ЗАЖИМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРУБ
PIPE CLAMPING DEVICE

Изобретение относится к области машиностроения и испытательной техники, в частности обеспечения работы труб под давлением, а также при определении герметичности труб, и может быть использовано для зажима присоединяемых к гидравлической системе труб при гидравлических испытаниях труб и/или для обеспечения работы труб под давлением.
Известно зажимное устройство для присоединения труб к гидравлической системе для гидравлических испытаний и/или работы под давлением, характеризующееся тем, что оно содержит корпус с гнездом под концевой участок трубы, цанговый зажим с гидроприводом в виде составного кольцевого поршня, состоящего из манжеты из упругого материала с открытой с одного торца манжеты кольцевой полостью и по крайней мере одной втулки, расположенной между глухим торцом манжеты и торцами элементов цангового зажима, причем корпус состоит из соединенных между собой с возможностью разъединения не менее двух частей, имеющих каждая соосно расположенный относительно другой части корпуса преимущественно центральный канал для подачи и удаления рабочей жидкости, при этом одна из частей корпуса содержит дополнительный канал с периферическими ответвлениями, сообщенными каждое с центральным каналом и с кольцевой полостью манжеты, а другая съемная часть корпуса выполнена в виде гайки стаканного типа, объемлющей цанговый зажим и кольцевой поршень, а на части высоты втулки поршня с внешней ее стороны выполнена кольцевая выемка с образованием на внешней стенке втулки по крайней мере одного уступа на участке, обращенном к манжете, при этом в пределах осевой длины указанной выемки регулируемо фиксированно размещена ограничительная гайка с ограничителем рабочего хода, обеспечивающим возможность создания требуемого усилия цангового зажима, и ограничителем обратного свободного хода элементов цангового зажима при разъеме труб. См. Патент RU №2267104, заявленный 26.03.2004, опубликованный 27.12.2005
Недостатком данного зажимного устройства является недостаточная надежность устройства при испытании труб.
Наиболее близким к заявляемому, взятым заявителем в качестве прототипа, является зажимное устройство для труб, содержащее корпус с цилиндрическим каналом и гнездом под концевой участок трубы, установленный в корпусе цанговый зажим, состоящий из обоймы из упругого материала, обхватывающей цанговый элемент, на внешней поверхности которого закреплены защитные пластины, при этом часть корпуса с гнездом под концевой участок трубы имеет канал для подачи рабочей жидкости, сообщенный с полостью гнезда и снабженный дополнительным каналом, соединяющим его с кольцевой полостью, образованной диаметральной выемкой, выполненной на внешней поверхности обоймы из упругого материала, и внутренней поверхностью корпуса, при этом цанговый элемент выполнен в виде отдельных пластин, с зазором установленных вдоль образующих цилиндрической формы и соединенных между собой упругими связями, выполненными в виде тарельчатых пружин, и скрепленных замковым соединением в виде кольцевой проволоки. См. Сборочный чертеж ОАО Первоуральского новотрубного завода (ОАО ПНТЗ) 4НК-06-2-073СБ от 12.03.2014 «Головка контрольно-резьбовая ∅ 73» и сборочный чертеж ОАО ПНТЗ 4НК-06-2-73-3СБ А «Манжет цанговый ∅ 73» от 12.03.2014.
При нарастании давления рабочей жидкости в кольцевой полости, образованной диаметральной выемкой, выполненной на внешней поверхности обоймы из упругого материала, и внутренней поверхностью корпуса, обойма сжимает пластины, которые начинают сходиться до диаметра трубы, сжимая тарельчатые пружины, расположенные между пластинами, в результате труба зажимается. При падении давления ниже определенного уровня пружины разжимаются, разводя пластины и увеличивая внутренний диаметр, при этом труба освобождается.
Недостатком данного зажимного устройства является его низкая надежность и недостаточная долговечность. Тарельчатые пружины ломаются из-за недостаточной жесткости при разжатии на больших ходах цангового элемента, необходимых при испытании труб с высаженными наружу концами. Это приводит к выпадению пружин внутрь. Обойма из упругого материала также ведет себя неустойчиво, прогибается, на ней появляются продольные гофры. Из-за недостаточной жесткости пружин пластины работает независимо друг от друга и под воздействием прогибов обоймы пластины движутся неравномерно, некоторые пластины выпадают и тянут за собой другие пластины. Это приводит к разрушению замкового соединения и невозможности возврата цангового элемента в исходное состояние, превышающее диаметр трубы. В результате устройство выходит из строя.
Кроме того, недостатком данного устройства является высокая трудоемкость изготовления устройства из-за сложности сборки. Это обусловлено тем, что цанговый элемент состоит из большого количества деталей: сорока двух пластин, сорока двух тарельчатых пружин, замкового соединения и трех защитных пластин, закрепленных на внешней поверхности цангового элемента, предназначенных для предотвращения продавливания обоймы из упругого материала в зазоры между пластинами.
Технической задачей, решаемой изобретением, является создание зажимного устройства для труб повышенной надежности и долговечности при одновременном снижении трудоемкости изготовления устройства.
Для решения данной технической задачи в известном зажимном устройстве для труб, содержащем корпус с цилиндрическим каналом и гнездом под концевой участок трубы, установленный в корпусе цанговый зажим, состоящий из обоймы из упругого материала, обхватывающей цанговый элемент, на внешней поверхности которого закреплены защитные пластины, при этом часть корпуса с гнездом под концевой участок трубы имеет канал для подачи рабочей жидкости, сообщенный с полостью гнезда и снабженный дополнительным каналом, соединяющим его с кольцевой полостью, образованной диаметральной выемкой, выполненной на внешней поверхности обоймы из упругого материала, и внутренней поверхностью корпуса, согласно изобретению цанговый элемент выполнен в виде втулки цилиндрической формы, вдоль образующих которой выполнены сквозные прорези, не достающие до края втулки, при этом прорези выполнены попеременно с одной и другой стороны втулки по всей поверхности втулки.
В частном случае исполнения зажимного устройства согласно изобретению прорези выполнены с закруглениями на концах прорезей.
Выполнение цангового элемента в виде втулки цилиндрической формы, вдоль образующих которой выполнены сквозные прорези, не достающие до края втулки, при этом прорези выполнены попеременно с одной и другой стороны втулки по всей поверхности втулки, позволяет совместить в одной конструкции втулки функции пластин и тарельчатых пружин прототипа.
Обойма из упругого материала при нарастании давления до определенного уровня за счет разных площадей обжимает втулку с прорезями, которая за счет деформации в углах осуществляет сжатие цангового элемента, и соответственно, труба зажимается. При падении давления ниже определенного уровня обойма из упругого материала разжимается, втулка с прорезями распрямляется и осуществляет разжатие цангового элемента и освобождение трубы.
Следует отметить, что при уменьшении ширины прорезей и, соответственно, при увеличении количества секторов с прорезями устройство работает корректнее.
Выполнение прорезей с закруглениями на концах прорезей позволяет снизить концентрацию напряжений, что повышает долговечность устройства.
Заявляемая конструкция более надежна при больших ходах цангового элемента, так как все элементы втулки жестко связаны между собой. Кроме того, упрощается сборка устройства, так как вместо большого количества деталей применяется одна. При этом конструкция более долговечна.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображено зажимное устройство для труб в продольном разрезе, на фиг. 2 - цанговый элемент в виде втулки цилиндрической формы в изометрии.
Зажимное устройство для труб содержит корпус 1 с цилиндрическим каналом 2 и гнездом 3 под концевой участок трубы (труба на чертеже не показана). В корпусе 1 установлен цанговый зажим 4, состоящий из обоймы 5 из упругого материала, например полиуретана, обхватывающей цанговый элемент 6, на внешней поверхности которого закреплены защитные пластины 7. Часть корпуса 1 с гнездом 3 под концевой участок трубы (труба на чертеже не показана) имеет канал 8 для подачи рабочей жидкости, сообщенный с полостью гнезда 3 и снабженный дополнительным каналом 9, соединяющим его с кольцевой полостью 10, образованной диаметральной выемкой, выполненной на внешней поверхности обоймы 5 из упругого материала, и внутренней поверхностью корпуса 1. Цанговый элемент 6 выполнен в виде втулки 11 цилиндрической формы, вдоль образующих которой выполнены сквозные прорези 12, не достающие до края втулки 11, при этом прорези 12 выполнены попеременно с одной и другой стороны втулки 11 по всей поверхности втулки 11. В частном случае исполнения прорези 12 выполнены с закруглениями 13 на концах прорезей 12.
Корпус 1 выполнен из двух частей 14 и 15, соединенных между собой посредством болтов 16. Часть 14 корпуса 1 на конце имеет приемную воронку 17. В части 15 корпуса 1 установлена манжета 18 из упругого материала, образующая дополнительную кольцевую полость 19, образованную диаметральной выемкой, выполненной на внешней поверхности манжеты 18 из упругого материала, и внутренней поверхностью корпуса 1. Дополнительная кольцевая полость 19 сообщена с дополнительным каналом 9 и соответственно с каналом 8 для подачи рабочей жидкости.
Зажимное устройство для труб работает следующим образом.
Зажимное устройство для труб устанавливается в пресс для испытания труб (пресс для испытания труб на чертеже не показан). Труба с высаженным наружу концом (труба на чертеже не показана) подается через приемную воронку 17 части 14 корпуса 1 в корпус 1 в упор до торцевой поверхности 20 гнезда 3. Затем через канал 8 для подачи рабочей жидкости подается давление рабочей жидкости. Рабочая жидкость подается в трубу (труба на чертеже не показана) и через канал 9 в дополнительную кольцевую полость 19 и в кольцевую полость 10. В результате манжета 18 из упругого материала поджимается к трубе за счет давления испытания и обеспечивает внешнюю герметичность при испытании трубы в целом. Обойма 5 из упругого материала при нарастании давления до определенного уровня за счет разных площадей обжимает втулку 11 с прорезями 12, которая за счет деформации в углах осуществляет сжатие цангового элемента 6, и соответственно, труба зажимается. При падении давления ниже определенного уровня обойма 5 из упругого материала разжимается, втулка 11 с прорезями 12 распрямляется и осуществляет разжатие цангового элемента 6 и освобождение трубы. При этом нагрузка распределяется по цанговому элементу 6 более равномерно и не происходит локального разрушения обоймы 5 и цангового элемента 6 в целом.
Таким образом, заявляемое зажимное устройство для труб обеспечивает повышение надежности и долговечности при одновременном снижении трудоемкости изготовления устройства, что обеспечивает проведение испытаний труб с высаженными наружу концами.