УСОВЕРШЕНСТВОВАННАЯ ТРУБНАЯ МУФТА СО ВСТРОЕННЫМ ЗАХВАТОМ
PERFECTED PIPE COUPLING WITH BUILT-IN GRIPPER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к муфте для цилиндров или труб.
Более конкретно, изобретение относится к усовершенствованной муфте, имеющей новый захват, предотвращающий возможность непреднамеренного разъединения двух соединенных труб.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как указано в наших предыдущих патентах, трубные муфты использовались уже на заре индустриальной эры, и известны тысячи различных конструкций муфт. Не существует муфты, которая была бы одинаково хороша для всех областей применения, и потому пользователь должен определить требования, которым должна удовлетворять муфта в данном конкретном случае, и выбрать самую дешевую муфту, отвечающую этим требованиям. Выбор муфты определяется многими параметрами, включающими диаметр, возможность изменения диаметра, требуемая степень уплотнения, транспортируемая текучая среда, гидравлическое давление, использование на открытом воздухе или в другом месте, разъемное или постоянное соединение труб, ограничения по весу и габаритам, простота установки и другие факторы.
Настоящие заявители имеют патенты на многие конструкции разъемных ленточных муфт для труб, где требуется уплотнение. Многие из наших конструкций направлены также на противодействие механическим усилиям, стремящимся отсоединить от муфты одну или обе трубы, не имеющие фланцев. Данное изобретение касается усовершенствования зажима труб в плане лучшего противодействия осевым разъединяющим усилиям.
Настоящее изобретение предназначено предпочтительно для труб большого диаметра, но не ограничено этим. Существует много специальных конструкций, например обжимные запорные устройства, которые по критерию «эффективность-стоимость» годятся для медных труб небольшого диаметра, при этом муфта имеет сравнительно небольшой вес.
Для оценки уровня техники ниже рассмотрены последние патентные заявки США.
В US 2006/0138776 описана ленточная трубная муфта, предназначенная для улучшения уплотнения в зоне зазора зажима. В этом документе не говорится о решении проблемы осевого отсоединения труб, если не считать обычного сопротивления за счет силы трения, создаваемого уплотнением.
Более совершенное и сложное устройство предложено в US 2006/0192384. Устройство содержит множество расположенных по окружности прижимных винтов, которые установлены в утолщениях и предназначены для захвата трубы и предотвращения ее смещения в осевом направлении. Применительно к трубам большого диаметра эта конструкция не является конкурентоспособной из-за большой стоимости ленточного зажима.
В US 2006/0214422 описана трубная муфта, снабженная металлической шайбой для захвата трубы. Лента имеет сложную форму и плохо приспособлена к изменению диаметра труб.
Аналогичная муфта описана в US 2006/0265852. Возможно, она предназначена только для коротких труб небольшого диаметра, о чем свидетельствуют две канавки, которые нужно прорезать в трубе.
Подобная проблема касается муфты, предложенной в US 2006/0267343. Муфта имеет ряд зубьев, расположенных по ее окружности на расстоянии друг от друга в осевом направлении. Поскольку труба может иметь диаметр 250 мм и длину 6 метров, нарезание таких зубьев трудно выполнить даже в заводских условиях, не говоря уже о полевых условиях.
Муфта, описанная в US 2007/0085341, имеет несколько болтов или винтов на центральных прижимных плитах, которые могут быть сняты после сжатия муфты в осевом направлении. Остаточная сила сопротивления разъединению в осевом направлении будет незначительной.
ЦЕЛИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одна из целей изобретения состоит в устранении недостатков известных муфт и создании конструкцию с усовершенствованным зажимом труб.
Другая цель изобретения состоит в том, чтобы сохранить такие преимущества ленточного зажима, как небольшой вес, возможность использования с трубами разных диаметров в небольшом диапазоне, возможность разъединения муфты и возможность установки в полевых условиях.
Еще одной целью изобретения является создание трубной муфты со встроенными модульными захватными средствами.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно изобретению указанные цели достигаются путем создания усовершенствованной разъемной ленточной зажимной муфты для механического и гидравлического соединения друг с другом по меньшей мере одного конца первого цилиндра и второго цилиндра или соединительного средства, содержащей:
а) центральный корпус, имеющий поперечное сечение в виде широкого канала с низкими стенками, обращенными от центра указанных цилиндров, и изогнутый так, что его диаметр больше наружного диаметра цилиндров;
б) по меньшей мере один изогнутый наружный зажимной элемент, выполненный с возможностью контакта со стенкой центрального корпуса и удерживания кольцевого уплотнительного элемента и скошенного механического захватного кольца,
причем внутренний канал наружных зажимных элементов, имеющий низкие стенки, входит в указанный наружный канал для предотвращения разъединения между наружными зажимными элементами и центральным корпусом, а вблизи конца изогнутого наружного зажимного элемента имеется по меньшей мере один зажимной выступ,
в) скошенное захватное кольцо с внутренними зубьями, содержащее множество клиновых захватных элементов, расположенных на расстоянии друг от друга и соединенных каждый с двумя соседними захватными элементами с помощью гибкого элемента с образованием указанного захватного кольца,
г) по меньшей мере один кольцевой эластомерный уплотнительный элемент и
д) винтовой зажимной элемент, находящийся в контакте с указанными зажимными выступами для уменьшения расстояния между указанными по существу параллельными зажимными выступами с целью введения в контакт указанных скошенного захватного кольца, имеющего внутренние зубья, и эластомерных уплотнительных элементов с указанным цилиндром по его окружности.
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения клиновые захватные элементы имеют прижимную поверхность для контакта с соединяемым цилиндром, причем на прижимной поверхности расположено множество элементов, отходящих от нее таким образом, что при использовании муфты они вводятся в контакт с соединяемыми цилиндрами.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения клиновые захватные элементы состоят из двух отдельных частей: внутренней части с прижимной поверхностью для контакта с поверхностью указанного цилиндра и наружной клиновидной части для размещения и удерживания на ней указанной внутренней части.
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления изобретения концы двух гибких элементов захватного кольца закреплены каждый на соответствующей стороне захватного элемента между указанными отдельными частями.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения клиновое скошенное захватное кольцо с внутренними зубьями разомкнуто и содержит множество расположенных на расстоянии друг от друга клиновых захватных элементов, образующих ленту, которую можно разрезать на месте на отрезки любой нужной длины.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения каждый из расположенных на расстоянии друг от друга клиновых захватных элементов соединен с двумя соседними захватными элементами гибким элементом с образованием указанного захватного кольца.
Согласно наиболее предпочтительному варианту осуществления изобретения указанные цилиндры представляют собой трубы.
Таким образом, очевидно, что новая муфта согласно изобретению обеспечивает намного большее противодействие разъединяющим усилиям, действующим в осевом направлении. Вставки, которые вдавливаются в наружный слой материала труб, увеличивают это противодействие этому нежелательному разъединению независимо от того, вызваны ли разъединяющие усилия внутренними или внешними нагрузками на трубы, возникают ли они в процессе установки, в результате изменения температуры или сейсмических колебаний.
В муфте сохраняются все преимущества ленточного зажима. К ним относятся возможность использования для труб с небольшими изменениями диаметра, малые габариты, отсутствие сварных соединений, малый вес и низкая стоимость по сравнению с обычными трубными муфтами. Кроме того, для соединения длинных труб большого диаметра не нужны ступеньки или гребни, которые трудно сформировать в хорошо оснащенных цехах и практически невозможно в полевых условиях.
Особенности настоящего изобретения, которые подробно описаны в более ранних патентах, здесь описаны кратко, в отличие от нового устройства для захвата труб, рассмотренного подробно.
Для простоты соединяемые цилиндры в дальнейшем описании названы трубами, поскольку муфта в основном предназначена для труб. Однако очевидно, что муфту можно использовать для соединения трубопроводных фитингов любого типа между собой или с трубой, если они имеют соответствующий диаметр.
Хотя в описании рассмотрено соединение концов двух труб, но муфта может быть использована для соединения конца одной трубы с другими элементами или с концом, имеющим фланец и т.п.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее изобретение будет описано со ссылками на чертежи, на которых в качестве примеров представлены предпочтительные варианты осуществления изобретения. Конструктивные детали показаны настолько подробно, насколько это необходимо для понимания изобретения. Описанные примеры вместе с чертежами позволят специалистам создать другие варианту осуществления изобретения.
На чертежах:
Фиг.1 изображает продольный разрез предпочтительного варианта выполнения муфты согласно изобретению,
Фиг.2 - поперечный разрез муфты, показанной на фиг.1,
Фиг.3 - клиновой элемент, образующий часть захватного кольца, в аксонометрии,
Фиг.4 - второй вариант выполнения клинового элемента, образующего часть захватного кольца, в аксонометрии,
Фиг.5 - вид сбоку небольшой части захватного кольца,
Фиг.6 - вид сбоку ленты, от которой можно отрезать отрезок нужной длины для образования захватного кольца,
Фиг.7 - разобранную муфту в аксонометрии и
Фиг.8 - полученный с помощью компьютера вид собранной муфты в аксонометрии.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 и 2 показана усовершенствованная разъемная ленточная зажимная муфта 10 для механического и гидравлического соединения концов первой трубы 12 и сосной с ней второй трубы 14.
Центральный корпус 16 имеет сечение в виде широкого канала с низкими стенками 18, 20, обращенными от центра труб 12, 14. Внутренний диаметр 22 центрального корпуса 16 немного больше наружного диаметра большей из труб 12, 14, которые нужно соединить.
Каждый из двух изогнутых наружных зажимных элементов 24, 26 выполнен с возможностью бокового контакта с внутренней поверхностью 28 стенки 30 центрального корпуса. В центральной части 32 каждого наружного зажимного элемента 24, 26 расположен гидравлический уплотнительный элемент 38. Наружная часть 40 каждого зажимного элемента 24, 26 скошена внутрь под углом примерно 25-45° и в ней расположено эластомерное захватное кольцо 42 с внутренними зубьями.
Захватное кольцо 42 содержит множество расположенных на расстоянии друг от друга клиновых захватных элементов 50, каждый из которых соединен с двумя соседними захватными элементами 50а, 50b гибким элементом 52 для образования захватного кольца 42, соответствующего диаметрам труб.
Для стягивания зажимных элементов 24, 26 на соединяемых трубах 12, 14 на концах изогнутых наружных зажимных элементов 24, 26 имеются два зажимных выступа 44, 46, выполненных за одно целое с ними.
С зажимными выступами 44, 46 контактируют винтовые зажимные элементы 48. При затягивании винтовых зажимных элементов 48 уменьшается расстояние между по существу параллельными зажимными выступами 44, 46, в результате чего наружный зажимной элемент замыкается, заставляя захватное кольцо 42 и резиновые уплотнительные элементы 38 входить в контакт с трубами 12, 14 по их окружностям.
На остальных чертежах для одинаковых элементов использованы одинаковые цифровые позиции.
На фиг.3 показана деталь захватного кольца 42. Каждый из клиновых захватных элементов 50 имеет прижимную поверхность 54 для контакта с зажимаемыми трубами. От прижимной поверхности 54 отходят несколько элементов 56, опирающихся непосредственно на эту поверхность или, как показано на фиг.3, на внутренний конус 62. При стягивании наружного зажимного элемента 24, показанного на фиг.1, элементы 56 входят в контакт с соединяемыми трубами 12, 14. При приложении давления к захватному элементу 50 находящиеся на нем элементы 56 входят в наружный слой материала труб 12, 14 и образуют на них маленькие вмятины, что препятствует непреднамеренному разъединению труб в осевом направлении.
На фиг.4 показана другая предпочтительная конструкция клиновых захватных элементов 64. Каждый захватный элемент 64 содержит две отдельные части: внутреннюю часть с прижимной поверхностью 66 для контакта с поверхностью трубы и наружную клиновидную часть 58, предназначенную для установки и удерживания внутренней части и приложения к ней давления.
Преимущество захватного элемента 64 состоит в том, что внутренняя часть с прижимной поверхностью 66 может удерживать гибкий элемент 68, показанный на следующих чертежах, который освобождается, когда захватный элемент 64 отделяется от внутренней части с прижимной поверхностью 66.
На фиг.5 эластомерное захватное кольцо 42 с внутренними зубьями изображено более подробно. Клиновые захватные элементы 50, расположенные на расстоянии друг от друга, соединены с двумя соседними захватными элементами 50а, 50b гибкими элементами 68 волнообразной формы для образования захватного кольца.
На фиг.6 показано, что клиновое скошенное захватное кольцо 42 с внутренними зубьями разомкнуто, так что множество расположенных на расстоянии друг от друга клиновых захватных элементов 50, 50а, 50b образуют ленту 60. Ленту 60 можно легко разрезать на месте на отрезки нужной длины. Обычно длина отрезка должна быть равна 3,5×D, где D - диаметр соединяемой трубы.
Если вместо клиновых захватных элементов 50, показанных на фиг.3, использовать состоящие из двух частей захватные элементы 64, показанные на фиг.4, то разрезания ленты не требуется, поскольку гибкий элемент 68 можно отсоединить путем поднимания или удаления внутренней части, имеющей прижимную поверхность 66.
На фиг.7 и 8 показаны основные элементы муфты 10 до сборки и после сборки.
Объем изобретения охватывает все варианты его осуществления в пределах прилагаемой формулы изобретения. Описанные выше примеры представляют собой выгодные варианты осуществления изобретения, но они не ограничивают его объем. Специалистам должно быть понятно, что возможны другие варианты и модификации изобретения без отхода от его сущности и в пределах объема, определяемого формулой.