ШАРНИРНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБ

Полезная модель относится к быстроразъемным шарнирным соединениям труб полевых магистральных сборно-разборных трубопроводов и может быть использована в нефтяной и газовой промышленности.
Известно шарнирное соединение труб, содержащее раструб, в котором выполнен паз с установленным в нем уплотнением в виде самоуплотняющегося резинового кольца, и дополнительный паз, в котором установлены эластичная прокладка и стальной запорный элемент, выполненный в виде разрезного кольца. Шаровой элемент имеет сферическую поверхность большего радиуса, равного радиусу внутренней поверхности манжеты, выполненной в виде кольца с наружным криволинейным выступом. Шаровой элемент дополнительно снабжен концентричной сферической поверхностью малого радиуса, контактирующей с уплотнением (RU 2191948 C2, МПК F16L 27/067, 05.05.1999 г.).
Недостатком этого шарнирного соединения является то, что манжета выполнена в виде цельного кольца, которое устанавливается на трубу в заводских условиях перед приваркой шарового элемента к трубе и требует специальной дополнительной оснастки для ее удержания на шарнирном элементе как при доставке труб на трассу, так и в процессе сборки соединения, что усложняет и увеличивает время монтажа трубопровода.
Кроме этого технически сложно выполнить на шаровом элементе две кольцевые сферические поверхности с разными радиусами сфер.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и взятым за прототип является подвижное соединение труб, содержащее раструб с двумя пазами, в одном из которых установлено уплотнение, а в другом эластичная прокладка и запорный элемент, манжету, выполненную в виде двух полуколец с наружным криволинейным выступом и с возможностью обхвата сферы, шаровой элемент с двумя концентричными сферическими поверхностями, контактирующий поверхностью малого радиуса с уплотнением, а большого радиуса с внутренней сферической поверхностью манжеты. Полукольца разъемной манжеты соединены между собой посредством серег. Последние установлены на осях, заштифтованных в П-образных пазах. Пазы выполнены на одной из сторон торцевых частей перпендикулярного сечения полуколец. С противоположной стороны полукольца снабжены замковым устройством, выполненным в виде скобы-защелки, установленной в углублениях на наружной усеченно-конической поверхности полуколец, при этом по всей длине одна из сторон торцевых частей параллельного сечения полуколец оснащена внутренним выступом, выполненным перпендикулярно поверхности полуколец (RU 2234023 C1, МПК F16L 27/04, 17.12.2002 г. - прототип).
Недостатком этого подвижного соединения труб является то, что внутренний выступ на полукольцах манжеты, обеспечивающий удержание манжеты на шаровом элементе, конструктивно находится на определенном расстоянии от торца шарового элемента для обеспечения поворота трубы в шаровом соединении, а это в свою очередь создает условия для свободного несоосного расположения манжеты относительно осевой линии трубы и в случае несовпадения осевой линии трубы и осевой линии манжеты исключается возможность сборки соединения.
Технический результат полезной модели - обеспечение удержания манжеты на шаровом элементе и исключение несоосного расположения манжеты и шарового элемента, что позволяет снизить трудоемкость операции сборки соединения.
Этот технический результат достигается тем, что шарнирное соединение труб, содержащее раструб с внешней кольцевой проточкой, под которой внутри выполнена заходная фаска, переходящая последовательно в цилиндрическую и коническую поверхности, на цилиндрической поверхности раструба выполнен первый кольцевой паз, в котором размещены эластичная подкладка и стальное запорное кольцо, а за конической поверхностью - второй кольцевой паз с фигурным резиновым кольцевым уплотнением, контактирующим с шаровым элементом, разъемную манжету, состоящую из соединяемых замковым элементом дугообразных сегментов, каждый из которых имеет на одном торце заходный участок, а на другом торце - криволинейный выступ для взаимодействия со стальным запорным кольцом раструба, при этом суммарная внутренняя поверхность сегментов в сборе образует сферическую поверхность для обхвата шарового элемента, согласно полезной модели на наружной поверхности разъемной манжеты выполнена кольцевая канавка, в которой размещено разрезное стальное пружинное кольцо замкового элемента соединения дугообразных сегментов, а в зоне размещения второго кольцевого паза с фигурным резиновым кольцевым уплотнением внутренняя поверхность раструба идентична поверхности шарового элемента.
На фиг. 1 - представлено шарнирное соединение труб в сборе (в разрезе);
фиг. 2 - труба с раструбом и шаровым элементом (в разрезе);
фиг. 3 - разъемная манжета в сборе (вид по А на фиг. 2).
Шарнирное соединение труб включает выполненные на торцах трубы 1 с одной стороны раструб 2, а с другой стороны шаровой элемент 3. На внешней поверхности раструба 2 ближе к его торцу имеется кольцевая проточка 4 для взаимодействия с инструментом сборки-разборки. Под внешней кольцевой проточкой 4 на внутренней поверхности раструба 2 имеется заходная фаска 5, за которой выполнена внутренняя цилиндрическая поверхность (без позиции) на участке а-а (фиг. 2) от заходной фаски 5 до конической поверхности (без позиции). Коническая поверхность (участок а-б на фиг. 2) контактирует с заходным участком разъемной манжеты. Ширина конической поверхности должна быть не менее ширины заходного участка разъемной манжеты. На внутренней цилиндрической поверхности раструба 2 в ее начале выполнен первый кольцевой паз 6, в котором размещены эластичная подкладка 7, выполненная из микропористой маслобензостойкой резины, и стальное запорное кольцо 8, имеющее разрез, а в зоне б-б (фиг. 2) размещения второго кольцевого паза 9, в котором установлено фигурное резиновое кольцевое уплотнение 10, внутренняя поверхность раструба идентична сфере участка шарового элемента 3.
На шаровом элементе 3 установлена разъемная манжета (без позиции), состоящая из дугообразных сегментов 11 (фиг. 2 и 3). Каждый дугообразный сегмент имеет на одном наружном торце заходный участок 12, а на другом наружном торце - криволинейный выступ 13 для взаимодействия со стальным запорным кольцом 8 раструба 2, при этом суммарная внутренняя поверхность дугообразных сегментов 11 в сборе образует сферическую поверхность для обхвата шарового элемента 3. Дугообразные сегменты 11 разъемной манжеты соединены между собой замковым элементом, выполненном в виде разрезного стального пружинного кольца 14, размещенного в кольцевой канавке 15, выполненной на наружной поверхности разъемной манжеты.
На торце шарового элемента 3, который приваривается к трубе 1, имеется кольцевой выступ 16 для взаимодействия с инструментом сборки-разборки. Внутренняя полость 17 шарового элемента 3 заполняется легким материалом, например, жестким пенополиуретаном или другим легким композиционным материалом, образующим шар с усеченными боковыми поверхностями и с центральным осевым отверстием, соответствующем внутреннему диаметру трубы. Для изготовления трубы 1 с раструбом 2 и шаровым элементом 3 используется конструкционная низколегированная сталь для сварных конструкций марки 16ГС или другие равнопрочные стали.
С целью облегчения сборно-разборного трубопровода и повышения его надежности трубы и их торцевые части: раструб 2 и шаровой элемент 3 могут быть изготовлены как единое целое из легких композиционных материалов, армированных, например, высокопрочными нитями из сверхмолекулярного полиэтилена или гибридных композиционных материалов (Б.В. Байдаков, В.И. Натрусов, Т.Е. Шацкая и др. Новые материалы для БЛА. - М.: UAV.RU Спецвыпуск INTERPOLITEX-UVS-TECH 2013, стр. 25, 26). Дугообразные сегменты 11 разъемной манжеты также изготавливаются из этого материала, а полость 17 шарового элемента 3 заполняется тем же композиционным материалом, из которого изготавливается сам шаровой элемент.
Разрезное стальное пружинное кольцо 14 обеспечивает надежное соединение дугообразных сегментов 11 разъемной манжеты, обеспечивая постоянный контакт внутренней поверхности манжеты с шаровым элементом 3.
Шарнирное соединение труб работает следующим образом.
В раструб 2 одной трубы вставляется шаровой элемент 3 второй трубы. Сборка соединения может производится механизированным способом с использованием трубомонтажных машин или вручную с использованием инструмента сборки-разборки.
При этом дугообразные сегменты 11 разъемной манжеты надежно закреплены на шаровом элементе 3 с помощью разрезного стального пружинного кольца 14. При движении шарового элемента 3 в раструб 2 в начальный момент заходный участок 12 разъемной манжеты разжимает стальное запорное кольцо 8 и шаровой элемент 3 продолжает движение во внутрь раструба 2 до момента захода стального запорного кольца 8 за криволинейный выступ 13 разъемной манжеты, при этом заходный участок 12 разъемной манжеты контактирует с конической поверхностью участка а-б раструба 2, а шаровой элемент 3 своей поверхностью контактирует с участком 6-б внутренней поверхности раструба 2, на которой в кольцевом пазу 9 установлено фигурное резиновое кольцевое уплотнение 10, обеспечивающее герметичность соединения. Шаровой элемент 3 удерживается в раструбе 2 стальным запорным кольцом 8. В собранном состоянии одна труба относительно другой может поворачиваться на угол γ, который составляет не более 15°.
Использование полезной модели позволит исключить необходимость дополнительного закрепления разъемной манжеты на шаровом элементе 3 во время транспортировки труб, а также исключить несоосность положения манжеты 11 на шаровом элементе 3 в начале сборки и снизить трудоемкость операции по монтажу соединения.