РАЗЪЕМНАЯ ВТУЛКА ДЛЯ ДЕМОНТАЖА СБОРНО-РАЗБОРНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ С СОЕДИНЕНИЕМ ТИПА "РАСТРУБ"

Полезная модель относится к монтажному инструменту и используется для демонтажа соединений сборно-разборных трубопроводов, с соединением типа «Раструб», путем разведения стального запорного (разрезного, пружинного) кольца, входящего в комплект соединения.
Имеющаяся (принятая на вооружение) разъемная втулка (рис.1) [1], имеет два полукольца 1, взаимно расположенных друг относительно друга с образованием окружности и подвижно соединенных с одного конца при помощи серьги 2, имеющих пазы 3, в которых установлены кулачки 4, подвижно соединенные с полукольцами посредством осей 5 и между собой посредством осей 6 и ручек 7. Каждое полукольцо (рис.2) имеет контактную поверхность 1, являющуюся боковой поверхностью усеченного конуса, образующую с осью симметрии инструмента угол наклона α, равный 45 град.
Недостатками существующей разъемной втулки является необходимость значительного приложения внешнего силового воздействия на разъемную втулку для разведения стального запорного кольца, а так же наличие в нижней части втулки, на полукольцах, прямоугольного шип и паза 8 (рис.1). Имеющиеся шип и паз прямоугольной формы, при их не большой не соосности (сдвиге), не могут сомкнуться в кольцо. Следовательно, внешние размеры разъемной втулки будут увеличены, что не позволит ввести ее в раструб трубы. Не смыкание полуколец разъемной втулки в круг не позволит произвести демонтаж трубы. Имеющийся недостаток можно устранить, поправляя рукой полукольца разъемной втулки. Но, на выполнение этой операции приходиться затрачивать дополнительное время. А монтаж трубопровода ведется в строго определенное время, в соответствии с нормативом. При попытке проведения демонтажа трубопровода, имеющаяся подвижка и не соосность составных частей втулки (не смыкание полуколец разъемной втулки в круг), может привести к серьезным поломкам разъемной втулки или ключа. Использование разъемной втулки с шип-пазом остроконечной формы, позволяет без задержек смыкать полукольца втулки в круг и в целом, это будет способствовать повышению темпа демонтажа трубопровода. Поэтому проведена рационализация - замена шип и паза на остроконечную форму 8 (рис.3).
В результате проведенных экспериментальных замеров силовой нагрузки на разъемную втулку (принятой на вооружение), необходимой для разведения стального запорного кольца, получен средний результат равный 106,8 кгс. В ходе выполнения 10-ти часовой работы по демонтажу трубопровода большая нагрузка ложится на монтажника.
Для уменьшения нагрузки на монтажника, облегчения ввода разъемной втулки под стальное запорное кольцо и разведения его, необходимо изменить
2
2
5-2
2
a5-2
угол α наклона рабочей части полуколец разъемной втулки. Величина угла α влияет на угол наклона элементарного вектора d R и, согласно формулы 1, с увеличением угла α возрастает потребная осевая сила F.
2
n5-2
n5-2
Влияние величины угла α сказывается на взаимодействии стального запорного кольца со всеми нагруженными деталями демонтируемого соединения «Раструб». Передняя часть конуса разъемной втулки первоначально контактирует с элементом dL стального запорного кольца в точке С (рис.4). Элементарная нормальная сила dF приложена в точке С и направлена по нормали поверхности элемента dL к его центру. Вектор dF наклонен к оси трубопровода на угол:
где: r=3,475 мм - средний радиус сечения стального запорного кольца;
а - координата точки С, совпадающей с точкой сопряжения окружности элемента dL стального запорного кольца с образующей рабочего конуса разъемной втулки. Координата а задана от образующей внутренней цилиндрической поверхности разъемной втулки.
Для конуса разъемной втулки получим угол равный:
2
3
С уменьшением координаты а - увеличивается угол α и уменьшается угол α. (см. формулы 2 и 3).
3
С уменьшением угла наклона прямой образующей α проявляются отрицательные и положительные признаки рабочего конуса разъемной втулки, как в начале, так и в конце рабочего хода разъемной втулки, а также при ее обратном ходе, при выталкивании манжеты из раструба трубы:
n2-3
a3-2
a5-2
3
увеличиваются силы нормального давления стального запорного кольца на поверхность радиусной выемки раструба dF и, соответственно, увеличиваются суммарная сила трения F и потребная осевая сила F (см. формулу 3). Это наиболее влиятельное отрицательное последствие уменьшения угла α, сказывающиеся в начале рабочего хода разъемной втулки;
3
1
увеличиваются продольный размер рабочего конуса разъемной втулки и глубина западания стального запорного кольца в пространство между кромкой венчика манжеты и рабочим конусом разъемной втулки, с частичным сжатием стального запорного кольца в начале обратного хода разъемной втулки. Это является отрицательным последствием уменьшения угла α, так как приводит к увеличению осевой силы, действующей на стальное запорное кольцо со стороны поверхности E раструба и к увеличению усилия, необходимого для
выталкивания манжеты из раструба в заключительном периоде демонтажа соединения «Раструб»;
увеличиваются радиальные силы, действующие на переднюю, часть разъемной втулки со стороны венчика манжеты, когда в конце рабочего хода разъемная втулка упирается в венчик манжеты трубы. Происходит явление отрицательное - разжатие, изгиб передней части разъемной втулки и ее расклинивание;
уменьшается потребная осевая сила нагружения разъемной втулки при окончании разжатия стального запорного кольца. Уменьшается сила нормального давления стального запорного кольца на поверхность Е раструба, когда разжатие стального запорного кольца заканчивается с его упором в поверхность Е раструба. Соответственно, уменьшается и сила трения стального запорного кольца с поверхностью Е раструба и окончательно облегчается разжатие стального запорного кольца;
3
уменьшается величина составляющей нагружения разъемной втулки, потребной для деформирования микропористой подкладки. Это наиболее важно при асимметричном сопротивлении подкладки, особенно, когда она засорена или пропитана водой с нижней стороны раструба и промерзла. При этом, в конце рабочего хода появляется принудительный перекос разъемной втулки, что способствует ее заклиниванию или, по крайней мере, значительному увеличению сил трения разъемной втулки с манжетой и с раструбом. Преодоление местного, асимметричного сопротивления и принудительного перекоса облегчается с уменьшением угла α, что является важным положительным последствием.
3
2
К примеру, при α=40° получается увеличенный угол α наклона нормали к контактирующим поверхностям относительно продольной оси трубопровода, неприемлемый в начале рабочего хода разъемной втулки (см. формулу 3):
n5-2
n2-3
t3-2
1
При этом, элементарная, нормальная сила dF, являющаяся движущей силой, более ориентируется не в сторону сдвигания стального запорного кольца, а в поперечном направлении, что вызывает увеличение нормальных элементарных сил dF и сил трения dF (см. рис.4). Проведенные вычисления при f=0.15, γ=8,531° и α=10,361° дают:
a3-2
повышенную величину суммарной силы трения F, действующей на стальное запорное кольцо со стороны раструба:
увеличенную потребную осевую силу, действующую на стальное запорное кольцо со стороны разъемной втулки:
3
2
Увеличение угла α (уменьшение угла α) в начале рабочего хода разъемной втулки позволяет облегчить выталкивание стального запорного кольца из
3
радиусной выемки раструба. А далее, слабые силы упругости, при начальном разжатии кольца, вполне преодолимы при увеличении угла α.
3
2
3
2
Анализ всех выше изложенных последствий показывает, что целесообразно, для облегчения ввода разъемной втулки под стальное запорное кольцо и разведения его, угол α принять равным 45° (угол (α=45°) у передней кромки конуса и угол α равным 30° (угол α=60°) далее, у основания конуса (см. рис.5).
a5-2
В ходе проведенного теоретического исследования определена величина осевой силы ΣS, необходимой к разъемной втулке для ввода ее под стальное запорное кольцо и разведения его, которая равна:
a5-2
ΣS=614,51 Н=62,641 кгс.
Таким образом, проведенное теоретическое исследование показывает, что данное изменение угла наклона рабочей части разъемной втулки способствует уменьшению прикладываемой осевой силы на разъемную втулку в 1,7 раза и уменьшению нагрузки на монтажника.
3
3
3
Это - условие оптимизации технического решения: выполнение двух конических поясков с углами наклона образующих α=45° и α=30° вместо одного конического пояска с углом α=45°.
На рис.5, показано геометрическое построение рационального профиля передней рабочей части разъемной втулки.
Геометрические параметры рабочих выступов оптимизированы с использованием метода конечных элементов, реализованного в многоцелевом программном комплексе LS-DYNA.