ТРУБНЫЙ СОЕДИНИТЕЛЬ
PIPE CONNECTOR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству, узлу и способу соединения двух труб, сообщающихся по текучей среде, например, двух нефтяных труб.
Уровень техники
В нефтедобывающей промышленности существует постоянная потребность в экономичных и надежных способах соединения нефтяных труб друг с другом при обеспечении минимизации опасности утечки нефти.
Обычно для этой цели используют фланцевые соединения. Такие соединения имеют ряд недостатков. Так, например, фланцевые соединения чувствительны к внешним воздействиям и могут иметь дефекты, связанные с неравномерным затягиванием болтов. Кроме того, в таких соединениях, как правило, используются резиновые уплотнения, которые часто выходят из строя вследствие термического разрушения, а также создают значительную опасность повреждения и последующего выхода из строя, как показывает негативный опыт, когда эти соединения собираются на месте.
При этом фланцевые соединения также требуют сварки. Это вызывает большой расход времени в эксплуатации, что увеличивает время простоя при ремонте труб, а также создает угрозу пожара. Кроме того, среди последних предложений по повышению требований к подводным трубопроводам и уточнению правил техники безопасности, в том числе при ремонтных работах, предусмотрено требование задействовать квалифицированных сварщиков для выполнения любых ремонтных работ, что в значительной степени повышает расходы. При этом монтаж фланцевых соединений требует также очень высокой точности и, следовательно, привлечения для сборки высококвалифицированного персонала, что еще больше увеличивает стоимость ремонта.
Сущность изобретения
Первый аспект изобретения обеспечивает устройство для соединения двух труб, сообщающихся по текучей среде, при этом указанное устройство содержит корпус соединителя, имеющий противоположные открытые концы, каждый из которых предназначен для приема свободного конца трубы, механическое блокировочное устройство, предназначенное для предотвращения или ограничения осевого перемещения корпуса соединителя относительно свободного конца трубы, и механическое уплотняющее устройство, предназначенное для обеспечения герметизации сопряженных металлических поверхностей между трубой, вставленной в один из указанных открытых концов, и корпусом соединителя.
При нормальной эксплуатации указанный узел служит для соединения двух труб, сообщающихся по текучей среде, и предотвращает нежелательное разделение этих труб. Механическое блокировочное устройство, предпочтительно, обеспечивает неподвижное соединение всех компонентов, чтобы ограничить их осевое перемещение, без использования фланцев или компонентов, которые требуют сварки друг с другом. Уплотнение «металл-металл» действует между внутренней поверхностью корпуса соединителя и трубой, вставленной в открытый конец корпуса соединителя. При этом следует понимать, что уплотнение требуется между каждой трубой и корпусом соединителя. Уплотнение «металл-металл» обеспечивает очень надежную герметизацию, способную выдерживать высокие давления и температуры. Кроме того, металлическое уплотнение имеет высокую стойкость к коррозии, что увеличивает срок службы уплотнения, особенно по сравнению с традиционными уплотнениями, в частности, с резиновыми или асбестовыми уплотнительными кольцами или прокладками.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое уплотняющее устройство содержит металлический элемент, выполненный с возможностью установки на свободный конец трубы и введения в один конец корпуса соединителя. В примерных вариантах осуществления изобретения металлический элемент специально имеет такие размеры, чтобы механическое уплотняющее устройство совместно с корпусом соединителя обеспечивало бы надежное уплотнение. В примерных вариантах осуществления изобретения геометрия металлического элемента обеспечивает сохранение концентричного расположения металлического элемента относительно трубы при сжатии в процессе эксплуатации.
В примерных вариантах осуществления изобретения металлический элемент представляет собой обжимное кольцо, имеющее конусную часть, которая содержит наклонную поверхность, предназначенную для контакта с соответствующей наклонной поверхностью корпуса соединителя. В примерных вариантах осуществления изобретения указанные две наклонные поверхности имеют немного различные углы. В эксплуатации поверхность обжимного кольца упирается в поверхность корпуса соединителя, образуя очень надежное уплотнение.
В примерных вариантах осуществления изобретения устройство дополнительно содержит колпак, предназначенный для установки на открытый конец корпуса соединителя. В примерных вариантах осуществления изобретения колпак используется для приложения силы к металлическому элементу с целью обеспечения уплотнения между трубой и корпусом соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения колпак представляет собой гайку, выполненную с возможностью приема открытого конца корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения колпак при нормальной эксплуатации, по существу, закрывает конец корпуса соединителя. В примерных вариантах осуществления изобретения один конец колпака выполнен с возможностью приема свободного конца трубы, например, с очень малой величиной зазора.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя содержит упор, предназначенный для ограничения перемещения колпака в осевом направлении относительно корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения упор радиально выступает из наружной поверхности корпуса соединителя.
В альтернативных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя имеет плоскую внутреннюю поверхность. Это является полезным, поскольку в эксплуатации может, по существу, ограничивать риск контакта текучей среды, проходящей по трубе, с механическим блокировочным устройством.
В примерных вариантах осуществления изобретения упор имеет поверхность, перпендикулярную продольной оси корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое уплотняющее устройство дополнительно содержит упругую шайбу, которая воспринимает силу, прилагаемую колпаком к металлическому элементу. В примерных вариантах осуществления изобретения указанная шайба рассчитана на любое изменение силы, прилагаемой колпаком (например, уменьшение приложенной силы вследствие того, что болты или иные соответствующие элементы, которые служат для приложения силы, ослабляются со временем), чтобы обеспечивать сохранение надежной герметизации между механическим уплотняющим устройством и корпусом соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения шайба предназначена для размещения между колпаком и металлическим элементом. При этом шайба, предпочтительно, защищает металлический элемент от повреждения, в частности, от истирания, которое в противном случае могло бы возникнуть, если бы колпак контактировал с обжимным кольцом.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя имеет плоскую внутреннюю поверхность.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере одну круговую канавку, расположенную на внутренней поверхности корпуса соединителя. В таких вариантах осуществления изобретения канавка предназначена для совмещения с соответствующей канавкой, предусмотренной на наружной поверхности трубы, вставляемой в соединитель, чтобы получить отверстие или канал между корпусом соединителя и трубой получить отверстие или канал для приема запорного элемента, например, отрезка проволоки, с целью предотвращения отделения трубы от корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения колпак имеет круговую канавку, расположенную на внутренней поверхности, в то время как корпус соединителя имеет круговую канавку, расположенную на наружной поверхности. При нормальной сборке канавка на колпаке совмещается с канавкой на корпусе соединителя, образуя отверстие или канал между колпаком и корпусом соединителя для приема запорного элемента, например, отрезка проволоки, который препятствует отделению колпака от корпуса соединителя.
В альтернативных вариантах осуществления изобретения колпак имеет резьбовую часть на внутренней поверхности на одном конце колпака, в то время как корпус соединителя имеет резьбовую часть на наружной поверхности. В эксплуатации резьбовые части входят в зацепление друг с другом, чтобы колпак можно было навинтить на корпус соединителя и при этом ограничить осевое перемещение колпака относительно корпуса соединителя. В примерных вариантах осуществления изобретения круговая канавка предусмотрена на внутренней поверхности на другом конце колпака. В эксплуатации канавка на колпаке совмещается с соответствующей канавкой на трубе, вставленной в корпус соединителя, образуя отверстие или канал между колпаком и трубой для приема запорного элемента, например, отрезка проволоки.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере один отрезок проволоки, предназначенный, например, для размещения в отверстии или канале, образованном между корпусом соединителя и вставленной в него трубой, или между отверстием или каналом, образованным между колпаком и трубой, вставленной в корпус соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере один отрезок проволоки, предназначенный, например, для размещения по меньшей мере в одной из канавок, предусмотренных на внутренней поверхности колпака, и резьбовое соединение между колпаком и корпусом соединителя для предотвращения или ограничения осевого перемещения корпуса соединителя относительно колпака.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит канавку, расположенную на наружной поверхности по меньшей мере одной трубы, и выступ, расположенный на внутренней поверхности корпуса соединителя, выполненный с возможностью вхождения в зацепление с канавкой для предотвращения или ограничения осевого перемещения корпуса соединителя относительно труб.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере один выступ или зубец, расположенный на внутренней поверхности корпуса соединителя. В примерных вариантах осуществления изобретения зубец является круговым. В примерных вариантах осуществления изобретения зубец является сужающимся.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя выполнен в виде отдельных первой и второй частей, таким образом, чтобы в эксплуатации их можно было соединять друг с другом вокруг труб.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя разделен вдоль горизонтальной плоскости с получением первой и второй части.
Предпочтительно, установка устройства упрощается, поскольку первую и вторую части корпуса соединителя можно соединять друг с другом в поперечном направлении вокруг остальных компонентов устройства.
В примерных вариантах осуществления изобретения первая и вторая части корпуса соединителя содержат каналы, проходящие в направлении, перпендикулярном горизонтальной плоскости, и предназначенные для приема соединительных компонентов с целью соединения друг с другом первой и второй частей корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения каждый канал содержит кольцевую поверхность с плоскостью, параллельной горизонтальной плоскости, которая предназначена для зацепления соединительным компонентом в эксплуатации.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя имеет отдельные концы или части, при этом первая часть устанавливается на свободный конец первой трубы или вокруг него, а вторая часть устанавливается на свободный конец второй трубы или вокруг него. В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя разделен по вертикальной плоскости.
Второй аспект настоящего изобретения обеспечивает трубный узел, соединяющий две трубы, которые сообщаются по текучей среде, при этом указанный узел содержит две трубы, каждая из которых имеет свободный конец, корпус соединителя, имеющий противоположные открытые концы, каждый из которых имеет размеры, обеспечивающие возможность приема свободного конца одной из труб, и механическое уплотняющее устройство, расположенное на каждом открытом конце корпуса соединителя и обеспечивающее уплотнение «металл-металл» между каждой трубой и корпусом соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения все компоненты, предпочтительно, могут быть выполнены в виде одного узла в сборе. Это может обеспечить уменьшение расходов как на изготовление, так и на транспортировку к месту установки. Это также в большой степени упрощает процесс монтажа, поскольку на месте установки узла требуется выполнить относительно небольшую работу по сравнению с существующими способами.
В примерных вариантах осуществления изобретения каждая труба содержит по меньшей мере одну круговую канавку, расположенную на наружной поверхности, в то время как механическое уплотняющее устройство содержит по меньшей мере одну круговую канавку, расположенную на внутренней поверхности, при этом канавки на трубе и механическом уплотняющем устройстве совмещаются, образуя по меньшей мере одно отверстие или канал в трубном узле.
В примерных вариантах осуществления изобретения в каждый канал помещают отрезок проволоки, чтобы ограничивать перемещение механического уплотняющего устройства относительно трубы.
В примерных вариантах осуществления изобретения перемещение корпуса соединителя относительно механического уплотняющего устройства ограничено резьбовым устройством.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя содержит заплечик, выступающий радиально внутрь от внутренней поверхности корпуса соединителя и предназначенный для ограничения перемещения труб в осевом направлении относительно корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения указанный заплечик выступает радиально внутрь таким образом, чтобы внутренний диаметр заплечика был, по существу, равным внутреннему диаметру труб.
В примерных вариантах осуществления изобретения каждая труба содержит по меньшей мере одну круговую канавку, расположенную на наружной поверхности, в то время как корпус соединителя содержит множество кольцевых канавок, расположенных на внутренней поверхности, при этом канавки на трубе и корпусе соединителя совмещаются, образуя в трубном узле по меньшей мере одно отверстие или канал для приема запорного элемента.
В примерных вариантах осуществления изобретения каждое механическое уплотняющее устройство содержит металлический элемент, предназначенный для установки на свободном конце одной из указанных труб и контактирования с корпусом соединителя для создания уплотнения.
В примерных вариантах осуществления изобретения металлический элемент представляет собой обжимное кольцо, имеющее конусную часть, которая содержит наклонную поверхность, предназначенную для контакта с соответствующей наклонной поверхностью корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения первый металлический элемент представляет собой кольцевой уплотняющий элемент, который предназначен для уплотнения трубного соединения и содержит:
нагрузочную поверхность, промежуточную часть и контактную часть;
при этом нагрузочная поверхность предназначена для восприятия осевой силы и передачи этой силы через промежуточную часть к контактной части, которая предназначена для обеспечения уплотнения между трубой и окружающим вторым уплотняющим элементом;
причем контактная часть выполнена так, что она выступает в радиальном направлении за промежуточную часть и при этом обеспечивает заданную кольцевую область деформации, обеспечивающую плотное прилегание ко второму уплотняющему элементу и герметизацию при приложении заданной осевой силы.
В примерных вариантах осуществления изобретения контактная часть выполнена так, что она выступает радиально наружу за промежуточную часть.
В примерных вариантах осуществления изобретения контактная часть выполнена так, что она выступает радиально внутрь за промежуточную часть.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя выполнен в виде отдельных частей, при этом первая часть устанавливается на свободный конец первой трубы или вокруг него, а вторая часть устанавливается на свободный конец второй трубы или вокруг него. В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя разделен по вертикальной плоскости.
В примерных вариантах осуществления изобретения узел дополнительно содержит колпак, предназначенный для установки на свободном конце трубы и приложения силы к металлическому элементу.
В примерных вариантах осуществления изобретения колпак выполнен, по существу, для закрытия свободного конца трубы и металлического элемента.
В примерных вариантах осуществления изобретения заявленный узел дополнительно содержит упругую шайбу, которая расположена между колпаком и металлическим элементом, и которая в эксплуатации воспринимает силу, приложенную колпаком к металлическому элементу.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя содержит заплечик, выступающий радиально внутрь от внутренней поверхности корпуса соединителя. Вставление свободного конца каждой трубы ограничивается внутренним заплечиком, таким образом, корпус соединителя можно повторяемо разместить в правильном положении относительно труб.
В примерных вариантах осуществления изобретения внутренний диаметр заплечика является, по существу, равным внутреннему диаметру труб. Это минимизирует уровень турбулентности в потоке текучей среды, дополнительно уменьшая опасность утечки и повышая пропускную способность трубы.
В примерных вариантах осуществления изобретения каждая труба содержит по меньшей мере одну круговую канавку, расположенную на наружной поверхности, в то время как корпус соединителя содержит множество кольцевых канавок, расположенных на внутренней поверхности, при этом канавки на трубе и корпусе соединителя совмещаются, образуя по меньшей мере один канал в трубном узле. В примерных вариантах осуществления изобретения, когда внутренний заплечик корпуса соединителя надежно определяет положение труб в правильном положении относительно корпуса соединителя, соответствующие канавки совмещаются, образуя каналы в трубном узле.
В альтернативных вариантах осуществления изобретения вся внутренняя поверхность соединителя может быть ровной и не иметь внутреннего заплечика
В примерных вариантах осуществления изобретения внутренняя поверхность колпака снабжена по меньшей мере одной канавкой. В примерных вариантах осуществления изобретения наружная поверхность каждой трубы содержит по меньшей мере одну соответствующую канавку. В эксплуатации канавка на колпаке совмещается с канавкой на трубе, образуя отверстие или канал для приема запорного элемента (например, отрезка проволоки), чтобы препятствовать отделению колпака от трубы в осевом направлении. В примерных вариантах осуществления изобретения каждая канавка на трубе расположена на расстоянии от свободного конца трубы. В таких вариантах осуществления изобретения в эксплуатации, когда в каналы вставлены стопорные отрезки проволоки, это в большой степени уменьшает риск нежелательного контакта текучей среды, проходящей по трубе, с указанными стопорными отрезками проволоки.
В тех вариантах осуществления изобретения, где отрезок проволоки вводится между каждым колпаком и трубой, между колпаком и корпусом соединителя предусмотрено резьбовое соединение, посредством которого колпак навинчивается на корпус соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит канавку, расположенную на наружной поверхности по меньшей мере одной трубы, а выступ, расположенный на внутренней поверхности корпуса соединителя выполнен так, чтобы он входил в зацепление с канавкой для предотвращения или ограничения осевого перемещения корпуса соединителя относительно труб.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере один выступ или зубец, расположенный на внутренней поверхности корпуса соединителя. В примерных вариантах осуществления изобретения зубец является круговым. В примерных вариантах осуществления изобретения зубец является сужающимся.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя выполнен в виде отдельных первой и второй частей, которые могут быть соединены друг с другом вокруг труб в эксплуатации.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя разделен по горизонтальной плоскости, образуя первую и вторую части.
Предпочтительно, монтаж устройства упрощается, поскольку первая и вторая части корпуса соединителя могут быть соединены друг с другом в поперечном направлении вокруг остальных компонентов устройства.
В примерных вариантах осуществления изобретения первая и вторая части корпуса соединителя содержат каналы, проходящие в направлении, перпендикулярном горизонтальной плоскости, и предназначенные для приема соединительных компонентов с целью соединения друг с другом первой и второй частей корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения каждый канал содержит кольцевую поверхность с плоскостью, параллельной горизонтальной плоскости, с которой взаимодействует соединительный компонент в эксплуатации.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус выполнен в виде отдельных частей, при этом первая часть устанавливается на свободный конец первой трубы или вокруг него, а вторая часть устанавливается на свободный конец второй трубы или вокруг него. В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя разделен по вертикальной плоскости.
Третий аспект изобретения обеспечивает способ соединения двух труб, сообщающихся по текучей среде, при этом указанный способ содержит обеспечение двух труб, каждая из которых имеет свободный конец; установку уплотнительного элемента «металл-металл» на свободный конец каждой трубы; и размещение свободного конца каждой трубы внутри корпуса соединителя, так, чтобы корпус соединителя соединял две трубы, при этом уплотняющие элементы типа «металл-металл» обеспечивают уплотнение «металл-металл» между соответствующей трубой и корпусом соединителя.
Преимущественно, этот способ соединения двух труб является исключительно простым и легко повторяемым, что означает необходимость минимального обучения персонала для реализации способа. Кроме того, в случае ремонта труб время простоя в большой степени сокращается по сравнению с известными способами, что минимизирует стоимость любого ремонта. При этом данный способ исключает применение фланцев, которые обычно используются для соединения двух труб, сообщающихся по текучей среде.
В примерных вариантах осуществления изобретения способ содержит шаг обеспечения колпака, предназначенного установки на свободном конце каждой трубы, при этом указанный колпак выполнен с возможностью приема открытого конца корпуса соединителя и приложения силы к металлическому элементу с целью гарантированного обеспечения уплотнения между трубой и корпусом соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения способ дополнительно содержит шаг обеспечения механического блокировочного устройства, предназначенного для предотвращения или ограничения осевого перемещения корпуса соединителя относительно труб.
В примерных вариантах осуществления изобретения способ дополнительно содержит шаг выполнения круговой канавки на наружной поверхности по меньшей мере одной трубы и совмещение этой круговой канавки с по меньшей мере одной из множества кольцевых канавок, предусмотренных на внутренней поверхности корпуса соединителя, чтобы получить по меньшей мере один канал.
В альтернативных вариантах осуществления изобретения способ дополнительно содержит выполнение по меньшей мере одной круговой канавки на наружной поверхности по меньшей мере одной трубы и совмещение этой круговой канавки с по меньшей мере одной из множества кольцевых канавок, предусмотренных на внутренней поверхности колпака, чтобы получить по меньшей мере один канал.
В примерных вариантах осуществления изобретения способ дополнительно содержит введение отрезка проволоки по меньшей мере в один канал, чтобы предотвращать или ограничивать осевое перемещение корпуса соединителя относительно свободных концов труб.
В тех вариантах осуществления изобретения, где отрезок проволоки вводится между каждой колпаком и трубой, между колпаком и корпусом соединителя предусмотрено резьбовое соединение, посредством которого колпак навинчивается на корпус соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит канавку, расположенную на наружной поверхности по меньшей мере одной трубы, и выступ, расположенный на внутренней поверхности корпуса соединителя и входящий в зацепление с указанной канавкой, чтобы предотвращать или ограничивать осевое перемещение корпуса соединителя относительно труб.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере один выступ или зубец, расположенный на внутренней поверхности корпуса соединителя. В примерных вариантах осуществления изобретения зубец является круговым. В примерных вариантах осуществления изобретения зубец является сужающимся.
В примерных вариантах осуществления изобретения способ дополнительно содержит обеспечение упругой шайбы, расположенной между колпаком и уплотняющим элементом и предназначенной для приложения силы к уплотняющему элементу.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое уплотняющее устройство дополнительно содержит резьбовую часть на внутренней поверхности, а корпус соединителя содержит резьбовую часть на наружной поверхности, при этом способ содержит вхождение в зацепление указанных резьбовых частей с целью предотвращения или ограничения осевого перемещения корпуса соединителя относительно механического уплотняющего устройства.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое уплотняющее устройство дополнительно содержит круговую канавку, которая образует канал совместно с кольцевой канавкой, расположенной на наружной поверхности корпуса соединителя, при этом в указанный канал вводят отрезок проволоки, чтобы предотвращать или ограничивать осевое перемещение механического уплотняющего устройства относительно корпуса соединителя.
Следующий аспект настоящего изобретения обеспечивает соединительное устройство для соединения одной трубы с другой трубой или соединителем, при этом соединительное устройство содержит корпус соединителя, имеющий механическое блокировочное устройство, предназначенное для предотвращения или ограничения осевого перемещения корпуса соединителя относительно свободного конца трубы, и механическое уплотняющее устройство, предназначенное для обеспечения уплотнения «металл-металл» между трубой и корпусом соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое уплотняющее устройство содержит первый металлический элемент, предназначенный для установки на свободный конец трубы.
В примерных вариантах осуществления изобретения первый металлический элемент, размеры которого специально обеспечивают возможность его установки на трубу, чтобы механическое уплотняющее устройство совместно с корпусом соединителя могло обеспечивать надежную герметизацию.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое уплотняющее устройство дополнительно содержит второй металлический элемент, предназначенный для размещения между первым металлическим элементом и внутренней поверхностью корпуса соединителя, при этом между первым и вторым металлическими элементами образуется уплотнение.
В примерных вариантах осуществления изобретения первый металлический элемент представляет собой кольцевой уплотняющий элемент, предназначенный для герметизации трубного соединения, при этом уплотняющий элемент содержит:
нагрузочную поверхность, промежуточную часть и контактную часть;
нагрузочная поверхность предназначена для восприятия осевой силы и передачи силы через промежуточную часть к контактной части, которая предназначена для обеспечения уплотнения между трубой и окружающим вторым уплотняющим элементом;
причем контактная часть выполнена так, чтобы она выступала в радиальном направлении за промежуточную часть и при этом обеспечивала заданную кольцевую область деформации, обеспечивающую плотное прилегание ко второму уплотняющему элементу или к трубе и герметизацию соединения при приложении заданной осевой силы.
В примерных вариантах осуществления изобретения контактная часть выполнена выступающей радиально наружу за промежуточную часть. В примерных вариантах осуществления изобретения контактная часть выполнена выступающей радиально внутрь за промежуточную часть.
В примерных вариантах осуществления изобретения контактная часть имеет, по существу, круговое поперечное сечение. В примерных вариантах осуществления изобретения профиль промежуточной части имеет по меньшей мере частично вогнутое поперечное сечение. В примерных вариантах осуществления изобретения промежуточная часть сужается в направлении контактной части, В примерных вариантах осуществления изобретения уплотняющий элемент является металлическим.
В примерных вариантах осуществления изобретения металлический элемент представляет собой обжимное кольцо, имеющее конусную часть, которая содержит наклонную поверхность, предназначенную для вхождения в контакт с соответствующей наклонной поверхностью корпуса соединителя. В примерных вариантах осуществления изобретения две наклонные поверхности имеют немного отличающиеся углы. В эксплуатации поверхность обжимного кольца упирается в поверхность корпуса соединителя, образуя очень надежное уплотнение.
В примерных вариантах осуществления изобретения второй металлический элемент представляет собой втулку, выполненную так, чтобы в эксплуатации она окружала свободный конец трубы. В примерных вариантах осуществления изобретения втулка выполнена таким образом, что в эксплуатации она перекрывает свободные концы труб.
В примерных вариантах осуществления изобретения соединительное устройство дополнительно содержит механизм для приложения силы к первому металлическому элементу с целью гарантированного обеспечения уплотнения между трубой и корпусом соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя содержит одно или более отверстий, образующих множество каналов, проходящих через часть корпуса соединителя от передней поверхности корпуса соединителя до радиальной внутренней поверхности, которая в эксплуатации, по существу, примыкает к металлическому элементу.
В примерных вариантах осуществления изобретения каждый канал или отверстие содержит внутреннюю резьбу, при этом болт с соответствующей наружной резьбой вращательным образом вставлен в каждый канал, чтобы создать силу, которая действует на первый металлический элемент в осевом направлении.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит на внутренней поверхности корпуса соединителя по меньшей мере один выступ или зубец.
В примерных вариантах осуществления изобретения зубец является круговым.
В примерных вариантах осуществления изобретения зубец является сужающимся.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя выполнен в виде отдельных первой и второй частей, которые в эксплуатации могут быть соединены друг с другом вокруг трубы.
В примерных вариантах осуществления изобретения наружный профиль корпуса соединителя имеет, по существу, квадратное поперечное сечение.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя разделен по горизонтальной плоскости, образуя первую и вторую части.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит канавку, расположенную на наружной поверхности по меньшей мере одной трубы, и выступ, расположенный на внутренней поверхности корпуса соединителя и выполненный так, что он входит в зацепление с канавкой для предотвращения или ограничения осевого перемещения корпуса соединителя относительно труб.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере одну круговую канавку, расположенную на внутренней поверхности корпуса соединителя. В таких вариантах осуществления изобретения, указанная канавка предназначена для совмещения с соответствующей канавкой, предусмотренной на наружной поверхности трубы, вставляемой в соединитель, для получения отверстия или канала между корпусом соединителя и трубой для приема запорного элемента, например, отрезка проволоки, с целью предотвращения отделения трубы от корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере один отрезок проволоки, например, для введения в отверстие или канал, образованный между корпусом соединителя и трубой, вставленной в него.
Предпочтительно, монтаж устройства упрощен, поскольку первая и вторая части корпуса соединителя могут быть соединены друг с другом в поперечном направлении вокруг остальных компонентов устройства.
В примерных вариантах осуществления изобретения первая и вторая части корпуса соединителя содержат каналы, проходящие в направлении, перпендикулярном горизонтальной плоскости, и предназначенные для приема соединительных компонентов с целью соединения друг с другом первой и второй частей корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус выполнен в виде отдельных частей, при этом первая часть устанавливается на свободный конец первой трубы или вокруг него, а вторая часть устанавливается на свободный конец второй трубы или вокруг него. В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя разделен по вертикальной плоскости.
В примерных вариантах осуществления изобретения каждый канал содержит кольцевую поверхность с плоскостью, параллельной горизонтальной плоскости, с которой взаимодействует соединительный компонент в эксплуатации.
Следующий аспект настоящего изобретения обеспечивает кольцевой уплотняющий элемент, который предназначен для герметизации трубного соединения и содержит:
нагрузочную поверхность, промежуточную часть и контактную часть;
нагрузочная поверхность предназначена для восприятия осевой силы и передачи силы через промежуточную часть к контактной части, которая предназначена для обеспечения уплотнения между трубой и окружающим вторым уплотняющим элементом;
причем контактная часть выполнена так, что она выступает радиально за промежуточную часть и обеспечивает заданную кольцевую область деформации, обеспечивающую плотное прилегание ко второму уплотняющему элементу или к трубе и герметизацию соединения при приложении заданной осевой силы.
В примерных вариантах осуществления изобретения контактная часть выполнена так, что она выступает радиально наружу за промежуточную часть.
В примерных вариантах осуществления изобретения контактная часть выполнена так, чтобы она выступает радиально внутрь за промежуточную часть.
В примерных вариантах осуществления изобретения контактная часть имеет, по существу, круговое поперечное сечение.
В примерных вариантах осуществления изобретения профиль промежуточной части имеет по меньшей мере частично вогнутое поперечное сечение.
В примерных вариантах осуществления изобретения промежуточная часть сужается в направлении контактной части.
В примерных вариантах осуществления изобретения уплотняющий элемент является металлическим.
Следующий аспект изобретения обеспечивает устройство для соединения двух труб, сообщающихся по текучей среде, при этом указанное устройство содержит корпус соединителя, имеющий противоположные открытые концы, каждый из которых выполнен с возможностью приема свободного конца трубы; механическое блокировочное устройство, предназначенное для предотвращения или ограничения осевого перемещения корпуса соединителя относительно свободного конца трубы; и механическое уплотняющее устройство, предназначенное для обеспечения уплотнения «металл-металл» с корпусом соединителя.
Уплотнение «металл-металл» обеспечивается в эксплуатации между внутренней поверхностью корпуса соединителя и трубой, вставленной в открытый конец корпуса соединителя. Конструкция «металл-металл» обеспечивает очень надежное уплотнение, способное выдерживать высокие давления и температуры. Кроме того, металлическое уплотнение имеет высокую стойкость к коррозии, что увеличивает срок службы уплотнения, особенно по сравнению с традиционными уплотнениями, в частности, с резиновыми или асбестовыми уплотнительными кольцами или прокладками. Механическое блокировочное устройство, предпочтительно, обеспечивает неподвижное соединение всех компонентов, чтобы ограничить их осевое перемещение, без использования фланцев или компонентов, которые требуют сварки друг с другом.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое уплотняющее устройство содержит металлический элемент, предназначенный для установки на свободный конец трубы и введения в один конец корпуса соединителя. В примерных вариантах осуществления изобретения металлический элемент имеет специальные размеры для его установки на трубу, чтобы механическое уплотняющее устройство совместно с корпусом соединителя обеспечивало надежную герметизацию. В примерных вариантах осуществления изобретения геометрия металлического элемента обеспечивает сохранение концентричного расположения металлического элемента относительно трубы при сжатии в процессе эксплуатации.
В примерных вариантах осуществления изобретения металлический элемент представляет собой обжимное кольцо, имеющее конусную часть, которая содержит наклонную поверхность, предназначенную для вхождения в контакт с соответствующей наклонной поверхностью корпуса соединителя. В примерных вариантах осуществления изобретения две наклонные поверхности имеют немного отличающиеся углы. В эксплуатации указанные поверхности вступают в контакт, при этом поверхность обжимного кольца упирается в поверхность корпуса соединителя, образуя очень надежное уплотнение.
В примерных вариантах осуществления изобретения первый металлический элемент представляет собой кольцевой уплотняющий элемент, который предназначен для уплотнения трубного соединения и содержит:
нагрузочную поверхность, промежуточную часть и контактную часть;
нагрузочная поверхность предназначена для восприятия осевой силы и передачи силы через промежуточную часть к контактной части, которая предназначена для обеспечения уплотнения между трубой и окружающим вторым уплотняющим элементом;
причем контактная часть выполнена так, чтобы она выступала радиально за промежуточную часть и обеспечивала заданную кольцевую область деформации, обеспечивающую плотное прилегание ко второму уплотняющему элементу или к трубе и герметизацию соединения при приложении заданной осевой силы.
В примерных вариантах осуществления изобретения контактная часть выполнена так, что она выступает радиально наружу за промежуточную часть.
В примерных вариантах осуществления изобретения контактная часть выполнена так, что она выступает радиально внутрь за промежуточную часть.
В примерных вариантах осуществления изобретения контактная часть имеет, по существу, круговое поперечное сечение. В примерных вариантах осуществления изобретения профиль промежуточной части имеет вогнутое поперечное сечение. В примерных вариантах осуществления изобретения промежуточная часть сужается в направлении контактной части. В примерных вариантах осуществления изобретения уплотняющий элемент является металлическим.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое уплотняющее устройство дополнительно содержит колпак, предназначенный для приложения силы к металлическому элементу в эксплуатации.
В примерных вариантах осуществления изобретения колпак представляет собой гайку, выполненную с возможностью приема открытого конца корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя содержит упор, предназначенный для ограничения перемещения гайки внутрь в осевом направлении относительно корпуса соединителя, таким образом, в эксплуатации, гайка, по существу, закрывает конец корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое уплотняющее устройство дополнительно содержит упругую шайбу, предназначенную для восприятия силы, приложенной со стороны колпака к металлическому элементу. В примерных вариантах осуществления изобретения указанная шайба рассчитана на любое изменение силы, прилагаемой колпаком (например, уменьшение приложенной силы вследствие того, что болты или иные соответствующие элементы, которые служат для приложения силы, ослабляются со временем), чтобы обеспечивать сохранение надежной герметизации между механическим уплотняющим устройством и корпусом соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения шайба предназначена для размещения между колпаком и металлическим элементом. В примерных вариантах осуществления изобретения в эксплуатации шайба предпочтительно защищает металлический элемент от повреждения, в частности, от истирания, которое в противном случае могло бы возникнуть, если бы колпак контактировал с обжимным кольцом.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя имеет по меньшей мере одну круговую канавку, расположенную на внутренней поверхности.
В примерных вариантах осуществления изобретения колпак имеет круговую канавку, расположенную на внутренней поверхности, а корпус соединителя имеет круговую канавку, расположенную на наружной поверхности, при этом в эксплуатации канавка на колпаке совмещается с канавкой на корпусе соединителя, образуя канал между колпаком и корпусом соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя выполнен в виде отдельных первой и второй частей, которые в эксплуатации могут быть соединены друг с другом вокруг труб.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя разделен по горизонтальной плоскости образуя первую и вторую части.
Предпочтительно, монтаж устройства упрощен, поскольку первая и вторая части корпуса соединителя могут быть соединены друг с другом в поперечном направлении вокруг остальных компонентов устройства.
В примерных вариантах осуществления изобретения первая и вторая части корпуса соединителя содержат каналы, проходящие в направлении, перпендикулярном горизонтальной плоскости, и предназначенные для приема соединительных компонентов с целью соединения друг с другом первой и второй частей корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения каждый канал содержит кольцевую поверхность с плоскостью, параллельной горизонтальной плоскости, с которой взаимодействует соединительный компонент в эксплуатации.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус выполнен в виде отдельных частей, при этом первая часть устанавливается на свободный конец первой трубы или вокруг него, а вторая часть устанавливается на свободный конец второй трубы или вокруг него. В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя разделен по вертикальной плоскости.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере один отрезок проволоки, предназначенный для введения в одну из канавок, расположенных на внутренней поверхностей корпуса соединителя, или в канал, образованный между колпаком и корпусом соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит канавку, расположенную на наружной поверхности по меньшей мере одной трубы, и выступ, расположенный на внутренней поверхности корпуса соединителя, выполненный так, чтобы он входил в зацепление с канавкой для предотвращения или ограничения осевого перемещения корпуса соединителя относительно труб.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере один выступ или зубец, расположенный на внутренней поверхности корпуса соединителя. В примерных вариантах осуществления изобретения зубец является круговым. В примерных вариантах осуществления изобретения зубец является сужающимся.
Следующий аспект изобретения обеспечивает трубный узел для соединения двух труб, сообщающихся по текучей среде, при этом указанный узел содержит две трубы, каждая из которых имеет свободный конец; корпус соединителя, имеющий противоположные открытые концы, каждый из которых имеет размеры, позволяющие вводить в него свободный конец одной из труб; и механическое уплотняющее устройство, расположенное на каждом открытом конце корпуса соединителя, для обеспечения плотного соединения «металл-металл» с корпусом соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения все компоненты могут быть предпочтительно выполнены в виде одного узла в сборе. Это может обеспечить уменьшение расходов, как на изготовление, так и на транспортировку к месту установки. Это также в большой степени упрощает процесс монтажа, поскольку на месте установки узла нужно выполнять относительно небольшую работу по сравнению с существующими способами.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя содержит заплечик, выступающий радиально внутрь от внутренней поверхности корпуса соединителя и предназначенный для ограничения перемещения труб внутрь в осевом направлении относительно корпуса соединителя. В примерных вариантах осуществления изобретения свободный конец каждой трубы ограничен внутренним заплечиком, так что корпус соединителя стабильно устанавливается в правильном положении относительно труб.
В примерных вариантах осуществления изобретения заплечик проходит вокруг внутренней поверхности по периметру втулки и радиально выступает внутрь, при этом внутренний диаметр заплечика является, по существу, равным внутреннему диаметру труб. В примерных вариантах осуществления изобретения это минимизирует уровень турбулентности в потоке текучей среды, дополнительно уменьшая опасность утечки и увеличивая пропускную способность трубы.
В примерных вариантах осуществления изобретения каждая труба содержит по меньшей мере одну круговую канавку, расположенную на наружной поверхности, а корпус соединителя содержит множество кольцевых канавок, расположенных на внутренней поверхности, при этом канавки на трубе и корпусе соединителя совмещаются, образуя в трубном узле по меньшей мере один канал. В примерных вариантах осуществления изобретения, когда внутренний заплечик корпуса соединителя надежно определяет положение труб в правильном положении относительно корпуса соединителя, соответствующие канавки совмещаются, образуя каналы в трубном узле.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит канавку, расположенную на наружной поверхности по меньшей мере одной трубы, а выступ, расположенный на внутренней поверхности корпуса соединителя выполнен таким образом, чтобы он входил в зацепление с канавкой для предотвращения или ограничения осевого перемещения корпуса соединителя относительно труб.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере один выступ или зубец, расположенный на внутренней поверхности корпуса соединителя. В примерных вариантах осуществления изобретения зубец является круговым. В примерных вариантах осуществления изобретения зубец является сужающимся.
В примерных вариантах осуществления изобретения каждое механическое уплотняющее устройство содержит металлический элемент, выполненный с возможностью установки на свободном конце одной из указанных труб и контактирующий с корпусом соединителя, образуя уплотнение.
В примерных вариантах осуществления изобретения металлический элемент представляет собой обжимное кольцо, имеющее конусную часть, которая содержит наклонную поверхность, предназначенную для упора в соответствующую наклонную поверхность корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения первый металлический элемент представляет собой кольцевой уплотняющий элемент, предназначенный для уплотнения трубного соединения и содержащий:
нагрузочную поверхность, промежуточную часть и контактную часть;
нагрузочная поверхность предназначена для восприятия осевой силы и передачи силы через промежуточную часть к контактной части, которая предназначена для обеспечения уплотнения между трубой и окружающим вторым уплотняющим элементом;
причем контактная часть выполнена так, что она выступает в радиальном направлении за промежуточную часть и обеспечивает заданную кольцевую область деформации, обеспечивающую плотное прилегание ко второму уплотняющему элементу и герметизацию при приложении заданной осевой силы.
В примерных вариантах осуществления изобретения контактная часть выполнена  выступающей радиально наружу за промежуточную часть.
В примерных вариантах осуществления изобретения контактная часть выполнена выступающей радиально внутрь за промежуточную часть.
В примерных вариантах осуществления изобретения контактная часть имеет, по существу, круговое поперечное сечение. В примерных вариантах осуществления изобретения профиль промежуточной части имеет вогнутое поперечное сечение. В примерных вариантах осуществления изобретения промежуточная часть сужается в направлении контактной части. В примерных вариантах осуществления изобретения уплотняющий элемент является металлическим.
В примерных вариантах осуществления изобретения каждое механическое уплотняющее устройство дополнительно содержит колпак, предназначенный для установки на свободном конце трубы и приложения силы к металлическому элементу.
В примерных вариантах осуществления изобретения колпак, по существу, закрывает свободный конец трубы и металлический элемент.
В примерных вариантах осуществления изобретения каждое механическое уплотняющее устройство дополнительно содержит упругую шайбу, которая расположена между колпаком и металлическим элементом, чтобы в эксплуатации воспринимать силу, приложенную колпаком к металлическому элементу.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя выполнен в виде отдельных первой и второй частей, которые в эксплуатации могут быть соединены друг с другом вокруг труб.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя разделен по горизонтальной плоскости, образуя первую и вторую части.
Предпочтительно, монтаж устройства упрощен, поскольку первая и вторая части корпуса соединителя могут быть соединены друг с другом в поперечном направлении вокруг остальных компонентов устройства.
В примерных вариантах осуществления изобретения первая и вторая части корпуса соединителя содержат каналы, проходящие в направлении, перпендикулярном горизонтальной плоскости, и предназначенные для приема соединительных компонентов с целью соединения друг с другом первой и второй частей корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения каждый канал содержит кольцевую поверхность с плоскостью, параллельной горизонтальной плоскости, с которой взаимодействует соединительный компонент в эксплуатации.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус выполнен в виде отдельных частей, при этом первая часть устанавливается на свободный конец первой трубы или вокруг него, а вторая часть устанавливается на свободный конец второй трубы или вокруг него. В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя разделен по вертикальной плоскости
Следующий аспект изобретения обеспечивает способ соединения двух труб, сообщающихся по текучей среде, при этом указанный способ содержит обеспечение двух труб, каждая из которых имеет свободный конец; размещение механического уплотняющего устройства для получения уплотнения «металл-металл» на свободном конце каждой трубы; и размещение свободного конца каждой трубы в корпусе соединителя таким образом, чтобы корпус соединителя перекрывал две указанные трубы, при этом механическое уплотняющее устройство выполнено с возможностью обеспечения уплотнения «металл-металл» с корпусом соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения способ соединения двух труб является очень простым и легко повторяемым, что означает необходимость минимального обучения персонала для реализации способа. Кроме того, в случае ремонта труб время простоя в большой степени сокращается по сравнению с известными способами, что минимизирует стоимость любого ремонта.
В примерных вариантах осуществления изобретения способ дополнительно содержит обеспечение механического блокировочного устройства, предназначенного для предотвращения или ограничения осевого перемещения корпуса соединителя относительно свободных концов труб.
В примерных вариантах осуществления изобретения способ дополнительно содержит выполнение круговой канавки на наружной поверхности по меньшей мере одной трубы, и совмещение этой круговой канавки с по меньшей мере одной из множества кольцевых канавок, расположенных на внутренней поверхности корпуса соединителя, чтобы получить по меньшей мере один канал.
В примерных вариантах осуществления изобретения способ дополнительно содержит введение отрезка проволоки в по меньшей мере один канал, чтобы предотвращать или ограничивать осевое перемещение корпуса соединителя относительно свободных концов труб.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое уплотняющее устройство дополнительно содержит круговую канавку, которая совместно с кольцевой канавкой, расположенной на наружной поверхности корпуса соединителя, образует канал, при этом через указанный канал проводится отрезок проволоки, чтобы предотвращать или ограничивать осевое перемещение механического уплотняющего устройства относительно корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит канавку, расположенную на наружной поверхности по меньшей мере одной трубы, и выступ, расположенный на внутренней поверхности корпуса соединителя и взаимодействующий с канавкой, чтобы предотвращать или ограничивать осевое перемещение корпуса соединителя относительно труб.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере один выступ или зубец, расположенный на внутренней поверхности корпуса соединителя. В примерных вариантах осуществления изобретения зубец является круговым. В примерных вариантах осуществления изобретения зубец является сужающимся.
В примерных вариантах осуществления изобретения способ дополнительно содержит приложение силы к механическому уплотняющему устройству с целью усиления уплотнения «металл-металл».
Следующий аспект изобретения обеспечивает устройство для соединения двух труб, сообщающихся по текучей среде, при этом указанное устройство содержит корпус соединителя, предназначенный для соединения первой и второй трубы, при этом каждая труба имеет свободный конец; механическое блокировочное устройство, предназначенное для предотвращения или ограничения осевого перемещения корпуса соединителя относительно свободных концов первой и второй трубы; и механическое уплотняющее устройство, предназначенное для обеспечения герметизации сопряженных металлических поверхностей между трубами и корпусом соединителя.
При нормальной эксплуатации, узел служит для соединения двух труб, сообщающихся по текучей среде, и предотвращения нежелательного отделения труб. Механическое блокировочное устройство предпочтительно обеспечивает неподвижное соединение всех компонентов, чтобы ограничить их осевое перемещение, без использования фланцев или компонентов, которые требуют сварки друг с другом.
В примерных вариантах осуществления изобретения уплотнение «металл-металл» действует между внутренней поверхностью корпуса соединителя и трубами, перекрытыми корпусом соединителя. При этом следует понимать, что уплотнение требуется между каждой трубой и корпусом соединителя. Конструкция уплотнения «металл-металл» обеспечивает очень надежную герметизацию, выдерживающую высокие давления и температуры. Кроме того, металлическое уплотнение имеет высокую стойкость к коррозии, что увеличивает срок службы уплотнения, особенно по сравнению с традиционными уплотнениями, в частности, с резиновыми или асбестовыми уплотнительными кольцами или прокладками.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое уплотняющее устройство содержит первый металлический элемент, выполненный с возможностью установки на свободный конец первой трубы. В примерных вариантах осуществления изобретения первый металлический элемент имеет специальные размеры для его установки на трубу, чтобы механическое уплотняющее устройство совместно с корпусом соединителя обеспечивало надежную герметизацию. В примерных вариантах осуществления изобретения геометрия первого металлического элемента обеспечивает сохранение концентричного расположения металлического элемента относительно трубы в процессе эксплуатации.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое уплотняющее устройство содержит второй металлический элемент, предназначенный для размещения между первым металлическим элементом и внутренней поверхностью корпуса соединителя. Таким образом, между первым и вторым металлическими элементами образуется уплотнение.
Предпочтительно, механическое уплотняющее устройство в целом расположено внутри корпуса соединителя. Это в значительной степени уменьшает риск катастрофического отказа устройства (например, большого фонтанирования). Если какой-либо компонент выйдет из строя, в узле просто возникнет утечка текучей среды, например, по извилистому пути. В большинстве случаев предполагается, что она является простой в обнаружении, поэтому возникшей проблемой можно будет заняться незамедлительно.
В примерных вариантах осуществления изобретения первый металлический элемент представляет собой обжимное кольцо, имеющее конусную часть, которая содержит наклонную поверхность, предназначенную для контактирования с соответствующей наклонной поверхностью второго металлического элемента. В примерных вариантах осуществления изобретения второй металлический элемент представляет собой втулку, выполненную так, чтобы в эксплуатации она окружала два свободных конца труб. В примерных вариантах осуществления изобретения указанная втулка выполнена с возможностью соединения свободных концов труб в эксплуатации. В примерных вариантах осуществления изобретения две наклонные поверхности имеют различные углы. В эксплуатации поверхность обжимного кольца упирается в поверхность втулки, образуя очень надежное уплотнение.
В альтернативных вариантах осуществления изобретения втулка выполнена как единое целое с корпусом соединителя, таким образом, в эксплуатации образуется уплотнение между сопряженными поверхностями обжимного кольца и корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения первый металлический элемент представляет собой кольцевой уплотняющий элемент, предназначенный для уплотнения трубного соединения и содержащий:
нагрузочную поверхность, промежуточную часть и контактную часть;
нагрузочная поверхность предназначена для восприятия осевой силы и передачи силы через промежуточную часть к контактной части, которая предназначена для обеспечения уплотнения между трубой и окружающим вторым уплотняющим элементом;
причем контактная часть выполнена так, чтобы она выступала в радиальном направлении за промежуточную часть и обеспечивала заданную кольцевую область деформации, обеспечивающую плотное прилегание ко второму уплотняющему элементу и герметизацию при приложении заданной осевой силы.
В примерных вариантах осуществления изобретения контактная часть выполнена выступающей радиально наружу за промежуточную часть.
В примерных вариантах осуществления изобретения контактная часть выполнена выступающей радиально внутрь за промежуточную часть.
В примерных вариантах осуществления изобретения контактная часть имеет, по существу, круговое поперечное сечение. В примерных вариантах осуществления изобретения профиль промежуточной части имеет вогнутое поперечное сечение. В примерных вариантах осуществления изобретения промежуточная часть сужается в направлении контактной части. В примерных вариантах осуществления изобретения уплотняющий элемент является металлическим.
В примерных вариантах осуществления изобретения устройство дополнительно содержит механизм для приложения силы к первому металлическому элементу, чтобы обеспечить уплотнение между трубой и корпусом соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя содержит одно или более отверстий, образующих множество каналов, которые проходят через часть корпуса соединителя от передней поверхности корпуса соединителя до радиальной внутренней поверхности, которая в эксплуатации располагается, по существу, рядом с первым металлическим элементом. Компоненты, прикладывающие силу, в частности, болты, могут быть вставлены в каналы корпуса соединителя, чтобы прикладывать силу к первому металлическому элементу, вызывая осевое перемещение первого металлического элемента в направлении второго металлического элемента.
В примерных вариантах осуществления изобретения каждый канал имеет внутреннюю резьбу, поэтому в каждый канал может быть завинчен болт с соответствующей наружной резьбой, чтобы обеспечить силу, действующую на первый металлический элемент в осевом направлении.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое уплотняющее устройство дополнительно содержит упругую шайбу, которая воспринимает силу, приложенную к первому металлическому элементу. В примерных вариантах осуществления изобретения указанная шайба рассчитана на любое изменение силы (например, уменьшение приложенной силы вследствие того, что болты или иные соответствующие элементы, которые служат для приложения силы, ослабляются со временем), чтобы обеспечивать сохранение надежной герметизации между механическим уплотняющим устройством и корпусом соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения шайба предназначена для размещения между радиальной внутренней поверхностью корпуса соединителя, содержащей отверстия, и первым металлическим элементом. При этом шайба предпочтительно защищает металлический элемент от повреждения, в частности, от истирания, которое в противном случае могло бы возникнуть, если бы компоненты, прикладывающие силу, контактировали непосредственно с первым металлическим элементом.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере один выступ, расположенный на внутренней поверхности корпуса соединителя. В таких вариантах осуществления изобретения указанный выступ предназначен для совмещения с соответствующей канавкой, предусмотренной на наружной поверхности трубы, вставляемой в соединитель. В эксплуатации, выступ и канавка входят в зацепление друг с другом, чтобы, по существу, предотвращать или ограничивать осевое перемещение корпуса соединителя относительно свободных концов труб.
В примерных вариантах осуществления изобретения один или оба выступа на корпусе соединителя и канавка на трубе являются круговыми.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере одну круговую канавку, расположенную на внутренней поверхности корпуса соединителя. В таких вариантах осуществления изобретения указанная канавка предназначена для совмещения с соответствующей канавкой, предусмотренной на наружной поверхности трубы, вставляемой в соединитель, для получения между корпусом соединителя и трубой отверстия или канала, предназначенного для приема запорного элемента, например, отрезка проволоки, с целью предотвращения отделения трубы от корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере один отрезок проволоки, например, для введения в отверстие или канал, образованный между корпусом соединителя и вставленной в него трубой.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере один выступ или зубец, расположенный на внутренней поверхности корпуса соединителя. В примерных вариантах осуществления изобретения зубец является круговым. В примерных вариантах осуществления изобретения зубец является сужающимся.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя выполнен в виде отдельных первой и второй частей, которые в эксплуатации могут быть соединены друг с другом вокруг труб.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя разделен по горизонтальной плоскости, образуя первую и вторую части.
Предпочтительно, монтаж устройства упрощен, поскольку первая и вторая части корпуса соединителя могут быть соединены друг с другом в поперечном направлении вокруг остальных компонентов устройства.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус выполнен в виде отдельных частей, при этом первая часть устанавливается на свободный конец первой трубы или вокруг него, а вторая часть устанавливается на свободный конец второй трубы или вокруг него. В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя разделен по вертикальной плоскости
В примерных вариантах осуществления изобретения первая и вторая части корпуса соединителя содержат каналы, проходящие в направлении, перпендикулярном горизонтальной плоскости, и предназначенные для приема соединительных компонентов с целью соединения друг с другом первой и второй частей корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения каждый канал содержит кольцевую поверхность с плоскостью, параллельной горизонтальной плоскости, с которой взаимодействует соединительный компонент в эксплуатации.
Следующий аспект изобретения обеспечивает трубный узел, соединяющий две трубы, сообщающиеся по текучей среде, при этом указанный узел содержит две трубы, каждая из которых имеет свободный конец, корпус соединителя, соединяющий указанные трубы; и механическое уплотняющее устройство, предназначенное для обеспечения уплотнения «металл-металл» между каждой трубой и корпусом соединителя.
Аналогично предыдущему аспекту изобретения при нормальной эксплуатации узел служит для соединения двух труб, сообщающихся по текучей среде. При этом следует понимать, что уплотнение требуется между каждой трубой и корпусом соединителя. Конструкция «металл-металл» обеспечивает очень надежную герметизацию, способную выдерживать высокие давления и температуры. Кроме того, металлическое уплотнение имеет высокую стойкость к коррозии, что увеличивает срок службы уплотнения, особенно по сравнению с традиционными уплотнениями, в частности, с резиновыми или асбестовыми уплотнительными кольцами или прокладками.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое уплотняющее устройство содержит первый металлический элемент и второй металлический элемент, выполненные с возможностью взаимодействия друг с другом для создания уплотнения «металл-металл».
В примерных вариантах осуществления изобретения первый металлический элемент представляет собой обжимное кольцо, имеющее конусную часть, которая содержит наклонную поверхность, предназначенную для упора в соответствующую наклонную поверхность второго металлического элемента. В примерных вариантах осуществления изобретения второй металлический элемент представляет собой втулку, предназначенную для установки в корпусе соединителя и окружения двух свободных концов труб. В примерных вариантах осуществления изобретения втулка выполнена с возможностью перекрытия в эксплуатации свободных концов труб. В примерных вариантах осуществления изобретения две наклонные поверхности имеют немного отличающиеся углы.
В альтернативных вариантах осуществления изобретения втулка выполнена как единое целое с корпусом соединителя, таким образом, в эксплуатации создается уплотнение между контактирующими поверхностями обжимного кольца и корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения первый металлический элемент представляет собой кольцевой уплотняющий элемент, который предназначен для уплотнения трубного соединения и содержит:
нагрузочную поверхность, промежуточную часть и контактную часть;
нагрузочная поверхность предназначена для восприятия осевой силы и передачи этой силы через промежуточную часть к контактной части, которая предназначена для обеспечения уплотнения между трубой и окружающим вторым уплотняющим элементом;
контактная часть выполнена так, чтобы она выступала в радиальном направлении за промежуточную часть и обеспечивала заданную кольцевую область деформации, обеспечивающую плотное прилегание ко второму уплотняющему элементу и герметизацию при приложении заданной осевой силы.
В примерных вариантах осуществления изобретения контактная часть выполнена таким образом, чтобы она выступала радиально наружу за промежуточную часть.
В примерных вариантах осуществления изобретения контактная часть выполнена таким образом, чтобы она выступала радиально внутрь за промежуточную часть.
В примерных вариантах осуществления изобретения контактная часть имеет, по существу, круговое поперечное сечение. В примерных вариантах осуществления изобретения профиль промежуточной части имеет вогнутое поперечное сечение. В примерных вариантах осуществления изобретения промежуточная часть сужается в направлении контактной части. В примерных вариантах осуществления изобретения уплотняющий элемент является металлическим.
В примерных вариантах осуществления изобретения узел дополнительно содержит механизм, предназначенный для воздействия на первый металлический элемент с целью приложения силы для того, чтобы создать осевое перемещение первого металлического элемента в направлении второго металлического элемента.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя содержит одно или более отверстий, образующих множество каналов, которые проходят через часть корпуса соединителя от передней поверхности корпуса соединителя до радиальной внутренней поверхности, по существу, рядом с первым металлическим элементом.
В примерных вариантах осуществления изобретения узел дополнительно содержит упругую шайбу, расположенную между корпусом соединителя и первым металлическим элементом, чтобы в эксплуатации обеспечить приложение силы к первому металлическому элементу.
В примерных вариантах осуществления изобретения предусмотрено механическое блокировочное устройство.
Механическое блокировочное устройство помогает предотвращать нежелательное разделение труб. Оно также в большой степени упрощает процесс монтажа, поскольку на месте установки узла требуется выполнить относительно небольшую работу по сравнению с существующими способами.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере один выступ, расположенный на внутренней поверхности корпуса соединителя. В таких вариантах осуществления изобретения указанный выступ предназначен для совмещения с соответствующий канавкой, предусмотренной на наружной поверхности трубы, вставляемой в соединитель. В эксплуатации выступ и канавка входят в зацепление друг с другом для того, чтобы, по существу, предотвращать или ограничивать осевое перемещение корпуса соединителя относительно свободных концов труб.
В примерных вариантах осуществления изобретения один или оба выступа на корпусе соединителя и канавка на трубе являются круговыми.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере одну круговую канавку, расположенную на внутренней поверхности корпуса соединителя. В таких вариантах осуществления изобретения, указанная канавка предназначена для совмещения с соответствующей канавкой, предусмотренной на наружной поверхности трубы, вставляемой в соединитель, для получения между корпусом соединителя и трубой отверстия или канала, предназначенного для приема запорного элемента, например, отрезка проволоки, с целью предотвращения отделения трубы от корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере один отрезок проволоки, например, для введения в отверстие или канал, образованный между корпусом соединителя и трубой, вставленной в него.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере один выступ или зубец, расположенный на внутренней поверхности корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения зубец является круговым.
В примерных вариантах осуществления изобретения зубец является сужающимся.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя выполнен в виде отдельных первой и второй частей, которые соединяются друг с другом вокруг труб.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя разделен по горизонтальной плоскости, образуя первую и вторую части.
В примерных вариантах осуществления изобретения корпус выполнен в виде отдельных частей, при этом первая часть устанавливается на свободный конец первой трубы или вокруг него, а вторая часть устанавливается на свободный конец второй трубы или вокруг него. В примерных вариантах осуществления изобретения корпус соединителя разделен по вертикальной плоскости
В примерных вариантах осуществления изобретения первая и вторая части корпуса соединителя содержат каналы, проходящие в направлении, перпендикулярном горизонтальной плоскости, и предназначенные для приема соединительных компонентов с целью соединения друг с другом первой и второй частей корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения каждый канал содержит кольцевую поверхность с плоскостью, параллельной горизонтальной плоскости, с которой в эксплуатации взаимодействует соединительный компонент.
Следующий аспект изобретения обеспечивает способ соединения двух труб, сообщающихся по текучей среде, при этом указанный способ содержит обеспечение двух труб, каждая из которых имеет свободный конец; размещение первой части уплотняющего устройства «металл-металл» на свободный конец каждой трубы; и размещение свободного конца каждой трубы внутри корпуса соединителя, содержащего вторую часть уплотняющего устройства «металл-металл», таким образом, чтобы корпус соединителя перекрывал указанные две трубы, при этом первое и второе уплотнения «металл-металл» обеспечивают герметизацию сопряженных металлических поверхностей между соответствующей трубой и корпусом соединителя.
Предпочтительно, данный способ соединения двух труб является исключительно простым и легко повторяемым, что означает необходимость минимального обучения персонала для реализации способа. Кроме того, в случае ремонта труб время простоя в большой степени сокращается по сравнению с известными способами, что минимизирует стоимость любого ремонта. При этом данный способ исключает применение фланцев, которые обычно используются для соединения двух труб, сообщающихся по текучей среде.
В примерных вариантах осуществления изобретения способ содержит шаг приложения силы к первой части уплотнения, чтобы обеспечить герметизацию между трубой и корпусом соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения способ дополнительно содержит шаг обеспечения механического блокировочного устройства, предназначенного для предотвращения или ограничения осевого перемещения корпуса соединителя относительно труб.
В примерных вариантах осуществления изобретения обеспечение механического блокировочного устройства содержит выполнение канавки на наружной поверхности по меньшей мере одной трубы и обеспечение выступа на внутренней поверхности корпуса соединителя, и вхождение в зацепление указанного выступа с указанной канавкой с целью предотвращения или ограничения осевого перемещения корпуса соединителя относительно труб.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере одну круговую канавку, расположенную на внутренней поверхности корпуса соединителя. В таких вариантах осуществления изобретения, указанная канавка предназначена для совмещения с соответствующей канавкой, предусмотренной на наружной поверхности трубы, вставляемой в соединитель, для получения между корпусом соединителя и трубой отверстия или канала, предназначенного для приема запорного элемента, например, отрезка проволоки, с целью предотвращения отделения трубы от корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере один отрезок проволоки, например, для введения в отверстие или канал, образованный между корпусом соединителя и трубой, вставленной в него.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере один выступ или зубец, расположенный на внутренней поверхности корпуса соединителя. В примерных вариантах осуществления изобретения зубец является круговым. В примерных вариантах осуществления изобретения зубец является сужающимся.
В примерных вариантах осуществления изобретения способ дополнительно содержит обеспечение упругой шайбы, расположенной между корпусом соединителя и первой частью уплотнения, для приложения силы к уплотняющему элементу.
Следующий аспект изобретения обеспечивает соединительное устройство, содержащее соединитель и трубу, при этом указанный соединитель имеет охватывающий открытый конец, выполненный с возможностью приема охватываемого свободного конца трубы, соединительное устройство дополнительно содержит механическое уплотняющее устройство, выполненное с возможностью обеспечения уплотнения «металл-металл» между соединителем и трубой, при этом указанное механическое уплотняющее устройство содержит первую наклонную поверхность и вторую наклонную поверхность, выполненные с возможностью контактировать друг с другом, образуя уплотнение «металл-металл».
Указанное соединительное устройство имеет множество преимуществ и областей применения. Так, например, соединительное устройство может образовывать часть известного компенсатора теплового расширения и не требует при этом выполнения каких-либо сварочных работ.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое уплотняющее устройство содержит первый металлический элемент, предназначенный для установки на свободный конец трубы и содержащий первую наклонную поверхность.
В примерных вариантах осуществления изобретения соединитель содержит вторую наклонную поверхность, которая представляет собой, например, часть металлической втулки или другого металлического элемента, расположенного в соединителе, или неотъемлемую часть корпуса соединителя или муфты, образующей охватывающий открытый конец.
В примерных вариантах осуществления изобретения первый металлический элемент представляет собой обжимное кольцо, имеющее конусную часть, которая содержит первую наклонную поверхность, предназначенную для контактирования со второй наклонной поверхностью соединителя. В примерных вариантах осуществления изобретения первая и вторая наклонные поверхности имеют различные углы. В эксплуатации первая наклонная поверхность упирается во вторую наклонную поверхность, образуя надежное уплотнение.
В примерных вариантах осуществления изобретения первый металлический элемент представляет собой кольцевой уплотняющий элемент, предназначенный для герметизации трубного соединения и содержащий:
нагрузочную поверхность, промежуточную часть и контактную часть;
нагрузочная поверхность предназначена для восприятия осевой силы и передачи силы через промежуточную часть к контактной части, которая предназначена для обеспечения уплотнения между трубой и окружающим вторым уплотняющим элементом;
причем контактная часть выполнена таким, чтобы она выступала в радиальном направлении за промежуточную часть и обеспечивала заданную кольцевую область деформации, обеспечивающую плотное прилегание ко второму уплотняющему элементу и герметизацию при приложении заданной осевой силы.
В примерных вариантах осуществления изобретения контактная часть выполнена таким образом, чтобы она выступала радиально наружу за промежуточную часть.
В примерных вариантах осуществления изобретения контактная часть выполнена таким образом, чтобы она выступала радиально внутрь за промежуточную часть.
В примерных вариантах осуществления изобретения контактная часть имеет, по существу, круговое поперечное сечение. В примерных вариантах осуществления изобретения профиль промежуточной части имеет вогнутое поперечное сечение. В примерных вариантах осуществления изобретения промежуточная часть сужается в направлении контактной части. В примерных вариантах осуществления изобретения уплотняющий элемент является металлическим.
В примерных вариантах осуществления изобретения устройство дополнительно содержит механизм для приложения силы к металлическому элементу с целью обеспечения уплотнения между трубой и соединителем.
В примерных вариантах осуществления изобретения соединительное устройство дополнительно содержит колпак, выполненный с возможностью окружения трубы и образующий полость для размещения первого металлического элемента.
В примерных вариантах осуществления изобретения колпак содержит одно или более отверстий, образующих множество каналов, проходящих через часть колпака от передней поверхности колпака до радиальной внутренней поверхности, которая в эксплуатации расположена, по существу, рядом с первым металлическим элементом.
Компоненты, прикладывающие силу, в частности, болты, могут быть вставлены в каналы колпака для приложения силы к первому металлическому элементу, чтобы вызвать осевое перемещение металлического элемента в направлении второй наклонной поверхности соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения каждый канал содержит внутреннюю резьбу, поэтому в каждый канал можно ввинтить болт с соответствующей наружной резьбой, чтобы обеспечить силу, действующую на металлический элемент в осевом направлении.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое уплотняющее устройство дополнительно содержит упругую шайбу, которая воспринимает силу, приложенную к первому металлическому элементу, при этом указанная упругая шайба расположена в полости, образованной колпаком. В примерных вариантах осуществления изобретения указанная шайба рассчитана на любое изменение силы (например, уменьшение приложенной силы вследствие того, что болты или иные соответствующие элементы, которые служат для приложения силы, ослабляются со временем), чтобы обеспечивать сохранение надежной герметизации между трубой и соединителем.
В примерных вариантах осуществления изобретения шайба предназначена для размещения между радиальной внутренней поверхностью и первым металлическим элементом. При этом шайба предпочтительно защищает металлический элемент от повреждения, в частности, от истирания, которое в противном случае могло бы возникнуть, если бы компоненты, прикладывающие силу, контактировали непосредственно с первым металлическим элементом.
В примерных вариантах осуществления изобретения соединительное устройство дополнительно содержит механическое блокировочное устройство, предназначенное для предотвращения или ограничения осевого перемещения соединителя относительно свободного конца трубы.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит первый выступ, расположенный на внутренней поверхности колпака. В таких вариантах осуществления изобретения, первый выступ предназначен для совмещения с соответствующей канавкой, расположенной на наружной поверхности трубы, вставляемой в соединитель. В эксплуатации первый выступ и канавка на трубе входят в зацепление друг с другом.
В примерных вариантах осуществления изобретения один или оба выступа и канавка являются круговыми.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство дополнительно содержит второй выступ, расположенный на внутренней поверхности колпака. В таких вариантах осуществления изобретения второй выступ предназначен для совмещения с соответствующей канавкой, расположенной на наружной поверхности соединителя. В эксплуатации второй выступ и канавка на соединителе входят в зацепление друг с другом.
В альтернативных вариантах осуществления изобретения внутренняя поверхность колпака имеет резьбу, при этом наружная поверхность соединителя также имеет соответствующую резьбу, таким образом, колпак можно навинчивать на соединитель с целью предотвращения или ограничения осевого перемещения соединителя относительно свободного конца трубы.
В примерных вариантах осуществления изобретения колпак содержит отдельные первую и вторую части, которые после сборки окружают трубу.
В примерных вариантах осуществления изобретения колпак разделен по горизонтальной плоскости образуя первую и вторую части.
Предпочтительно, монтаж соединительного устройства упрощен, поскольку первая и вторая части колпака могут быть соединены друг с другом в поперечном направлении вокруг остальных компонентов соединительного устройства.
В примерных вариантах осуществления изобретения первая и вторая части колпака содержат каналы, проходящие в направлении, перпендикулярном горизонтальной плоскости, и предназначенные для приема соединительных компонентов с целью соединения первой и второй частей колпака друг с другом.
В примерных вариантах осуществления изобретения каждый канал содержит кольцевую поверхность с плоскостью, параллельной горизонтальной плоскости, с которой в эксплуатации взаимодействует соединительный компонент.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере одну круговую канавку, расположенную на внутренней поверхности корпуса соединителя. В таких вариантах осуществления изобретения, указанная канавка предназначена для совмещения с соответствующей канавкой, предусмотренной на наружной поверхности трубы, вставляемой в соединитель, для получения между корпусом соединителя и трубой отверстия или канала, предназначенного для приема запорного элемента, например, отрезка проволоки, с целью предотвращения отделения трубы от корпуса соединителя.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере один отрезок проволоки, например, для введения в отверстие или канал, образованный между корпусом соединителя и вставленной в него трубой.
В примерных вариантах осуществления изобретения механическое блокировочное устройство содержит по меньшей мере один выступ или зубец, расположенный на внутренней поверхности корпуса соединителя. В примерных вариантах осуществления изобретения зубец является круговым. В примерных вариантах осуществления изобретения зубец является сужающимся.
Другие аспекты и характеристики изобретения являются очевидными из формулы изобретения и приведенного ниже подробного описания.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления изобретения описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 - вид в аксонометрии трубного узла согласно одному аспекту изобретения,
фиг. 2 - вид в аксонометрии с частичным разрезом трубного узла с фиг. 1, показывающий компоненты, которые образуют трубный узел,
фиг. 3 - вид в поперечном разрезе трубного узла с фиг. 1,
фиг. 4 - вид в аксонометрии корпуса соединителя, представляющего собой компонент трубного узла с фиг. 1,
фиг. 5 - вид в аксонометрии обжимного кольца, представляющего собой компонент трубного узла с фиг. 1,
фиг. 6 - вид в аксонометрии гайки, представляющей собой компонент трубного узла с фиг. 1,
фиг. 7 - вид в аксонометрии упругой шайбы, представляющей собой компонент трубного узла с фиг. 1,
фиг. 8 - вид в аксонометрии трубного узла согласно одному аспекту изобретения,
фиг. 9 - вид в аксонометрии с частичным разрезом трубного узла с фиг.8, показывающий компоненты, которые образуют трубный узел,
фиг. 10 - вид в поперечном разрезе трубного узла с фиг. 8,
фиг. 11 - вид в аксонометрии корпуса соединителя, представляющего собой компонент трубного узла с фиг. 8,
фиг. 12A и 12B - виды в аксонометрии гайки, представляющей собой компонент трубного узла с фиг. 8,
фиг. 13 - вид в аксонометрии трубного узла согласно одному аспекту изобретения,
фиг. 14 - вид в аксонометрии трубного узла с фиг. 13 в разрезе по горизонтальной плоскости, показывающий компоненты, которые образуют трубный узел,
фиг. 15 - вид в увеличенном масштабе трубного узла с фиг. 13,
фиг. 16A - вид в аксонометрии трубы, представляющей собой компонент трубного узла с фиг. 13,
фиг. 16B - вид в поперечном сечении трубы с фиг. 16A,
фиг. 17A - вид в аксонометрии корпуса соединителя, представляющего собой компонент трубного узла с фиг. 13,
фиг. 17B - вид в поперечном сечении корпуса соединителя с фиг. 17A,
фиг. 17C - вид спереди корпуса соединителя с фиг. 17A,
фиг. 17D - вид сверху корпуса соединителя с фиг. 17A,
фиг. 18A - втулка, представляющая собой компонент трубного узла с фиг. 13,
фиг. 18B - вид в поперечном разрезе втулки с фиг. 18A,
фиг. 19A - вид в аксонометрии обжимного кольца, представляющего собой компонент трубного узла с фиг. 13,
фиг. 19B - вид в поперечном разрезе обжимного кольца с фиг. 19A,
фиг. 20A - вид в аксонометрии упругой шайбы, представляющей собой компонент трубного узла с фиг. 13,
фиг. 20B - вид в поперечном сечении упругой шайбы с фиг. 20A,
фиг. 20C - вид в поперечном разрезе упругой шайбы с фиг. 20A в увеличенном масштабе,
фиг. 21 - вид в аксонометрии следующего аспекта изобретения, показывающий соединительное устройство, расположенное между трубой и соединителем,
фиг. 22 - вид в поперечном сечении соединительного устройства с фиг. 21,
фиг. 23 - вид сверху соединительного устройства с фиг. 21,
фиг. 24 - вид в аксонометрии трубного узла согласно одному аспекту изобретения,
фиг. 25 - вид в поперечном сечении трубного узла с фиг. 24,
фиг. 26A - вид в аксонометрии уплотняющего элемента или обжимного кольца, представляющего собой компонент трубного узла с фиг. 24,
фиг. 26B - вид сбоку уплотняющего элемента или обжимного кольца с фиг. 26A,
фиг. 27 - вид в аксонометрии корпуса соединителя, представляющего собой компонент трубного узла с фиг. 24, и
фиг. 28 - вид в аксонометрии втулки, представляющей собой компонент трубного узла с фиг. 24.
Подробное раскрытие изобретения
На фиг. 1 - 3 показан узел соединения двух труб, сообщающихся по текучей среде, который в целом обозначен ссылочным номером 100. Узел содержит две трубы 102, соединенные корпусом 104 соединителя. Корпус 104 соединителя имеет противоположные открытые концы, предназначенные для приема свободного конца трубы 102.
Как более подробно раскрыто ниже, осевое перемещение труб 102 относительно корпуса 104 соединителя предотвращается или ограничивается механическим блокировочным устройством 106. В данном варианте осуществления механическое блокировочное устройство 106 содержит множество отрезков проволоки 160, установленных в канавках, которые предусмотрены в трубах 102 и корпусе 104 соединителя. Механическое уплотняющее устройство 108 обеспечивает герметизацию между трубами и корпусом соединителя. Механическое уплотняющее устройство 108 содержит металлический элемент, в частности, в данном варианте осуществления - металлическое обжимное кольцо 130. Механическое уплотняющее устройство 108 дополнительно содержит колпак 109, в частности, гайку 140. В данном варианте осуществления гайка 140 расположена на каждом из противоположных концов корпуса 104 соединителя и используется для создания силы сжатия, действующей на обжимное кольцо 130, обеспечивая уплотнение между обжимным кольцом 130 и корпусом 104 соединителя.
В данном варианте осуществления каждая труба 102 имеет диаметр, приблизительно равный 100 мм (т. е., труба относительно большого диаметра, подходящая для транспортировки нефти и т. п. при высоком давлении). Каждая труба 102 имеет две канавки 103, расположенные, в общем, рядом со свободным концом трубы 102. Каждая канавка 103 проходит вдоль всей наружной окружности трубы 102. Канавки 103, в общем, имеют полукруглое поперечное сечение и могут быть получены любым подходящим способом, в частности, путем обработки резанием. Однако следует понимать, что каждая канавка 103 может иметь любую подходящую форму поперечного сечения и может занимать только часть наружной окружности трубы.
Как показано на фиг. 4, корпус 104 соединителя образует втулку 110, выполненную, в общем, в виде полого цилиндра с противоположными открытыми концами, имеющую в данном варианте осуществления длину, равную приблизительно 200 мм, и сквозное отверстие диаметром между 100,08 и 100,11 мм, таким образом, в него с небольшим зазором могут быть введены свободные концы двух труб 102. Втулка 110 имеет внутренний заплечик 112, выступающий из внутренней поверхности 114. В эксплуатации внутренний заплечик 112 действует в качестве упора для свободных концов труб 102, Внутренний заплечик 112 проходит вдоль всей внутренней окружности втулки 110, однако следует понимать, что внутренний заплечик 112 может занимать только одну или более частей внутренней окружности втулки 110. В данном варианте осуществления внутренний заплечик 112 расположен в центре втулки 110 в продольном направлении, поэтому в каждый открытый конец втулки 110 входит одинаковая длина каждой трубы 102. Оказалось, что такая конструкция обеспечивает требуемое распределение сил при работе втулки 110, однако, следует понимать, что внутренний заплечик 112 может быть расположен в любом подходящем положении во втулке 110, или может быть полностью удален, например, в тех случаях, когда втулка используется для ремонта двух поврежденных труб.
На внутренней поверхности 114 втулки 110 предусмотрено также множество канавок 116. В данном варианте осуществления показано четыре канавки 116, при этом две канавки 116 расположены с каждой стороны от внутреннего заплечика 112 в продольном направлении. Каждая канавка 116 проходит по всей внутренней окружности втулки 110 и, в общем, имеет полукруглое поперечное сечение. Каждая канавка 116 соединяется с отверстием 118. Таким образом, имеется всего четыре отверстия 118, расположенных в ряд по горизонтали на одной стороне втулки 110. Все отверстия 118 проходят от наружной поверхности 115 втулки к внутренней поверхности 114, образуя, таким образом, множество проходов от наружной поверхности 115 до канавок 116.
Втулка 110 имеет противоположные торцевые поверхности 120. Как наиболее наглядно показано на фиг. 3, торцевые поверхности 120 втулки 110 образованы первым поверхностным участком 120a и вторым поверхностным участком 120b. Поверхностный участок 120a является радиальным, т. е., он выступает в направлении, по существу, перпендикулярном направлению продольной оси втулки 110, и в данном варианте осуществления является, по существу, плоским. Соединение поверхностного участка 120a с внутренней поверхностью 114 образует поверхностный участок 120b. Поверхностный участок 120b является наклонным и расположен под углом к продольной оси втулки 110, составляющим в данном варианте осуществления приблизительно от 12° до 24° включительно. Наклонный поверхностный участок 120b в данном варианте осуществления является, по существу, плоским.
По существу, рядом с торцевыми поверхностями 120 на каждом конце втулки 110 на наружной поверхности 115 расположена канавка 122. Канавка 122 проходит по всей наружной окружности втулки 110 и, в общем, имеет полукруглое поперечное сечение. Сбоку во внутреннем направлении от канавки 122 расположен заплечик 124. В данном варианте осуществления заплечик 124 проходит по всей наружной окружности втулки 110, однако, следует понимать, что заплечик 124 может занимать только одну или более частей наружной окружности втулки 110.
Как показано на фиг. 3 и 5, обжимное кольцо 130 состоит из двух кольцевых частей 130a и 130b. Кольцевая часть 130a, в общем, имеет прямоугольное поперечное сечение, т. е., внутренняя поверхность 132 и наружная поверхность 133 кольцевой части 130a являются параллельными. Кольцевая часть 130a имеет переднюю поверхность 134, которая соединяет внутреннюю поверхность 132 и наружную поверхность 133. Кольцевая часть 130b выступает из передней поверхности 134, в общем, в перпендикулярном направлении. Кольцевая часть 130b, в общем, имеет конусность. Кольцевая часть 130b имеет меньший наружный диаметр, чем кольцевая часть 130a. Кольцевая часть 130b имеет внутреннюю поверхность 136, которая является компланарной внутренней поверхности 132, таким образом, эти две поверхности образуют сплошную ровную поверхность, которая ограничивает сквозное отверстие постоянного диаметра в обжимном кольце 130. Кольцевая часть 130b имеет также наружную поверхность 138. Наружная поверхность 138 имеет наклон к плоскости внутренней поверхности 136, составляющий приблизительно от 10° до 20° включительно, чтобы обеспечить сужение кольцевой части 130b. Наружная поверхность 138, в общем, является ровной. Соединение наружной поверхности 138 с наружной поверхностью 133 образует заднюю поверхность 135 обжимного кольца 130.
Как показано на фиг. 3 и 6, гайка 140, в общем, имеет корытообразное поперечное сечение. Гайка 140, в общем, содержит кольцевую часть 142, кольцевую часть 146 и соединительную часть 144, которая соединяет кольцевую часть 142 с кольцевой частью 146. Диаметр отверстия кольцевой части 142 в данном варианте осуществления составляет от 100,08 до 100,11 мм (т. е., является достаточным для установки на трубу диаметром 100 мм с небольшим зазором). Отверстие соединительной части 144 и кольцевой части 146 больше, чем отверстие кольцевой части 142, и является приблизительно равным наружному диаметру втулки 110 и наружному диаметру кольцевой части 130a обжимного кольца 130, который в данном варианте осуществления составляет около 150 мм. В контексте настоящего описания принимается, что кольцевая часть 142 представляет собой переднюю сторону гайки 140, а кольцевая часть 146 - заднюю сторону гайки 140.
Кольцевая часть 142 имеет внутреннюю поверхность 142a, наружную поверхность 142c и переднюю поверхность 142b, которая соединяет внутреннюю поверхность 142a и наружную поверхность 142c. Внутренняя поверхность 142a и наружная поверхность 142c являются параллельными, в то время как передняя поверхность 142b перпендикулярна этим обеим поверхностям. На передней поверхности 142b с соответствующим шагом по окружности равномерно распределено множество отверстий 143. В данном варианте осуществления показано двенадцать круглых отверстий 143, однако, может быть использована любая подходящая форма и любое количество отверстий 143. Отверстия 143 проходят сквозь всю глубину кольцевой части 142, т. е., от передней поверхности 142b до задней поверхности 142d.
Соединительная часть 144 соединяет кольцевую часть 142 с кольцевой частью 146. Соединительная часть 144 имеет внутреннюю поверхность 144a и наружную поверхность 144c. Наружная поверхность 144c является компланарной наружной поверхности 142c, поэтому две указанные поверхности образуют сплошную ровную поверхность. Внутренняя поверхность 144a является параллельной наружной поверхности 144c.
Кольцевая часть 146 соединяется с соединительной частью 144. Кольцевая часть 146 имеет внутреннюю поверхность 146a, заднюю поверхность 146d, наружную поверхность 146c и переднюю поверхность 146b. Внутренняя поверхность 146a является компланарной внутренней поверхности 144a, таким образом, эти две поверхности образуют сплошную ровную поверхность. Наружная поверхность 146c параллельна внутренней поверхности 146a. Задняя поверхность 146d соединяет наружную поверхность 146c с внутренней поверхностью 146a. Задняя поверхность 146d перпендикулярна наружной поверхности 146c и внутренней поверхности 146a. Передняя поверхность 146b параллельна задней поверхности 146d и соединяет наружную поверхность 146c с наружной поверхностью 144c.
На внутренней поверхности 146a кольцевой части 146 расположена канавка 148. В данном варианте осуществления канавка 148 проходит по всей внутренней окружности кольцевой части 146 гайки 140 и, в общем, имеет полукруглое поперечное сечение. На наружной поверхности 146c расположено отверстие 149. Отверстие 149 совмещается в продольном направлении с канавкой 148, образуя канал от наружной поверхности 146c к канавке 148.
В данном варианте осуществления узел 100 дополнительно содержит упругую шайбу 150. Как показано на фиг. 7, шайба 150 представляет собой пружинную шайбу. Шайба 150 имеет кольцевую форму и полукруглое поперечное сечение. В данном варианте осуществления шайба содержит заплечик 154, выступающий в направлении, перпендикулярном верхней поверхности 152 шайбы 150. Заплечик 154 также имеет кольцевую форму, а его внутренний диаметр равен внутреннему диаметру остальной части шайбы 150, таким образом, шайба 150 имеет отверстие постоянного диаметра, проходящее через ее центр. Шайба 150 обычно изготавливается из металла, в частности, из стали. Предпочтительно используется пружинная сталь с высоким пределом текучести и высоким модулем упругости, в частности, средне-/высокоуглеродистая сталь, однако, может быть использован любой подходящий материал. Также следует понимать, что может быть использован любой подходящий тип упругой шайбы.
Для сборки компонентов узла 100 вначале на соответствующих местах свободных концов труб 102 выполняют канавки 103. Затем на каждую трубу 102 отдельно надевают гайку 140. Далее на трубу 102 надевают шайбу 150. Шайба 150 имеет внутренний диаметр, аналогичный диаметру трубы 102, и наружный диаметр, аналогичный диаметру отверстия соединительной части 144 гайки 140. Поэтому шайба 150 входит в отверстие соединительной части 144 и упирается в заднюю поверхность 142d кольцевой части 142. Затем на трубу 102 надевают обжимное кольцо 130, таким образом, чтобы передняя поверхность 134 кольцевой части 130a упиралась в шайбу 150, при этом обжимное кольцо 130 располагается в отверстии соединительной части 144. Шайбу 150 устанавливают таким образом, чтобы в эксплуатации заплечик 154 шайбы 150 упирался в переднюю поверхность 134 обжимного кольца 130. Это позволяет шайбе изгибаться относительно ее заплечика, чтобы воспринимать приложенную силу и, по существу, ограничивать перемещение обжимного кольца 130.
После этого втулку 110 задвигают на трубу 102 до тех пор, пока свободный конец трубы 102 не упрется в заплечик 112. Заплечик 112 имеет такой размер, чтобы он выступал из внутренней поверхности 114 втулки на расстояние, на котором верхняя поверхность 112a заплечика находится, по существу, на одном уровне с внутренним диаметром трубы 102. Это минимизирует турбулентность в трубе 102 во время ее эксплуатации, успешно повышая скорость прохождения текучей среды по трубе 102. Когда труба 102 упирается в заплечик 112, канавки 103 трубы 102 совмещаются с канавками 116 втулки 110, образуя каналы с круглым поперечным сечением между втулкой 110 и трубой 102.
Затем гайку 140 перемещают назад по втулке 110 в направлении конца трубы 102 до тех пор, пока задняя поверхность 146d не будет упираться в заплечик 124, расположенный на наружной поверхности 115 втулки 110. Когда гайка 140 упирается в заплечик 124, канавка 122 втулки 110 совмещается с канавкой 148, образуя канал между втулкой 110 и гайкой 140.
Этот же процесс повторяется на другой трубе 102 соединения таким образом, чтобы узел перекрывал зазор между двумя трубами 102.
Отдельный отрезок проволоки 160 вводят через каждое отверстие 118 и отверстие 149, и через проходы, образованные между соответствующими компонентами. Отрезок проволоки 160 имеет достаточную прочность, чтобы предотвращать или ограничивать относительное перемещение компонентов узла в осевом направлении, т. е., вдоль продольной оси втулки 110. Каждый отрезок проволоки 160 имеет диаметр, позволяющий вводить его по меньшей мере в один из проходов, и соответствующую длину. В данном варианте осуществления он удерживается на месте квадратными заглушками. Это является полезным, поскольку пользователю для сборки узла 110 требуется только торцевой ключ. Однако следует понимать, что любой подходящий способ может быть использован для закрепления отрезка проволоки на месте.
Затем множество болтов 152 вставляют через отверстия 143 со стороны передней поверхности 142b в направлении задней поверхности 142d каждой гайки 140. Они проходят насквозь и упираются в шайбу 150. Поскольку болты 152 затягиваются, к шайбе 150 прикладывается сила, которая передается к обжимному кольцу 130. Шайба 150 успешно обеспечивает сохранение приложения силы гайкой 140 в процессе эксплуатации, поскольку она может быть рассчитана на естественный прогиб, который может иметь место между гайкой 140 и обжимным кольцом 130, а также на уменьшение силы, прилагаемой болтами 152, с течением времени или вследствие их ослабления в процессе эксплуатации. Она также защищает обжимное кольцо 130 от повреждения вследствие истирания болтами 152.
Сила, прилагаемая болтами 152, сжимает обжимное кольцо 130 в направлении втулки 110. При этом наклонная поверхность 138 обжимного кольца 130 упирается в наклонную поверхность 120b втулки 110. Граница раздела наклонных поверхностей и обжимное кольцо 130 адаптируются к большему углу поверхности 120b втулки 110. Это создает надежное механическое уплотняющее устройство между втулкой 110 и обжимным кольцом 130.
Таким образом, в эксплуатации нефть может проходить из одной трубы 102 в другую трубу 102 под высоким давлением с очень низкой опасностью возникновения утечки, благодаря надежному механическому уплотняющему устройству, создаваемому узлом 100.
Второй вариант осуществления изобретения раскрыт со ссылками на фиг. 8 - 10. Этот вариант осуществления работает аналогично первому варианту осуществления, однако содержит модифицированное механическое блокировочное устройство. Эквивалентные компоненты каждого варианта осуществления обозначены соответствующими ссылочными номерами: 102, 202 и т. д.
Трубный узел в целом обозначен ссылочным номером 200. Узел содержит две трубы 202, соединенные корпусом 204 соединителя. Корпус 204 соединителя имеет противоположные открытые концы, предназначенные для приема свободного конца трубы 202.
Как более подробно раскрыто ниже, осевое перемещение труб 202 относительно корпуса 204 соединителя предотвращается или ограничивается механическим блокировочным устройством 206. В данном варианте осуществления механическое блокировочное устройство 206 содержит множество отрезков проволоки 260, вставленных в канавки, предусмотренные в трубах 202, и в канавки, предусмотренные в механическом уплотняющем устройстве 208 (раскрыто ниже). Механическое блокировочное устройство дополнительно содержит резьбовое соединение между корпусом 204 соединителя и механическим уплотняющим устройством 208. Механическое уплотняющее устройство 208 обеспечивает герметизацию между трубами и корпусом соединителя. Механическое уплотняющее устройство 208 содержит металлический элемент, в частности, в данном варианте осуществления, металлическое обжимное кольцо 230. Механическое уплотняющее устройство 208 дополнительно содержит колпак 209, в частности, гайку 240. В данном варианте осуществления гайка 240 расположена на каждом из противоположных концов корпуса 204 соединителя и используется для приложения силы сжатия к обжимному кольцу 230, обеспечивая герметизацию соединения между трубами и корпусом 204 соединителя.
В данном варианте осуществления каждая труба 202 имеет диаметр, приблизительно равный 100 мм (т. е., труба относительно большого диаметра, подходящая для транспортировки нефти или т. п. при высоком давлении). Каждая труба 202 имеет по меньшей мере одну канавку 203, расположенную на расстоянии от свободного конца трубы 202. Каждая канавка 203 проходит по всей наружной окружности трубы 202. Канавки 203, в общем, имеют полукруглое поперечное сечение и могут быть получены любым подходящим способом, в частности, путем обработки резанием. Однако следует понимать, что каждая канавка 203 может иметь любую подходящую форму поперечного сечения и может занимать только часть наружной окружности трубы.
Как показано на фиг. 11, корпус 204 соединителя образует втулку 210, которая, в общем, имеет форму полого цилиндра с противоположными открытыми концами, в данном варианте осуществления - длиной приблизительно 200 мм и с отверстием диаметром между 100,08 и 100,11 мм, таким образом, в него с небольшим зазором могут быть введены свободные концы двух труб 202. Втулка 210 имеет внутреннюю поверхность 214, которая, в общем, является ровной.
Втулка 210 имеет противоположные торцевые поверхности 220. Как наиболее наглядно показано на фиг. 11, торцевые поверхности 220 втулки 210 образованы первым поверхностным участком 220a и вторым поверхностным участком 220b. Поверхностный участок 220a является радиальным, т. е., он выступает, по существу, в перпендикулярном направлении продольной оси втулки 210, и в данном варианте осуществления является, по существу, плоским. Поверхностный участок 220b соединяет поверхностный участок 220a с внутренней поверхностью 214.
Поверхностный участок 220b является наклонным и расположен под углом к продольной оси втулки 210, составляющим в данном варианте осуществления приблизительно от 12° до 24° включительно. Наклонный поверхностный участок 220b в данном варианте осуществления является, по существу, ровным.
По существу, рядом с торцевыми поверхностями 220 на каждом конце втулки 210 между торцевой поверхностью 220 и наружной поверхностью 215 расположена резьбовая часть 217. Резьбовая часть 217 проходит по всей наружной окружности втулки 210. Наружный диаметр втулки 210 в резьбовой части 217 меньше, чем наружный диаметр в остальной части втулки 210, поэтому гайка 240 может быть установлена на конце втулки 210. При этом меньший наружный диаметр резьбовой части 217 образует поверхность 219, перпендикулярную наружной поверхности 215 втулки 210 (или продольной оси втулки 210).
Обжимное кольцо 230 имеет, по существу, такую же конструкцию, как и обжимное кольцо 130 в первом варианте осуществления, и не описывается повторно.
Как показано на фиг. 10, 12a и 12b, гайка 240, в общем, имеет П-образную форму поперечного сечения. Гайка 240, в общем, имеет кольцевую часть 242 и кольцевую часть 244. Отверстие кольцевой части 242 в данном варианте осуществления составляет от 100,08 до 100,11 мм (т. е., является достаточным для установки на трубу диаметром 100 мм с небольшим зазором). Отверстие кольцевой части 244 больше, чем отверстие кольцевой части 242 и является приблизительно равным наружному диаметру втулки 210 и наружному диаметру кольцевой части 230a обжимного кольца 230, которые в данном варианте осуществления составляют приблизительно 150 мм. В контексте настоящего описания принимается, что кольцевая часть 242 является передней стороной гайки 240, а кольцевая часть 244 - задней стороной гайки 240.
Кольцевая часть 242 имеет внутреннюю поверхность 242a, наружную поверхность 242c и переднюю поверхность 242b, которая соединяет внутреннюю поверхность 242a и наружную поверхность 242c. Внутренняя поверхность 242a и наружная поверхность 242c являются взаимно параллельными, при этом передняя поверхность 242b перпендикулярна обеим указанным поверхностям. На передней поверхности 242b с соответствующим шагом по окружности равномерно распределено множество отверстий 243. В данном варианте осуществления показано двенадцать круглых отверстий 243, однако, может быть использована любая подходящая форма и любое количество отверстий 243. Отверстия 243 проходят сквозь всю толщину кольцевой части 242, т. е., от передней поверхности 242b до задней поверхности 242d.
Кольцевая часть 242 соединяется с кольцевой частью 244. Кольцевая часть 244 имеет внутреннюю поверхность 244a и наружную поверхность 244c. Наружная поверхность 244c является компланарной наружной поверхности 242c, поэтому две указанные поверхности образуют сплошную ровную поверхность. Внутренняя поверхность 244a является параллельной наружной поверхности 244c.
Внутренняя поверхность имеет также заднюю поверхность 244d, соединяющую внутреннюю поверхность 244a с наружной поверхностью 244c, при этом задняя поверхность 244d перпендикулярна, как внутренней поверхности 244a, так и наружной поверхности 244c.
На внутренней поверхности 244a кольцевой части 244, в общем, рядом с задней поверхностью 244d расположена резьбовая часть 245. В данном варианте осуществления резьбовая часть 245 проходит по всей внутренней окружности кольцевой части 244 гайки 240 и соответствует резьбовой части 217 втулки 210, таким образом, в эксплуатации гайка 240 навинчивается на втулку 210, образуя надежное резьбовое соединение. Это является полезным потому, что обеспечивает большой запас жесткости узла 200.
Внутренняя поверхность 242a содержит две канавки 247, расположенные, в общем, рядом с передней поверхностью 242b кольцевой части 242. Каждая канавка 247 проходит по всей внутренней окружности кольцевой части 242. Канавки 247, в общем, имеют полукруглое поперечное сечение и могут быть получены любым подходящим способом, в частности, путем обработки резанием. Однако следует понимать, что каждая канавка 247 может иметь любую подходящую форму поперечного сечения, может занимать только часть внутренней окружности кольцевой части 242 гайки 240, и при этом может быть использовано большее или меньшее количество канавок. Наружная поверхность 242c содержит по меньшей мере одно отверстие 249. Отверстие 249 расположено в продольном направлении на одном уровне по меньшей мере с одной канавкой 247, образуя проход от наружной поверхности 244c к канавке 247.
В данном варианте осуществления узел 200 дополнительно содержит упругую шайбу 250, которая выполнена, по существу, так же, как упругая шайба 150 в первом варианте осуществления, и не описывается повторно.
Для сборки компонентов узла 200 отдельно на каждую трубу 202 путем обработки резанием наносят две канавки 203 на заданном расстоянии от свободного конца, таким образом, чтобы в эксплуатации они совмещались с канавками 247, предусмотренными на гайке 240. Затем гайку 240 надевают на трубу 202. После этого на трубу 202 надевают шайбу 250. Шайба 250 имеет внутренний диаметр, аналогичный внутреннему диаметру трубы 202, и наружный диаметр, аналогичный диаметру отверстия кольцевой части 244 гайки 240. Таким образом, шайба 250 входит в отверстие кольцевой части 244 и упирается в заднюю поверхность 242d кольцевой части 242. Затем на трубу 202 надевают обжимное кольцо 230, таким образом, чтобы передняя поверхность 234 кольцевой части 230a упиралась в шайбу 250, при этом обжимное кольцо 230 помещается в отверстии кольцевой части 244. Шайбу 250 устанавливают таким образом, чтобы заплечик 254 шайбы 250 в эксплуатации упирался в переднюю поверхность 234 обжимного кольца 230. Это позволяет шайбе изгибаться относительно ее заплечика, чтобы воспринимать приложенную силу и, по существу, ограничивать перемещение обжимного кольца 230.
Затем на трубу 202 надевают втулку 210. После этого гайку 240 свинчивают назад по втулке 210 в направлении конца трубы 202 до тех пор, пока задняя поверхность 244d не упрется в поверхность 219 втулки 210, и резьбовые части 217 и 245 не будут соединены. Когда гайка 240 упирается в поверхность 219 втулки 210, канавки 247 гайки 240 совмещаются с канавками 203 трубы 202, образуя канал между гайкой 240 и трубой 202.
Этот же процесс повторяют на другой трубе 202 соединения, таким образом, чтобы узел перекрывал зазор между двумя трубами 202.
Отдельный отрезок проволоки 260 вводят через каждое отверстие 249 и через каналы, образованные между соответствующими компонентами. Отрезок проволоки 260 обеспечивает достаточную прочность, чтобы предотвращать или ограничивать относительное перемещение компонентов узла в осевом направлении, т. е., вдоль продольной оси втулки 210. Каждый отрезок проволоки 260 имеет диаметр, который позволяет вводить его по меньшей мере в один из каналов, и соответствующую длину. В данном варианте осуществления он закрепляется на месте квадратными заглушками. Это является полезным, поскольку пользователю для сборки узла 210 требуется только торцевой ключ. Однако следует понимать, что любой подходящий способ может быть использован для закрепления отрезка проволоки на месте. Отрезок проволоки, указанный во всех вариантах осуществления изобретения, в общем, представляет собой отрезок проволочного троса, однако, проволочный трос не является ограничением, и альтернативно может использоваться одножильная проволока. Когда отрезки проволоки 260 вставлены на место во время установки механического уплотняющего устройства и корпуса соединителя, любое перемещение труб отделяется от остальной части компонентов.
Затем множество болтов 252 вставляют в отверстия 243 со стороны передней поверхности 242b в направлении задней поверхности 242d каждой гайки 240. Они проходят насквозь и упираются в шайбу 250. Когда болты 252 затягивают, сила прикладывается к шайбе 250 и передается обжимному кольцу 230. Шайба 250 успешно обеспечивает сохранение приложения силы гайкой 240 в процессе эксплуатации, поскольку она может быть рассчитана на естественный прогиб, который может иметь место между гайкой 240 и обжимным кольцом 230, а также на уменьшение силы, прилагаемой болтами 252, с течением времени или вследствие их ослабления в процессе эксплуатации. Она также защищает обжимное кольцо 230 от повреждения вследствие истирания болтами 252.
Сила, прилагаемая болтами 252, сжимает обжимное кольцо 230 в направлении втулки 210. При этом наклонная поверхность 238 обжимного кольца 230 упирается в наклонную поверхность 220b втулки 210. Граница раздела наклонных поверхностей и обжимное кольцо 230 адаптируются к большему углу поверхности 220b втулки 210. Это создает надежное механическое уплотняющее устройство между втулкой 210 и обжимным кольцом 230. Конусность способствует улучшению работы уплотнения, когда давление в трубе повышается.
Таким образом, в эксплуатации нефть может проходить из одной трубы 202 в другую трубу 202 под высоким давлением с очень низкой опасностью возникновения утечки, благодаря надежному механическому уплотняющему устройству, создаваемому узлом 200.
На фиг. 13 -15 показан соединительный узел, соединяющий две трубы, сообщающиеся по текучей среде, в целом обозначенный ссылочным номером 300.
Узел является подходящим для транспортировки различных текучих сред, как жидких, так и газообразных, например, нефти, пищевых и других продуктов, известных специалистам в данной области техники. Узел содержит две трубы 302, соединенных съемным корпусом, который в данном варианте осуществления представляет собой корпус 310 соединителя. Корпус 310 соединителя выполнен с возможностью приема двух труб 302.
Как более подробно раскрыто ниже, осевое перемещение труб 302 относительно корпуса 310 соединителя предотвращается или ограничивается механическим блокировочным устройством 304. Механическое уплотняющее устройство 306 обеспечивает герметизацию между трубами 302 и корпусом 310 соединителя. Механическое уплотняющее устройство 306 содержит металлические элементы в частности, в данном варианте осуществления - втулку 330 и металлическое обжимное кольцо 340. В данном варианте осуществления сила сжатия прикладывается в эксплуатации к обжимному кольцу 330, образуя уплотнение между обжимным кольцом 340 и втулкой 330.
В данном варианте осуществления каждая труба 302 имеет диаметр, приблизительно равный 300 мм (т. е., труба относительно большого диаметра, подходящая для транспортировки нефти или т. п. при высоком давлении). Как показано на фиг. 16A и 16B, каждая труба 302 имеет механически обработанную часть 308. В данном варианте осуществления механически обработанная часть 308 составляет приблизительно 90 мм в продольном направлении от свободного конца каждой трубы. Она, в общем, имеет меньший наружный диаметр, чем остальная часть трубы, например, в данном варианте осуществления наружный диаметр механически обработанной части равен 113 мм, в то время как наружный диаметр исходной трубы составляет 114,8 мм. Канавка 309 выполнена в каждой трубе 302. Каждая канавка 309 проходит по всей наружной окружности трубы 302. Канавки 309, в общем, имеют прямоугольное поперечное сечение и могут быть получены любым подходящим способом, в частности, путем обработки резанием. В данном варианте осуществления канавка 309 имеет ширину поперечного сечения 10,5 мм и радиус закругления каждого угла, равный 2 мм. Указанный радиус закругления позволяет легко вставлять соответствующий выступ в канавку (что более подробно раскрыто ниже). Однако следует понимать, что каждая канавка 309 может иметь любую подходящую форму поперечного сечения и может занимать только часть наружной окружности трубы. Наружная кромка свободного конца каждой трубы 302 также имеет фаску, которая в данном варианте осуществления составляет 0,5 мм. Указанная фаска позволяет закруглить кромку трубы и может способствовать предотвращению нарастаний на кромке труб, например, в трубах, которые используются тех областях, где предъявляются санитарно-технические требования. Уменьшение зазора может также способствовать предотвращению коррозии.
Как показано на фиг. 17A - 17D, корпус 310 соединителя, в общем, выполнен в виде полого цилиндра с противоположными открытыми концами. В данном варианте осуществления трубный соединитель имеет длину, приблизительно равную 175 мм. Образуя, в общем, полый цилиндр, корпус 310 соединителя изготовлен из двух частей. Корпус 310 соединителя разделен надвое по горизонтальной плоскости A-A, проходящей в направлении продольной оси корпуса 310 соединителя, как показано на фиг. 17C. На практике это означает, что две половины корпуса 310 соединителя можно соединять друг с другом, чтобы окружить две трубы 302. Внутренняя поверхность корпуса 310 соединителя содержит множество выступов и выемок, которые служат для получения механического блокировочного устройства 304, а также для размещения механического уплотняющего устройства 306 (что более подробно раскрыто ниже).
Корпус 310 соединителя является симметричным относительно поперечной центральной оси. Поэтому корпус 310 соединителя описывается, начиная с одного наружного в продольном направлении конца, а именно, с левого конца, как показано на фиг. 17B.
Наружная часть 312 корпуса 310 соединителя в данном варианте осуществления содержит переднюю поверхность 312a, по существу, перпендикулярную продольной оси корпуса 310 соединителя, и наружную поверхность 312b, параллельную продольной оси корпуса 310 соединителя и проходящую, по существу, между двумя противоположными передними поверхностями 312a. Более конкретно, каждая поверхность 312a соединяется с поверхностью 312b посредством закругленного угла, радиус закругления, которого в данном варианте осуществления составляет 2 мм. Наружная часть 312 имеет также внутреннюю поверхность 312c, которая является концентричной наружной поверхности 312b. В корпус 310 соединителя могут входить две трубы 302 с очень небольшим зазором. В данном варианте осуществления наружная поверхность 312b имеет отверстие с диаметром между 113 мм и 113,3 мм.
Рядом с наружной частью 312 расположена выступающая внутрь часть 314. Выступающая часть 314 имеет внутреннюю поверхность 314c, параллельную продольной оси корпуса соединителя и образующую в данном варианте осуществления отверстие диаметром 109,2 мм, проходящее через эту часть корпуса соединителя. Внутренняя поверхность 314c соединяется с внутренней поверхностью 312c посредством закругленного угла, радиус закругления которого в данном варианте осуществления составляет 2 мм. Выступающая часть 314 имеет размер, соответствующий размеру канавки 309, предусмотренной в каждой трубе 302, поэтому выступающая часть 314 входит в канавку 309.
Рядом с выступающей частью 314 расположен канал 316. Канал 316, в общем, является прямоугольным, и в данном варианте осуществления предназначен для размещения компонентов, которые относятся к механическому уплотняющему устройству 306 (что более подробно раскрыто ниже). Канал 316 имеет переднюю поверхность 316a, которая является параллельный передней поверхности 312a и соединяется с внутренней поверхностью 314c посредством закругленного угла, радиус закругления которого в данном варианте осуществления составляет 2 мм. Передняя поверхность 316a проходит в наружном направлении до внутренней поверхности 316c, которая является концентричной наружной поверхности 312b. Рядом с внутренней поверхностью 316c расположена задняя поверхность 316d, которая является параллельной передней поверхности 316a, но проходит внутрь в меньшей степени, чем поверхность 316a. Соединение передней поверхности 316a и внутренней поверхности 316c представляет собой закругленный угол, радиус закругления которого в данном варианте осуществления составляет 1 мм. Аналогично этому внутренняя поверхность 316c соединяется с задней поверхностью 316d посредством закругленного угла, радиус закругления которого в данном варианте осуществления также составляет 1 мм.
Задняя поверхность 316d образует переднюю поверхность заплечика 318. Внутренняя поверхность 318c концентрична наружной поверхности 312b и образует отверстие в этом сечении, диаметр которого в данном варианте осуществления составляет 120,5 мм. Задняя поверхность 318d заплечика 318 параллельна задней поверхности 316d, однако, проходит вниз от внутренней поверхности 318c на меньшую величину, чем задняя поверхность 316d проходит вниз от внутренней поверхности 318c.
Таким образом, между двумя задними поверхностями 318d образуется выемка 320. Внутренняя поверхность 320c соединяет две задние поверхности 318d друг с другом и образует сечение с отверстием, диаметр которого в данном варианте осуществления составляет приблизительно 129 мм. Размер выемки 320 позволяет устанавливать втулку 330 (что более подробно раскрыто ниже).
Как наиболее наглядно показано на фиг. 17C, корпус 310 соединителя разделен на две половины 310a, 310b, которые можно сложить друг с другом и соединить, чтобы окружить трубы 302. Как показано на фиг. 17D, каждая половина 310a, 310b корпуса 310 соединителя содержит множество отверстий 322. Когда две половины 310a, 310b корпуса 310 соединителя соединяются вместе, каждое отверстие 322 в первой половине 310a совмещается с соответствующим отверстием 322 во второй половине 310b. Такое расположение отверстий образует множество каналов 322a, которые проходят в направлении, перпендикулярном плоскости A-A (показанной на фиг. 17C), и также в направлении, перпендикулярном ровной внутренней поверхности 323 каждой половины корпуса соединителя (показано на фиг. 14).
Каналы 322a проходят от наружной поверхности 312b первой половины 310a корпуса соединителя до наружной поверхности 312b второй половины 310b корпуса соединителя. Если болт проходит, например, сквозь канал 322a, можно видеть, что первая и вторая половины 310a, 310b будут, по существу, закреплены, чтобы исключить относительное перемещение в поперечном и продольном направлении.
В данном варианте осуществления, если рассматривать корпус 310 соединителя в плане, как показано на фиг. 17D, отверстия 322 распределены вдоль наружных боковых сторон половин 310a, 310b корпуса соединителя. В данном варианте осуществления предусмотрено восемь отверстий 322 в первой половине 310a (по четыре на каждой стороне), соответствующих восьми отверстиям 322 во второй половине 310b, таким образом, получается множество каналов 322a проходящих через корпус соединителя, как раскрыто выше.
На фиг. 17C можно также видеть, что отверстия 322 в первой половине 310a корпуса соединителя имеют конфигурацию, отличную от конфигурации отверстий во второй половине 310b корпуса соединителя. При этом предусмотрена плоская кольцевая поверхность 324, которая окружает входное отверстие канала 322a. Следует понимать, что указанная кольцевая поверхность 324 может быть предусмотрена в первой или второй половине 310a, 310b корпуса 310 соединителя. Плоскость кольцевой поверхности 324 перпендикулярна направлению канала 322a с входным отверстием 322. Благодаря этому указанная поверхность обеспечивает упор для соединительного элемента, например, для головки болта, при соединении первой и второй половин 310a, 310b корпуса соединителя. На виде сверху кольцевая поверхность 324 имеет форму срезанного круга и содержит круглую часть 324a и плоскую кромку 324b. Плоская кромка 324b является параллельной продольной оси корпуса 310 соединителя и расположена рядом с поперечной кромкой корпуса 310 соединителя на виде сверху, как показано на фиг. 17C.
Вокруг кольцевой поверхности 324 образован, по существу, каплевидный вырез 326. Вырез 326 соответствует профилю наружной поверхности 312b корпуса 310 соединителя, т. е., он изгибается вокруг корпуса соединителя. Контур выреза 326 имеет форму срезанного эллипса и содержит эллиптическую часть 326a, которая проходит от плоской кромки 324b кольцевой поверхности 324. Эллиптическая часть 326a выреза 326 (показана на фиг. 13) соединяется с круглой частью 324a кольцевой поверхности 324 с помощью внутренней поверхности 327, которая является, в общем, вогнутой. Поэтому можно видеть, что между кольцевой поверхностью 324 и наружной поверхностью 312b корпуса 310 соединителя образуется свободное пространство. Это позволяет пользователю в эксплуатации легко вставлять соединительный элемент, в частности, болт. Благодаря этому, головка болта может находиться, в эксплуатации, например, заподлицо с кольцевой поверхностью 324, обеспечивая прочное соединение между первой и второй половиной 310a, 310b корпуса соединителя.
На передней поверхности 312a с соответствующим шагом по окружности расположено множество круглых каналов 328. Входные отверстия каналов 328 находятся заподлицо с передней поверхностью 312a. Каналы 328 проходят в продольном направлении через наружную часть 312 и выступ 314 к передней поверхности канала 316, образуя множество сквозных каналов 329, проходящих через наружную часть 312 и выступ 314 корпуса 310 соединителя. В данном варианте осуществления показано десять каналов 328 на каждой передней поверхности 312a, однако, следует понимать, что может быть использовано любое соответствующее число каналов, например, восемь, или двенадцать.
Втулка 330 установлена в выемке 320 корпуса 310 соединителя. Как показано на фиг. 18A и 18B, втулка 330, в общем, представляет собой полый цилиндр с противоположными торцевыми поверхностями 332. Втулка 330 имеет внутреннюю поверхность 334 и наружную поверхность 336. Наружная поверхность 336 имеет размеры, которые позволяют устанавливать втулку 330 в выемку 320 с небольшим зазором, при этом в данном варианте осуществления продольная длина наружной поверхности 336 составляет, например, 76.8 мм. Как наиболее наглядно показано на фиг. 18B, торцевые поверхности 332 втулки 330 образованы первым поверхностным участком 332a и вторым поверхностным участком 332b. Поверхностный участок 332a является радиальным, т. е., он выступает в направлении, по существу, перпендикулярном продольной оси втулки 330, и в данном варианте осуществления является, по существу, ровным. Поверхностный участок 332b соединяет поверхностный участок 332a с внутренней поверхностью 334. Поверхностный участок 332b является наклонным и в данном варианте осуществления имеет угол наклона относительно продольной оси втулки 330, составляющий приблизительно от 12° до 24° включительно. Наклонный поверхностный участок 332b в данном варианте осуществления является, по существу, ровным.
Как показано на фиг. 18A и 18B, обжимное кольцо 340 состоит из двух кольцевых частей 340a и 340b. Кольцевая часть 340a, в общем, имеет прямоугольное поперечное сечение, т. е., внутренняя поверхность 342 и наружная поверхность 343 кольцевой части 340a являются параллельными. Кольцевая часть 340a имеет переднюю поверхность 344, которая соединяет внутреннюю поверхность 342 и наружную поверхность 343. Кольцевая часть 340b, в общем, выступает из передней поверхности 344 в перпендикулярном направлении. Кольцевая часть 340b, в общем, имеет конусность. Кольцевая часть 340b имеет меньший наружный диаметр, чем кольцевая часть 340a. Кольцевая часть 340b имеет внутреннюю поверхность 346, которая является компланарной внутренней поверхности 342, таким образом, эти две поверхности составляют сплошную ровную поверхность, образуя в обжимном кольце 340 сквозное отверстие постоянного диаметра. Кольцевая часть 340b имеет также наружную поверхность 347. Наружная поверхность 347 является наклонной и в данном варианте осуществления имеет угол наклона относительно плоскости внутренней поверхности 346, составляющий приблизительно от 10° до 20° включительно, чтобы получать сужение кольцевой части 340b. Наружная поверхность 347, в общем, является ровной. Первая задняя поверхность 348 обжимного кольца 340 соединяет наружную поверхность 347 с наружной поверхностью 343. Вторая задняя поверхность 349 обжимного кольца 340 соединяет внутреннюю поверхность 346 с наружной поверхностью 347. Первая задняя поверхность 348 и вторая задняя поверхность 349 выступают в направлении, по существу, перпендикулярном продольной оси обжимного кольца 340. Первая задняя поверхность 348 и вторая задняя поверхность 349 в данном варианте осуществления представляют собой плоские поверхности.
В данном варианте осуществления узел 300 дополнительно содержит упругую шайбу 350 с соответствующим внутренним диаметром, который позволяет устанавливать шайбу 350 на каждую трубу 302 с очень небольшим зазором, при этом в данном варианте осуществления внутренний диаметр составляет, например, 113 мм. Как показано на фиг. 20A - 20C, шайба 350 представляет собой пружинную шайбу. Шайба 350 имеет кольцевую форму и, в общем, - «b/p-образное» поперечное сечение. Она имеет переднюю поверхность 352 и заднюю поверхность 354. Передняя поверхность 352 и задняя поверхность 354 соединяются двумя, по существу, плавными сопряжениями. На радиальной наружной кромке шайбы 350 передняя поверхность 352 соединяется с задней поверхностью 354 первым плавным сопряжением 358, которое определяет наружный диаметр шайбы. В поперечном сечении плавное сопряжение 356 образовано плоской поверхностью 356b и двумя криволинейными поверхностями 356a и 356c. Плоская поверхность 356b перпендикулярна передней поверхности 352 и задней поверхности 354. В данном варианте осуществления плоская поверхность 356b имеет длину 1 мм. Криволинейная поверхность 356a соединяет плоскую поверхность 356b с передней поверхностью 352. Криволинейная поверхность 356c соединяет плоскую поверхность 356b с задней поверхностью 354. Обе криволинейные поверхности 356a и 356c являются выпуклыми и в данном варианте осуществления имеют радиус 0.5 мм. На радиальной внутренней кромке шайбы 350 передняя поверхность 352 соединяется с задней поверхностью 354 вторым плавным сопряжением 358, которое определяет внутренний диаметр шайбы. В поперечном сечении плавное сопряжение 358 образовано двумя плоскими поверхностями 358b и 358d, и четырьмя криволинейными поверхностями 358a, 358c, 358e, и 358f. Плоская поверхность 358b перпендикулярна передней поверхности 352 и задней поверхности 354. В данном варианте осуществления плоская поверхность 358b имеет длину 0.2 мм. Плоская поверхность 358d параллельна передней поверхности 352 и задней поверхности 354. Плоская поверхность 358d в данном варианте осуществления имеет длину 1.2 мм. Криволинейная поверхность 358a соединяет плоскую поверхность 358b с передней поверхностью 352. Криволинейная поверхность 358c соединяет плоскую поверхность 358b с плоской поверхностью 358d. Обе криволинейные поверхности 358a и 358c являются выпуклыми и в данном варианте осуществления имеют радиус 1.9 мм. Две криволинейные поверхности 358e и 358f соединяют плоскую поверхность 358d с задней поверхностью 354. Криволинейная поверхность 358e примыкает к плоской поверхности 358d, является выпуклой и имеет в данном варианте осуществления радиус 1.5 мм. Криволинейная поверхность 358f примыкает к задней поверхности 354, является выпуклой и имеет в данном варианте осуществления радиус 0,5 мм. Шайба 350 обычно изготавливается из металла, в частности, из стали. Предпочтительно используется пружинная сталь с высоким пределом текучести и высоким модулем упругости, в частности, средне-/высокоуглеродистая сталь, однако, может быть использован любой подходящий материал. Также следует понимать, что может быть использован любой подходящий тип упругой шайбы. Следует понимать, что пружинящие свойства являются функцией, как описанной геометрической формы шайбы, так и материала, из которого изготовлена шайба.
Для сборки компонентов узла 300 вначале механически обрабатывают свободный конец каждой трубы 302, чтобы получить механически обработанные части 308 и канавки 309 в соответствующих местах трубы 302. Затем отдельно на свободный конец каждой трубы 302 надевают шайбу 350. После этого на свободный конец трубы 302 надевают обжимное кольцо 340. Далее на трубу 302 надевают втулку 330. В этот момент обе трубы 302 соединяют вместе, таким образом, чтобы втулка 330 перекрывала зазор между трубами.
Две половины 310a, 310b корпуса 310 соединителя устанавливают вокруг труб 302, втулки 330, обжимных колец 340 и шайб 350. Выступы 314 корпуса 310 соединителя совпадают с канавками 309 и, таким образом, входят в канавки 309 труб 302, чтобы предотвращать или ограничивать осевое перемещение корпуса 310 соединителя относительно свободного конца труб 302. Шайба 350 и обжимное кольцо 340 устанавливаются в канале 316. Шайба 350 имеет внутренний диаметр, аналогичный наружному диаметру трубы 302, и наружный диаметр, аналогичный диаметру отверстия, образованного внутренней поверхностью 316c. Поэтому шайба 350 входит в канал 316 и упирается в переднюю поверхность 316a канала 316. Передняя поверхность 344 кольцевой части 340a обжимного кольца 340 упирается в шайбу 350. Шайба 350 выполнена таким образом, чтобы плавное сопряжение 358 шайбы 350 в эксплуатации упиралось в переднюю поверхность 344 обжимного кольца 340. Это позволяет шайбе изгибаться, чтобы воспринимать любую приложенную силу и, по существу, ограничивать перемещение обжимного кольца 340.
Для соединения первой и второй половины 310a, 310b корпуса 310 соединителя соединительные элементы пропускают через отверстия 322. Так, например, может быть использовано множество резьбовых болтов (не показаны). Стержень болта проходит через полость, образованную вырезом 326, и канал 322a отверстия 322, при этом головка болта упирается в кольцевую поверхность 324. Стержень болта выступает с противоположного открытого конца отверстия 322, при этом на стержень болта можно навинтить гайку. Это, по существу, скрепляет первую и вторую половины 310a, 310b корпуса соединителя и предотвращает их относительное перемещение в поперечном или продольном направлении.
Затем через каналы 328 со стороны передней поверхности 312a в направлении канала 316 корпуса 310 соединителя вставляют множество болтов (не показаны). Они проходят через каналы 329 и упираются в шайбу 350, которая расположена рядом с отверстиями каналов 329 на поверхности 316a, как наиболее наглядно показано на фиг. 15. Болты могут иметь наружную резьбу, в то время как каналы 329 могут иметь внутреннюю резьбу. Поскольку болты затягиваются, сила прикладывается к шайбе 350 и передается к обжимному кольцу 340. Шайба 350 успешно обеспечивает сохранение приложения силы в процессе эксплуатации, поскольку она может быть рассчитана на естественный прогиб, который может возникать, а также на уменьшение силы, прилагаемой болтами, с течением времени или вследствие их ослабления в процессе эксплуатации. Она также защищает обжимное кольцо 340 от повреждения вследствие истирания болтами.
Сила, приложенная болтами, действует на обжимное кольцо 340 в направлении втулки 330. В частности, наклонная поверхность 347 обжимного кольца 340 упирается в наклонную поверхность 332b втулки 330. Граница между наклонными поверхностями и обжимное кольцо 340 адаптируются к большему углу поверхности 332b втулки 330. Это создает надежное механическое уплотняющее устройство между втулкой 330 и обжимным кольцом 340.
Таким образом, в эксплуатации нефть может проходить из одной трубы 302 в другую трубу 302 под высоким давлением с очень низкой опасностью возникновения утечки, благодаря надежному механическому уплотняющему устройству, создаваемому узлом 300.
На фиг. 21 и 22 показано соединительное устройство, в целом обозначенное ссылочным номером 400. Соединительное устройство 400 использует такое же механическое уплотняющее устройство 406, как раскрыто для предыдущих вариантов осуществления, за исключением того, что корпус соединителя (110 в предыдущем варианте осуществления) теперь представляет собой соединитель 410, имеющий охватывающий открытый конец, выполненный с возможностью приема охватываемого свободного конца трубы 402. Соединитель 410 может представлять собой любой тип соединителя, который выполнен с возможностью приема трубы, в частности, трубного соединения общего назначения, гибкого соединения, трубопроводной арматуры или переходного соединения трубопровода. Специалисты в данной области техники могут найти другие соответствующие варианты применения соединительного устройства 400.
Соединитель 410 имеет открытый конец, в который входит труба 402. Труба 402 содержит круговую канавку 409. В данном варианте осуществления соединитель 410 имеет радиальную внутреннюю поверхность 412, в которую упирается свободный конец трубы 402. Радиальная внутренняя поверхность 412 обеспечивает упор для трубы 402, когда она вставляется в открытый конец соединителя 410 во время сборки соединительного устройства 400.
Соединитель 410 дополнительно содержит внутреннюю наклонную поверхность 414. Наклонная поверхность 414 является эквивалентной поверхностному участку 132b первого варианта осуществления и предназначена для упора в соответствующую наклонную поверхность обжимного кольца 450, чтобы получить уплотнение «металл-металл» (что более подробно раскрыто ниже). Наклонная поверхность 414 в данном варианте осуществления имеет угол наклона относительно продольной оси соединителя 410, составляющий приблизительно от 12° до 24° включительно.
Соединитель 410 дополнительно содержит круговую канавку 416, размеры которой эквивалентны размерам канавки 409 трубы 402.
Осевое перемещение соединителя 410 относительно трубы 402, по существу, предотвращается или ограничивается механическим блокировочным устройством. В данном варианте осуществления колпак 430 окружает часть трубы 402 и соединителя 410, чтобы способствовать предотвращению отделения трубы 402 от соединителя 410 в эксплуатации. Как наиболее наглядно показано на фиг. 22, колпак 430 имеет постоянный наружный диаметр, однако, изменяющийся внутренний диаметр, при этом образуются три части колпака. Начиная слева на фиг. 22, первая часть 430a имеет внутренний диаметр, по существу, равный наружному диаметру трубы 402, поэтому колпак устанавливается на трубу 402 с небольшим зазором. Вторая часть 430b имеет больший внутренний диаметр 430b, поэтому полость 432 образуется между наружной поверхностью трубы 402 и внутренней поверхностью второй части 430b колпака. Размеры полости 432 позволяют размещать в ней обжимное кольцо 440 и шайбу 450 механического уплотняющего устройства 406 (что более подробно раскрыто ниже). Третья часть 430c имеет внутренний диаметр, по существу, равный наружному диаметру соединителя 410, поэтому колпак 430 устанавливается на соединитель 410 с небольшим зазором.
Круговой выступ 434 отходит от внутренней поверхности первой части 430a колпака. Выступ 434 совмещается с канавкой 409 в трубе 402, при этом выступ 434 и канавка 409 в эксплуатации взаимодействуют друг с другом, по существу, предотвращая относительное осевое перемещение. Круговой выступ 436 также выходит из внутренней поверхности третьей части 430c колпака. Выступ 436 совмещается с канавкой 416 в соединителе 410, поэтому при сборе выступ 436 и канавка 416 взаимодействуют друг с другом, по существу, предотвращая относительное осевое перемещение. Следует понимать, что могут быть использованы и другие способы, по существу, предотвращающие относительное осевое перемещение. Так, например, могут быть предусмотрены соответствующие резьбовые поверхности для навинчивания колпака в эксплуатации. Передняя поверхность 438 колпака 430 содержит множество каналов 439, которые проходят по всей глубине первой части 430a колпака от передней поверхности 438 до полости 432, при этом в полости 432 образуются отверстия, расположенные в эксплуатации, по существу, рядом с обжимным кольцом 440 и шайбой 450. Каналы 439 эквивалентны круглым каналам 328 предыдущего варианта осуществления и не описываются более подробно.
Колпак 430 разделен на две половины по горизонтальной плоскости (не показано на чертежах) аналогично разделению корпуса соединителя 110 в первом варианте осуществления. Это позволяет совмещать две половины колпака 430, окружая часть трубы 402 и часть соединителя 410 в эксплуатации соединительного устройства 400. Как можно видеть на фиг. 23, множество отверстий 433 предусмотрено на наружной поверхности колпака 430 для скрепления друг с другом двух половин колпака 430 аналогично тому, как две половины корпуса 310 соединителя скрепляются друг с другом в первом варианте осуществления.
Обжимное кольцо 440 и шайба 450 соответствуют описанным в первом варианте осуществления.
Для сборки соединительного устройства 400 на трубу 402 и соединитель 410 наносят канавки 409, 416, соответственно. Затем трубу 402 вводят в открытый конец соединителя 410, при этом свободный конец трубы 402 упирается в радиальную внутреннюю поверхность 412 соединителя 410. Далее на трубу 402 надевают обжимное кольцо 440, при этом наклонная поверхность конусной части обжимного кольца 440 упирается в наклонную поверхность 414 соединителя 410. После этого на трубу 402 надевают шайбу 450. Две половины колпака 430 соединяют вместе вокруг трубы 402 и соединителя 410, и соединительные элементы пропускают через отверстия 433. Выступы 434, 436 взаимодействуют с канавками 409, 416, соответственно. Обжимное кольцо 440 и шайба 450 устанавливаются в полости 432 колпака 430.
После этого множество болтов (не показаны) вставляют в каналы 439 со стороны передней поверхности 438 в направлении полости 432 колпака 430. Они проходят через каналы в первой части 430a колпака и упираются в шайбу 450, которая расположена рядом с отверстиями в передней поверхности 432a полости. Болты могут иметь наружную резьбу, в то время как каналы могут иметь внутреннюю резьбу. Когда болты затягиваются, к шайбе 450 прикладывается сила, которая передается обжимному кольцу 440.
Сила, приложенная болтами, действует на обжимное кольцо 440 в направлении соединителя 410. При этом наклонная поверхность 447 обжимного кольца 440 упирается в наклонную поверхность 414 соединителя 410. Граница раздела наклонных поверхностей и обжимное кольцо 440 адаптируются к большему углу поверхности 414 соединителя 410. Это создает надежное механическое уплотняющее устройство между соединителем 410 и обжимным кольцом 440.
Таким образом, в эксплуатации текучая среда может проходить из трубы 402 в соединительно 410 под высоким давлением с очень низкой опасностью возникновения утечки, благодаря надежному механическому уплотняющему устройству, создаваемому соединительным узлом 400.
Еще один вариант осуществления изобретения показан на фиг. 24 - 28. Компоненты, аналогичные применяемым в предыдущих вариантах осуществления, обозначены соответствующими ссылочными номерами с дополнительным префиксом "5". Подробно описаны только компоненты, отличные от используемых в предыдущих вариантах осуществления.
На фиг. 24 показано соединительное устройство, обозначенное в целом ссылочным номером 500. Соединительное устройство 500 использует механическое уплотняющее устройство 506, аналогичное описанному в предыдущих вариантах осуществления. Узел 500 рассмотрен в качестве примера в виде соединения двух труб 502, сообщающихся по текучей среде. Однако узел 500 может быть также использован в соединении трубы с соединителем, сообщающихся по текучей среде.
Как показано на фиг. 25, корпус 510 соединителя в данном варианте осуществления содержит механическое стопорное устройство 570, выполненное для предотвращения или ограничения осевого перемещения трубы 502 относительно корпуса 510 соединителя. Стопорное устройство 570 в данном варианте осуществления содержит два пилообразных зубца 511. Зубцы 511 являются круговыми и выступают из внутренней стенки корпуса 510 соединителя. Зубцы 511 в данном варианте осуществления содержат сужающийся гребень, при этом для упрощения сборки сужение увеличивается по высоте в направлении дальнего конца корпуса соединителя относительно свободного конца трубы 502. Твердость зубцов 511 повышается каким-либо подходящим способом, чтобы обеспечить их эффективное сцепление с трубой 502.
В альтернативных вариантах осуществления изобретения зубцы 511 могут иметь какую-либо иную подходящую форму. В альтернативных вариантах осуществления изобретения может быть использовано иное подходящее количество зубцов, например, 1, 3 или более зубцов.
Зубцы 511 прижимаются к трубе 502 под действием силы болтов, которые используются для соединения двух частей корпуса 510 соединителя, чтобы таким образом предотвращать или ограничивать осевое перемещение корпуса 510 соединителя относительно трубы 502.
Зубцы 511 обеспечивают неподвижную установку трубы 502 и устраняют потребность обработки резанием или сварки трубы 502. Таким образом, упрощается подгонка соединительного узла 500.
Как показано на фиг. 25, 26a и 26b, обжимное кольцо предыдущих вариантов осуществления в данном варианте осуществления заменено на кольцевой уплотняющий элемент 540. Уплотняющий элемент 540 содержит три кольцевые части 540a, 540b и 540c. В данном варианте осуществления указанные три кольцевые части 540a, 540b, 540c выполнены как единое целое.
Базовая кольцевая часть 540a, в общем, имеет прямоугольное поперечное сечение, т. е., внутренняя поверхность 542 и наружная поверхность 543 кольцевой части 540a являются параллельными. Кольцевая часть 540a имеет переднюю поверхность 544, которая соединяет внутреннюю поверхность 542 и наружную поверхность 543. Передняя поверхность 544 образует нагрузочную поверхность, которая в эксплуатации воспринимает осевую силу, создаваемую болтами (не показаны).
Промежуточная кольцевая часть 540b., в общем, выступает из передней поверхности 544 в перпендикулярном направлении, т. е., коаксиально продольной оси трубы. Промежуточная часть 540b является, в общем, сужающейся, уменьшаясь по ширине по мере удаления от передней поверхности 544. Промежуточная часть 540b имеет меньший наружный диаметр, чем базовая часть 540a. Промежуточная часть 540b в данном варианте осуществления имеет вогнутую внутреннюю поверхность 546. При этом сила передается от нагрузочной поверхности 544 через промежуточную часть 540a к контактной части 540c.
Кольцевая часть 540b имеет также наружную поверхность 547. Наружная поверхность 547 является наклонной и проходит под углом приблизительно 10° к продольной оси, чтобы получить сужение кольцевой части 540b. Наружная поверхность 547, в общем, имеет плоский профиль.
Уплотняющий элемент 540 на свободном конце промежуточной части 540b имеет кольцевую контактную часть 540c. Контактная часть 540c предназначена для обеспечения уплотнения между трубой 502 и втулкой 530. Контактная часть 540c радиально выступает за промежуточную часть 540b. В данном варианте осуществления контактная часть 540c выступает за промежуточную часть 540b в обоих радиальных направлениях. В других вариантах осуществления (не показаны) контактная часть 540c может выступать за промежуточную часть 540b только в одном направлении, т. е., радиально внутрь или наружу, или может выступать на разную величину в одном или другом направлении.
В эксплуатации, благодаря наличию выступа, контактная часть 540c адаптируется к действию осевой силы, прикладываемой болтами (не показаны) к уплотняющему элементу 540, и плотно прижимается к втулке 530 и трубе 502. Контактная часть 540c упирается в трубу 502 и втулку 530 в заданной кольцевой относительно узкой области деформации, ограниченной круговыми линями. Радиальная сила, возникающая под действием осевой силы, толкающей уплотняющий элемент 540, прикладывается к этим двум узким кольцам, создавая максимальное давление в точке уплотнения.
В данном варианте осуществления контактная часть 540c имеет, по существу, круговое поперечное сечение, поэтому обеспечивается соответствующее уплотнение. В альтернативных вариантах осуществления изобретения могут быть использованы некоторые другие подходящие профили, например, профиль ромбовидной формы, вершины которого выступают радиально наружу.
Благодаря вогнутому профилю, промежуточная часть 540b может иметь заданную степень упругой деформации и, следовательно, может изгибаться таким образом, чтобы контактная часть 540c создавала требуемое кольцевое уплотнение с трубой 502 и втулкой 530, даже в том случае, если имеет место некоторое отклонение от круглой формы.
Уплотняющий элемент 540 в данном варианте осуществления может быть использован вместо обжимного кольца, применяемого в предыдущих вариантах осуществления.
Уплотняющий элемент 540 в данном варианте осуществления является металлическим. В альтернативных вариантах осуществления изобретения может быть использован какой-либо иной подходящий материал.
В других вариантах осуществления базовая и промежуточная части уплотняющего элемента могут не иметь такого визуального отличия друг от друга, как в данном варианте осуществления.
Как можно видеть на фиг. 25, в данном варианте осуществления между уплотняющим элементом 540 и болтами, которые прикладывают давление к уплотняющему элементу 540, упругая шайба не используется. Упругость уплотняющего элемента 540 компенсирует отсутствие шайбы. Такая же конструкция может быть использована в предыдущих вариантах осуществления, или упругая шайба (не показана) может быть использована в данном варианте осуществления.
Как показано на фиг. 24 и 27, корпус 510 соединителя содержит корпусные части 510c, 510d и втулку 530. Корпус 510 соединителя в данном варианте осуществления имеет, по существу, квадратное сечение вдоль продольной оси. Корпус 510 соединителя образует центральное отверстие 560, выполненное с возможностью приема трубы 502. Как и в предыдущих вариантах осуществления, корпус 510 соединителя изготовлен из двух частей и разделен надвое по горизонтальной плоскости, проходящей в направлении продольной оси. В данном варианте осуществления корпус 510 также разделен надвое по вертикальной плоскости, перпендикулярной продольной оси, чтобы получить две корпусные части 510c, 510d. Каждая из корпусных частей 510c, 510d разделена надвое по горизонтальной плоскости.
В данном варианте осуществления корпусные части 510c, 510d и втулка 530 перекрывают свободные концы труб 502. В альтернативных, не показанных вариантах осуществления изобретения корпус 510 соединителя может быть использован для присоединения трубного соединения, сообщающегося по текучей среде с трубой 502, путем присоединения этого соединения к втулке 530 и механическому уплотняющему устройству 506.
Квадратный профиль корпуса 510 соединителя обеспечивает повышение прочности. В данном варианте осуществления в каждой корпусной части 510c, 510d используются болты диаметром 14 мм (не показаны) для соединения друг с другом двух половин 510a, 510b, что обеспечивает соответствующую прочность для противодействия возникающим силам изгиба. В других вариантах осуществления могут быть использованы другие подходящие средства крепления.
Как показано на фиг. 25, центральное отверстие 560 корпуса 510 соединителя содержит круговой выступ 562, предназначенный для фиксации втулки 530 относительно корпуса 510 соединителя. Для этой цели на втулке 530, как показано на фиг. 16, предусмотрены две круговые канавки 564, соответствующие выступу 562. Каждая канавка 564 выполнена с возможностью введения выступа 562 одного корпуса 510 соединителя.
В данном варианте осуществления втулка 530 содержит круговой выступ 535, проходящий внутрь от внутренней поверхности втулки. Выступ 535 имеет, по существу, прямоугольный профиль. Выступ 535 расположен по центру вдоль продольной оси втулки 530. Выступ 535 выполнен с возможностью введения в фаски, предусмотренные на свободных концах труб 502.
Использование корпусной части 510c, 510d для каждого свободного конца трубы или соединителя позволяет сделать каждую часть 510c, 510d корпуса соединителя легче и, таким образом, упростить сборку. Кроме того, части 510c, 510d корпуса соединителя можно успешно использовать для различных целей, т. е., для соединения свободного конца трубы или какого-либо иного соединителя, как раскрыто выше. Так, например, корпус соединителя может быть использован для соединения таких элементов, как трубопроводная арматура, тройники или ответвления трубопроводов, исключая при этом необходимость применения сварки.
Втулка 530 данного или предыдущих вариантов осуществления может быть изготовлена с различной длиной для разных областей применения с целью перекрытия зазоров различной величины и использования для ремонта труб.
Раскрытые выше варианты осуществления являются подходящими для использования с текучими средами (т. е., с жидкостями или газами), в частности, с неочищенной нефтью, природным газом, углеводородами, с перекачиванием воды, химических реактивов или других соответствующих текучих сред. В качестве примера раскрытые выше варианты осуществления являются подходящими для применения при температурах от 270K до 394K или при других соответствующих температурах.
Изобретение раскрыто выше со ссылками на один или более предпочтительных вариантов осуществления, однако, следует понимать, что различные изменения или модификации могут быть внесены без отклонения от объема изобретения, который определяется прилагаемой формулой изобретения.