УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ДВОЙНЫХ ТРУБ С РУБАШКОЙ
DEVICE FOR CONNECTION OF DOUBLE PIPES WITH JACKET

Настоящее изобретение относится к устройству для соединения двойных труб с рубашкой, содержащему два неподвижных фланца и стопорный элемент для соединения неподвижных фланцев в осевом направлении; неподвижные фланцы, соответственно, содержат внутреннее кольцо и наружное кольцо, связанные друг с другом с возможностью передачи крутящего момента; внутренняя труба соединена с каждым из внутренних колец, и труба рубашки соединена с каждым из наружных колец, и неподвижные фланцы, соответственно, имеют между внутренним кольцом и наружным кольцом, по меньшей мере, одно осевое отверстие, расположенные друг от друга на некотором расстоянии за счет кольцевого пространства.
Известно множество конструкций устройств для соединения труб, которые также называются муфтами для соединения труб. Особе преимущество имеют муфты для соединения труб, с которыми два конца трубы могут быть легко соединены и от которых они могут быть отсоединены без использования каких-либо дополнительных инструментов. В зависимости от области применения труб к используемым трубам предъявляется ряд требований.
Дающие наибольший эффект муфты для соединения труб также позволяют вращать или поворачивать соединяемые трубы относительно друг друга в установленном состоянии без отрицательного воздействия на поток, проходящий через муфту или без отрицательного воздействия на функционирование муфты. Кроме того, муфты для соединения труб также должны использоваться в линиях, которые повергаются воздействию высоких давлений.
Муфты для соединения труб также используются в линиях, в которых две трубы расположены соосно друг в друге. Такие линии известны как двойные трубы, а также как двойные трубы с рубашкой.
Обычная муфта для соединения двойных труб с рубашкой известна из DE 19837296 В4. Эта муфта для соединения труб соединяет два конца двойных труб с друг с другом с возможностью разборки, при этом имеется возможность поворачивания двух двойных труб относительно друг друга. Муфта для соединения труб состоит из двух соединяющихся частей, часто называемых неподвижными фланцами, при этом оба неподвижных фланца соединены с внутренней и наружной секцией трубы и имеют осевое отверстие для прохождения потока через муфту. Для того чтобы осевые отверстия не блокировали прохождение потока в положении фланцев, при котором они отклоняются от выровненного положения, предлагается предусмотреть периферийную кольцевую канавку между двумя неподвижными фланцами. В этой кольцевой канавке собирается среда, протекающая через осевые отверстия, в результате чего обеспечивается надежное протекание потока через муфту в каждом относительном положении неподвижных фланцев.
Однако известные муфты для соединения труб должны быть усовершенствованы в отношении сложности их сборки. Муфты для соединения двойных труб часто состоят из двух частей, каждая из которых соединяется с внутренней и наружной трубой, прежде чем обе части будут зафиксированы в осевом направлении, например, с помощью зажима. Соединение двух соединяющихся частей с трубами оказывается относительно простым, если две трубы могут быть смещены в осевом направлении относительно друг друга. В этом случае внутренние трубы, прежде всего, соединяются с двумя неподвижными фланцами.
Затем две наружные трубы перемещаются поверх внутренних труб, уже соединенных с неподвижными фланцами, и также соединяются с неподвижными фланцами. И, наконец, два неподвижных фланца соединяются и фиксируются в осевом направлении, например, с помощью соединительного зажима.
Однако установка муфты для соединения двойных труб, известной по существующему уровню техники, оказывается значительно более трудной и до некоторой степени невозможной, если, по меньшей мере, на одной стороне муфты конец двойной трубы должен быть соединен с неподвижным фланцем муфты, с которым две трубы не могут смещаться в осевом направлении относительно друг друга. Это может часто встречаться на практике, например, когда конец двойной трубы выступает из стены или машины. В этом случае концы труб должны быть отрезаны с требуемой точностью перед установкой неподвижного фланца. Однако с учетом конструкции, после установки неподвижного фланца доступным остается только наружная труба. В результате этого соединение между неподвижным фланцем и внутренней трубой, например, для образования сварного шва, больше не является доступным.
Таким образом, задача изобретения состоит в том, чтобы скомпоновать и усовершенствовать муфту для соединения двойных труб, определенную и подробно описанную выше, так чтобы устранить недостатки, известные из существующего уровня техники, и обеспечить возможность легкой сборки муфты с двойными трубами, которые не могут быть смещены в осевом направлении относительно друг друга.
Эта задача решается с помощью устройства для соединения двойных труб с рубашкой по вводной части п.1 формулы изобретения, в том отношении, что, по меньшей мере, между одним из наружных колец и обращенной к ней трубой рубашки устанавливается смещаемая в осевом направлении выдвижная труба.
Выдвижная труба обеспечивает надлежащую доступность к внутренней трубе, так чтобы, к примеру, на внутренней трубе можно было сварить сварные швы. Во время сборки выдвижная труба, прежде всего, перемещается в положение установки по соответствующей трубе рубашки. На следующем этапе внутреннее кольцо первого неподвижного фланца на стороне выдвижной трубы приваривается к соответствующей внутренней трубе. В данном случае не имеет значения, соединен ли уже второй неподвижный фланец с соответствующей внутренней трубой и трубой рубашки с первым неподвижным фланцем или нет. И, наконец, выдвижная труба может быть смещена по оси к соответствующему неподвижному фланцу и приварена к нему и к соответствующей трубе рубашки. Муфта для соединения двойных труб также просто может быть установлена на стороне выдвижной трубы в случае, когда внутренняя труба и труба рубашки на этой стороне не могут быть смещены относительно друг друга в осевом направлении. Выдвижная труба, в частности, может быть выполнена как цельный элемент. Как вариант, выдвижная труба может быть выполнена из некоторого количества труб. которые могут перемещаться друг в друга подобно телескопу и перемещаться в осевом направлении относительно друг друга.
Муфта для соединения двойных труб может иметь выдвижную трубу с любой стороны муфты или также с обеих сторон одновременно. Если используется муфта для соединения двойных труб с выдвижной трубой с обеих сторон, муфта для соединения двойных труб также может быть легко установлена с помощью описываемого способа с любой стороны муфты, если внутренняя труба и труба рубашки не могут быть смещены относительно друг друга в осевом направлении. В этом случае расстояние между концами внутренних труб должно выбираться или устанавливаться только таким образом, чтобы в собранном состоянии два неподвижных фланца могли быть точно вставлены между концами внутренних труб. Неподвижные фланцы предпочтительно изготавливаются из литой стали.
В системах трубопроводов с некоторым количеством муфт для соединения двойных труб, между которыми устанавливаются относительно длинные, например, длиной несколько метров, двойные трубы с рубашкой, предлагается использовать проставки, которые аналогично неподвижным фланцам разделяют две трубы в радиальном направлении и крепятся на заданных расстояниях между внутренними трубами и трубами рубашки.
Относительное поворачивание концов соединяемых труб обеспечивается согласно следующей конфигурации по изобретению с помощью двух неподвижных фланцев, соединенных друг с другом с возможностью поворачивания. Такая муфта для соединения двойных труб, даже после закрывания стопорным элементом, позволяет куску трубы, приваренному к одному неподвижному фланцу, легко поворачиваться вокруг его оси к смежному куску трубы, приваренному к противоположному неподвижному фланцу. Это необходимо в ряде случаев, например, для выравнивания сборки или во время поворачивания секций трубы.
По следующей конфигурации изобретения сборка оказывается особенно легкой за счет использования выдвижной трубы, расположенной с возможностью смещения в осевом направлении с наружной стороны соответствующей трубы рубашки.
Преимущество расположения выдвижной трубы с наружной стороны соответствующей трубы рубашки по сравнению с расположением с внутренней стороны состоит в том, что выдвижная труба может быть легко смещена вручную или с помощью инструмента. Кроме того, внутренний диаметр трубы рубашки, влияющий на характеристики потока, не уменьшается конструкцией выдвижной трубы, расположенной снаружи трубы рубашки.
По другой конфигурации изобретения предлагается, чтобы стопорный элемент соединялся с неподвижными фланцами с возможностью поворачивания, фиксировал их в осевом направлении и имел, к примеру, форму зажима, накидной гайки или бисерной цепи.
Зажим может приводиться в действие вручную с помощью натяжного рычага, соединенного с пружиной, и обеспечивающего легкую и быструю сборку и демонтаж без использования дополнительных инструментов (с помощью так называемого быстроразъемного соединения). Соответственно, могут быть снижены расходы на содержание персонала.
Никакие дополнительные (ударного действия) инструменты не требуются и при использовании накидной гайки. Следовательно, соединение может быть собрано и разобрано вручную. Повторная затяжка после навертывания накидной гайки не требуется. Обычно резьбовая часть и накидная гайка имеют коническую резьбу с цилиндрическим сбегом резьбы. Кроме того, может быть предусмотрен шплинт, который предотвращает нежелательное отвертывание и увеличивает эксплуатационную надежность муфты для соединения двойных труб. Накидная гайка может быть легко отвернута даже после длительного периода эксплуатации, в частности, если снаружи накидной гайки отформованы глухие радиальные отверстия.
За счет использования бисерной цепи для осевого стопорения между неподвижными фланцами может возникать небольшое трение, за счет чего они могут легко поворачиваться относительно друг друга. Муфта с бисерной цепью известна из DE 3324271 A1.
С целью улучшения герметизации муфты для соединения двойных труб предусматривается другая конфигурация изобретения, в которой уплотнительное кольцо устанавливается между внутренним кольцом одного неподвижного фланца и внутренним кольцом другого неподвижного фланца и/или между наружным кольцом одного неподвижного фланца и наружным кольцом другого неподвижного фланца. Преимущество использования уплотнительного кольца состоит в том, что может быть обеспечено весьма эффективное уплотнение при относительном перемещении уплотняемых поверхностей. Уплотнительное кольцо, в частности, может быть радиальным волнообразным уплотнительным кольцом.
По другой характеристике изобретения между неподвижными фланцами может быть установлен двойной соединитель с возможностью поворачивания, который имеет внутреннее кольцо и наружное кольцо, связанные друг с другом с возможностью передачи крутящего момента. Использование двойного соединителя позволяет использовать два идентичных неподвижных фланца. Преимуществом такой конструкции, прежде всего, в литейном производстве неподвижных фланцев, например, в производстве стальных литых фланцев, является то, что требуется только одна литейная форма. Таким образом, неподвижные фланцы могут изготавливаться более экономичным способом. Муфта для соединения двойных труб может иметь двойной соединитель с фиксатором любого типа, в частности, с осевым стопорением с помощью зажима, накидной гайки или бисерной цепи.
По преимущественной конфигурации улучшенное уплотнение обеспечивается с помощью, по меньшей мере, одного уплотнительного кольца, соответственно расположенного между внутренним кольцом неподвижного фланца и внутренним кольцом двойного соединителя и/или между наружным кольцом неподвижного фланца и наружным кольцом двойного соединителя. В этом случае преимущество использования уплотнительного кольца также состоит в том, что может быть обеспечено весьма эффективное уплотнение при относительном перемещении уплотняемых поверхностей. Уплотнительное кольцо, в частности, может быть радиальным уплотнительным кольцом вала.
По варианте изобретения может быть предусмотрено, что поперечное сечение потока, образованное кольцевым пространством и осевыми отверстиями для соединения кольцевых пространств рубашки в каждой точке, превышает площадь поперечного сечения внутренних труб. Таким образом, обеспечивается, что поток в кольцевых пространствах рубашки может протекать с низким сопротивлением. Это особенно важно в случае, когда кольцевые пространства рубашки образуют линию слива, давление в которой меньше давления в линии подачи высокого давления, расположенной с внутренней стороны.
И, наконец, в следующей конфигурации изобретения предлагается, чтобы внутренние трубы были выполнены как трубопроводы высокого давления, а трубы рубашки были выполнены как линия слива для использования при подземных разработках. Используя двойные трубы при укладке труб, можно сэкономить место для дополнительной линии по сравнению с отдельными трубопроводами, укладываемыми рядом друг с другом, и это, в частности, является преимуществом при выполнении работ в ограниченном пространстве, например, при выполнении подземных работ.
В линии подачи высокого давления рабочее давление преимущественно составляет приблизительно 40 МПа, в то время как давление в линии слива составляет приблизительно 4-7 МПа. Кроме того, из-за разности давлений двойные трубопроводы также являются вариантом для этого применения, поскольку толщина стенки внутренней линии высокого давления может выбираться независимо от толщины стенки наружной линии слива низкого давления. В отношении предлагаемого применения это может означать, что толщина стенки внутренних труб превышает толщину стенки труб рубашки.
Кроме того, использование двойных труб с рубашкой при подземных работах обеспечивает преимущество, состоящее в том, что если внутренняя труба, на которую действуют более высокие напряжения, не является герметичной из-за более высокого давления, труба рубашки, расположенная снаружи, препятствует утечке среды непосредственно из двойной трубы с рубашкой. Это снижает риск травм и, в частности, исключает необходимость выполнения ремонта в труднодоступных местах во время ведения горных работ.
Ниже приводится подробное описание изобретения со ссылкой на чертежи, которые предназначены только для объяснения предпочтительных примерных вариантов выполнения.
Фиг.1 - продольный разрез муфты для соединения двойных труб с зажимом в качестве осевого стопорного элемента;
Фиг.2 - поперечный разрез узла из Фиг.1 по линии II-II без зажима;
Фиг.3 - продольный разрез муфты для соединения двойных труб с зажимом в качестве осевого стопорного элемента с двойным соединителем;
Фиг.4 - поперечный разрез узла из Фиг.3 по линии IV-IV без зажима;
Фиг.5 - продольный разрез муфты для соединения двойных труб с накидной гайкой с резьбой в качестве осевого стопорного элемента;
Фиг.6 - поперечный разрез узла из Фиг.5 по линии VI-VI;
Фиг.7 - продольный разрез муфты для соединения двойных труб с разделенной бисерной цепью в качестве осевого стопорного элемента; и
Фиг.8 - поперечный разрез узла из Фиг.5 по линии VIII-VIII.
На Фиг.1 показано устройство для соединения двойных труб с рубашкой, которое ниже также называется муфтой для соединения двойных труб. Показанная муфта для соединения двойных труб соединяет, с одной стороны, внутренние трубы 1, 2 и, с другой стороны, трубы 3, 4 рубашки, расположенные снаружи. Внутренние трубы 1, 2 и трубы 3, 4 рубашки расположены, по существу, соосно, так чтобы между внутренней трубой 1 и трубой 3 рубашки образовывалось кольцевое пространство 5, и кольцевое пространство 6 - между внутренней трубой 2 и трубой 4 рубашки. Муфта для соединения двойных труб, показанная на Фиг.1, имеет неподвижный фланец 7 с внутренним кольцом 7а и наружным кольцом 7b, а также второй неподвижный фланец 8 с внутренним кольцом 8а и наружным кольцом 8b. Кроме того, муфта имеет выдвижную трубу 9, которая соединяет наружное кольцо 8b неподвижного фланца 8 с трубой 4 рубашки. Для выполнения сборки выдвижная труба 9 перемещается в положение 9b сборки.
Два неподвижных фланца 7, 8 закрепляются в осевом направлении муфты с помощью зажима 10, показанного на Фиг.1. Соединение, образованное таким образом с помощью зажима 10, обеспечивает поворачивание двух неподвижных фланцев 7, 8 относительно друг друга. Неподвижный фланец 7 имеет между наружным кольцом 7b и внутренним кольцом 7а, по меньшей мере, одно большое осевое отверстие 11. Аналогично, осевое отверстие 12 образовано между внутренним кольцом 8а и наружным кольцом 8b неподвижного фланца 8.
В муфте для соединения двойных труб, показанной на Фиг.1, два неподвижных фланца 7, 8 перемещаются друг к другу в осевом направлении. Герметичное соединение обеспечивается с помощью уплотнительных колец 13 как между внутренними кольцами 7а, 8а, так и между наружными кольцами 7b, 8b. Соединение между трубой 4 рубашки и выдвижной трубой образуется с помощью сварного шва 14. Соединения между внутренней трубой 1 и внутренним кольцом 7а и трубой 3 рубашки и наружным кольцом 7b также образуется с помощью сварных швов 15 и 16. Внутренняя труба 2 и внутреннее кольцо 8а соединяются с помощью сварного шва 17, в то время как выдвижная труба 9 соединяется с наружным кольцом 8b сварным швом 18.
Осевые отверстия 11, 12 обеспечивают соединение кольцевых пространств 5, 6 рубашки. В случае, когда осевые отверстия 11, 12 не расположены на одной линии относительно друг друга, существует риск, что соединение между кольцевым пространством 5 рубашки и кольцевым пространством 6 рубашки будет заблокировано. По этой причине осевое отверстие 11 находится на некотором расстоянии от осевого отверстия 12 за счет периферического кольцевого пространства 19. Кольцевое пространство 19 обеспечивают достаточное сообщение осевых отверстий 11, 12 между кольцевыми пространствами 5, 6 рубашки в любом угловом относительном положении неподвижных фланцев 7, 8.
В муфте для соединения двойных труб, показанной на Фиг.1, труба 4 рубашки и выдвижная труба 9 выполнены таким образом, что выдвижная труба 9 может смещаться в осевом направлении по трубе 4 рубашки. Выдвижная труба, перемещаемая назад в положение 9' установки, позволяет выполнять необходимые сварные швы на внутренних трубах 1, 2. В муфте для соединения двойных труб, показанной на Фиг.1, соединение между внутренней трубой 2 и внутренним кольцом 8а, когда выдвижная труба перемещена назад в положение 9' установки, может быть легко доступным, и поэтому можно легко выполнить кольцевой сварной шов 17. После сварки внутренних труб 1, 2 выдвижная труба 9 перемещается назад к муфте для соединения двойных труб, так чтобы выдвижная труба 9 касалась наружного кольца 8b. В этом положении выдвижная труба 9 может быть соединена с трубой 4 рубашки сварным швом 14, кроме того, выдвижная труба 9 может быть соединена с наружным кольцом 8b сварным швом 18. Соответственно, выдвижная труба в то же время может быть расположена с другой стороны муфты для соединения двойных труб или с обеих сторон муфты для соединения двойных труб для упрощения сварки внутренних труб 1, 2.
На Фиг.2 показан поперечный разрез по линии II-II муфты для соединения двойных труб из Фиг.1. С целью упрощения чертежа зажим 10 на Фиг.2 не показан. Внутреннее кольцо 7а показано на Фиг.2 с внутренней стороны. С наружной стороны расположено наружное кольцо 8b, которое обращено внутренней стороной к наружному кольцу 7b. Внутреннее кольцо 7а соединено с возможностью передачи крутящего момента с наружным кольцом 7b с помощью нескольких поперечин 20. Осевые отверстия 11 образованы между поперечинами 20.
На Фиг.3 показан продольный разрез другой конфигурации муфты для соединения двойных труб. В отличие от муфты для соединения двойных труб, показанной на Фиг.1, вариант выполнения муфты для соединения двойных труб, показанный на Фиг.3, имеет двойной соединитель 21, который расположен между двумя неподвижными фланцами 7, 8. Двойной соединитель 21 имеет внутреннее кольцо 21 а и наружное кольцо 21b. Большие осевые отверстия 21с, которые образованы между внутренним кольцом 21а и наружным кольцом 21b, обеспечивают проницаемость двойного соединителя 21 в осевом направлении. Между осевыми отверстиями 21с расположены поперечины 21d, которые соединяют внутреннее кольцо 21 а и наружное кольцо 21b, связанные друг с другом с возможностью передачи крутящего момента.
Кольцевой зазор 19 соответственно образован как между неподвижным фланцем 7 и двойным соединителем 21, так и между неподвижным фланцем 8 и двойным соединителем 21. Как было указано выше, кольцевые зазоры 19 обеспечивают сообщение полостей муфты для соединения двойных труб независимо от относительного углового положения неподвижных фланцев 7, 8. Для обеспечения надежного уплотнения двойной трубы установлено уплотнительное кольцо 13 соответственно между наружным кольцом 21b и наружным кольцом 7b и между наружным кольцом 21b и наружным кольцом 8b. Аналогично, уплотнительное кольцо 13 соответственно устанавливается между внутренним кольцом 7а и внутренним кольцом 21а и между внутренним кольцом 8а и внутренним кольцом 21а.
На Фиг.4 показан сборочный узел из Фиг.3 в поперечном разрезе по линии IV-IV. С целью упрощения чертежа зажим 10 на Фиг.4 не показан. Наружное кольцо 8b показано с наружной стороны в радиальном направлении. К наружному кольцу 8b примыкает наружное кольцо 21b двойного соединителя 21. Внутреннее кольцо 21а двойного соединителя 21 показано с внутренней стороны в радиальном направлении. Между внутренним кольцом 21а и наружным кольцом 21b предусмотрены как осевые отверстия 21с для проницаемости двойного соединителя 21 в осевом направлении, так и поперечины 21d для соединения внутреннего кольца 21а и наружного кольца 21b, связанных друг с другом с возможностью передачи крутящего момента.
На Фиг.5 показан продольный разрез по другой конфигурации соединителя для соединения двойных труб, в котором в качестве осевого стопорного элемента вместо зажима используется накидная гайка 22. Накидная гайка 22 и наружное кольцо 8b взаимодействуют с помощью резьбы 23. Для упрощения сборки в накидной гайке 22 предусмотрены глухие отверстия 24. Наружное кольцо 7b стопорится в осевом направлении между накидной гайкой 22 и наружным кольцом 8b. Тем не менее, неподвижный фланец 7 может поворачиваться относительно накидной гайки 22 и неподвижного фланца 8, так чтобы вариант выполнения муфты для соединения двойных труб, показанный на Фиг.5, также мог обеспечивать поворотное соединение двух двойных труб. Для получения поворотного соединения необходимо нарезать резьбу только на одном из двух наружных колец 7b, 8b для взаимодействия с накидной гайкой 22. Уплотнительные кольца 13 предусмотрены как между наружным кольцом 7b и накидной гайкой 22, так и между наружным кольцом 8b и накидной гайкой 22.
На Фиг.6 показан сборочный узел из Фиг.5 в поперечном разрезе по линии VI-VI. Накидная гайка 22 показана снаружи в радиальном направлении, при этом в гайке предусмотрены четыре глухих отверстия 24 для облегчения сборки. Накидная гайка 24 соединена с наружным кольцом 7b с помощью резьбы 23. Наружное кольцо 7b расположено внутри наружного кольца 8b. Внутреннее кольцо 7а, которое соединено с возможностью передачи крутящего момента с наружным кольцом 7b с помощью поперечин 20, расположено с внутренней стороны. Кроме того, осевые отверстия 11 предусмотрены между внутренним кольцом 7а и наружным кольцом 7b.
На Фиг.7 показан продольный разрез по другой конфигурации соединителя для соединения двойных труб. Эта конфигурация предусматривает бисерную цепь 25 в качестве осевого стопорного элемента. В наружном кольце 7b и в наружном кольце 8b выполнена обычная кольцевая канавка 26. Бисерная цепь 25, которая предотвращает осевое смещение между неподвижным фланцем 7 и неподвижным фланцем 8, расположена в канавке 26. Вставление и извлечение бисерной цепи 25 не вызывает затруднений благодаря разделению бисерной цепи 25, т.е., благодаря тому, что используется бисерная цепь с двумя свободными концами. Звенья цепи могут быть сферами, дисками цилиндрами и т.п. Бисерная цепь 25 обеспечивает поворачивание неподвижного фланца 7 и неподвижного фланца 8. Для предотвращения выпадения или извлечения бисерной цепи 25 канавка 26 закрыта защитной скобой 27, при этом смазочный штуцер 28 остается доступным.
На Фиг.8 показан сборочный узел из Фиг.7 в поперечном разрезе по линии VIII-VIII. Защитная скоба 27, которая частично закрывает наружное кольцо 8b, показана снаружи в радиальном направлении. Бисерная цепь 25 расположена в канавке 26 между наружным кольцом 8b и наружным кольцом 7b. Во время сборки бисерная цепь вставляется в канавку 26 через углубление 29, выполненное в наружном кольце 8b, а также закрывается защитной скобой 27. Для подачи смазки, в частности, консистентной смазки, в канавку 26 предусмотрен смазочный штуцер 28, показанный в варианте выполнения, и который расположен диаметрально противоположно углублению 29.