ФИТИНГ С ТЯГОВЫМ МЕХАНИЗМОМ
FITTINGS WITH TRACTION MECHANISM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее раскрытие относится к фитингам, таким как соединительные муфты для труб, сгонные муфты, а также торцевые крышки для труб.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В водном хозяйстве, нефтяной, газовой и химической промышленности обычно используются трубы или другие полые тела для транспортировки воды и других текучих сред. Фитинги представляют собой конструкционные элементы, которые обычно используются для механического соединения отдельных труб или иных полых тел с другими компонентами системы. Например, фитинг может работать в качестве соединительного компонента совместно с клапаном, гидрантом или фланцевым концом. Кроме того, некоторые трубы включают в себя фитинговую конструкцию интегрированного типа на одном конце, чтобы обеспечить возможность соединения. Фитинги устанавливаются для применения как под землей, так и над землей. Например, они могут использоваться на производственных предприятиях в различных областях, в том числе для создания каналов, например каналов для электропроводки, для отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Материалы, используемые для труб или других полых тел, таких как каналов, могут быть различными в зависимости от области применения. В этой связи конкретные фитинги разрабатываются для использования с конкретными материалами, такими как сталь, чугун, цемент, пластик и другие материалы.
Размер трубы или иного полого тела может также варьироваться в зависимости от области применения. В связи с этим разработаны фитинги для гибкого муфтового соединения полых тел, имеющих различные диаметры. Такие фитинги обычно основаны на использовании регулируемых уплотнений.
Одним из традиционных фитингов является соединительная муфта для труб, выполненная с возможностью соединения труб различных размеров, включающая в себя набор параллельных болтов, распределенных по окружности вокруг цилиндрического тела, выполненного с возможностью приема трубы. Чтобы достичь уплотнения, болты подтягивают кольцо, расположенное на конце фитинга, внутрь, чтобы заклинить уплотнение между трубой, телом фитинга и кольцом снаружи вовнутрь.
Другой аспект использования соединительной муфты для труб касается аксиальной фиксации труб, чтобы не допустить отсоединения. Некоторые традиционные системы фиксации включают в себя захваты, которые заклиниваются между соединительной муфтой для труб и трубой, чтобы не допустить осевого поступательного перемещения трубы относительно соединительной муфты. В некоторых соединительных муфтах для труб захваты представляют собой зубья, встраивающиеся в виде части уплотнения. В других традиционных соединительных муфтах для труб аксиальная фиксация достигается с помощью набора лапок, расположенных отдельно от уплотнительной прокладки и установленных по окружности вокруг трубы в кольце. Затягивание в радиальном направлении отдельного болта, связанного с каждой соответствующей лапкой, закрепляет лапки на трубе для создания требуемой фиксации.
В других традиционных соединительных муфтах используется ленточный хомут, который может радиально затягиваться вокруг трубы. В этих соединительных муфтах, например, могут применяться стальные ленты или кольца, окружающие трубу, чтобы достичь фиксации.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Выявлено, что традиционные фитинги, такие как соединительные муфты для труб, в которых применяется набор параллельных болтов, могут иметь ряд недостатков. Например, рабочему, устанавливающему соединительную муфту для труб на месте в канаве, потребуется затянуть ряд болтов шаг за шагом по окружности соединительной муфты, чтобы уплотнения были установлены правильно. Одним из преимуществ уменьшения числа болтов, необходимых для соединительной муфты, заключается в том, что ее установить становится быстрее и легче, чем в случае большого числа болтов, являющегося типичным для систем, в которых кольцо подтягивается к телу фитинга и сжимает уплотнение.
В одном варианте осуществления фитинг согласно настоящему раскрытию включает в себя тяговый механизм, подтягивающий кольцевое уплотнение аксиально наружу для образования эффективного уплотнения с трубами, имеющими различные размеры и выполненными из различных материалов. Фитинг включает в себя полое тело, содержащее отверстие на первом конце. Уплотнительное звено расположено на внутренней поверхности полого тела. Тяговый механизм включает в себя основной исполнительный элемент, соединенный с полым телом на первом конце, а также множество вспомогательных исполнительных элементов, соединенных с уплотнительным звеном. Множество вспомогательных исполнительных элементов расположены во внутреннем пространстве полого тела и разнесены по окружности друг от друга. Множество вспомогательных исполнительных элементов входят в зацепление с основным исполнительным элементом так, что приведение в действие основного исполнительного элемента подтягивает множество вспомогательных исполнительных элементов аксиально в направлении отверстия на первом конце полого тела, тем самым поступательно перемещая уплотнительное звено из открытого положения в положение уплотнения.
В дополнительном варианте осуществления фитинг может включать в себя захватный элемент, соединенный с одним из множества вспомогательных исполнительных звеньев так, что захватный элемент перемещается аксиально в направлении отверстия на первом конце полого тела и радиально внутрь к продольной оси полого тела из открытого положения в зацепленное положение при активации основного исполнительного элемента. Захватный элемент может упираться в уплотнительное звено.
В одном варианте осуществления захватный элемент не является неподвижно закрепленным к какому-либо из множества вспомогательных исполнительных звеньев или уплотнительному звену. Это предпочтительно позволяет захватному элементу свободно перемещаться относительно полого тела и соответствовать разным размерам труб и формам сечения.
В другом варианте осуществления фитинг включает в себя множество захватных элементов. Число захватных элементов может быть меньше числа вспомогательных исполнительных элементов. В другом примере может быть больше захватных элементов, чем вспомогательных исполнительных элементов, в зависимости от того какую конструкцию имеют захватные элементы.
Основной исполнительный элемент может быть установлен с возможностью вращения на наружной поверхности на первом конце полого тела. Первый конец полого тела может включать в себя множество разнесенных по окружности выполненных на конус язычков, сходящихся к продольной оси на первом конце. Смежные язычки разделены в первом окружном направлении продолжающимися в продольном направлении пазами. Каждое из вспомогательных исполнительных звеньев может проходить через соответствующий продолжающийся в продольном направлении паз.
В одном варианте осуществления основной исполнительный элемент включает в себя множество наклонных поверхностей, при этом каждый из вспомогательных исполнительных элементов входит в зацепление с соответствующей поверхностью из множества наклонных поверхностей.
В одном варианте осуществления основной исполнительный элемент соединен с возможностью вращения с полым телом на первом конце, при этом вращение основного исполнительного элемента в первом окружном направлении относительно продольной оси полого тела подтягивает множество вспомогательных исполнительных элементов аксиально в направлении отверстия на первом конце полого тела, тем самым поступательно перемещая уплотнительное звено из открытого положения в положение уплотнения.
В одном варианте осуществления полое тело соединено с основным исполнительным элементом так, что основной исполнительный элемент совершает поворот в первом окружном направлении путем приведения в действие по меньшей мере одного болта. Болт может продолжаться от первого приемника для болта, продолжающегося от полого тела, ко второму приемнику для болта, продолжающемуся от основного исполнительного элемента. Первый и второй приемники для болта расположены так, что приведение в действие болта заставляет основной исполнительный элемент совершать поворот в первом окружном направлении. Приведение в действие болта может включать в себя затягивание болта, так чтобы второй приемник для болта перемещался к первому приемнику для болта.
В другом варианте осуществления фитинг включает в себя полое тело, кольцевое уплотнительное звено, а также исполнительный механизм. Полое тело включает в себя отверстие на первом конце. Кольцевое уплотнительное звено расположено на внутренней поверхности полого тела. Исполнительный механизм выполнен с возможностью подтягивания уплотнительного звена аксиально в направлении первого конца полого тела и радиально внутрь к продольной оси полого тела путем приведения в действие по меньшей мере одного болта, соединенного с полым телом и исполнительным механизмом. По меньшей мере один болт продолжается, по существу, поперечно продольной оси полого тела.
Фитинг может также включать в себя множество фиксирующих элементов, расположенных по окружности на внутренней поверхности полого тела. Множество фиксирующих элементов могут располагаться аксиально между уплотнительным звеном и первым концом полого тела.
Исполнительное звено может включать в себя кольцо, установленное с возможностью вращения на полом теле, а также множество ведомых элементов. Каждый из ведомых элементов соединен с уплотнительным кольцом. По меньшей мере один болт может быть соединен с кольцом так, что приведение в действие по меньшей мере одного болта заставляет кольцо совершать поворот в окружном направлении относительно полого тела, при этом множество ведомых элементов входят в зацепление с кольцом так, что поворот кольца заставляет множество ведомых элементов поступательно перемещаться в направлении первого конца полого тела.
В другом аспекте множество фиксирующих элементов могут располагаться по окружности на внутренней поверхности полого тела между смежными ведомыми элементами и аксиально между уплотнительным звеном и первым концом полого тела.
В одном варианте осуществления кольцо может включать в себя множество кулачковых поверхностей, отличающихся осевой длиной в окружном направлении. Каждый из ведомых элементов может включать в себя участок зацепления, который входит в зацепление с соответствующей кулачковой поверхностью кольца. Участок зацепления каждого из ведомых элементов может представлять собой крюк. Крюк может включать в себя наклонный участок, по форме соответствующий аксиальной концевой поверхности кулачковых поверхностей кольца.
В одном варианте осуществления кольцо может быть установлено на наружной поверхности полого тела. Первый конец полого тела может включать в себя множество разнесенных по окружности пазов, продолжающихся через полое тело от наружной поверхности полого тела к внутренней поверхности полого тела и проходящих, по существу, параллельно продольной оси полого тела. Крюк на каждом из ведомых элементов продолжается через соответствующий паз в полом теле.
Первый конец полого тела может включать в себя первый конус, продолжающийся к продольной оси полого тела. Кулачковые поверхности кольца могут включать в себя второй конус, дополняющий первый конус.
В одном варианте осуществления кольцо может включать в себя первый приемник для болта, полое тело может включать в себя второй приемник для болта, при этом единственный болт продолжается через первый и второй приемники для болта.
В одном варианте осуществления кольцевое уплотнительное звено содержит, по существу, трапецеидальное сечение.
В одном варианте осуществления каждый ведомый элемент включает в себя ножку, продолжающуюся аксиально от участка зацепления к участку основания. Участок основания соединен с кольцевым уплотнительным звеном. Каждый из фиксирующих элементов может включать в себя углубление, продолжающееся через фиксирующий элемент в направлении, по существу, параллельном продольной оси полого тела, при этом ножка соответствующего ведомого элемента может быть посажена в углубление. Каждое углубление каждого ограничительного элемента может включать в себя первый наклонный участок, дополняющий второй наклонный участок ножки соответствующего ведомого элемента.
В другом варианте осуществления фитинг имеет полое тело или цилиндрический участок по меньшей мере с одним открытым концом для приема конца трубы. Цилиндрический участок имеет внутреннюю коническую поверхность, сходящуюся вокруг оси в направлении перемещения к открытому концу цилиндрического участка (изнутри цилиндрического участка наружу). Кольцевая прокладка или уплотнение может располагаться в цилиндрическом участке между описанной конической поверхностью и трубой. Кольцевое уплотнение имеет внешнюю поверхность, которая скользит по конической поверхности и соприкасается с ней; а также внутреннюю поверхность, которая аналогичным образом соприкасается с трубой и охватывает ее. Тяговый механизм подтягивает кольцевое уплотнение аксиально наружу по конической поверхности и вклинивает уплотнение между конической поверхностью и трубой. В данном примере заклинивающее действие работает изнутри наружу, а не снаружи внутрь.
Тяговый механизм может быть механически связан с поворотным болтовым механизмом, который выстроен, по существу, перпендикулярно относительно аксиальной траектории перемещения уплотнения. Механическое соединение преобразует перпендикулярное затягивающее усилие болтового механизма в тянущее усилие, параллельное траектории перемещения уплотнения, тем самым заклинивая уплотнение, как описано выше.
Фитинг по данному варианту осуществления может быть построен с фиксатором или без него. Для создания фиксатора захватные звенья могут располагаться на кольцевой стороне уплотнения, которая при нормальных условиях обращена к открытому концу цилиндрического участка (или обращена наружу). По мере того как тяговый механизм подтягивает уплотнение в наружном направлении, захватные звенья одновременно подтягиваются наружу впереди уплотнения, чтобы одновременно заклинить уплотнение и захватные звенья (между цилиндрическим участком и трубой).
В одном варианте осуществления фитинг может включать в себя многослойное уплотнение, имеющее съемный слой. Съемный слой может дополнительно увеличить диапазон диаметров трубы, совместимых с фитингом, не прибегая к необходимости изменять размер цилиндрического участка. Например, удаление внутреннего слоя уплотнения может позволить подгонять уплотнение к трубам большего размера.
В одном варианте осуществления тяговый механизм включает в себя поворотное концевое кольцо, окружающее открытый конец цилиндрического участка. Концевое кольцо имеет наклонные поверхности, распределенные вокруг него. Кольцевое уплотнение может нести множество тяговых звеньев, каждое из которых имеет внутренний участок, соединенный с кольцевым уплотнением, а также наружный участок, входящий в зацепление с одной из наклонных поверхностей концевого кольца в скользящем контакте с наклонной поверхностью. Когда концевое кольцо совершает поворот, наклонные поверхности тянут звено аксиально наружу. Это, в свою очередь, подтягивает кольцевое уплотнение в наружном направлении (вместе с захватными звеньями). В некоторых примерах вращение концевого кольца в обратном направлении приводит к освобождению или релаксации тягового звена и уплотнения. Группы тяговых звеньев и наклонных поверхностей могут взаимодействовать для подтягивания уплотнения в наружном направлении, в общем, симметричным образом.
Отдельные захватные звенья могут иметь заостренные зубья захвата, ориентированные или направленные радиально внутрь в направлении трубы. В одном варианте осуществления существует одно захватное звено, соответствующее каждому тяговому звену. В других вариантах осуществления число захватов меньше числа тяговых звеньев. Как описано выше, набор захватных звеньев подтягивается аксиально наружу, по мере того как тяговый механизм подтягивает уплотнение аксиально наружу, осуществляя его скольжение.
В одном варианте осуществления концевое кольцо покоится на наружном кольцевом плече цилиндрического участка. В данном примере кольцевое плечо цилиндрического участка также имеет частично коническую поверхность, симметрично сходящуюся в направлении от кольцевого плеча. Однако, как станет ясно среднему специалисту в данной области техники из настоящего раскрытия, концевое кольцо может быть соединено с цилиндрическим участком различными способами без отступления от существа изобретения согласно настоящему раскрытию.
В другом аспекте цилиндрический участок имеет множество пазов для тяговых звеньев, через которые проходит каждое звено. Эти пазы не допускают вращения уплотнения по мере его подтягивания в наружном направлении. Они также помогают тяговым звеньям полностью использовать все расстояние подтягивания, предоставляемое каждой наклонной секцией концевого кольца.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фигурах одинаковые ссылочные позиции обозначают схожие элементы или действия.
На Фигуре 1 показан изометрический вид соединительной системы для труб по одному варианту осуществления согласно настоящему раскрытию;
на Фигуре 2 показан покомпонентный вид соединительной муфты для труб, представленной на Фигуре 1;
на Фигуре 3 показан вид сбоку в сечении, иллюстрирующий работу соединительной муфты для труб, представленной на Фигурах 1 и 2;
на Фигуре 4 показан увеличенный вид сечения уплотнения, представленного на Фигуре 3, в открытом положении;
на Фигуре 5 показан увеличенный вид сечения уплотнения, представленного на Фигуре 3, в зацепленном положении;
на Фигуре 6 показан вид концевого кольца в одном варианте осуществления;
на Фигуре 7 показан вид сборочного узла прокладки с захватами в одном варианте осуществления;
на Фигуре 8 показан вид сзади тягового звена, составляющего часть сборочного узла прокладки, если смотреть радиально наружу из центра сборочного узла прокладки, представленного на Фигуре 7;
на Фигуре 9 показан вид тягового звена, составляющего часть сборочного узла прокладки, если смотреть радиально внутрь в направлении центра сборочного узла прокладки, представленного на Фигуре 7;
на Фигуре 10 показан вид тягового звена, составляющего часть сборочного узла прокладки, в сечении по участку тягового крюка на конце звена;
на Фигуре 11 показан наглядный вид в сечении секции сборочного узла прокладки, представленного на Фигуре 7;
на Фигуре 12 показан наглядный вид внутреннего участка тягового звена, представленного на Фигуре 11;
на Фигуре 13 показан наглядный вид наружного участка тягового звена, представленного на Фигуре 11;
На Фигуре 14 показан вид с торца соединительной муфты для труб, представленной на Фигуре 1, при этом соединительная муфта для труб представлена в "открытом" или незатянутом состояния;
на Фигуре 15 показан вид с торца соединительной муфты для труб, представленной на Фигуре 1, при этом соединительная муфта для труб представлена в закрытом или "затянутом" состоянии;
на Фигуре 16 показан вариант осуществления уплотнения, имеющего множество слоев для регулировки под различные размеры труб;
на Фигуре 17 показано многослойное уплотнение;
на Фигуре 18 показан вид в сечении многослойного уплотнения, представленного на Фигурах 16 и 17;
на Фигуре 19 показано многослойное уплотнение, представленное на Фигуре 17, где внутренний слой удален;
на Фигуре 20 показана соединительная муфта, включающая в себя меньше захватов, чем тяговых крюков;
на Фигуре 21 показана соединительная муфта, включающая в себя два болта на каждом конце;
на Фигуре 22a показана соединительная муфта с захватами, расположенными между смежными тяговыми крюками;
на Фигуре 22b показан вид сборочного узла прокладки соединительной муфты, представленной на Фигуре 22a;
на Фигуре 22c показан вид двух захватов и сборочный узел тягового крюка соединительной муфты, представленной на Фигуре 22a.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
В нижеследующем описании представлены определенные конкретные детали для обеспечения полного понимания различных вариантов осуществления изобретения. Однако специалист в данной области техники поймет, что изобретение может быть применено на практике без этих деталей.
Если контекст не требует иного, в нижеследующем описании и формуле изобретения термин "содержать" и его производные, такие как "содержит" и "содержащий", следует рассматривать как подразумевающие открытое множество, т.е. в смысле «включая в себя, но не ограничиваясь перечисленным».
Ссылка в данном описании на "один вариант осуществления" или "вариант осуществления" означает, что конкретный признак, конструкция или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления, включены по меньшей мере в один вариант осуществления. Таким образом, появления фраз "в одном варианте осуществления" или "в варианте осуществления" в различных местах описания не обязательно относятся к одному и тому же варианту осуществления. Помимо этого, конкретные признаки, конструкции или характеристики могут объединяться любым пригодным образом в одном или более вариантах осуществления.
В настоящем описании и прилагаемой формуле изобретения неопределенные артикли формы единственного числа "a", "an" и определенный артикль "the" также предполагают множественное число, если содержание не требует иного толкования. Следует также отметить, что союз "или" обычно употребляется в самом широком смысле, т.е. в смысле "и/или", если содержание не требует иного толкования.
Заголовки и реферат данного раскрытия приведены в настоящем описании лишь в целях удобства и не передают объем или смысловое значение вариантов осуществления.
I. Общее описание системы
В одном аспекте фитинг согласно настоящему раскрытию может обеспечивать уплотнение и фиксацию для широкого диапазона размеров труб, в том числе для размеров в диапазоне от размера железной трубы (IPS) до ковкого железа (Dl) и выше. В одном примере фитинг внутренне зафиксирован на полом теле и подперт уплотняющей прокладкой. Сегментированные фиксирующие элементы соединены с окружной эластомерной прокладкой, расположенной внутри конической поверхности полого тела. Когда фиксирующие элементы втягиваются в конус тяговым механизмом, они сокращаются вместе с прокладкой до размеров трубы, обеспечивая уплотнение и фиксацию на трубе. Когда после установки фитинга в трубе увеличивается внутреннее давление, прокладке и фиксирующим элементам сообщается дополнительная энергия для уплотнения и фиксации трубы.
Предпочтительно фитинг согласно настоящему раскрытию приспособлен к различным полевым условиям, таким как наличие грязи, коррозия труб, непостоянство размеров труб и изгиб труб относительно фитинга. Например, в зависимости от рабочей среды может быть трудным обеспечить, чтобы труба и фитинг, такой как соединительная муфта для труб, были полностью аксиально совмещены, когда соединительная муфта для труб установлена. Вместо этого продольная ось трубы может отклоняться на некоторый угол относительно продольной оси соединительной муфты в процессе установки. Эта несоосность может быть результатом, например, оседания, неточностей установки труб, а также стесненных условий работы в траншее. Фитинг согласно настоящему раскрытию в некоторых примерах может обеспечивать устойчивое соединение, фиксацию и уплотнение, даже если продольная ось трубы отклонена, например, до 8° относительно продольной оси соединительной муфты. Это особенно предпочтительно для компенсации несоосности трубы, которая является типичной для большинства областей применения.
Фитинг согласно настоящему раскрытию также облегчает установку. В традиционных фитингах, таких как соединительные муфты для труб, обеспечивающих фиксацию и уплотнение, обычно применяется набор параллельных болтов, проходящих в продольном направлении соединительной муфты, а также набор болтов, проходящих радиально от соединительной муфты. Параллельные болты затягиваются пошагово по окружности соединительной муфты, чтобы уплотнения были посажены правильно. Затем затягиваются радиально проходящие болты для достижения фиксации. Этот процесс не только занимает много времени, но его бывает трудно осуществить в зависимости от рабочих условий на конкретном месте монтажа.
Фитинг согласно настоящему раскрытию применяет тяговый механизм, которым в некоторых примерах можно управлять путем приведения в действие единственного болта, проходящего в направлении, поперечном продольному направлению трубы. Такая конструкция обеспечивает более легкий доступ к болту в процессе установки, уменьшает количество времени на установку, а также требует меньше свободного пространства, необходимого для установки. Уменьшение свободного пространства, необходимого для установки, означает, что траншея, вырытая для размещения фитинга, не должна быть столь же большой, как для традиционных соединительных муфт для труб. Конструкция с единственным болтом повышает безопасность монтажника, поскольку ему более не требуется работать на дне канавы. Все эти преимущества приводят к снижению расходов и облегчают монтаж. В других примерах могут использоваться исполнительные элементы, отличные от болта, либо множество болтов, проходящих поперечно продольному направлению фитинга.
Тяговый механизм согласно настоящему раскрытию не только позволяет ограничительному механизму обеспечивать фиксацию труб в широком диапазоне наружных диаметров труб, но тяговый механизм позволяет фиксатору легко выйти из зацепления, даже после того как в трубе было создано давление, а затем сброшено давление.
Дополнительно обнаружено, что некоторые традиционные системы фиксации могут приводить к выведению из зацепления прокладки, использованной в уплотнение. Наоборот, составляющие уплотнения и фиксации соединительной системы согласно настоящему раскрытию работают совместно и в некоторых примерах могут дополнительно обеспечиваться энергией путем нагнетания давления в трубе.
На Фигурах 1-3 показан общий вид фитинга по одному примеру осуществления согласно настоящему раскрытию. В данном примере фитинг представляет собой соединительную систему для труб. На Фигуре 1 показан изометрический вид фитинга 10 по одному варианту осуществления согласно настоящему раскрытию. На Фигуре 2 показан покомпонентный вид фитинга 10, представленного на Фигуре 1. На Фигуре 3 показан вид сбоку в сечении, иллюстрирующий работу фитинга 10, представленного на Фигурах 1 и 2.
В данном примере фитинг 10 включает в себя, в общем, цилиндрическое трубчатое тело или цилиндрическую муфту 12. Каждый конец муфты 12 включает в себя отверстие, в которое может вводиться труба. Цилиндрическая муфта 12 представляет собой полое тело, обеспечивающее проход для текучей среды, соединяющий концы двух труб между собой. Однако идеи изобретения согласно настоящему раскрытию применимы также к другим фитингам, включающим в себя полые тела. Например, фитинги T-образного соединения, одностороннего соединения или торцевой заглушки в зависимости от области применения все включают в себя полые тела, охватываемые настоящим раскрытием. В других примерах фитинг может использоваться в качестве соединительного компонента совместно с клапаном, гидрантом или фланцевым концом, каждый из которых включает в себя полые тела. Трубы также могут быть выполнены так, что один или оба конца включают в себя показанную конфигурацию фитинга. Например, труба может включать в себя встроенную конструкцию типа фитинга на одном или обоих концах для содействия соединению. Фитинг по настоящей заявке может применяться в различных областях, причем не только в водном хозяйстве. Например, фитинг согласно настоящему раскрытию может применяться в соединениях, используемых в нефтяной, газовой или химической промышленности. Фитинг по настоящей заявке применим в оборудовании, предназначенном для размещения над землей и под землей. Например, фитинг может использоваться на производственных предприятиях в различных областях, в том числе в канале, таком как канал для электропроводки, для отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
Концевое кольцо 20, несколько лапок 50, несколько захватов 46, прокладка 44, а также единственный болт 26 устанавливаются на каждом конце муфты 12. Единственный болт 26 продолжается через два приемника 36, 38 для болта, которые расположены соответственно на концевом кольце 20 и муфте 12.
Концевое кольцо 20 установлено с возможностью вращения на конце муфты 12. Как показано на Фигурах 1 и 3, лапки 50 соединяют сборочный узел 18 прокладки/захвата с концевым кольцом 20. Эти лапки 50 расположены в пазах 80 в муфте 12. Пазы 80 не допускают поворота лапок 50 относительно муфты 12, но позволяют продольно перемещаться вдоль оси соединительной муфты.
На Фигурах 3-5 показано, как соединительная муфта входит в зацепление с трубой. На Фигуре 3 показано соединение двух труб 66a и 66b, при этом на Фигурах 3 и 4 соответственно показан фитинг в открытом и закрытом состоянии относительно трубы 66. Правая сторона на Фигуре 3 иллюстрирует фитинг в открытом состоянии, в котором он отцеплен от участка трубы 66b, прилегающего к самому внутреннему концу 70b трубы 66b. Левая сторона Фигуры 3 иллюстрирует фитинг в соединенном состоянии, в котором он зацеплен с участком трубы 66a, прилегающим к самому внутреннему концу 70a трубы 66a. Приведение в действие концевого кольца 20 преобразует вращательно движение концевого кольца 20 в продольное перемещение лапок 50, которое подтягивает прокладку 44 и захватные элементы 46 вниз по поверхности внутреннего конуса муфты 12. Если говорить подробнее, затягивание болта 26 заставляет концевое кольцо 20 совершать поворот относительно муфты 12. Когда концевое кольцо 20 совершает поворот, лапки 50 набегают вдоль наклонных секций 30 на концевое кольцо 20, эффективно вытаскивая лапки аксиально из муфты 12, при этом одновременно подтягивая лапки 50 радиально внутрь в направлении центральной оси трубы.
Продольное перемещение лапок 50 подтягивает комбинированный сборочный узел 18 захвата/прокладки, вводя в соприкосновение с трубой для реализации уплотнения и зацепления фиксаторов. Когда лапки 50 перемещаются из тела муфты 12, они подтягивают сборочный узел 18 захвата/прокладки вниз по внутренней конической поверхности муфты 12 в направлении отверстия на конце муфты 12. Это сдвигает сегменты 46 захвата ближе друг к другу и сжимает резиновую прокладку 44. Резиновая прокладка 44 в конечном счете приходит в соприкосновение с внешней поверхностью трубы и начинает осуществлять уплотнение. По мере того как система продолжает затягиваться, прокладка 44 продолжает сжиматься между трубой и муфтой 12. Затягивание продолжается, пока захватные элементы 46 в конечном счете не вклинятся между трубой и внутренней поверхностью муфты 12, тем самым инициируя ограничительное зацепление. Когда труба 66 находится под давлением (или трубы 66a и 66b в примере на Фигуре 3), прокладка дополнительно проталкивается вниз в свою уплотнительную полость между трубой и муфтой 12, при этом фиксаторы аналогичным образом передвигаются вниз к более плотному захвату на трубе, по мере того как внутреннее давление увеличивается. Однако настоящее раскрытие не ограничивается исключительно фитингами, которые дополнительно обеспечиваются энергией при добавлении давления. В других примерах полное зацепление и уплотнение достигаются вне зависимости от давления в трубе 66.
При такой конфигурации единственный болт с относительно низким крутящим моментом - это все, что требуется для сборочного узла. Силы затяжки болта работают на создание начального уплотнения и установку фиксаторов. Внутреннее давление в системе и силы отвода трубы работают на усиление уплотнений и фиксаторов сверх этих начальных установочных величин. Соединение ограничивается муфтой 12 и не основано на болтах или концевых кольцах для поддержания давления или усилий фиксации.
Различные аспекты соединения согласно настоящему раскрытию далее будут описаны подробнее.
II. Центральная муфта
Как показано на Фигуре 3, цилиндрическая муфта 12 имеет кольцевую поверхность или плечо 32 на каждом конце. Плечо 32 создает опору для имеющего аналогичную форму кольцевого участка 34 концевого кольца 20. Таким образом, кольцевой участок концевого кольца 20 находится в скользящем контакте с соответствующей кольцевой поверхностью 32 на цилиндрической муфте, так что концевое кольцо 20 может совершать поворот относительно цилиндрической муфты 12. Хотя настоящий пример содержит кольцевую поверхность или плечо, настоящее раскрытие также охватывает другие установочные конструкции, позволяющие концевому кольцу совершать поворот относительно муфты 12, как станет ясно среднему специалисту в данной области техники после ознакомления с настоящим раскрытием.
III. Концевое кольцо
Как показано на Фигуре 6, концевое кольцо 20 имеет множество наклонных поверхностей 30 или наклонных секций. Каждая наклонная поверхность служит кулачковой поверхностью, затягивающей сборочный узел 18 прокладки вокруг трубы.
Концевое кольцо 20 поворачивается на соединительной муфте 10 с помощью одного из затягивающих болтов 26. Концевое кольцо 20 предпочтительно выполнено с приемником 36 для болта, работающим совместно с аналогичным приемником 38 для болта на цилиндрической муфте 12. В одном варианте осуществления затягивание болта работает на подтягивание приемников 36 и 38 для болта друг к другу, чтобы управлять вращением концевого кольца 20. В зависимости от конструкции приемников для болта и от того как болт в них закреплен, ослабление болта может также служить для приведения в движение концевого кольца 20 в противоположном направлении вращения.
Множество наклонных секций 30 совместно сведены на конус во внутреннем направлении относительно кольцевого участка 34 кольца, так что они имеют наклон или сходятся к центру концевого кольца 20. Схождение наклонных секций 30 также показано позицией 40 на Фигуре 4. Наружное концевое отверстие цилиндрической муфты имеет сходящуюся поверхность 42 аналогичной формы, которая также частично поддерживает скользящее вращение концевого кольца 20 вблизи соединения наклонных секций 30 концевого кольца и кольцевого участка 34.
IV. Сборочный узел прокладки
Далее будет дополнительно рассмотрен сборочный узел 18 прокладки со ссылкой на Фигуры 7-10. Как показано на Фигуре 7, сборочный узел 18 прокладки включает в себя кольцевое звено 44 резиновой прокладки. Звено 44 прокладки (или "прокладка") имеет сечение, представленное на Фигуре 4, когда оно находится в ненапряженном или "незатянутом" состоянии. На верхней поверхности 48 прокладки 44 покоятся множество захватных звеньев 46. Захватные звенья 46 удерживаются в расположении по кольцу вокруг прокладки 44 с помощью тяговых звеньев 50, которые также распределены вокруг прокладки 44.
Как показано на Фигурах 8-10, каждое тяговое звено 50 имеет участок 52 основания, встроенный в материал 44 прокладки, тем самым соединяя тяговый крюк 50 с прокладкой. Каждое захватное звено 46 имеет паз 54, приспособленный для участка 56 ножки каждого соответствующего тягового звена 50 и охватывающий его с трех сторон. Это позволяет каждому захватному звену 46 удерживаться в конкретном положении по кольцу относительно других захватных звеньев, не пребывая при этом в неподвижном соединении ни с прокладкой 44, ни с тяговыми звеньями 50, так что захватные звенья 46 могут перемещаться независимо, когда сборочный узел прокладки затягивается вокруг трубы. Это независимое движение может позволить захватным звеньям входить в зацепление с трубами различных размеров и форм, вне зависимости от того, являются ли они идеально круглыми или имеют некоторый эксцентриситет.
На Фигуре 8 показан вид, получаемый, если смотреть изнутри наружу (радиально) относительно, в общем, кольцеобразной формы сборочного узла 18 прокладки. Ссылочная позиция 58 обозначает "зубья" захвата, что будет дополнительно описано ниже. На Фигуре 9 показан вид снаружи внутрь (радиально). Внешняя поверхность 60 каждого захватного звена 46 является гладкой из соображений, описанных ниже. Как можно видеть, паз 54 в захватном звене 46 продолжается только частично по латеральной толщине захватного звена для приема ножки 56 тягового звена.
Как в то же время показано на Фигурах 7 и 10, каждое тяговое звено 50 имеет верхний "крюкообразный" участок или тяговый крюк 62. Внутренняя часть крюка 62 имеет наклон, как показано позицией 64 на Фигуре 10. Эта наклонная часть 64 соответственно набегает на одну из множества наклонных секций 30 концевого кольца 20. Вследствие этого, когда концевое кольцо 20 совершает поворот посредством вышеописанного болтового механизма (т.е. с помощью одного из двух затягивающих болтов 26), между наклонными поверхностями соответственно наклонных секций 30 и наклонных поверхностей 64 создается скольжение/кулачковый эффект. Это работает на "подтягивание" прокладки 44 наружу, как будет дополнительно описано ниже.
На Фигурах 11-13 представлены дополнительные иллюстрации ранее описанных тяговых звеньев 50. Форма тяговых звеньев 50 может варьироваться в зависимости от используемого способа формообразования. На Фигурах 11-13, например, каждое тяговое звено 50 соединено с деталью 52 основания, встроенной в материал 44 прокладки. Участок 56 ножки может быть приварен к детали 52 основания. В остальном варианты осуществления, показанные на Фигурах 11-13, соответствуют вышеприведенному описанию.
V. Работа
На Фигурах 4 и 5 показано как различные части, описанные выше, взаимодействуют для крепления конца трубы к фитингу 10. Сначала обратимся к Фигуре 4, где показано, что труба 66 вводится в открытый конец (обозначенный общей позицией 68) тела 10 соединительной муфты, при этом самый внутренний конец трубы 70 заканчивается в некотором месте внутри цилиндрической муфты 12 (см. Фигуру 3). В других примерах, в зависимости от типа фитинга, самый внутренний конец трубы 70 может проходить насквозь и выступать за конец фитинга. Цилиндрический участок 12 имеет внутреннюю коническую поверхность 72. В данном примере коническая поверхность 72 симметрично сходится в направлении открытого конца соединительной муфты. Другими словами, коническая поверхность 72 симметрично сходится вокруг центральной оси, следуя изнутри соединительной муфты в наружном направлении. В данном примере внешняя поверхность 74 прокладки 44 и наружная гладкая поверхность 60 захватного звена 46 (описанного ранее) имеют одинаковый наклон, согласующийся с наклоном конической поверхности 72.
Когда концевое кольцо 20 "затягивается" болтовым механизмом (т.е. приводится во вращение путем затягивания болта 26), расположенные под углом наклонные секции 30 на концевом кольце 20 подтягивают тяговые крюки 62 аксиально наружу в направлении, указанном стрелкой 76 на Фигуре 5. Это также приводит к подтягиванию или втягиванию прокладки 44 и захватных звеньев 46 по внутренней конической поверхности 72 цилиндрической муфты и поджатию прокладки 44 и захватных звеньев 46 к трубе 70, тем самым заклинивая прокладки и захваты между муфтой и трубой. В связи с этим прокладка 44 скользит изнутри наружу по сходящейся конической поверхности цилиндрической муфты 12 и фиксируется между внутренней стенкой 72 цилиндра и наружной стенкой 78 трубы, тем самым сжимая прокладку 44 так, как показано на Фигуре 5. Каждое захватное звено 46 аналогичным образом втягивается в зафиксированное положение между цилиндром и поверхностями 72, 78 трубы, при этом зубья 58 захвата каждого захватного звена вводятся во внешнюю поверхность трубы.
Как ясно видно на покомпонентном виде на Фигуре 2, каждый конец 22, 24 соединительной муфты для труб имеет множество пазов 80, распределенных по периферии.
Эти пазы согласуются с местоположением тяговых крюков 50 и выполняют по меньшей мере две функции. Во-первых, пазы 80 обеспечивают достаточное расстояние перемещения, иногда называемое «ходом» или «проходом», для крюков 50 для кулачкового срабатывания о наклонные секции 30 концевого кольца. Во-вторых, пазы 80 не допускают поворота сборочного узла 18 прокладки, когда совершает поворот концевое кольцо 20. Другими словами, комбинация, при которой тяговые крюки 50 вставлены в пазы 80, не позволяет прокладке совершать поворот по мере ее подтягивания наружу при вращении концевого кольца 20. Размер пазов 80 относительно ножек 56 тяговых крюков подобран так, что они могут скользить аксиально наружу и изгибаться, по необходимости, в ходе вышеописанного действия подтягивания.
В целом, вышеописанный зажимной сборочный узел создает особый тяговый механизм, который подтягивает прокладку 44 наружу по конусу цилиндрического участка 12 (см. вектор 100 на Фигуре 5) и сжимает или вклинивает прокладку 44, прикладывая сжимающее усилие (см. вектор 102).
Как показано на Фигурах 14 и 15, одно из преимуществ вышеописанной конструкции заключается в том, что ее легко использовать. По причине использования захватных звеньев 46 специалист в данной области техники определит вышеописанное действие по уплотнению трубы как систему "фиксации", при которой упругое уплотнение (с зубьями захвата) вклинивается между трубой и соединительной муфтой для труб. В настоящей конструкции действие затягивания осуществляется посредством одного болта на каждом конце, расположенного поперечно оси симметрии соединительной муфты. Усилие затягивания болта передается перпендикулярно прокладке 44 посредством вышеописанного зажимного сборочного узла. Однако механическое подтягивание уплотнения или прокладки 44 с усилием изнутри фитинга 10 в наружном направлении противоположно тому как работали традиционные системы в прошлом. По существу, механическое соединение, передающее усилие от механизма затягивания болта, осуществляется благодаря комбинации, при которой концевое кольцо 20 связано с тяговыми звеньями 50, набегающими на наклонные поверхности 30, когда концевое кольцо 20 совершает поворот. В некоторых примерах в зависимости от того как гайка 28 и болт 26 установлены на лапках, концевое кольцо 20 совершает поворот в одном или другом направлении в зависимости от того увеличивается или уменьшается затягивающее усилие (что зависит от того, как поворачивается гайка 28 на затягивающем болте 26).
Как показано на Фигуре 14, муфта включает в себя приемник 38 для затягивающего болта, а концевое кольцо включает в себя аналогичный приемник 36 для болта. Эти два приемника 36, 38 соединены резьбовым болтом 26 и гайкой 28. На Фигуре 14 показано "открытое" состояние. Затягивание гайки 28 приводит к переходу двух приемников 36, 38 для болта при вращении гайки 28 вокруг резьбового болта 26 к сомкнутому положению, представленному на Фигуре 15. Как описано ранее, это действие приводит к повороту концевого кольца 20 и подтягиванию звеньев 50 вдоль аксиальной траектории наружу, что приводит к подтягиванию и вклиниванию прокладки 44 и захватных звеньев 46 между внутренней стенкой 72 муфты и внешней поверхностью 78 трубы. Ослабление гайки 28 позволяет сборочному узлу 18 прокладки "релаксировать", при этом концевое кольцо 20 изменяет направление вращение на обратное.
VI. Дополнительные конфигурации
Другие варианты осуществления предшествующей конструкции могут касаться изменений конфигурации сборочного узла прокладки под позицией 18 на Фигуре 7. Как показано на Фигуре 16, например, имеется возможность реализовать вышеописанный тяговый механизм (преобразования "перпендикулярного" усилия в аксиальное "подтягивание") без использования "фиксатора", т.е. без использования захватных звеньев 46. Точно так же можно использовать захватные звенья на некоторых, но не всех тяговых крюках. Например, на Фигуре 20 показан фитинг, который в данном примере представляет собой соединительную муфту 10a для труб, включающую в себя меньшее количество захватных звеньев 46, чем лапок 50.
Еще одно изменение может заключаться в том, что прокладка 44 сама по себе может быть выполнена в качестве многослойной, рассчитанной на "более широкий диапазон" прокладки, имеющей внешнее и внутреннее уплотнение. Например, на Фигуре 18 показана прокладка 44a, включающая в себя внутренний слой 92, который может быть "удален" с наружного слоя 90, чтобы позволить прокладке 44a соответствовать иным диаметрам трубы (см. Фигуру 19). Это обеспечивает определенное «расширение» диапазона. В остальном работа сборочного узла прокладки на Фигурах 16-19 остается такой же, что описана выше.
Описанная и проиллюстрированная соединительная муфта для труб представляет собой "одноболтовую" систему, в которой используется единственный затягивающий болт 26 для каждого концевого кольца 20. Однако другие соединительные муфты, включающие в себя более одного болта на каждом конце, также входят в объем настоящего изобретения. Например, на Фигуре 21 показан фитинг 10b, включающий в себя два болта 26 на каждом конце.
Кроме того, хотя механизм затягивания описан в предшествующих примерах в виде болтового механизма, другие механизмы, создающие перпендикулярное усилие, достаточное для поворота концевого кольцо, также входят в объем настоящего изобретения.
В другом примере захваты расположены между смежными тяговыми крюками. На Фигуре 22a показан фитинг 10c, включающий в себя захваты 46a, расположенные между смежными тяговыми крюками 50. Как показано на Фигуре 22b, тяговые крюки 50 соединены с прокладкой 44. Захваты 46a могут быть или не быть временно соединены с прокладкой 44 с целью начального размещения в процессе установки. Например, захваты 46a могут быть временно скреплены с прокладкой 44, чтобы способствовать установке. На Фигуре 22a дополнительно показано, что захваты 46a могут включать в себя продленные участки 46b, выступающие поверх тягового крюка 50, непосредственно не соприкасаясь с тяговым крюком 50.
В другом примере, который не показан, захваты могут представлять собой составную часть прокладки. В данном примере подтягивание прокладки радиально внутрь приводит также к зацеплению захватов, составляющих единое целое с прокладкой.
VII. Материалы и изготовление
В то время как существуют различные способы изготовления вышеописанных деталей, многие из вышеописанных деталей, такие как цилиндрическая муфта 12 и концевое кольцо 20, например, могут быть отлиты. Прокладка 44 может изготавливаться из традиционного каучукового материала. Захватные звенья 46 и тяговые крюки 50 могут изготавливаться из различных материалов, например, таких как сталь, нержавеющая сталь или ковкое железо. Цилиндрическая муфта 12 может содержать ручку 84, облегчающую использование соединительной муфты. Как отмечено выше, хотя фитинг 10 описан как соединение торец-в-торец, он может быть выполнен иначе, например, в виде T-образного соединения или одностороннего соединения, что зависит от области применения.
Различные варианты осуществления, описанные выше, могут быть объединены для создания дополнительных вариантов осуществления. Эти и другие изменения могут проводиться в отношении вариантов осуществления в свете подробного описания, приведенного выше. Вообще, в последующей формуле изобретения использованные термины не должны рассматриваться как ограничивающие формулу изобретения конкретными вариантами осуществления, раскрытыми в описании и формуле изобретения, но должны рассматриваться как включающие в себя все возможные варианты осуществления со всеми эквивалентами. Следовательно, формула изобретения не ограничена раскрытием.