол, под которым язычки 12 выступают из корпусного участка 11 опорной втулки 4, также имеет влияние на эксплуатационные характеристики опорной втулки 4, в частности на усилие, необходимое для вставки, и на сопротивление при извлечении. В представленном случае угол составляет 20°, хотя достаточное сопротивление выходу и легкость вставки также обеспечиваются при углах из диапазона 10-30°.
Каждый язычок 12 выступает в радиальном направлении примерно на 0.5 мм. Радиальное выступание язычков 12 определяет максимальное увеличение диаметра корпусного участка 11. Поскольку каждый язычок 12 выступает на 0.5 мм, суммарное увеличение диаметра корпусного участка 11 за счет язычков составляет 1 мм. Было установлено, что суммарная добавка около 1 мм является предпочтительной (хотя и не обязательно) независимо от числа язычков и их расположения по длине окружности. Таким образом, в варианте осуществления изобретения с одним язычком предпочтительно, чтобы этот язычок выступал в радиальном направлении на 1 мм. Причиной этого является то, что суммарное увеличение оказывается достаточным для перекрытия допуска на внутренний диаметр трубы без отрицательного воздействия на усилие вставки.
Поскольку профиль периферических концов язычков 12 непосредственно определяет их контактную площадь с внутренней в радиальном направлении поверхностью трубы 6, это также влияет на остальные пропорции язычка 12.
В настоящем изобретении опорная втулка 4 выполнена из сплава RVS 316 или 304 (являющихся нержавеющей сталью).
В этом случае было установлено, что особенно предпочтительными являются следующие конфигурации:
Внешний диаметр трубы (мм). Опорная втулка
10
15
16
17
Номинальный внешний диаметр
6.6
11
17.6
22.4
Число язычков
2
2
2
2
Ширина (в % от длины внешней окружности втулки)
15-35
15-35
15-35
15-35
Длина (в % от длины корпусного участка втулки)
10-30
10-30
10-30
10-30
Угол (°)
10-30
10-30
10-30
10-30
Радиальное выступание верхнего края язычка (мм)
0.5
0.5
0.5
0.5
Вышеописанный вариант осуществления изобретения дает ряд преимуществ, заключающихся в том, что он может выполняться из нержавеющей стали, за счет чего обеспечивается создание долговечного высокопрочного компонента при сохранении требуемой легкости вставки и требуемого сопротивления выходу. Кроме того, он является относительно простым и экономичным при изготовлении и обеспечивает совместимость с широким диапазоном существующих фитингов. Дугообразный край язычков 12 также снижает вероятность повреждения и/или зацепления других компонентов по сравнению с язычками с более острым профилем. Кроме того, было обнаружено, что дугообразный профиль язычка обеспечивает особенно эффективную посадку с натягом между опорной втулкой 4 и трубой 6 при эксплуатации.
Специалисты в данной области техники могут предложить множество дополнительных вариантов и модификаций на основании вышеприведенного описания, которое следует рассматривать исключительно в качестве примера и которое не ставит целью наложить ограничения на объем изобретения, определяемый прилагаемой формулой изобретения.