СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ ТРУБОПРОВОДОВ
PIPELINE CONNECTION POINT

Данное изобретение относится к соединительному узлу и, в частности, к соединительному узлу, применяемому для разъемного соединения трубопроводов.
Нередко во многих отраслях промышленности требуется быстро и с возможностью разъединения соединить два прохода с текучей средой (например, трубы или шланги). Выбор текучей среды, подлежащей транспортировке, а также ее свойства могут быть очень разнообразными, включая такие газы, как кислород в медицинских масках, и такие жидкости, как нефть, добываемая при подводных буровых работах. Давление текучей среды, проходящей через соединительный узел, может меняться от значений, по сути равных давлению внешней среды в случае кислородных масок, до значений, равных давлению жидкостей высокого давления в нефтепроводах, которые в несколько раз превышают внешнее давление.
В уровне техники известен ряд быстроразъемных соединительных устройств, при помощи которых облегчается соединение трубопроводов путем образования на их концах соответствующих соединительных элементов. Соединение может иметь вид охватывающего соединительного элемента, имеющего патрубок, и соответствующего охватываемого соединительного элемента, содержащего головку, которая может входить в патрубок. Соединительные элементы дополнительно могут иметь размыкающие клапаны, края которых при нахождении охватываемого и охватывающего соединительных элементов в разъединенном положении перекрываются, препятствуя просачиванию текучей среды.
Однако в выполненных с возможностью разъединения соединительных устройствах, содержащих патрубок и головку, могут возникать значительные силы отталкивания, которые раздвигают охватываемый и охватывающий соединительные элементы. Сила отталкивания возникает вследствие давления, которое текучая среда, находящаяся внутри соединительного узла, оказывает на оконечную часть охватываемого соединительного элемента, и, следовательно, представляет собой произведение давления на площадь поперечного сечения головки в месте ее выхода из патрубка. Таким образом, с ростом давления текучей среды и увеличением диаметров сила отталкивания быстро возрастает. Если сила отталкивания превышает силу трения, удерживающую соединительные детали как единое целое, необходимо применять дополнительный вид механического крепления для предотвращения разъединения соединительного узла.
Однако может потребоваться отсоединение данных механических креплений под действием определенного усилия, действующего на соединительный узел. Например, для дозаправки в полете самолет-заправщик тащит за собой топливный трубопровод. На конце трубопровода, удаленном от самолета-заправщика, находится стыковочное устройство, которое содержит охватывающий элемент. Самолет, который должен быть дозаправлен, оснащен выходящей вперед насадкой, конец которой представляет собой охватываемый соединительный элемент. Для того чтобы предотвратить расстыковку соединительного узла во время турбулентности и при незначительных изменениях относительного положения самолета, соединительный узел должен включать удерживающее устройство какого-либо вида. Однако в аварийной ситуации необходимо, чтобы соединение размыкалось под действием заданного усилия. Это усилие известно, как сопротивление размыканию.
Желательно, чтобы сопротивление размыканию могло быть относительно небольшим по сравнению с сопротивлением механического удерживающего устройства, используемого для преодоления усилия расстыковки, с которой текучая среда, находящаяся внутри соединительного узла, действует на охватываемый элемент. Как следствие, это может привести к тому, что если приложенное усилие превышает усилие, обусловленное конструктивными допусками удерживающего устройства, которое было бы желательно в идеальном варианте, то удерживающее устройство просто сломается или разъединится.
Для того чтобы сопротивление размыканию можно было установить независимо, механизм, используемый для противодействия усилию расстыковки соединительного узла, можно отделить от механизма, используемого для создания сопротивления размыканию.
Известно, что для уменьшения усилий расстыковки, возникающих внутри соединительных узлов, узел располагают таким образом, что кроме усилия расстыковки, создаваемой текучей средой, эта же среда создает силу, противодействующую разъединению и действующую против усилия расстыковки. Соединительный узел выполнен таким образом, что площадь его внутренней поверхности, на которую оказывает давление текучая среда, равна площади поперечного сечения охватываемого соединительного элемента в месте его выхода из охватывающего соединительного элемента. Следовательно, соединение, как говорят, является «разгруженным», вследствие чего равнодействующая усилия расстыковки, обусловленная внутренними давлениями текучей среды, фактически равна нулю.
Однако на сегодняшний день выполненные с возможностью разъединения соединительные устройства содержат выступы и пути потока текучей среды, которые создают турбулентность при прохождении текучей среды от одного канала или трубы к другому каналу или трубе. Кроме того, такие трубопроводные соединения невозможно «почистить», что является требованием нефтеперекачивающей промышленности, состоящим в перемещении по внутреннему пространству нефтепровода устройства, предназначенного для очистки, придания нужных размеров или осмотра.
Целью данного изобретения является попытка устранения по меньшей мере одного из упомянутых выше, либо иных, недостатков.
Согласно одному аспекту данного изобретения соединительный узел, предназначенный для разъемного соединения трубопроводов, содержит охватываемый и охватывающий соединительные элементы, которые в процессе эксплуатации находятся в соединенном положении за счет размещения головки охватываемого элемента в патрубке охватывающего элемента и каждый из которых имеет сквозной канал, проходящий от его первого конца, предназначенного для подсоединения к трубопроводу, причем при сопряжении в процессе эксплуатации сквозные каналы каждого соединительного элемента совмещены вдоль первой продольной оси, а головка и патрубок совмещены вдоль второй продольной оси, которая расположена под углом к первой оси, при этом сквозные каналы образуют проход для текучей среды между двумя трубопроводами, а текучая среда по существу остается в проходе при помощи уплотнительного средства.
Угол наклона между первой и второй продольными осями предпочтительно составляет от 5 до 35°. Угол наклона между первой и второй продольными осями предпочтительно составляет от 10 до 30°. Угол наклона между первой и второй продольными осями предпочтительно составляет от 15 до 25°.
Предпочтительно уплотнительное средство может представлять собой первое и второе уплотнительные кольца. В процессе эксплуатации уплотнительные кольца могут быть расположены по любую сторону от места пересечения сквозных каналов и патрубка. Оба уплотнительных кольца могут представлять собой наружные уплотнительные кольца, расположенные на головке таким образом, чтобы не возникало равнодействующего усилия расстыковки. В альтернативном варианте оба уплотнительных кольца могут представлять собой внутренние уплотнительные кольца, расположенные внутри патрубка таким образом, чтобы не возникало равнодействующего усилия расстыковки. Однако предпочтительно первое уплотнительное кольцо может представлять собой внутреннее уплотнительное кольцо, расположенное внутри патрубка, а второе уплотнительное кольцо может представлять собой наружное уплотнительное кольцо на головке, так что текучая среда, находящаяся внутри канала для текучей среды, оказывает давление на внутренние поверхности, создавая равнодействующую силу, противодействующую расцеплению указанных сопряженных соединительных элементов.
В отличие от других соединительных устройств, в которых создается усилие расстыковки или система выравнивания давления, давление текучей среды, находящейся внутри соединительного узла, воздействует на него, создавая равнодействующую силу, противодействующую разъединению охватываемого и охватывающего соединительных элементов. Путем регулирования внутренних размеров узла данная равнодействующая сила (сопротивление расцеплению) может возникать при заданном сопротивлении размыканию или быть сравнительно низкой, при этом необходимое сопротивление размыканию задается дополнительным механизмом.
Предпочтительно проход для текучей среды, соединенный с первым концом охватывающего соединительного элемента, может быть совмещен со сквозным каналом указанного элемента, а проход для текучей среды, соединенный с первым концом охватываемого соединительного элемента, может быть совмещен со сквозным каналом указанного элемента. Второй конец охватываемого соединительного элемента может представлять собой головку. Второй конец охватывающего соединительного элемента может представлять собой патрубок, а сквозной канал охватывающего элемента может проходить от первого конца и пересекать патрубок.
Предпочтительно, наружный диаметр головки и внутренний диаметр патрубка по существу могут быть постоянными. Сквозные каналы, выполненные в охватываемом и охватывающем соединительных элементах, могут быть по существу прямолинейными, причем при эксплуатации при нахождении соединительных элементов в сопряженном состоянии сквозные каналы образуют прямолинейный проход для текучей среды. Сквозные каналы, выполненные в охватываемом и охватывающем соединительных элементах, могут иметь одинаковые неизменные диаметры.
Помимо этого данное изобретение предлагает однорядный поток текучей среды между двумя трубопроводами, который позволяет «почистить» соединение.
Предпочтительно, соединительный узел может дополнительно содержать разъемное крепежное средство, предназначенное для противодействия разъединению сопряженных соединительных элементов. Охватываемый соединительный элемент может дополнительно иметь диаметральное сквозное отверстие, а охватывающий соединительный элемент может дополнительно иметь по меньшей мере одно диаметрально совмещенное сквозное отверстие, и при сопряжении сквозные отверстия могут совмещаться, а крепежное средство может представлять собой штифт, который вставлен через отверстия. Диаметральное сквозное отверстие охватываемого соединительного элемента может быть расположено в головке, а одно или каждое диаметральное сквозное отверстие охватывающего соединительного элемента может быть расположено в патрубке. Крепежное средство может иметь первую деталь, которая в процессе эксплуатации плотно пригнана к охватываемому соединительному элементу, и вторую деталь, которая в процессе эксплуатации плотно пригнана к охватывающему соединительному элементу, причем в процессе эксплуатации первая и вторая детали зацепляются друг с другом, при этом указанное зацепление представляет собой крепежное средство. И первая, и вторая детали могут представлять собой зубчатую рейку с радиально расположенными зубьями. Радиально расположенные зубья первой детали могут быть обращены наружу, а радиально расположенные зубья второй детали могут быть обращены внутрь. Радиально расположенные зубья первой детали могут быть обращены внутрь, а радиально расположенные зубья второй детали могут быть обращены наружу.
Предпочтительно, первая деталь представляет собой зажим. Зажим может содержать упругий материал. Зажим может иметь первую и вторую части, расположенные с противоположных сторон вокруг первой продольной оси и объединенные соединительной частью, которая в процессе эксплуатации упирается во фланец на охватываемом соединительном элементе, причем указанный упор представляет первый узел, составленный из зажима и охватываемого элемента, и причем по меньшей мере одна из указанных первой и второй части имеет радиально расположенные зубья, отстоящие от соединительной части. Радиально расположенные зубья зажима могут зацепляться с возможностью расцепления при повороте по меньшей мере одной из первой или второй части вокруг соединительной части. Поверхность выступа в упоре с соединительной частью может представлять собой наклонную поверхность.
Предпочтительно, патрубок охватывающего соединительного элемента дополнительно имеет закрытый конец и выход из патрубка, причем в процессе эксплуатации выход сообщается с пространством, образованным между закрытым концом и дистальным концом головки, так что когда головку вставляют в патрубок, окружающая текучая среда, находящаяся внутри патрубка, выдавливается из выхода, и скорость истечения текучей среды из выхода определяет усилие установки, необходимое для введения головки в патрубок. Выход может проходить через закрытый конец патрубка. В выходе может быть расположен шплинт, который вставлен через отверстие, а охватывающий соединительный элемент дополнительно имеет отверстие, которое проходит ортогонально оси патрубка. Головка может дополнительно содержать несимметричный элемент, который выполнен для взаимодействия со шплинтом в процессе эксплуатации так, что если головка неправильно ориентирована вокруг второй продольной оси, то она упирается в шплинт до совмещения сквозных каналов.
Предпочтительно, охватываемый и охватывающий соединительные элементы дополнительно содержат взаимодействующие стыковочные элементы, причем указанное взаимодействие ограничивает взаимное расположение вокруг второй продольной оси так, чтобы головку можно было вставить в патрубок. Взаимодействующие детали могут содержать по меньшей мере один, а предпочтительно два охватываемых элемента, которые прочно прикреплены к охватываемому соединительному элементу и параллельны второй продольной оси, при этом для каждого охватываемого предмета взаимодействующих деталей дополнительно имеется соответствующий охватывающий элемент, который прочно прикреплен к охватывающему соединительному элементу, причем в процессе введения головки в патрубок каждый охватываемый элемент взаимодействует с каждым охватывающим элементом. Охватываемые элементы могут дополнительно иметь бороздки, а охватывающий соединительный элемент может дополнительно иметь отверстия, которые пересекают охватывающие элементы, причем в отверстиях расположено запирающее средство, которое в процессе эксплуатации зацепляется с бороздками, представляя разъемное удерживающее средство.
Предпочтительно, охватываемый соединительный элемент может содержать клапан, который, находясь в закрытом положении, препятствует протеканию текучей среды по сквозному каналу, а находясь в открытом положении, допускает протекание текучей среды по сквозному каналу. Клапан охватываемого соединительного элемента может функционировать между открытым и закрытым положением за счет поворота рабочего элемента. Рабочий элемент может приводиться в действие деталью охватывающего соединительного элемента, так что когда головку отсоединяют от патрубка, клапан поворачивается из открытого положения в закрытое положение. Клапан может дополнительно содержать смещающее средство, которое смещает клапан по направлению к закрытому положению, причем рабочий элемент приводится в действие деталью охватывающего соединительного элемента, так что когда головку вставляют в патрубок, клапан перемещается к открытому положению. Предпочтительно, охватывающий соединительный элемент содержит клапан, который, находясь в закрытом положении, препятствует протеканию текучей среды по сквозному каналу, а находясь в открытом положении, допускает протекание текучей среды по сквозному каналу. Клапан охватывающего соединительного элемента может функционировать между открытым и закрытым положением за счет поворота рабочего элемента. Рабочий элемент может приводиться в действие деталью охватываемого соединительного элемента, так что когда головку отсоединяют от патрубка, клапан поворачивается из открытого положения в закрытое положение. Клапан может дополнительно содержать смещающее средство, которое смещает клапан по направлению к закрытому положению, причем рабочий элемент приводится в действие деталью охватываемого соединительного элемента, так что когда головку вставляют в патрубок, клапан перемещается к открытому положению.
Предпочтительно, рабочие элементы содержат первую и вторую противоположные кромки, а другой соединительный элемент имеет взаимодействующий элемент, причем в процессе соединения взаимодействующий элемент перемещается относительно рабочего элемента и вдоль второй продольной оси, при этом взаимодействующий элемент, упираясь в первую из противоположных кромок, открывает клапан в процессе соединения элементов, а упираясь во вторую из противоположных кромок, закрывает клапан в процессе разъединения элементов.
Предпочтительно, каждый из соединительных элементов, охватываемый и охватывающий, имеет соответствующий запирающий элемент со сквозным отверстием. Запирающий элемент охватываемого элемента может быть выполнен с возможностью перемещения между закрытым положением, в котором запирающий элемент перекрывает выход текучей среды и в котором с одной стороны от выхода текучей среды расположено второе уплотнительное кольцо, а с противоположной стороны указанного выхода расположено вспомогательное уплотнительное кольцо, и открытым положением, в котором запирающий элемент не перекрывает выход текучей среды. Запирающий элемент охватывающего элемента может быть выполнен с возможностью перемещения между закрытым положением, в котором запирающий элемент перекрывает выход текучей среды и в котором с одной стороны от выхода текучей среды расположено первое уплотнительное кольцо, а с противоположной стороны указанного выхода расположено вспомогательное уплотнительное кольцо, и открытым положением, в котором запирающий элемент не перекрывает выход текучей среды. Запирающий элемент может быть установлен с возможностью скольжения вокруг головки и внутри патрубка соответственно. Запирающий элемент может быть смещен по направлению к закрытому положению. Предпочтительно, каждый из соединительных элементов, охватываемый и охватывающий, может содержать крепежный элемент, предназначенный для удерживания каждого запирающего элемента в закрытом положении, при этом каждый соединительный элемент имеет плоский конец.
Предпочтительно, охватываемый соединительный элемент изготовлен из волокнистого композитного материала, причем вдоль головки плотность упаковки волокна в осевом направлении больше, чем плотность упаковки волокна в радиальном направлении. Охватывающий соединительный элемент может быть изготовлен из композитного материала, причем вдоль части патрубка плотность упаковки волокна в радиальном направлении больше, чем плотность упаковки волокна в осевом направлении.
Согласно дополнительному аспекту данного изобретения способ разъемного соединения трубопроводов включает введение головки охватываемого соединительного элемента в соответствующий патрубок охватывающего элемента, при этом соединительные элементы присоединяют к концу трубопроводов в месте их соединения, причем каждый соединительный элемент имеет сквозной канал, проходящий от его первого конца, предназначенного для подсоединения к трубопроводу, причем когда при эксплуатации сопрягают соединительные элементы, сквозные каналы каждого соединительного элемента совмещены вдоль первой продольной оси, а головка и патрубок совмещены вдоль второй продольной оси, которая расположена под углом к первой оси, при этом сквозные каналы образуют проход для текучей среды между двумя трубопроводами, а текучая среда по существу остается в проходе при помощи уплотнительного средства.
Предпочтительно, способ также включает установку аварийного штифта через диаметрально противоположные отверстия, выполненные в охватываемом и охватывающем соединительных элементах.
Данное изобретение включает любую комбинацию указанных в данном документе признаков или ограничений.
Данное изобретение может быть реализовано различными способами, но на примере будут описаны некоторые варианты выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет собой схематический разрез первого варианта выполнения данного изобретения в разъединенном положении;
Фиг.2 представляет собой схематический разрез первого варианта выполнения данного изобретения в сопряженном положении;
Фиг.3 представляет собой схематический разрез второго варианта выполнения данного изобретения в разъединенном положении;
Фиг.4 представляет собой схематический разрез второго варианта выполнения данного изобретения в сопряженном и незакрепленном положении;
Фиг.5 представляет собой схематический разрез второго варианта выполнения данного изобретения в сопряженном и закрепленном положении;
Фиг.6 представляет собой схематический разрез третьего варианта выполнения данного изобретения в сопряженном и закрепленном положении;
Фиг.7 представляет собой изображение четвертого варианта выполнения данного изобретения в разъединенном положении, на котором охватываемый соединительный элемент изображен сбоку, а охватывающий соединительный элемент изображен в разрезе;
Фиг.8 представляет собой схематический разрез четвертого варианта выполнения данного изобретения в сопряженном положении, причем охватываемый соединительный элемент изображен не в разрезе;
Фиг.9 представляет собой схематический вид сверху пятого варианта выполнения данного изобретения в разъединенном положении;
Фиг.10 представляет собой схематический разрез пятого варианта выполнения данного изобретения, представленного на фиг.9, по линии А-А;
Фиг.11 представляет собой схематический разрез пятого варианта выполнения данного изобретения, представленного на фиг.9, в начальном положении сопряжения, по линии А-А;
Фиг.12 представляет собой схематический разрез пятого варианта выполнения данного изобретения, представленного на фиг.9, в сопряженном положении, по линии А-А;
Фиг.13 представляет собой вид сбоку шестого варианта выполнения данного изобретения в сопряженном положении;
Фиг.14 представляет собой вид сбоку шестого варианта выполнения данного изобретения в среднем положении соединения;
Фиг.15 представляет собой боковой разрез шестого варианта выполнения данного изобретения в сопряженном положении;
Фиг.16 представляет собой боковой разрез шестого варианта выполнения данного изобретения в среднем положении соединения;
Фиг.17 представляет собой боковой разрез седьмого варианта выполнения данного изобретения в разъединенном положении;
Фиг.18 представляет собой боковой разрез седьмого варианта выполнения данного изобретения в почти сопряженном положении;
Фиг.19 представляет собой боковой разрез седьмого варианта выполнения данного изобретения в сопряженном положении;
Фиг.20 представляет собой боковой разрез восьмого варианта выполнения данного изобретения в разъединенном положении;
Фиг.21 представляет собой боковой разрез восьмого варианта выполнения в сопряженном положении;
Фиг.22 представляет собой вертикальную боковую проекцию девятого варианта выполнения данного изобретения в разъединенном положении;
Фиг.23 представляет собой вертикальную боковую проекцию девятого варианта выполнения данного изобретения в почти сопряженном положении;
Фиг.24 представляет собой вертикальную боковую проекцию девятого варианта выполнения данного изобретения в сопряженном положении;
Фиг.25а представляет собой схематический боковой разрез десятого варианта выполнения данного изобретения в сопряженном положении;
Фиг.25b представляет собой вид с торца фиг.25а;
Фиг.26а представляет собой схематический боковой разрез десятого варианта выполнения данного изобретения в разъединенном положении;
Фиг.26b представляет собой вид с торца фиг.26а;
Фиг.27 представляет собой схематический боковой разрез одиннадцатого варианта выполнения данного изобретения в разъединенном положении;
Фиг.28 представляет собой схематический боковой разрез одиннадцатого варианта выполнения данного изобретения в почти сопряженном положении;
Фиг.29 представляет собой схематический боковой разрез одиннадцатого варианта выполнения в сопряженном положении;
Фиг.30 представляет собой схематический боковой разрез двенадцатого варианта выполнения данного изобретения в разъединенном положении.
На фиг.1 и фиг.2 изображен первый вариант выполнения данного изобретения. Соединительный узел 101 содержит охватываемый соединительный элемент 102 и охватывающий соединительный элемент 103, при этом указанные элементы изображены на фиг.1 и фиг.2 соответственно в разъединенном и соединенном положении. В данном варианте выполнения имеется ось А соединения (продольная ось, вдоль которой охватываемый соединительный элемент 102 вставляют внутрь охватывающего соединительного элемента 103 для формирования канала для прохода текучей среды) и ось В потока, ограниченная данным каналом. Оси А и В образуют угол α, составляющий примерно 20°.
Охватываемый соединительный элемент 102 имеет проксимальную часть 104 и дистальную часть, имеющую вид головки 106. Головка имеет вид по существу цилиндрического штыря, ось которого совпадает с осью А соединения. Охватываемый соединительный элемент дополнительно имеет круговой цилиндрический сквозной канал 108, проходящий между первым и вторым выходом, линейная ось которого совпадает с осью В потока. Диаметр указанного сквозного канала по существу постоянен. На дистальном конце проксимальной части расположен первый выход сквозного канала 108, а указанный конец сообщается с первым трубопроводом (не показан). Второй выход сквозного канала выполнен в периферической поверхности головки.
Охватываемый соединительный элемент 102 дополнительно имеет ограничитель 110. который проходит вокруг его проксимальной части 104. Ограничитель 110 имеет фронтальную опорную поверхность 112, расположенную по существу в месте контакта между головкой и проксимальной частью.
Сквозной канал 108 ограничен боковыми стенками 114, толщина которых по существу одинакова и позволяет противостоять силам, вызванным давлением текучей среды, проходящей по сквозному каналу. Как будет описано далее, в процессе эксплуатации в соединительном узле возникают изгибающие силы. Толщина боковой стенки в зоне фронтальной опорной поверхности 112 способствует противодействию данным изгибающим силам.
Кроме того, вблизи свободного конца головки охватываемый соединительный элемент 102 имеет наружное уплотнительное кольцо 115. Уплотнительное кольцо 115 расположено внутри кольцевой канавки, которая проходит по наружной периферической поверхности головки. Для того чтобы при введении головки в охватывающий соединительный элемент 103 уплотнительное кольцо обеспечивало герметизацию, наружный диаметр уплотнительного кольца больше, чем наружный диаметр головки 106.
Непосредственно рядом с дистальным концом головки имеется небольшое диаметральное сквозное отверстие 117.
Охватываемый соединительный элемент может быть изготовлен любым широко известным способом, например отливкой или механической обработкой заготовки. В альтернативном варианте охватываемый соединительный элемент, за исключением сквозного канала, предпочтительно изготавливать механической обработкой стержня, чтобы ось проксимального конца и ось головки совпадали, без сквозного отверстия. Затем до обработки на станке сквозного канала пруток можно изогнуть таким образом, чтобы оси проксимального конца и головки были расположены под углом α.
Охватывающий соединительный элемент 103 содержит корпус, имеющий сквозной канал 121, внутренний диаметр которого совпадает с внутренним диаметром сквозного канала 108 охватываемого соединительного элемента 102, а также патрубок 122. И сквозной канал 121, и патрубок 122 по существу прямые и имеют круговую цилиндрическую форму. Открытый конец 124 охватывающего соединительного элемента 103, в котором расположен выход сквозного канала 121, выполнен для сообщения со вторым трубопроводом (не показан). Ось патрубка 122 совпадает с осью А соединения. Размер патрубка 122 обеспечивает плотную посадку головки охватываемого соединительного элемента 102.
Патрубок 122 имеет глухое центральное отверстие, которое проходит вплоть до торцевой поверхности 126. У открытой части патрубка, по его внутренней периферической поверхности расположено внутреннее уплотнительное кольцо 128. Уплотнительное кольцо 128 расположено внутри кольцевой канавки, выполненной во внутренней поверхности патрубка 122. Внутренний диаметр уплотнительного кольца меньше, чем внутренний диаметр центрального отверстия патрубка, так что когда головка 106 входит в патрубок 122, уплотнительное кольцо 128 обеспечивает герметизацию с наружной цилиндрической поверхностью головки.
Торцевая поверхность 126 имеет отверстие 130 для истечения текучей среды, при помощи которого патрубок сообщается с внешней средой, окружающей охватывающий соединительный элемент 103.
Между открытым концом 124 и выходом 132, расположенным в периферической стенке патрубка 122, проходит сквозной канал 121. Между внутренним уплотнительным кольцом 128 и глухим концом патрубка расположен выход 132.
Открытый конец 124 представляет собой по существу цилиндрический стержень, который отходит от корпуса охватывающего соединительного элемента 103 и расположен на одной оси со сквозным каналом 121. Границы сквозного канала в открытом конце 124 определены боковыми стенками 134. Толщина боковых стенок 134 по существу одинакова и достаточна для того, чтобы противостоять силам, созданным давлением находящейся внутри текучей среды.
Корпус охватывающего соединительного элемента 103 таков, что при эксплуатации толщина стенок позволяет противостоять возникающим силам и, в частности, упомянутым в данном документе изгибающим силам, спрямляющим патрубок и сквозной канал до меньших углов взаимного соединения.
У дистального конца патрубка в его стенках выполнена пара небольших, диаметрально расположенных сквозных отверстий 136.
Охватывающий соединительный элемент можно изготовить любым известным способом, например отливкой или механической обработкой заготовки. В альтернативном варианте охватывающий элемент предпочтительно изготавливать из двух частей. Первая часть может быть изготовлена механической обработкой стержня и имеет все элементы, радиальные и аксиальные относительно оси патрубка, а вторая часть, представляющая собой стержень или трубу, прикреплена к первой части. Ось второй части расположена под углом α относительно первой части. Вторую часть можно присоединить любым из известных способов, который обеспечивает уплотнение между двумя деталями. Затем на станке можно проточить сквозной канал.
Для выполнения соединения охватываемый и охватывающий соединительные элементы приводят в положение, изображенное на фиг.1, после чего головку 106 продвигают вперед к патрубку 122 в продольном направлении (вдоль оси А). В процессе установки наружное уплотнительное кольцо 115, расположенное вокруг наружной цилиндрической поверхности головки, в состоянии проскочить внутреннее уплотнительное кольцо 128, расположенное на внутренней цилиндрической поверхности патрубка, поскольку по меньшей мере одно из колец, а, как правило, оба кольца выполнены из упругого эластомерного материала.
Если головка полностью вошла в патрубок 122 по оси А соединения, то перемещение блокируется упором ограничителя 110 в охватывающий соединительный элемент 103. В данном положении сквозной канал 108 охватываемого соединительного элемента совмещен со сквозным каналом 121 охватывающего соединительного элемента, то есть указанные каналы совмещены по оси В потока. Как отмечено выше, указанные сквозные каналы имеют одинаковый внутренний диаметр, и, таким образом, при своем объединении они образуют плавный прямолинейный проход для текучей среды (смотри фиг.2).
Отверстие 130 для истечения текучей среды облегчает введение головки 106 в патрубок 122. До введения головки 106 в патрубок 122 в патрубке находится текучая среда из внешнего окружающего пространства, например воздух или морская вода. По мере введения головки в патрубок наружное уплотнительное кольцо 115 образует уплотнение со стенками патрубка. Следовательно, внешняя текучая среда выдавливается в направлении движения головки относительно патрубка. Незначительное количество текучей среды из окружающего пространства, находящейся внутри патрубка, может вытечь через выход 124 сквозного канала охватывающего соединительного элемента. Однако, как только уплотнительное кольцо 115 проскочило выход 132 сквозного канала, текучая среда может выйти из патрубка только через отверстие 130. Таким образом, понятно, что размеры отверстия 130 определяют силу сопротивления, которая возникает во время введения головки 106.
В процессе эксплуатации текучая среда, например нефть, вода или водосодержащая жидкость, под действием давления протекает по проходу, расположенному в соединительном узле 101. Проход обеспечивает протекание текучей среды между двумя трубопроводами, по существу по сквозным каналам 108, 121 охватываемого и охватывающего соединительного элементов 102, 103. Однако в месте пересечения двух сквозных каналов и в силу того, что наружный диаметр головки меньше внутреннего диаметра патрубка, что необходимо для введения головки в патрубок, в кольцевом пространстве между головкой и патрубком также имеется текучая среда. Наружное уплотнительное кольцо 115, которое образует уплотнение между головкой и стенками патрубка, препятствует просачиванию текучей среды в глухой конец патрубка. Внутреннее уплотнительное кольцо 128, которое образует уплотнение между патрубком и радиальной поверхностью головки, препятствует просачиванию текучей среды в открытый конец патрубка. Таким образом, трубопровод представляет собой два сквозных канала 108, 121 и кольцевое пространство, ограниченное двумя уплотнительными кольцами 115, 128.
Текучая среда оказывает равномерное давление на все внутренние поверхности прохода. Давление текучей среды создает изгибающие силы внутри соединительного узла, которые стремятся уменьшить угол взаимного соединения между осями А и В. Давление текучей среды вызывает как усилие размыкания, так и усилие соединения. Таким образом, если охватывающий соединительный элемент закреплен неподвижно, усилие размыкания является произведением давления текучей среды на площадь поперечного сечения головки 106 в месте расположения внутреннего уплотнительного кольца 128, а усилие соединения представляет собой произведение давления текучей среды на площадь поперечного сечения головки 106 в месте расположения наружного уплотнительного кольца 115. В данном варианте выполнения уплотнения выполнены таким образом, что усилия размыкания и соединения создают равнодействующее усилие, которое вталкивает головку в патрубок или удерживает ее там. Следовательно, данное равнодействующее усилие является произведением давления текучей среды на площадь поперечного сечения кольцевого пространства, образованного между головкой и патрубком. Совершенно очевидно, что за счет расположения обоих уплотнительных колец либо вокруг головки, либо вокруг патрубка получают равнодействующую усилия соединения, равную нулю.
Как показано на фиг.2, при нахождении охватываемого и охватывающего соединительных элементов в соединенном положении отверстия 117, 136, выполненные в указанных элементах, совмещены друг с другом. Сквозь эти отверстия можно вставить штифт, чтобы способствовать удерживанию охватываемого и охватывающего элементов в соединенном взаимном расположении. Штифт помогает сохранить соединение при приложении случайного усилия разъединения. С другой стороны, если приложена слишком большая сила, которая при противодействии могла бы привести к разрушению соединительного узла, штифт может сломаться, а охватываемый и охватывающий соединительные элементы разъединиться. Сила, при которой возникает такая ситуация, представляет собой сопротивление размыканию.
Как видно из фиг.3, и согласно второму варианту выполнения данного изобретения соединительный узел 201 содержит по меньшей мере один охватываемый соединительный элемент 202 и магистраль 203. Каждый охватываемый соединительный элемент, как правило, соответствует охватываемому соединительному элементу предыдущих вариантов выполнения и имеет проксимальную часть 204, выполненную для сообщения с первым трубопроводом (не показан); головку 206, расположенную по оси А соединения; сквозной канал 208, ось которого совпадает с осью В потока, проходящий между первым выходом, расположенным в дистальном конце проксимальной части, и вторым выходом, расположенным в периферической поверхности головки; и наружное уплотнительное кольцо 215, которое расположено вблизи свободного конца головки.
Согласно второму варианту выполнения каждый охватываемый соединительный элемент дополнительно содержит радиальный фланец 216, механический зажим 217 и стыковочный элемент 210. Радиальный фланец проходит вокруг проксимальной части и имеет верхнюю и нижнюю поверхности, которые ортогональны оси В потока. Верхнюю и нижнюю поверхности соединяет периферическая боковая стенка, сходящая на конус к нижней поверхности.
Механический зажим 217 содержит часть 218 в виде кольцеобразного диска и две боковые части 219, 220. Часть в виде кольцеобразного диска имеет верхнюю и нижнюю плоскости и центральное отверстие и, таким образом, похожа на шайбу. Две боковые части по существу одинаковы, и каждая имеет по существу форму сегмента трубы. Каждая боковая часть от окружности части в виде диска составляет угол примерно в 90°. Боковые части отходят в осевом направлении по обе стороны нижней поверхности части в виде диска и от наиболее отдаленных от центра участков диска. Боковые части и прилегающая часть в виде диска составляют по существу одну деталь, которая выполнена из упругой пластмассы.
Каждая боковая часть имеет зацепляющее средство 219а, 220а. Зацепляющие средства представляют собой зубчатую рейку из расположенных по окружности зубьев, как правило, имеющих пилообразную форму, размещенную на наружной стороне и рядом со свободным концом каждой боковой части. Каждый зуб в каждой зубчатой рейке имеет поверхность, которая ортогональна оси потока, и поверхность, расположенную наклонно к оси потока.
В процессе эксплуатации дискообразную часть зажима располагают вокруг проксимальной части и ортогонально к оси потока, причем зажим может скользить вдоль оси потока, но ограничен по пути к головке упором, образованным между нижней поверхностью диска и верхней поверхностью выступа.
В дистальном конце каждой головки имеется стыковочный элемент 210. Стыковочный элемент представляет собой уплощенный участок стенки вокруг оконечной части головки. Кроме того, стыковочный элемент имеет радиальную поверхность и аксиальную поверхность. Как будет отмечено в данном документе, стыковочный элемент обеспечивает правильность установки охватываемого соединительного элемента и, следовательно, не является симметричным.
Магистраль 203 содержит по меньшей мере одно, а предпочтительно несколько (не показаны) мест соединения, соответствующих каждому охватываемому соединительному элементу. Каждое место соединения содержит элементы конструкции, которые, как правило, соответствуют охватывающему соединительному элементу предыдущих вариантов выполнения, а именно: сквозной канал 221, ось которого совпадает с осью В потока, проходящий от первого конца, который выполнен для сообщения со вторым трубопроводом (не показан); патрубок 222, ось которого совпадает с осью А соединения; и внутреннее уплотнительное кольцо 228, которое расположено вблизи открытого конца патрубка.
Согласно второму варианту выполнения в каждом месте соединения дополнительно имеется шплинт 230 и зацепляющее средство, содержащее внутренние, радиально расположенные зубья 236. Шплинт 230 расположен между глухой частью патрубка и окружающим пространством, в круглом отверстии, проходящем сквозь магистраль. Круглое отверстие расположено на краю патрубка ортогонально оси А соединения. Шплинт зафиксирован в отверстии. Шплинт имеет прорезь, поэтому текучая среда может поступать в центр шплинта, создавая, таким образом, выпускной проход между нижней частью патрубка и окружающим пространством, работающий в целом как отверстие для истечения текучей среды, описанное в предыдущих вариантах выполнения.
Ось внутренних, радиально расположенных зубьев 236 совпадает с осью сквозного канала 221. Как правило, зубья имеют пилообразную форму, соответствующую зацепляющему средству 219а, 220а механического зажима.
На фиг.3 соединительный узел, выполненный согласно второму варианту выполнения, изображен в разъединенном положении. Охватываемый элемент вставляют в патрубок магистрали путем взаимного перемещения вдоль оси А соединения. Головку вставляют до тех пор, пока она не упрется в шплинт 230. Как показано на фиг.4, если головка ориентирована правильно, то аксиальная поверхность стыковочного элемента проскакивает шплинт, при этом указанный упор происходит с радиальной поверхностью стыковочного элемента. Если головка имеет правильную ориентацию, шплинт ограничивает взаимное перемещение при совмещении сквозных каналов, выполненных в охватываемом соединительном элементе и магистрали. Если охватываемый элемент ориентирован неправильно, указанный упор возникает между дистальным концом головки и штифтом. Когда дистальный конец головки упирается в штифт, оси сквозных каналов, выполненных соответственно в охватываемом соединительном элементе и магистрали, не совпадают.
Для того чтобы поместить охватываемый соединительный элемент в положение, представленное на фиг.4, механический зажим перемещают вдоль оси В потока и в обратном направлении от головки. Если головка введена правильно, ось механического зажима совмещается с осью внутренних, радиально расположенных зубьев 236 так, что механический зажим может проскользнуть вдоль оси В потока и по направлению к магистрали. Две боковые части механического зажима изгибаются внутрь вследствие упругости зажима, позволяя, таким образом, зацепляющим средствам 219а, 220а сцепляться с внутренними, радиально расположенными зубьями магистрали. На фиг.5 зажим изображен находящимся в положении полного сопряжения, в котором зубья зажима и зубья магистрали находятся в положении зацепления. Указанное зацепление препятствует относительному перемещению зажима и магистрали друг от друга. Более того, наличие упора между зажимом и радиальным выступом охватываемого соединительного элемента придает соединительному узлу сопротивление размыканию.
В процессе эксплуатации соединительный узел в целом работает согласно предыдущим вариантам выполнения. Предусмотрено, что при усилии размыкания, превышающем допустимое, происходит срезание зубьев механического зажима, так что соединение разъединяется. В альтернативном варианте для планового разъединения узла можно сдавить свободные концы боковых частей механического зажима по направлению друг к другу таким образом, чтобы зубья вышли из зацепленного положения, и зажим выскользнет из магистрали.
Согласно третьему варианту выполнения данного изобретения, представленному на фиг.6, соединительный узел содержит охватываемый соединительный элемент 302 и охватывающий соединительный элемент 303. Охватываемый соединительный элемент, как правило, соответствует охватываемому соединительному элементу второго варианта выполнения и имеет проксимальную часть 304, выполненную для сообщения с первым трубопроводом (не показан); головку 306, ось которой совпадает с осью А соединения; сквозной канал 308, ось которого совпадает с осью В потока, проходящий между первым выходом, выполненным в дистальном конце проксимальной части, и вторым выходом, выполненным в периферической поверхности головки; наружное уплотнительное кольцо 315, расположенное вблизи свободного конца головки; радиальный выступ 316, отходящий в радиальном направлении от проксимальной части; стыковочный элемент 310, выполненный в дистальном конце головки; и механический зажим 317, установленный с возможностью скольжения вокруг проксимальной части охватываемого элемента.
Механический зажим третьего варианта выполнения содержит часть 318 в виде кольцеобразного диска и две боковые части 319, 320. Боковые части отличаются от боковых частей, описанных во втором варианте выполнения, тем, что часть в виде кольцеобразного диска объединяет две боковые части в центре, а не по их краям. Таким образом, первый конец боковых частей выходит из одной стороны части в виде круглого диска, а второй конец выходит с противоположной стороны. Кроме того, боковые части отличаются от боковых частей, описанных во втором варианте выполнения, тем, что сцепляющие средства 319а, 320а, представляющие собой зубчатую рейку из расположенных по окружности зубьев, имеющих, как правило, пилообразную форму, размещены на внутренней, а не на наружной стороне боковых частей. Сцепляющие средства расположены на первом конце боковых частей.
Радиальный выступ 316 отличается от радиального выступа, описанного во втором варианте выполнения, тем, что его нижняя поверхность ортогональна оси соединительного узла, а его верхняя поверхность расположена наклонно.
Охватывающий соединительный элемент, как правило, соответствует охватывающему соединительному элементу первого варианта выполнения и имеет сквозной канал 321, ось которого совпадает с осью В потока, проходящий от первого конца, предназначенного для сообщения со вторым трубопроводом (не показан); патрубок 322, ось которого совпадает с осью А соединения; и внутреннее уплотнительное кольцо 328, расположенное вблизи открытого конца патрубка. Кроме того, охватывающий соединительный элемент содержит шплинт 330, расположенный в патрубке, который, как правило, соответствует шплинту второго варианта выполнения, и зацепляющее средство, которое отличается от зацепляющего средства, описанного во втором варианте выполнения, тем, что имеет наружные, радиально расположенные зубья 336.
Ось наружных, радиально расположенных зубьев 336 совпадает с осью сквозного канала 321. Как правило, зубья имеют пилообразную форму, соответствующую зацепляющим средствам 319а, 320а механического зажима.
Соединительный узел третьего варианта выполнения по существу сопряжен способом сопряжения, описанным во втором варианте выполнения. Зубья механического зажима сцепляются с зубчатой рейкой, выполненной на охватывающем элементе, путем отгибания наружу. В сцепленном положении зубья препятствуют взаимному перемещению между зажимом и охватывающим соединительным элементом в направлении отсоединения. Упор между нижней поверхностью кольцеобразного участка, входящего в состав зажима, и наклонной верхней поверхностью выступа препятствует разъединению соединительных элементов. Таким образом, в процессе использования зажим обеспечивает сопротивление размыканию.
Предусмотрено, что при сопротивлении размыканию, превышающем допустимое, зубья зажима срезаются, допуская тем самым отсоединение головки. Сопротивление размыканию увеличивается вследствие геометрии наклонной верхней поверхности выступа 316, приводящей к тому, что по мере разъединения охватываемого и охватывающего элементов боковые части изгибаются внутрь. Зажим можно удалить преднамеренно путем отжимания боковых частей внутрь таким образом, чтобы первые концы отжались наружу и в стороны из положения зацепления с радиально расположенными зубьями.
Согласно четвертому варианту выполнения, представленному на фиг.7 и фиг.8, соединительный узел содержит охватываемый и охватывающий соединительные элементы. Охватываемый соединительный элемент 402, как правило, соответствует охватываемому соединительному элементу предыдущих вариантов выполнения и имеет проксимальную часть 404, предназначенную для сообщения с первым трубопроводом (не показан); головку 406, ось которой совпадает с осью А соединения; сквозной канал 408, ось которого совпадает с осью В потока, проходящий между первым выходом, выполненным в дистальном конце проксимальной части, и вторым выходом, выполненным в периферической поверхности головки; и наружное уплотнительное кольцо 415, расположенное вблизи свободного конца головки.
Головка охватываемого соединительного элемента по существу менее вытянута, чем головка предыдущих вариантов выполнения, и выступает из проксимальной части на минимальное расстояние, которое достаточно лишь для того, чтобы между дистальным концом головки и выходом сквозного канала можно было поместить наружное уплотнительное кольцо. Более того, дистальный конец головки лежит в плоскости, которая параллельна оси В потока, а не радиально оси А соединения, как показано в предыдущих вариантах выполнения. Наружное уплотнительное кольцо 415 также расположено в плоскости, параллельной оси В потока, а не радиально оси А соединения, как описано ранее.
Охватываемый соединительный элемент дополнительно содержит планку 417. Планка отходит в радиальном направлении от проксимальной части и имеет отверстие 418. Отверстие проходит сквозь планку и расположено таким образом, что его ось ортогональна оси В потока.
Охватывающий соединительный элемент, как правило, соответствует охватывающему соединительному элементу предыдущего варианта выполнения и имеет сквозной канал 421, ось которого совпадает с осью В потока, проходящий от первого конца, выполненного для сообщения со вторым трубопроводом (не показан); патрубок 422, ось которого совпадает с осью А соединения; и внутреннее уплотнительное кольцо 428, расположенное вблизи открытого конца патрубка.
Патрубок охватывающего соединительного элемента по существу менее вытянут, чем патрубок, который описан в предыдущих вариантах выполнения, и его размеры соответствуют размерам головки. Охватывающий соединительный элемент дополнительно содержит планку 436, которая отходит в аксиальном направлении от отверстия патрубка. В планке выполнено отверстие 437, ось которого ортогональна оси В потока сквозного канала внутри охватывающего элемента.
При сопряжении в процессе эксплуатации наружное уплотнительное кольцо 415 создает уплотнение между патрубком и головкой, которое находится в плоскости, параллельной оси В потока, и выходит наружу за пределы сквозных каналов 421, 408. Более того, при сопряжении в процессе эксплуатации участки свободных концов планок 417, 436 перекрывают друг друга так, что отверстия 417, 436 совмещаются. Для обеспечения сопротивления размыканию в соединении сквозь отверстия может быть вставлен штифт (не показан). Назначение указанного штифта, как правило, соответствует назначению штифта, описанного в первом варианте выполнения.
В процессе эксплуатации соединительный узел функционирует по существу так же, как в предыдущих вариантах выполнения, описанных в данном документе. Преимущество четвертого варианта выполнения заключается в том, что соединительный узел сохраняет в целом цилиндрический профиль, поэтому соединительный узел может быть расположен внутри второй трубы или трубопровода.
Согласно пятому варианту выполнения данного изобретения, представленному на фиг.9-12, соединительный узел содержит охватываемый и охватывающий соединительные элементы. Охватываемый соединительный элемент, как правило, соответствует охватываемому соединительному элементу предыдущих вариантов выполнения и имеет проксимальную часть 504, выполненную для сообщения с первым трубопроводом (не показан); головку 506, ось которой совпадает с осью А соединения; сквозной канал 508, ось которого совпадает с осью В потока, проходящий между первым выходом, выполненным в дистальном конце проксимальной части, и вторым выходом, выполненным в периферической поверхности головки; и наружное уплотнительное кольцо 515, расположенное вблизи свободного конца головки.
Охватываемый соединительный элемент дополнительно содержит первый 540 и второй 541 соединительные рычаги, которые расположены на противоположных сторонах головки. Каждый соединительный рычаг отходит от боковой стороны проксимальной части. Каждый рычаг по существу круглый, а его соответствующая ось параллельна оси А соединения. Свободный конец каждого рычага имеет бороздки 543, которые отстоят друг от друга по оси рычага. Каждая бороздка имеет первую и вторую поверхность. Первая поверхность находится на ближайшем расстоянии от свободного конца и ортогональна оси рычага. Вторая поверхность наклонна к оси, так что получается V-образная форма. Участок рычага, отходящий от проксимальной части, имеет форму усеченного конуса и расположен таким образом, что имеет сужение по направлению к свободному концу рычага. Второй участок рычага, проходящий между участком усеченного конуса и свободным концом, имеет по существу круглую цилиндрическую форму.
Охватывающий соединительный элемент, как правило, соответствует охватывающему соединительному элементу предыдущих вариантов выполнения и имеет сквозной канал 521, ось которого совпадает с осью В потока, проходящий от первого конца, предназначенного для сообщения со вторым трубопроводом (не показан); патрубок 522, ось которого совпадает с осью А соединения; и внутреннее уплотнительное кольцо 528, расположенное вблизи открытого конца патрубка.
Охватывающий соединительный элемент существенно шире, чем охватывающий соединительный элемент, описанный в предыдущих вариантах выполнения, и дополнительно имеет первое 550 и второе 551 установочные отверстия. Установочные отверстия расположены со всех сторон патрубка и имеют по существу цилиндрическую форму. Каждое из установочных отверстий 550, 551 проходит параллельно оси А соединения и в плоскости патрубка. Оконечный участок, отходящий от поверхности открытого конца патрубка, имеет вид усеченного конуса, поэтому центровочное отверстие сужается на конус в направлении от поверхности. Второй участок установочных отверстий является по существу круглым цилиндрическим и проходит между участком в виде усеченного конуса и поверхностью, в которой расположен выход отверстия 530 для истечения текучей среды, при этом отверстие для истечения текучей среды, как правило, соответствует отверстию для истечения текучей среды, описанному в первом варианте выполнения. Поскольку установочные отверстия параллельны патрубку, они не пересекаются патрубком или сквозным каналом.
Охватывающий соединительный элемент дополнительно содержит запирающее средство 554. Запирающее средство имеет первый и второй штифт, которые отстоят друг от друга и на своих дистальных концах объединены пластиной. Штифты 555 отходят от пластины в одной и той же плоскости. Свободный конец каждого штифта расположен под углом, образуя наклонную оконечную поверхность. Штифты запирающего средства вставляют в два отверстия, выполненные в охватывающем соединительном элементе. Отверстия расположены по обе стороны от сквозного канала и патрубка. Кроме того, указанные отверстия расположены таким образом, что они пересекают соответственно каждое установочное отверстие. Указанные отверстия проходят кверху от места пересечения с установочными отверстиями и от наружной поверхности охватывающего соединительного элемента.
Запирающее средство поджимает своим весом штифты 555 книзу, таким образом, при положении разъединения, которое показано на фиг.10, штифты упираются во внутреннюю границу установочных отверстий.
Центрирующие штифты гарантируют правильность ориентации охватываемого соединительного элемента, так что два сквозных канала совмещаются и формируют прямолинейный поток текучей среды. Головку вставляют в патрубок путем взаимного перемещения вдоль оси А соединения. Как показано на фиг.11, центрирующие штифты сначала взаимодействуют с участком в виде усеченного конуса установочных отверстий, выполненных в охватывающем соединительном элементе. Это снижает погрешность первоначального совмещения при повороте. По мере дальнейшего введения головки в патрубок центрирующие рычаги сцепляются в скользящем контакте с установочными отверстиями.
Центрирующие рычаги доходят до места пересечения штифтов 555 с установочными отверстиями, упираются в наклонную оконечную поверхность штифтов и за счет дальнейшего взаимного перемещения выталкивают штифты кверху и наружу установочных отверстий. При нахождении соединительных элементов в процессе эксплуатации в положении сопряжения ограничитель охватываемого соединительного элемента, который, как правило, соответствует ограничителю, описанному в первом варианте выполнения, упирается в поверхность охватывающего соединительного элемента. В этот момент штифты запирающего средства совмещаются с бороздками, выполненными в центрирующих рычагах. Таким образом, под действием веса запирающего средства штифты сцепляются с бороздками.
Каждый штифт 555 запирающего средства создает в узле сопротивление размыканию. Удаление головки из патрубка блокировано за счет упора штифтов и ортогональных концов бороздок. Предусмотрено, что если усилие размыкания превышает допустимое, кончики штифтов ломаются так, что головку можно удалить из патрубка.
Согласно шестому варианту выполнения, представленному на фиг.13-16, соединительный узел содержит охватываемый соединительный элемент 602 и охватывающий соединительный элемент 603.
Охватываемый соединительный элемент, как правило, соответствует охватываемому соединительному элементу предыдущих вариантов выполнения и имеет проксимальную часть 604, выполненную для сообщения с первым трубопроводом (не показан); головку 606, ось которой совпадает с осью А соединения; сквозной канал 608, ось которого совпадает с осью В потока, проходящий между первым выходом, выполненным в дистальном конце проксимальной части, и вторым выходом, выполненным в периферической поверхности головки; и наружное уплотнительное кольцо 615, расположенное вблизи свободного конца головки.
Охватываемый соединительный элемент дополнительно содержит клапан, рычаг 660 и средство для выпуска текучей среды. Клапан 662 представляет собой клапан любого известного типа и, в частности, шаровой клапан, который выполнен с возможностью поворота между открытым и закрытым положением, хотя никоим образом не ограничен только этим типом. Клапан расположен в проксимальной части головки и ортогонален оси В потока. Клапан пересекает ось сквозного канала таким образом, что в открытом положении клапан обеспечивает прямолинейный канал для прохода текучей среды, который соответствует предыдущим вариантам выполнения. Уплотняющее средство 664 не допускает утечку текучей среды из сквозного канала через клапан. Клапан перекрывается путем его поворота на 90°.
Помимо этого клапан содержит пластину 668, которая прочно зафиксирована в верхней части клапана снаружи соединительного элемента. Пластина имеет первый прямолинейный край и второй скругленный дистальный конец. Причем в процессе эксплуатации и в закрытом положении первый край расположен параллельно оси А соединения.
Рычаг 660 содержит первую часть, которая параллельна оси потока, и вторую часть, которая расположена под углом 90° к первой части. Рычаг проходит с наружной стороны проксимальной части.
Средство для выпуска текучей среды представляет собой канал для текучей среды, проходящий между дистальным концом головки и выходом, выполненным в боковой поверхности головки. Канал для текучей среды представляет собой проход 670 небольшого диаметра, который ортогонален оси головки и отходит от выхода, выполненного в боковой поверхности головки. Проход небольшого диаметра сообщается с полостью 671 большого диаметра, которая проходит вдоль оси головки от ее дистального конца и служит для снижения веса головки. Проход небольшого диаметра расположен в головке между ее дистальным концом и наружным уплотнительным кольцом 616. Вокруг головки, между ее дистальным концом и проходом небольшого диаметра расположено дополнительное уплотнительное кольцо 671. При сопряжении в процессе эксплуатации наружное уплотнительное кольцо 616 и дополнительное уплотнительное кольцо 671 обеспечивают герметичность между головкой и патрубком.
Охватывающий соединительный элемент, как правило, соответствует охватывающему соединительному элементу предыдущих вариантов выполнения и имеет сквозной канал 621, ось которого совпадает с осью В потока, проходящий от первого конца, предназначенного для сообщения со вторым трубопроводом (не показан); патрубок 622, ось которого совпадает с осью А соединения; и внутреннее уплотнительное кольцо 628, расположенное вблизи открытого конца патрубка.
Охватывающий соединительный элемент дополнительно содержит клапан 690 и рычаг 680. Клапан 690 такой же, как клапан охватываемого соединительного элемента, и расположен между первым каналом для текучей среды и местом пересечения сквозного канала и патрубка. Рычаг 680 содержит первую часть, которая параллельна оси В потока и проходит снаружи патрубка, и вторую часть, которая расположена под углом 90° к первой части.
В положении разъединения клапаны охватываемого и охватывающего соединительных элементов находятся в закрытом положении, поэтому текучая среда не может вытекать из концов соединительных элементов. По мере введения головки в патрубок свободный конец каждого из рычагов скользит вдоль первого края каждой пластины, находящейся в верхней части соответствующих клапанов. Во время установки клапаны не поворачиваются и остаются в закрытом положении. После установки, в процессе эксплуатации поворот пластин, выполненный таким образом, что первый край каждой пластины перемещается по направлению ко второй части каждого соответствующего рычага, открывает клапаны. Например, пластина клапана, находящегося в охватываемом соединительном элементе, перемещается по направлению ко второй части рычага, расположенного в охватывающем соединительном элементе. В открытом положении поворот клапанов ограничен упором пластин и рычагов.
При разъединении взаимное перемещение между соединительными элементами приводит к тому, что каждый рычаг поворачивает соответствующие пластины по направлению к закрытому положению. Разъединение соединительных элементов продолжает процесс взаимного перемещения и, следовательно, поворот клапанов к закрытому положению, так что клапаны находятся в закрытом положении, когда выход средства для выпуска текучей среды приходит в сообщение со сквозным каналом охватывающего соединительного элемента и непосредственно перед тем, как сквозной канал охватываемого элемента пройдет внутреннее уплотнительное кольцо. При достижении указанного положения текучая среда, оставшаяся в сквозных каналах и между закрытыми клапанами, может вытекать в окружающее пространство через канал для выпуска текучей среды. Если клапаны находятся в закрытом положении, первый край каждой пластины снова параллелен оси А соединения, так что рычаги больше не поворачивают клапаны.
Преимущество шестого варианта выполнения состоит в том, что концы соединительных элементов перекрываются до того, как возникает разгерметизация сквозного канала охватываемого элемента со сквозным каналом охватывающего элемента. Это означает, что даже при аварийной ситуации в рабочем режиме, когда соединительные элементы раздвигаются, текучая среда не «брызжет» с концов соединительных элементов. Более того, в процессе такого разъединения соединительные элементы не расходятся под действием давления текучей среды, вытекающей из соединительных элементов.
В седьмом варианте выполнения, описанном со ссылкой на фиг.17-19, соединительный узел 701 содержит охватываемый соединительный элемент 702 и охватывающий соединительный элемент 703, по существу соответствующие тем же элементам первого варианта выполнения.
На фиг.17 соединительный узел 701 изображен в разъединенном положении. Согласно первому варианту выполнения охватываемый элемент 702 имеет проксимальную часть 704, предназначенную для сообщения с первым трубопроводом (не показан); головку 706, ось которой совпадает с осью А соединения; сквозной канал 708, ось которого совпадает с осью В потока, проходящий между первым выходом, выполненным в дистальном конце проксимальной части, и вторым выходом, выполненным в периферической поверхности головки; и наружное уплотнительное кольцо 715, расположенное вблизи свободного конца головки.
Охватываемый соединительный элемент 702 имеет первую, внутреннюю деталь, которая представляет собой головку, а также патрубок 716, отходящий от головки, ось которого совпадает с осью В потока. Наружный диаметр патрубка меньше наружного диаметра головки, так что в месте их пересечения образуется угол 713. Конец патрубка, наиболее удаленный от головки, имеет проксимальную часть 704, которая соединена с первым трубопроводом (не показан). Проксимальная часть дополнительно имеет радиальную канавку, внутри которой ограничитель 718, выполненный с возможностью удаления, может быть плотно прикреплен к патрубку.
Вторая деталь представляет собой втулку 717, расположенную вокруг наружной поверхности патрубка внутренней детали. Втулка представляет собой тонкостенный полый стержень со сквозным отверстием, при этом оси втулки и сквозного отверстия совпадают. Сквозное отверстие имеет уступ 719, так что внутренний диаметр отверстия в проксимальной части 704 больше, чем в части, которая прилегает к головке. В прилегающей к головке части сквозное отверстие плотно подогнано по патрубку. Уступ 719 выполнен под углом 90° к оси В.
Втулку устанавливают вокруг патрубка, путем удаления ограничителя 718 и сдвигая втулку по патрубку. Кроме того, вокруг патрубка расположена пружина 720. Первый конец пружины подпирает ограничитель 718, а второй конец пружины упирается в уступ 719 втулки таким образом, что втулка вынуждена упираться в угол 713.
В соответствии с первым вариантом выполнения охватывающий соединительный элемент 703 имеет сквозной канал 721, ось которого совпадает с осью В потока, проходящий от первого конца, предназначенного для сообщения со вторым трубопроводом (не показан); патрубок 722, ось которого совпадает с осью А соединения; и внутреннее уплотнительное кольцо 728, расположенное вблизи открытого конца патрубка.
Охватывающий соединительный элемент 703 дополнительно содержит круглое или дискообразное гнездо 740, выполненное в поверхности 723 соединительного элемента и образующее открытый конец патрубка. В собранном устройстве гнездо 740 расположено по оси В потока (фиг.19) и имеет соответствующие размеры, которые позволяют плотное прилегание к переднему концу втулки охватываемого соединительного элемента, как показано на фиг.19.
Процесс введения головки охватываемого соединительного элемента в патрубок охватывающего соединительного элемента можно производить до тех пор, пока головка не достигнет положения, почти соответствующего положению сопряжения, изображенного на фиг.18, в котором втулка упирается в поверхность 723, но еще не находится внутри гнезда 740. Для завершения введения головки втулку форсируют в скольжении по направлению к ограничителю 718, противодействуя пружине 720. Как показано на фиг.19, когда головка введена таким образом, что два сквозных канала находятся в совмещенном положении, втулка будет расположена в гнезде 740. Пружина удерживает втулку внутри гнезда в упоре с углом.
Как показано на фиг.19, при нахождении в соединенном положении не допускается обратный выход головки из патрубка благодаря зацеплению переднего конца втулки в гнезде 740, чему способствует пружина 720. Чтобы размыкание соединения произошло непреднамеренно, например за счет избытка давления в трубопроводах или механического смещения, из соединительного элемента должен выломаться угол 742 охватывающего элемента. Таким образом, имеется сопротивление размыканию. Тем не менее, запланированное разъединение легко выполняется. Втулку 717 вынимают из гнезда 740, оказывая сопротивление силе пружины. Тем самым угол является свободно проходимым; больше не существует упора, блокирующего втулку. Извлечение может быть продолжено.
В восьмом варианте выполнения, описанном со ссылкой на фиг.20 и 21, соединительный узел 801 содержит охватываемый соединительный элемент 802 и охватывающий соединительный элемент 803. Соединительный узел по существу соответствует первому варианту выполнения, за исключением того, что наружное уплотнительное кольцо заменено вторым внутренним уплотнительным кольцом 815, которое обеспечивает герметизацию между головкой и патрубком (как в первом варианте выполнения), и диаметр головки и патрубка не постоянный, а изменяющийся.
Охватывающий соединительный элемент по существу соответствует первому варианту выполнения и имеет сквозной канал 821, ось которого совпадает с осью В потока, проходящий от первого конца, предназначенного для сообщения со вторым трубопроводом (не показан); патрубок 822, ось которого совпадает с осью А соединения; и внутреннее уплотнительное кольцо 828, расположенное вблизи открытого конца патрубка.
Охватываемый соединительный элемент по существу соответствует первому варианту выполнения и имеет проксимальную часть 804, выполненную для сообщения с первым трубопроводом (не показан); головку 806, ось которой совпадает с осью А соединения; сквозной канал 808, ось которого совпадает с осью В потока, проходящий между первым выходом, выполненным в дистальном конце проксимальной части, и вторым выходом, выполненным в периферической поверхности головки.
Патрубок 822 имеет участок постоянного диаметра, который находится между первым 815 и вторым 828 внутренними уплотнительными кольцами. Однако диаметр патрубка уменьшается по направлению к его глухому концу сразу за первым уплотнительным кольцом 815; а сразу за вторым уплотнительным кольцом 828 диаметр патрубка увеличивается по направлению к его открытому концу. Профиль головки соответствует профилю патрубка, так что, как показано на фиг.21, если узел находится в положении соединения, головка плотно посажена внутрь патрубка.
В процессе эксплуатации сужение соответствующего патрубка и головки, прилегающее вплотную к уплотнительным кольцам, предотвращает выдавливание уплотнительных колец из их посадочных мест за счет давления текучей среды.
В девятом варианте выполнения, описанном со ссылкой на фиг.22-24, соединительный узел 901 содержит охватываемый соединительный элемент 902 и охватывающий соединительный элемент 903, как правило, соответствующие шестому варианту выполнения.
На фиг.22 соединительный узел изображен в разъединенном положении. Охватываемый соединительный элемент 902 имеет проксимальную часть 904, выполненную для сообщения с первым трубопроводом (не показан); головку 906, ось которой совпадает с осью А соединения; сквозной канал 908, ось которого совпадает с осью В потока, проходящий между первым выходом, выполненным в дальнем конце проксимальной части, и вторым выходом, выполненным в периферической поверхности головки; наружное уплотнительное кольцо 915, расположенное вблизи свободного конца головки; и клапан 962, который выполнен с возможностью поворота между закрытым положением (фиг.22) и открытым положением (фиг.24).
Клапан содержит пластину 968, которая прочно зафиксирована в верхней части клапана и снаружи соединительного элемента. Наружный периметр пластины включает первую кромку, которая по существу плоская, и вторую, противоположную кромку, имеющую дугообразную форму. Если клапан находится в закрытом положении, прямая кромка расположена перпендикулярно оси В потока, а конец дугообразной кромки, который наиболее удален от оси поворота пластины (центральной оси клапана), расположен на оси А соединения. Центральная ось клапана расположена по существу в одну линию с прямой кромкой.
Охватываемый соединительный элемент дополнительно содержит рычаг 960, который отходит от дистального конца головки в одну линию с осью А. Из конца рычага выходит штифт 961. Штифт параллелен оси клапана.
Охватывающий соединительный элемент 903 имеет сквозной канал 921, ось которого совпадает с осью В потока, проходящий от первого конца, предназначенного для сообщения со вторым трубопроводом (не показан); патрубок 922, ось которого совпадает с осью А соединения; внутреннее уплотнительное кольцо 928 (не показано), расположенное вблизи открытого конца патрубка; и клапан 990, например шаровой клапан любого известного типа.
Клапан управляется поворотными звеньями. Первое звено 992 жестко прикреплено к клапану. Промежуточное звено 993 прикреплено к первому звену с возможностью поворота в месте, смещенном от оси клапана. Противоположный конец промежуточного звена с возможностью поворота прикреплен к рабочему элементу 994. Рабочий элемент поворачивается вокруг точки вращения, закрепленной относительно охватывающего соединительного элемента 903 и расположенной на штанге, которая выступает из корпуса охватывающего элемента. Промежуточное звено присоединено с возможностью поворота к рабочему элементу со смещением от его оси вращения. Величина смещения такая же, как величина смещения между промежуточным звеном и осью клапана, так что, когда рабочий элемент вращается, клапан повторяет его движение.
Рабочий элемент по существу похож на пластину 968 охватываемого элемента и имеет прямолинейную кромку и противоположную дугообразную кромку. Если клапан 990 закрыт, как показано на фиг.22, прямолинейная кромка наклонена к оси соединения, а конец дугообразной кромки, который наиболее удален от оси вращения, параллелен оси А соединения.
Охватывающий соединительный элемент содержит рычаг 980, который выступает из наружной поверхности корпуса охватывающего элемента. Из дальнего конца рычага параллельно оси клапанов выходит штифт 981.
Для сборки узла головку вводят в патрубок вдоль оси соединения до тех пор, пока она не достигнет первого положения, показанного на фиг.23, в котором штифты 981, 961 упираются соответственно в прямолинейную кромку пластины 968 и рабочий элемент 994. В данном положении клапаны все еще остаются закрытыми. При дальнейшем введении головки клапаны открываются до тех пор, пока не достигнут второго положения, изображенного на фиг.24, когда сквозные каналы совмещены и клапаны открыты.
Открытие клапанов по существу похоже и в данном документе будет описано только со ссылкой на клапан 990. При дальнейшем введении головки штифт перемещается относительно клапана параллельно оси соединения. Таким образом, штифт остается в положении упора с прямолинейной кромкой, но перемещается сначала по направлению к оси поворота, а затем обратно, насколько это необходимо для поворота пластины, а значит, открытия клапана. В процессе разъединения штифт перемещается относительно пластины параллельно оси А соединения. Вначале штифт перемещается независимо от пластины, до упора в противоположную дугообразную поверхность. Во время дальнейшего разъединения пластина сначала перемещается по направлению к оси поворота, а затем обратно, насколько это необходимо для поворота пластины и, следовательно, закрытия клапана. Когда клапан закрыт, штифт выходит за конец дугообразной кромки, который параллелен оси А соединения, и головка отсоединяется.
Существенное преимущество данного варианта выполнения состоит в том, что соединение и разъединение элементов соответственно открывает и закрывает клапаны без какого-либо дополнительного вмешательства.
В десятом варианте выполнения, описанном со ссылкой на фиг.25-26, соединительный узел 1001 содержит охватываемый соединительный элемент 1002 и охватывающий соединительный элемент 1003.
Как и в седьмом варианте выполнения, охватываемый соединительный элемент 1002 имеет внутреннюю деталь и втулку 1017.
Внутренняя деталь содержит проксимальную часть 1004, выполненную для сообщения с первым трубопроводом (не показан); головку 1006, ось которой совпадает с осью А соединения; сквозной канал 1008, ось которого совпадает с осью В потока, проходящий между первым выходом, выполненным в дистальном конце проксимальной части, и вторым выходом, выполненным в периферической поверхности головки; и наружное уплотнительное кольцо 1015, расположенное вблизи свободного конца головки.
Втулка установлена с возможностью скольжения вокруг проксимальной части первой детали и форсирована пружиной 1020 по направлению к головке в упор с углом 1013, образованным в месте пересечения головки и проксимальной части.
Как и в седьмом варианте выполнения, охватывающий соединительный элемент 1003 имеет сквозной канал 1021, ось которого совпадает с осью В потока, проходящий от первого конца, предназначенного для сообщения со вторым трубопроводом (не показан); патрубок 1012, ось которого совпадает с осью А соединения; внутреннее уплотнительное кольцо 1028, расположенное вблизи открытого конца патрубка; и гнездо 1040 в форме диска, которое выполнено в оконечной поверхности соединительного элемента, образующей открытый конец патрубка.
Гнездо 1040, имеющее форму диска, ограничено полукруглым выступом, выполненным как единое целое с охватывающим соединительным элементом, и расположенной с другой стороны полукруглой частью 1041 шайбы. Полукруглая часть шайбы отделена от охватывающего соединительного элемента. Полукруглая часть шайбы расположена на охватывающем соединительном элементе относительно полукруглого выступа таким образом, что при их объединении образуется круговой выступ. Ось кругового выступа совпадает с осью В. Центральная часть кругового выступа образует гнездо 1040 в форме диска со сквозным каналом 1021 в центре. Часть 1041 шайбы удерживается в полукруглом выступе на соединительном элементе при помощи удерживающего элемента 1042.
Удерживающий элемент 1042 содержит пружину или устройство полоскового типа, состоящее из нескольких витков. Диаметр пружины или полоски по существу такой же, как диаметр кругового выступа. По этой причине пружина или полоска имеет плотную посадку вокруг полукруглого выступа и полукруглой части шайбы и тем самым прочно поджимает полукруглую часть шайбы к соединительному элементу.
Охватываемый соединительный элемент можно вставить в патрубок охватывающего соединительного элемента по существу, как описано ранее со ссылкой на седьмой вариант выполнения. В процессе установки в положение, соответствующее окончательному соединению, которое показано на фиг.25а, удерживающая пружина или полоска, а также часть шайбы по существу не перемещаются.
Как описано ранее со ссылкой на седьмой вариант выполнения, в сопряженном положении, которое показано на фиг.25а, исключено вынимание головки из патрубка за счет взаимодействия между втулкой и частью шайбы. Однако при определенном усилии размыкания удерживающая пружина раздается в радиальном направлении, благодаря чему часть шайбы может отодвинуться в радиальном направлении от зафиксированного полукруглого выступа, что позволяет отсоединить охватываемый соединительный элемент. После расцепления, вследствие своих упругих свойств, удерживающая пружина возвращается в свое исходное состояние. Таким образом, упругость пружины возвращает часть шайбы в положение ее упора с полукруглым выступом. После устранения причины возникновения размыкающего усилия головку можно вставить в патрубок и восстановить соединение. Таким образом, удерживающая пружина обеспечивает сопротивление размыканию в соединении.
Преднамеренное разъединение охватываемого и охватывающего соединительных элементов легко выполнить, извлекая втулку из гнезда, имеющего форму диска, как описано выше со ссылкой на седьмой вариант выполнения.
Преимущество данного варианта выполнения состоит в том, что сопротивление размыканию получают без конструктивного разрушения либо охватываемого, либо охватывающего соединительного элемента, или какой-либо из их частей. Кроме того, упругие свойства удерживающего элемента позволяют легко восстановить соединение после аварийного размыкания.
В одиннадцатом варианте выполнения, описанном со ссылкой на фиг.27-29, соединительный узел 1101 содержит охватываемый соединительный элемент 1102 и охватывающий соединительный элемент 1103.
На фиг.27 соединительный узел изображен в разъединенном положении. В соответствии с первым вариантом выполнения охватываемый соединительный элемент 1102 имеет проксимальную часть 1104, выполненную для сообщения с первым трубопроводом (не показан); головку 1106, ось которой совпадает с осью А соединения; сквозной канал 1108, ось которого совпадает с осью В потока, проходящий между первым выходом, выполненным в дистальном конце проксимальной части, и вторым выходом, выполненным в периферической короткой поверхности головки; и наружное уплотнительное кольцо 1115, расположенное вблизи свободного конца головки.
Охватываемый соединительный элемент 1102 содержит радиальный выступ, расположенный в месте пересечения проксимальной части и головки, и имеет фронтальную упорную поверхность и периферическую поверхность. Кожух 1107 плотно прикреплен к охватываемому соединительному элементу и зафиксирован в периферической поверхности радиального выступа. Кожух 1107 представляет собой по существу сегмент трубы и проходит параллельно оси А соединения. Кожух проходит от радиального выступа по направлению к свободному концу головки. Дистальный конец головки и дистальный конец кожуха заканчиваются в одной плоскости. Из дистального конца кожуха по направлению к центральной оси отходит внутренний радиальный выступ.
В зоне дистального конца кожуха выполнено сквозное полукруглое отверстие 1119. Центральная ось отверстия совпадает с осью В потока. Как будет понятно из дальнейшего описания, размеры отверстия обеспечивают согласование с охватывающим соединительным элементом.
От дистального конца кожуха на стороне, противоположной отверстию, параллельно оси А соединения отходит сцепляющий элемент. Средство 1166 сцепления представляет собой пластину со сквозным отверстием, которое перпендикулярно оси А соединения.
На конце головки с возможностью скольжения установлен запирающий элемент 1162, представляющий собой сегмент трубы. Запирающий элемент имеет проходящий снаружи радиальный фланец 1163, который смещен от одного конца запирающего элемента. Величина смещения соответствует толщине внутреннего радиального выступа кожуха.
В радиальном пространстве, образованном между кожухом и головкой, расположено смещающее средство, например пружина 1164. Одним концом пружина действует на фронтальную упорную поверхность 1112, а другим концом - на наружный радиальный выступ запирающего элемента. Пружина смещает запирающий элемент к закрытому положению, изображенному на фиг.27, причем запирающий элемент смещается по направлению к положению упора между наружным радиальным выступом запирающего элемента и внутренним радиальным выступом кожуха. В закрытом положении конец кожуха, запирающий элемент и головка образуют плоскую поверхность.
В закрытом положении первое наружное уплотнительное кольцо 1115 расположено между дистальным концом головки и выходом сквозного канала 1108 и обеспечивает герметизацию головки в запирающем элементе. Кроме того, внутреннее уплотнительное кольцо 1165, расположенное во внутреннем кольцевом гнезде, которое образовано в запирающем элементе и расположено на другой стороне выхода сквозного канала 1108, обеспечивает уплотнение головки и кожуха. Уплотнительные кольца 1115, 1165 обеспечивают герметизацию текучей среды, находящейся внутри сквозного канала 1108.
Как и в первом варианте выполнения, охватывающий соединительный элемент 1103 имеет сквозной канал 1121, ось которого совпадает с осью В потока, проходящий от первого конца, выполненного для сообщения со вторым трубопроводом (не показан); патрубок 1122, ось которого совпадает с осью А соединения; и внутреннее уплотнительное кольцо 1128, расположенное вблизи открытого конца патрубка.
Охватывающий соединительный элемент 1103 имеет внутренний запирающий элемент 1190, который действует внутри патрубка 1122, и удерживающий элемент 1191, который удерживает запирающий элемент внутри патрубка.
Удерживающий элемент представляет собой трубчатый сегмент по существу с закрытым концом. Удерживающий элемент расположен внутри отверстия, образованного в закрытом конце патрубка, и плотно прикреплен к охватывающему элементу. Ось удерживающего элемента совпадает с осью А соединения. Диаметр удерживающего элемента меньше, чем внутренний диаметр патрубка, поэтому удерживающий элемент проходит внутри и вдоль патрубка от закрытого конца до среднего положения. Таким образом, по существу закрытый конец удерживающего элемента расположен внутри патрубка. Сквозь по существу закрытый конец проходит отверстие, ось которого совпадает с осью А соединения.
Запирающий элемент имеет центральную стержневую часть, в которой имеется радиальный фланец, выступающий наружу с одного конца. Другой конец прикреплен к радиальной поверхности закрытого конца трубы. Ось трубы совпадает с осью А соединения, а также с осью центрального стержня. Труба проходит от поверхности дистального конца по направлению к противоположному концу центрального стержня. Как показано на фиг.27, радиальный фланец, расположенный на торце дистального конца, находится внутри трубчатого сегмента удерживающего элемента вместе с центральным стержнем, проходящим сквозь отверстие, выполненное в по существу закрытом конце.
Между закрытым концом патрубка и внутренней поверхностью закрытого конца запирающего элемента 1190 действует смещающее средство, например пружина 1192. Пружина поджимает запирающий элемент в направлении открытого конца патрубка. Запирающий элемент блокирован в закрытом положении упором между по существу закрытым концом удерживающего элемента и радиальным выступом центральной части запирающего элемента. В закрытом положении запирающий элемент блокирован таким образом, что наружная поверхность закрытого конца запирающего элемента находится в той же самой плоскости, что и открытый конец патрубков.
В закрытом положении внутреннее уплотнительное кольцо 1128 обеспечивает герметизацию патрубка в запирающем элементе между открытым концом патрубка и выходом сквозного канала 1121. Наружное уплотнительное кольцо 1193 обеспечивает герметизацию патрубка в запирающем элементе с противоположной стороны выхода сквозного канала 1121. Поэтому в закрытом положении отсутствует утечка текучей среды из сквозного канала 1121 в конце патрубка.
На наружной поверхности охватывающего соединительного элемента расположено зацепляющее средство 1194, представляющее собой пластину, которая проходит перпендикулярно и параллельно оси А соединения. В зацепляющем средстве имеется сквозное отверстие.
Соединение охватываемого и охватывающего соединительных элементов может быть выполнено сначала путем соединения впритык двух плоских концов каждого соединительного элемента, как показано на фиг.28. Затем соединение может быть осуществлено за счет возникающего запирающего усилия, так что элементы перемещаются к положению, соответствующему окончательной установке, как показано на фиг.29. В процессе дальнейшей установки запирающий элемент охватываемого соединительного элемента и запирающий элемент охватывающего соединительного элемента выдвигаются аксиально и противодействуют сжатию соответствующих пружин 1164 и 1192. Перемещение ограничено упором между радиальным фланцем охватываемого соединительного элемента и концом соответствующего запирающего элемента, а также упором между закрытым концом патрубка и концом соответствующего запирающего элемента. Как можно увидеть из фиг.29 и как было описано ранее, в положении, соответствующем окончательной установке, сквозные каналы, выполненные в каждом из соединительных элементов, совмещены. Более того, наружное уплотнительное кольцо головки и внутреннее уплотнительное кольцо патрубка расположены вокруг сквозных каналов, как описано ранее.
Помимо этого в положении, соответствующем окончательной установке, охватываемый соединительный элемент и зацепляющее средство охватывающего соединительного элемента тоже совмещены. Как описано в предыдущих вариантах выполнения, через соответствующие сквозные отверстия, выполненные в каждом из зацепляющих элементов, можно вставить аварийный штифт, чтобы тем самым обеспечить сопротивление размыканию. Кроме того, установка штифта также необходима для противодействия усилию пружин по разъединению соединительных элементов.
Отверстие 1119, проходящее сквозь кожух охватываемого соединительного элемента, предназначено для установки трубчатой части охватывающего соединительного элемента, сквозь который проходит внутренний сквозной канал 1121. Оно обеспечивает выравнивание во время вращательного движения между двумя соединительными элементами, что необходимо для совмещения сквозных каналов.
Данный вариант выполнения имеет несколько преимуществ. В варианте выполнения концы соединений плоские, что позволяет без труда выполнить полную прочистку соединений. Кроме того, сквозные каналы в каждом соединительном элементе закрыты в положении разъединения, тем самым во время соединения и разъединения узла исключается просачивание текучей среды, проходящей по каналам.
На фиг.30 изображен двенадцатый вариант выполнения настоящего изобретения, в котором соединительные элементы по существу соответствуют вариантам выполнения, описанным в данном документе, и изготовлены как композитная структура, такая как углеродное волокно или стекловолокно.
Известно, что угол изгиба, составляющий ±55°, обеспечивает оптимальное сопротивление для сегмента трубы. Следовательно, изогнутые трубы, такие как охватываемый соединительный элемент, должны быть выполнены с углом изгиба ±55°, заданным как вдоль проксимальной части 1204 относительно оси В потока, так и вдоль головки относительно оси А соединения.
На фиг.30 изображен рисунок волокна согласно двенадцатому варианту выполнения данного изобретения. Угол изгиба охватываемого соединительного элемента вдоль проксимальной части составляет ±55°, но затем, вдоль головки угол изгиба меняется от 0 до 90°, причем большинство волокон уложены в осевом направлении. Волокна охватывающего соединительного элемента, напротив, вдоль части открытого конца лежат под углом изгиба ±55°, а угол изгиба вдоль патрубка изменяется от 0 до 90°, при том что большинство волокон уложены в радиальном направлении.
Изменение угла изгиба придает соединительным элементам большее сопротивление и нейтрализует доминантные кольцевые напряжения в рабочей области.
Данное изобретение может быть использовано в гидравлических или пневматических механизмах, но предпочтительно в областях применения, связанных с подачей текучей среды.
Существенное преимущество данного изобретения состоит в том, что поток текучей среды, проходящей через соединительный узел, по существу проходит по сквозному прямолинейному каналу. Это дает возможность прочистки канала и прилегающих выше или ниже течения трубопроводов, причем данные работы, проводимые внутри участка нефтепровода, общеизвестны и требуют беспрепятственного прохода через любые соединения.
Специалисты в данной области техники легко поймут, что предлагаемый соединительный узел может быть легко выполнен из пластмассы, металла или других материалов, применяемых в технике. Кроме того, реальное расположение элементов может отличаться от расположения элементов, представленного на прилагаемых чертежах. Например, не существует требования симметричности соединительного узла, и в действительности для некоторых областей применения желательно иметь несимметричную форму элементов. Форма поперечного сечения охватываемого элемента и соответствующего патрубка охватывающего элемента не обязательно должна быть цилиндрической, хотя данная форма является предпочтительным вариантом выполнения, поскольку позволяет выполнить поворот охватываемого элемента (элементов) внутри охватывающего элемента.