УСТРОЙСТВА И СПОСОБЫ СОЕДИНЕНИЙ ТРУБОПРОВОДОВ С ПОМОЩЬЮ ШАРНИРНЫХ МУФТ
DEVICES AND METHODS FOR CONNECTION OF PIPELINES BY BALL JOINTS

Область техники
Настоящее изобретение в целом относится к фитингам трубопроводов и в частности к приспособлениям и способам соединения труб для транспортировки текучих сред.
Краткое описание изобретения
Предложены предпочтительные варианты систем и способов соединения с помощью шарнирных муфт. Предпочтительный вариант соединительной муфты для соединения двух отрезков труб содержит первый компонент корпуса, в свою очередь содержащий первую концевую часть, вторую концевую часть и дугообразную поверхность, расположенную между указанными первой и второй концевыми частями указанного первого компонента корпуса. Второй компонент корпуса содержит первую концевую часть, вторую концевую часть и дугообразную поверхность, расположенную между указанными первой и второй концевыми частями указанного второго компонента корпуса. В каждой из первых концевых частей указанных первого и второго компонентов корпуса предусмотрено сквозное отверстие, и в указанных сквозных отверстиях установлена соединительная деталь. В предпочтительном варианте указанная соединительная деталь содержит первый элемент и второй элемент, определяющие первую конфигурацию и вторую конфигурацию указанной соединительной детали. В соответствии с первой конфигурацией указанной соединительной детали указанные первый и второй элементы соединительной детали выровнены таким образом, что сквозные отверстия в первых концевых частях указанных первого и второго компонентов центрированы относительно друг друга, определяя ось центрирования, проходящую через указанные сквозные отверстия. Вторая конфигурация указанной соединительной детали предусматривает наклон указанных первого и второго элементов относительно друг друга с поворотом вокруг оси вращения, которая перпендикулярна указанной оси центрирования.
Предложен способ сборки трубной муфты, предусматривающий поворот вокруг оси вращения первого элемента, расположенного в первой концевой части первого компонента корпуса муфты, относительно второго элемента соединительной детали, расположенного в первой концевой части второго компонента корпуса муфты, таким образом, чтобы указанные первый и второй элементы расположились вдоль оси выравнивания, которая перпендикулярна указанной оси вращения, чтобы внутренние поверхности указанных первого и второго компонентов корпуса оказались друг напротив друга, определяя центральную ось описываемой муфты, расположенную параллельно указанной оси вращения. Кроме того, данный способ предусматривает закрепление второй концевой части первого компонента корпуса на второй концевой части второго компонента корпуса.
В другом предпочтительном варианте муфты для соединения отрезков труб указанная муфта содержит первый компонент корпуса, второй компонент корпуса и соединительную деталь, соединяющую вместе указанные первый и второй компоненты. Указанная соединительная деталь содержит первый и второй элементы, определяющие выровненную конфигурацию, включая ось центрирования, таким образом, чтобы указанные первый и второй компоненты корпуса находились в закрытом положении, определяя центральную ось муфты; при этом указанные первый и второй элементы соединительной детали также могут иметь наклонную конфигурацию, определяющую ось вращения указанной соединительной детали и соответствующую открытому положению указанных первого и второго компонентов корпуса. Указанная ось вращения параллельна указанной центральной оси и перпендикулярна указанной оси центрирования.
В другом предпочтительном варианте изобретения муфта для соединения отрезков труб содержит первый компонент корпуса и второй компонент корпуса. Указанные первый и второй компоненты корпуса имеют открытое положение и закрытое положение, определяющее центральную ось указанной муфты. Указанные первый и второй компоненты корпуса соединены между собой соединительной деталью, которая содержит первый элемент, соединяющийся с первым компонентом корпуса вдоль первой оси совмещения, и второй элемент, соединяющийся со вторым компонентом корпуса вдоль второй оси совмещения. Указанные первый и второй элементы соединены между собой таким образом, что они могут поворачиваться относительно друг друга вокруг оси вращения, которая перпендикулярна плоскости, определяемой по меньшей мере одной из указанных первой и второй осей совмещения. Указанная ось вращения параллельна центральной оси муфты и определяет ось вращения, вокруг которой первый и второй компоненты корпуса поворачиваются относительно друг друга, переходя из закрытого положения в открытое и наоборот.
В одном из предпочтительных вариантов соединительной муфты указанная муфта содержит первый компонент корпуса, в котором предусмотрено первое сквозное отверстие, и второй компонент корпуса, в котором предусмотрено второе сквозное отверстие. Соединительная деталь, первый элемент которой соединяется с указанным первым компонентом корпуса, а второй элемент соединяется со вторым компонентом корпуса, соединяет между собой указанные первый и второй компоненты таким образом, что эти первый и второй компоненты корпуса поворачиваются относительно друг друга. В предпочтительном варианте посадка указанной соединительной детали в указанных сквозных отверстиях обеспечивается сразу после отливки.
Согласно другому варианту изобретения предложена соединительная деталь, содержащая первый элемент и второй элемент, где каждый из указанных элементов имеет расширенную головную часть и стержневую часть, являющуюся продолжением указанной головной части вдоль продольной оси. В головных частях указанных первого и второго элементов предусмотрено по сквозному отверстию, определяющему ось вращения. В указанные сквозные отверстия каждой из головных частей соединительной детали вставлен штифт, обеспечивающий соединение указанных первого и второго элементов между собой таким образом, что головные части указанных первого и второго элементов поворачиваются относительно друг друга вокруг указанной оси.
Краткое описание чертежей
Прилагаемые чертежи, которые включены в настоящее описание и являются его частью, иллюстрируют рассмотренные в качестве примеров варианты данного изобретения и вместе с приведенным выше описанием и предназначены для пояснения данного изобретения.
Фиг.1 представляет собой вид в перспективе предпочтительного варианта муфты.
Фиг.2 представляет собой вид в частичном поперечном разрезе муфты, изображенной на фиг.1.
На фиг.3A изображен предпочтительный вариант соединительной детали, предназначенной для использования в муфте, изображенной на фиг.1.
Фиг.3B представляет собой вид в перспективе соединительной детали, изображенной на фиг.3A.
Фиг.3C представляет собой вид в перспективе одного из элементов соединительной детали, изображенной на фиг.3A.
Фиг.3D представляет собой изображение соединительной детали, изображенной на фиг.3A, в разобранном виде.
Фиг.4А представляет собой вид в перспективе другой муфты
Фиг.5А представляет собой изображение муфты в открытом состоянии.
Фиг.5B представляет собой вид в перспективе муфты в закрытом состоянии.
Фиг.6A представляет собой вид сверху предпочтительного варианта выступающей площадки под болт одного из компонентов корпуса муфты.
Фиг.6B представляет собой вид в вертикальной проекции площадки под болт, изображенной на фиг.6А.
Фиг.6С представляет собой вид сверху другой выступающей площадки под болт одного из компонентов корпуса муфты.
На фиг.7А изображена муфта в открытом положении.
На фиг.7B изображена муфта, изображенная на фиг.7А, в закрытом положении.
На фиг.8А изображена другая муфта в открытом положении.
На фиг.8B изображена муфта, изображенная на фиг.8А, в закрытом положении.
Фиг.9А представляет собой вид в частичном поперечном разрезе муфты в сборе в соединении труб с использованием прокладки C-образного сечения.
Фиг.9B представляет собой вид в частичном поперечном разрезе предпочтительного варианта муфты в сборе в соединении труб с использованием прокладки Tri-seal.
Фиг.10А представляет собой схематическое частичное изображение нестянутого корпуса предпочтительного варианта муфты с прокладкой.
Фиг.10B представляет собой вид конструкции, изображенной на фиг.10А, в затянутом состоянии.
Подробное описание
На фиг.1 изображен предпочтительный вариант осуществления шарнирной муфты 10, закрепленной на двух отрезках 2, 4 труб, предпочтительно имеющих торцевые выточки, с целью соединения указанных отрезков 2, 4 труб вдоль оси трубопровода X-X. Муфта содержит два компонента 12, 14 корпуса, которые охватывают прокладку (на чертеже не показана), образуя герметичное уплотнение вокруг торцов отрезков 2, 4 труб. Конкретнее, муфта 10 содержит верхний компонент 12 корпуса и нижний компонент 14 корпуса, где размеры каждого из указанных компонентов подбираются таким образом, чтобы поддерживать и охватывать приблизительно половину трубного соединения. В качестве альтернативы муфта 10 может содержать более двух компонентов корпуса, где соседние компоненты могут быть соединены между собой шарнирно, описанных в настоящей заявке.
Муфта 10 содержит соединяемую концевую часть 16 и диаметрально противоположно расположенную закрепляемую концевую часть 18. Перед доставкой муфты 10 конечному пользователю производитель ее предварительно собирает таким образом, чтобы верхний компонент 12 корпуса соединялся с нижним компонентом 14 корпуса в области концевой части 16. Кроме того, компоненты 12, 14 корпуса могут поворачиваться относительно друг друга вокруг оси вращения Р-Р, расположенной в области соединяемой концевой части 16. Соответственно пользователь может установить муфту 10 в открытое положение, как показано в примере на фиг.2, расположить нижний компонент 14 корпуса вокруг концов отрезков 2, 4 труб и повернуть верхний компонент 12 корпуса относительно нижнего компонента 14 таким образом, чтобы в закрытом положении муфты концы отрезков труб оказались зажаты между указанными компонентами корпуса, как показано на фиг.1. В закрепляемой концевой части 18 компоненты 12, 14 корпуса скрепляются между собой таким образом, чтобы обеспечить невозможность поворота компонентов 12, 14 корпуса относительно друг друга и создать герметичное уплотнение вокруг концов отрезков 2, 4 труб.
Фиг.2 представляет собой вид муфты 10 в частичном поперечном разрезе. В данном варианте осуществления изобретения верхний компонент 12 и нижний компонент 14 корпуса имеют сходную конфигурацию. В частности, верхний компонент 12 корпуса содержит первую концевую часть 16a и вторую концевую часть 18a с расположенным между первой и второй концевыми частями 16a и 18a отрезком 12a, имеющим дугообразную форму. Аналогично нижний компонент 14 корпуса содержит первую концевую часть 16b и вторую концевую часть 18b с расположенным между первой и второй концевыми частями 16a и 18a отрезком 14a, имеющим дугообразную форму. Когда указанные компоненты корпуса находятся в закрытом положении, дугообразные отрезки расположены друг напротив друга, определяя положение центральной оси C-C муфты 10. Каждый из дугообразных отрезков 12a и 14a имеет внутреннюю поверхность 12b и, соответственно, 14b, которая содержит углубление для прокладки, обеспечивающее ее крепление и защиту. Каждому из дугообразных отрезков 12a и 14a соответствует наружный окружный отрезок поверхности 12 с и, соответственно, 14 с соответствующего дугообразного отрезка. Предпочтительно краевые поверхности 12c, 14c компонентов корпуса вместе образуют дугообразный или даже практически круглый профиль, однако возможные и другие геометрические профили, в частности многоугольник, состоящий из нескольких линейных отрезков.
Каждая из первых концевых частей 16а, 16b и вторых концевых частей 18а, 18b первого и второго компонентов 12, 14 корпуса образована выступающей площадкой под болт, имеющей углубление, и более предпочтительно - сквозное отверстие 20, в которое должен входить один из концов соединительной детали, обеспечивающей соединение указанных компонентов корпуса в соединяемой концевой части 16 и закрепляемой концевой части 18. На фиг.2 изображен предпочтительный вариант осуществления шарнирной соединительной детали 22, установленной или закрепленной в сквозных отверстиях 20 выступающих площадок под болт в первых концевых частях 16а, 16b верхнего и нижнего компонентов 12, 14 корпуса. Кроме соединения компонентов 12, 14 корпуса между собой, шарнирная соединительная деталь 22 обеспечивает возможность вращательного движения верхнего и нижнего компонентов 12, 14 корпуса относительно друг друга вокруг оси вращения Р, которая параллельна центральной оси C муфты 10. Так как в данном варианте осуществления изобретения компоненты 12, 14 корпуса идентичны и симметричны, предпочтительный вариант осуществления шарнирной соединительной детали 22 может быть установлен в любом из концов 16, 18 муфты 10; таким образом любой из концов указанной муфты может играть роль соединяемой концевой части 16; противоположный конец в этом случае будет играть роль закрепляемой концевой части 18. В сквозных отверстиях 20 вторых концевых частей 18а, 18b указанных компонентов 12, 14 корпуса устанавливают еще одну соединительную деталь, предпочтительно жесткий прямой болт, закрепляемый гайкой (не показана), для удержания муфты 10 в закрытом положении.
На фиг.3A и 3B изображена шарнирная соединительная деталь 22'. Шарнирная соединительная деталь 22' содержит первый элемент 22'a и второй элемент 22'b, соединенный с первым элементом 22'a таким образом, что элементы 22'a, 22'b могут поворачиваться относительно друг друга, определяя две или более конфигурации. Например, на фиг.3A первый и второй элементы 22'а, 22'b изображены в первой конфигурации, где элементы 22'a и 22'b выровнены вдоль оси Y-Y, а на фиг.3b указанные элементы 22'a и 22'b повернуты относительно друг друга таким образом, что первый элемент 22'а, направленный вдоль оси YA-YA, наклонен по отношению ко второму элементу 22'b, направленному вдоль оси YB-YB.
Первый и второй элементы 22'a, 22'b практически идентичны. На фиг.3C изображен элемент 22'а. Каждый из элементов 22'a, 22'b соединительной детали имеет расширенную головную часть 24a и стержневую часть 26а, являющуюся продолжением указанной головной части 24а вдоль продольной оси YA-YA элемента 22'а. Головные части 24а, 24b соединяются друг с другом, обеспечивая возможность относительного вращения первого и второго элементов 22'a, 22'b. Согласно одному из наиболее предпочтительных вариантов осуществления головная часть 24a содержит первую плоскую опорную поверхность 24aa, расположенную в плоскости, содержащей центральную продольную ось элемента 22'a. Кроме того, головная часть 24a содержит вторую плоскую поверхность 24ab заплечика, выступающего перпендикулярно первой плоской опорной поверхности 24aa. Переход между расширенной головной частью 24 и более узкой стержневой частью 26a элементов 22'a представляет собой переходный участок 24ac в форме усеченного конуса. Переходный участок 24ac может иметь другую геометрию, например, иметь форму кругового цилиндра или представлять собой ступенчатый переход от головной части 24a к указанной стержневой части. На стержневой части 26a нанесена резьба для крепления соединительной детали 22' в ушках концевых частей 16, 18 компонентов 12, 14 корпуса муфты.
Фиг.3D представляет собой изображение предпочтительного варианта шарнирной соединительной детали 22' в разобранном виде. После сборки плоские опорные поверхности 24aa и 24ba элементов 22'a и 22'b соприкасаются друг с другом, образуя, по меньшей мере, линию контакта в плоскости, содержащей центральную продольную ось шарнирной соединительной детали. Для удержания двух указанных элементов вместе соединительная деталь 22' содержит штифт 28, который вставляется в сквозные отверстия 24ad и 24bd, предусмотренные в каждой из головных частей 24а, 24b элементов 22'а, 22'b, определяя ось штифта Р'-Р'. Сквозные отверстия 24'ad и 24'bd располагаются ортогонально первым плоским опорным поверхностям 24аа и 24ba каждого элемента 22'а и 22'b соответственно. Элементы 22'а, 22'b поворачиваются относительно друг друга вокруг штифта 28 и его оси Р'-Р'. Возвращаясь к фиг.3A, шарнирная соединительная деталь 22' в сборе имеет два конца 26а и 26b с резьбой, которые располагаются противоположно друг другу относительно расширенной центральной части 24а, 24b вдоль продольной оси Y-Y в соосной конфигурации шарнирной соединительной детали 22'. Наружная поверхность центральной части 24а, 24b предпочтительно имеет форму цилиндра круглого сечения. Центральная часть 24а, 24b также может иметь форму прямоугольного параллелепипеда или кубическую форму. Предпочтительно длина оси, образуемая штифтом 28, превышает ширину центральной части 24а, 24b; таким образом, концы штифта 28 выступают из отверстий 24ad, 24bd соответствующих головных частей 24а, 24b элементов 22'а, 22'b. Штифт 28 также может образовывать единое целое с одним элементом 22'а и входить в отверстие или углубление, предусмотренное во втором элементе 22'b. Кроме того, каждый из элементов 22'а и 22'b может иметь соответствующие конструктивные части, взаимодействующие между собой таким образом, чтобы обеспечить возможность поворота элементов 22'а и 22'b относительно друг друга, как указано в данном описании.
Как указано выше, соединительная деталь 22 закрепляется в сквозных отверстиях 20 выступающих площадок под болт, образованных в одном из концов 16, 18 компонентов 12, 14 корпуса с целью получения корпуса муфты 10, в котором компоненты 12, 14 были бы соединены с одного конца и в то же время могли бы поворачиваться относительно друг друга вокруг оси Р-Р. Фиг.4A представляет собой еще одно изображение предпочтительного варианта муфты 10 в сборе в открытом положении с соединительной деталью 22', закрепленной в соединяемой концевой части 16. Каждый из концов указанной шарнирной соединительной детали 22' закреплен в сквозном отверстии 20 выступающих площадок под болт 16а и 16b верхнего компонента 12 и, соответственно, нижнего компонента 14 корпуса. Для закрепления соединительной детали 22' на резьбовые стержни 26а и 26b элементов 22'а и 22'b детали 22' навинчивают гайки 29. После установки соединительной детали 22' центральная часть 24 соединительной детали располагается между компонентами 12 и 14 корпуса таким образом, что штифт 28 и его ось Р'-Р' параллельны центральной оси C-C муфты 10, определяя таким образом ось вращения Р-Р для всей муфты в сборе.
После того, как соединительная деталь 22' будет надлежащим образом расположена и установлена в сквозных отверстиях 20 концевых выступающих площадок под болт 16а и 16b, компоненты корпуса смогут поворачиваться относительно друг друга вокруг оси Р-Р, переходя из открытого положения, изображенного, например, на фиг.5А, в закрытое положение, изображенное на фиг.5B. Когда муфта 10 находится в закрытом положении, соединительная деталь 22' расположена таким образом, что сквозные отверстия 20 являются соосными, а в открытом положении соединительная деталь 22' расположена таким образом, что сквозные отверстия находятся под углом друг к другу. Диапазон углов, на которые один компонент корпуса может поворачиваться относительного другого, ограничен только диапазоном углов поворота элементов 22'а, 22'b относительно друг друга и возможным взаимодействием между компонентами корпуса в этом диапазоне углов. Возвращаясь к фиг.3B, предпочтительный диапазон углов вращения первого элемента 22'а относительно второго элемента 22'b вокруг оси вращения Р'-Р' соединительной детали составляет около 180°, а более предпочтительно - 210°. Соответственно верхний компонент 12 способен поворачиваться относительно нижнего компонента 14 корпуса вокруг оси вращения P-P в соответствующем диапазоне углов.
Чтобы свести к минимуму нежелательное взаимодействие компонентов корпуса и максимально увеличить соответствующие пределы перемещения, на наружном крае концевых выступающих площадок под болт 16а, 16b, в которых крепится шарнирная соединительная деталь 22', предусмотрен угловой вырез в области, образующей сквозное отверстие 20. Например, как показано на фиг.4А и 5А, выступающие площадки под болт сужаются к наружному краю концевых частей 16а, 16b, образуя наклонные поверхности 30a, 30b. Наклонные поверхности обеспечивают наличие рекомендуемого выреза или зазора в области оси вращения Р-Р, благодаря которому компоненты 12 и 14 корпуса могут беспрепятственно поворачиваться относительно друг друга.
Для обеспечения возможности относительного движения компонентов 12 и 14 корпуса и герметичного прилегания муфты 10 к отрезкам труб в закрытом положении желательно, чтобы относительно вращательное движение между компонентами 12 и 14 корпуса происходило в общей плоскости. Соответственно, в муфте 10 в сборе вращение указанных компонентов относительно друг друга вокруг осей YA-YA и YB-YB сквозных отверстий 20 сводится к минимуму или более предпочтительно исключается. В муфте 10 шарнирная соединительная деталь 22' взаимодействует с внутренней поверхностью концевого выступающей площадки под болт 16a, 16b, препятствуя вращению указанных компонентов относительно друг друга вокруг осей YA-YA и YB-YB сквозных отверстий 20 выступающих площадок под болт 16a и 16b, в которых крепится соединительная деталь 22'. Как показано на фиг.4А и фиг.5B, в собранной муфте выступающие концы штифта 28 расположены в углублениях 32а, 32b, образованных на внутренней поверхности выступающих площадок под болт 16а, 16b, в которых находятся сквозные отверстия 20. Любые тенденции компонентов 12 и 14 корпуса к вращению относительно друг друга сводятся к минимуму или исключаются за счет взаимодействия выступающих концов штифта 28 и внутренней поверхности, в которой предусмотрены углубления 32 для выступающих концов штифта 28.
Фиг.6А и 6B представляют собой вид сверху и вид в поперечном разрезе выступающей площадки под болт. В данном примере показаны выступающие площадки под болт 16b нижнего компонента 14 корпуса, однако противоположные концевые выступающие площадки под болт 18b могут иметь аналогичную конфигурацию, как и выступающие площадки под болт 16а и 18а верхнего компонента 12 корпуса. На виде сверху, приведенном на фиг.6А, показано сквозное отверстие 20, а возле канала, ведущего к указанному сквозному отверстию 20, расположены диаметрально противоположные углубления 32b, предназначенные для размещения в них выступающих концов штифта 28 в шарнирной соединительной детали 22'. Как показано в поперечном разрезе на фиг.6B, углубления 32b имеют частично полукруглую форму, однако для углублений 32b может быть выбрана и другая форма - при условии, что указанные углубления будут надлежащим образом расположены, и в них будут, по крайней мере, частично входить и закрепляться выступающие концы штифта 28. Что касается геометрии сквозного отверстия 20, площадь поперечного сечения сквозного отверстия 20 предпочтительно изменяется вдоль продольной оси В-В или альтернативно может быть постоянной при условии, что канал способен вмещать нужную соединительную деталь для соединения компонентов 12 и 14 корпуса и/или обеспечивать их вращательное движение относительно друг друга вокруг оси вращения Р-Р. Например, на фиг.6С изображен другой компонент 14 корпуса, в обеих концевых частях 16b и 18b которого предусмотрены сквозные отверстия 20', имеющие овальную форму и предназначенные для закрепления в них части соединительной детали, имеющей соответствующую форму, что позволяет предотвратить вращение соединительной детали в сквозном отверстии 20. Это, в свою очередь, позволяет навинчивать гайку на овальную соединительную деталь одной рукой.
Благодаря упомянутой выше симметричной конфигурации компонентов корпуса шарнирная соединительная деталь 22 муфты может быть установлена на обоих концах 16, 18 муфты 10. Более того, благодаря общей конфигурации компонентов корпуса один и тот же компонент корпуса может использоваться и как верхний, и как нижний компонент корпуса. Использование универсальной симметричной конструкции компонентов корпуса может быть рекомендовано с тем, чтобы исключить необходимость в изготовлении или хранении дополнительных компонентов корпуса для сборки муфт. Кроме того, универсальная конструкция компонентов корпуса позволит исключить ошибки, вызванные путаницей при сборке и неправильной установкой несоответствующих частей, требующих определенной ориентации. Компоненты 12 и 14 корпуса могут обладать дополнительными конструктивными особенностями, облегчающими сборку, например, как показано на фиг.6B, на каждом из концов нижнего компонента 14 корпуса может быть предусмотрен шип 34b и выемка 36b, которые совмещаются с соответствующими выемкой и шипом верхнего компонента корпуса. Шипы и выемки предпочтительно расположены радиально и ближе к центру С муфты 10, чем сквозные отверстия 20 в ушках. Более подробно шип и выемка показаны и описаны в патенте США №6,139,069, который полностью включен в настоящее описание в качестве ссылки.
Предпочтительный вариант использования шарнирной соединительной детали позволяет упростить изготовление муфты 10. Поскольку шарнирная соединительная деталь 22' обеспечивает вращательное движение частей муфты и, соответственно, точность посадки и допуски определяются указанной шарнирной соединительной деталью, отсутствует необходимость в машинной обработке компонентов 12 и 14 корпуса для создания шарнирного соединения. Соответственно, посадка соединительной детали 22' в компонентах 12 и 14 корпуса муфты 10 может обеспечиваться сразу после отливки. Таким образом, обеспечение соосности и перпендикулярной ориентации компонентов и элементов муфты 10 требует лишь, чтобы указанные компоненты были соосны или ориентированы перпендикулярно друг другу в достаточной степени для обеспечения желаемых конфигураций муфты.
В предпочтительном варианте предварительная сборка муфты 10 предусматривает установку шарнирной соединительной детали 22 и соединение между собой верхнего и нижнего компонентов 12 и 14 корпуса. На фиг.7А-7B изображен способ соединения отрезков труб с помощью варианта муфты 10. На торцах отрезков труб 2 и 4 расположена уплотнительная прокладка 40, как показано на фиг.7А (а также проиллюстрировано в поперечном разрезе на фиг.9А и 9B). Когда соединительная деталь 22 в предпочтительном варианте имеет наклонную конфигурацию, обеспечивающую полностью открытое положение муфты 10, нижний компонент 14 корпуса соприкасается с прокладкой 40 для обеспечения ее вхождения в выемку корпуса, предусмотренную на внутренней поверхности 14 с нижнего компонента 14 корпуса. Верхний компонент 12 корпуса поворачивается вокруг оси вращения P-P относительно нижнего компонента 14 корпуса, переводя муфту 10 в закрытое положение над прокладкой 40 таким образом, чтобы соединительная деталь 22 и сквозные отверстия 20, в которых крепится указанная соединительная деталь, имели соосную конфигурацию. Для обеспечения полной герметизации и образования соединения труб в центрированные сквозные отверстия 20 закрепляемой концевой части 18, противоположной соединяемой концевой части 16 муфты 10, вставляется и закрепляется отдельная вторая соединительная деталь 42 (болт 42). Гайка 44 навинчивается на резьбовой стержень болта 42 и затягивается на указанном болте с крутящим моментом, составляющим от 36 нм до 300 нм и зависящем от размера муфты.
Поскольку предпочтительный вариант муфты предполагает предварительную сборку, концы шарнирной соединительной детали 22' 'закрепляются или частично закрепляются с помощью резьбовых гаек 29. В предпочтительном варианте гайки 29 затягиваются на резьбовых стержневых участках 26а и 26b соединительной детали 22' с крутящим моментом около 72-120 нм, достаточным для надежной затяжки указанных гаек на резьбовых стержневых участках 26а и 26b. Кроме того, концы 26а и 26b соединительной детали 22' могут закрепляться в компонентах корпуса 12 и 14 другими способами, например прессовой посадкой, вбиванием концов 26а и 26b в нужное место или с использованием формованных концов с другими крепежными конструкциями, т.е. штифтами, если указанные способы позволяют обеспечить надежное крепление указанной соединительной детали в сквозных отверстиях 20 выступающих площадок под болт 16а и 16b и муфта способна обеспечить требуемые показатели гидростатического давления и изгибающего момента.
Герметизация описанного выше варианта муфты 10 была обеспечена с помощью отдельной соединительной детали 42, которая была установлена и закреплена конечным пользователем. На фиг.8А и 8B изображен альтернативный вариант муфты 10', позволяющий обеспечить более предпочтительную полную предварительную сборку соединительного приспособления. Согласно этому альтернативному варианту осуществления конфигурация закрепляемой концевой части 18 муфты 10' подбирается таким образом, чтобы обеспечить возможность предварительной сборки соединительной детали 42. Предварительно собранная муфта 10' также содержит в соединяемой концевой части 16 соединительную деталь 22, шарнирную соединительную деталь 22', обеспечивающую соединение верхнего компонента 12 корпуса с нижним компонентом 14 и ось вращения Р-Р, вокруг которой указанные компоненты вращаются относительно друг друга. Хотя конфигурация верхнего компонента 12 не отличается от приведенной выше, нижний компонент 14' корпуса предпочтительно содержит прорезь 21 в закрепляемой концевой части 18. Прорезь 21 сообщается со сквозным отверстием 20 концевой выступающей площадки под болт 18b и предпочтительно содержит периферийный паз, расположенный на наружном поперечном крае компонента 14' корпуса. При наличии паза и прорези 21 в нижнем компоненте корпуса собранная соединительная деталь, представляющая собой соединенные болт 42 и гайку 44, может быть установлена в сквозном отверстии 20 концевой выступающей площадки под болт 18а верхнего компонента 12 корпуса. Так как прорезь 21 сообщается со сквозным отверстием 20, выступающая площадка под болт 18b' обеспечивает канал вытянутой или предпочтительно овальной формы для совмещения с имеющей соответствующую форму частью болта, что позволяет предотвратить вращение указанного болта в сквозном отверстии 20.
Предварительная сборка муфты 10' позволяет освободить конечного пользователя от необходимости устанавливать отдельный болт в закрепляемую концевую часть 18 муфты и затягивать гайку на конце соединительной детали 42. Вместо этого конечный пользователь может установить муфту 10' над прокладкой 40, охватывающей соединяемые отрезки труб 2 и 4. После этого муфта переводится в закрытое положение, как показано, например, на фиг.8B. Собранная соединительная деталь 42, 44 может быть убрана, чтобы дать возможность повернуть компоненты корпуса в закрытое положение. После перехода в закрытое положение собранная соединительная деталь 42, 44 может быть вставлена через прорезь 21 и ее паз на нужное место в сквозное отверстие 20. После этого гайка 44 затягивается до заданных значений крутящего момента и соединение труб готово к эксплуатации. Хотя прорезь 21 и ее периферийный паз описаны для нижнего компонента 14', следует понимать, что альтернативный компонент 14' корпуса может использоваться в качестве верхнего компонента корпуса муфты 10 в сборе. В этом случае предварительная сборка соединительной детали 42 может быть произведена в сквозном отверстии 20 нижнего компонента корпуса.
Описанные выше предпочтительные варианты муфт в сборе преимущественно предназначены для соединения стандартных 2-дюймовых, 2,5-дюймовых, 3-дюймовых, 4-дюймовых, 6-дюймовых или 8-дюймовых труб, однако их размеры могут быть подобраны для соединения труб любого размера при условии, что компоненты корпуса обеспечивают удержание и надежное закрепление шарнирной соединительной детали 22. В каждой из описанной выше муфты в сборе шарнирная соединительная деталь 22 в сочетании с закрепляющей соединительной деталью 42 обеспечивают достаточное распределенное сжимающее усилие через компоненты корпуса, охватывающие прокладку 40. Внутренние поверхности 12а и 14а верхнего и нижнего компонентов корпуса 12 и 14, контактирующие с прокладкой 40, формируют профиль, обеспечивающий создание и/или поддержание максимального сжимающего усилия, воздействующего на указанную прокладку для обеспечения эффективной герметизации соединения труб.
На фиг.9А и 9B изображена известная внутренняя поверхность 12а верхнего компонента 12 корпуса, контактирующая с предпочтительным вариантом прокладки 40. Детальные изображения альтернативного варианта внутренней поверхности 12а, 14а и предпочтительного варианта прокладки для использования в вышеописанной конструкции шарнирной муфты приведены на фиг.10А и 10B. Фиг.10А и 10B представляют собой соответственно вид в нестянутом и затянутом состоянии, где сужающаяся внутренняя поверхность 12а корпуса 12 муфты образует пару выемок 30, прижимающих боковые части прокладки 40 к боковым внутренним стенкам корпуса 12. Подробное описание прокладки и корпуса, изображенных на фиг.10А и 10B, приведено в международной заявке PCT/US10/53970 «Системы и способы соединений с помощью шарнирных муфт», которая подана 25 октября 2010 г. и устанавливает приоритет предварительной патентной заявки США №61/255,409 «Системы и способы соединений с помощью шарнирных муфт», зарегистрированной 27 октября 2009 г.; обе указанные заявки включены в настоящую заявку в качестве ссылки. С вариантами муфт, описанными в настоящей заявке, могут использоваться различные известные в данной области техники конфигурации прокладок. Например, как показано на фиг.9А и 9B, с предпочтительными вариантами муфт 10, 10' в сборе могут использоваться стандартные прокладки C-образного сечения и прокладки Tri-seal, описанные на стр.12, посвященной средствам пожаротушения и пожарной безопасности публикации Tyco IH-1000FP, озаглавленной «Руководство по монтажу рифленых средств противопожарной защиты Grinnell» (август 2007 г.). Копия страницы 12 из вышеупомянутого руководства по монтажу включена в предварительную патентную заявку США №61/255,351.
В предпочтительном варианте муфты 10, 10' и при ее установке, как указано выше, шарнирная соединительная деталь 22 выполняет, по меньшей мере, три функции: i) она обеспечивает соединение компонентов 12, 14 корпуса между собой для предварительной сборки, что позволяет свести к минимуму число отдельных деталей для конечного пользователя; ii) соединительная деталь 22 определяет ось вращения муфты 10; и iii) в закрытом положении соединительная деталь 22 обеспечивает надежное сцепление компонентов 12 и 14 корпуса, благодаря чему для создания герметичного уплотнения пользователю достаточно просто затянуть соединительную деталь 42 с надлежащим крутящим моментом. В частности, муфта 10 в сборе предусматривает для соединительной детали 22 следующие функции: в осевой конфигурации она должна обеспечивать линейное центрирование сквозных отверстий 20 компонентов 12, 14 корпуса для обеспечения закрытого положения муфты 10, как показано на фиг.5B, а в наклонной конфигурации она должна обеспечивать открытое положение муфты 10, как показано на фиг.5А. На фиг.3A-3D изображен и выше описан предпочтительный вариант шарнирной соединительной детали 22'. Однако возможны и другие конфигурации самой соединительной детали 22 и ее конфигурации в пределах компонентов 12 и 14 при условии выполнения полученной в результате соединительной деталью вышеописанных функций. Например, конфигурация соединительной детали и муфты могут быть подобраны таким образом, чтобы удерживать муфту в открытом и закрытом положении при наклонной конфигурации элементов указанной соединительной детали. Также могут быть предложены такая соединительная деталь и такая конфигурация выступающих площадок под болт, которые не будут требовать прохождения соединительных деталей через сквозное отверстие - например, в одном или нескольких ушках могут быть предусмотрены глухие отверстия с резьбой под стержни шарнирной соединительной детали.
Хотя в описании настоящего изобретения представлены определенные варианты осуществления, данная заявка позволяет вносить в описанные варианты всевозможные изменения, не отступая от сущности и объема данного изобретения. Соответственно, настоящее изобретение не ограничивается описанными вариантами, и его объем в полной мере определяется приведенной ниже формулой и ее эквивалентами.