ШАРНИРНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБ

Изобретение относится к быстроразъемным шарнирным соединениям труб полевых магистральных сборно-разборных трубопроводов и может быть использовано 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 разъемного 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 С2, 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 заявляемому изобретению 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 С1, 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 изобретения - 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, и с двумя кольцевыми пазами на внутренней поверхности, в первом от торца из которых размещены эластичная подкладка и стальное запорное кольцо, а во втором - фигурное резиновое кольцевое уплотнение, шаровой элемент, контактирующий с фигурным резиновым кольцевым уплотнением раструба, и разъемную манжету, состоящую из соединяемых замковыми элементами дугообразных сегментов, каждый из которых имеет на одном наружном торце заходный участок, а на другом наружном торце - криволинейный выступ для взаимодействия со стальным запорным кольцом раструба, а суммарная внутренняя поверхность сегментов в сборе образует сферическую поверхность для обхвата шарового элемента на участке сферы до зоны контакта шарового элемента с фигурным резиновым кольцевым уплотнением раструба, согласно изобретению внутренняя поверхность раструба выполнена цилиндрической на участке от заходной фаски до кольцевой плоскости, ограничивающей контакт с торцом заходного участка разъемной манжеты, под которой на шаровом элементе выполнена кольцевая канавка, а шарнирное соединение труб снабжено замковыми приспособлениями закрепления манжеты на шаровом элементе до момента соединения труб, каждое замковое приспособление выполнено в виде подпружиненного рычага, размещенного на наружной поверхности соответствующего дугообразного сегмента и связанного со штырем, расположенным в сквозном радиальном отверстии разъемной манжеты над кольцевой канавкой шарового элемента с возможностью возвратно-поступательного движения, при этом в зоне размещения второго кольцевого паза с фигурным резиновым кольцевым уплотнением внутренняя поверхность раструба идентична сфере участка 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 - замковое приспособление для закрепления разъемной манжеты на шаровом элементе;

фиг. 4 - замковое приспособление для закрепления разъемной манжеты на шаровом элементе (вид по А на фиг. 2 в разрезе);

фиг. 5 - дугообразные сегменты разъемной манжеты с замковыми приспособлениями (вид по Б 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 от заходной фаски 5 до кольцевой плоскости (без позиции), ограничивающей контакт с торцом заходного участка разъемной манжеты (участок а-а на фиг. 2). 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, 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 11, состоящая из дугообразных сегментов 12 и 13. Каждый дугообразный сегмент имеет на одном наружном торце заходный участок 14, а на другом наружном торце - криволинейный выступ 15 для взаимодействия со стальным запорным кольцом 8 раструба 2, а суммарная внутренняя поверхность дугообразных сегментов 12 и 13 в сборе образует сферическую поверхность для обхвата шарового элемента на участке сферы до зоны контакта шарового элемента 3 с фигурным резиновым кольцевым уплотнением 10 раструба 2. Дугообразные сегменты 12 и 13 разъемной манжеты 11 соединены между собой замковыми элементами 16, выполненными в виде пружинных скоб, вставляемых в углубления на торцах дугообразных сегментов (фиг. 5). На наружной поверхности каждого дугообразного сегмента 12 и 13 разъемной манжеты 11 выполнено не менее двух углублений (без позиций) и двух сквозных радиальных отверстий (без позиций) для размещения замковых приспособлений (без позиций) закрепления разъемной манжеты 11 на шаровом элементе 3 до момента соединения труб (фиг. 5). Каждое замковое приспособление выполнено в виде подпружиненного рычага 17, жестко связанного со штырем 18, расположенным в сквозном радиальном отверстии (без позиции) разъемной манжеты 11 над кольцевой канавкой 19 шарового элемента 3 с возможностью возвратно-поступательного движения (фиг. 3). Рычаг 17 снабжен пружиной кручения (без позиции), обеспечивающей такое положение рычага 17, при котором конец штыря 18 находится в кольцевой канавке 19 шарового элемента 3, а так как на каждом дугообразном сегменте 12 и 13 имеется не менее двух замковых приспособлений, разъемная манжета 11 надежно зафиксирована на шаровом элементе 3 до момента захода шарового элемента 3 в раструб 2.

На торце шарового элемента 3, который приваривается к трубе 1, имеется кольцевой выступ 20 для взаимодействия с инструментом сборки-разборки. Внутренняя полость 21 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, соответствующим внутреннему диаметру трубы.

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 12 и 13 разъемной манжеты 11 также изготавливаются из этого материала, а полость 21 шарового элемента 3 заполняется тем же композиционным материалом, из которого изготавливается сам шаровой элемент.

Таким образом, совокупность признаков, а именно наличие цилиндрической внутренней поверхности раструба, взаимодействующей с разъемной манжетой, установленной на шаровом элементе, и состоящей из дугообразных сегментов, на наружной поверхности каждого из которых имеются замковые приспособления, обеспечивающие фиксацию разъемной манжеты на шаровом элементе, позволила достичь указанных технических результатов.

Шарнирное соединение труб работает следующим образом.

В раструб 2 одной трубы вставляется шаровой элемент 3 второй трубы. Сборка соединения может производиться механизированным способом с использованием трубомонтажных машин или вручную с использованием инструмента сборки-разборки.

При движении шарового элемента 3 в раструб 2 в начальный момент разъемная манжета 11 зафиксирована на шаровом элементе 3 с помощью штырей 18 замкового приспособления, при этом подпружиненные рычаги 17 располагаются под углом к наружной поверхности разжимной манжеты 11 и выступают за габариты манжеты 11. Кроме этого во время сборки шарнирного соединения манжета 11 дополнительно удерживается на шаровом элементе 3 в заданном положении инструментом сборки-разборки. Заходный участок 14 каждого дугообразного элемента разъемной манжеты 11 разжимает стальное запорное кольцо 8, и манжета 11 продолжает движение вовнутрь раструба 2 по осевой линии. Подпружиненные рычаги 17 утапливаются стальным запорным кольцом 8 в углубления дугообразных сегментов 12 и 13 разъемной манжеты 11 и освобождают штыри 18 от контакта с кольцевой канавкой 19 шарового элемента 3. При дальнейшем движении шарового элемента 3 вместе с манжетой 11 стальное запорное кольцо 8 раструба 2 заходит за криволинейный выступ 15 манжеты 11. Соединение собрано. Подпружиненные рычаги 17 утоплены в углубления дугообразных сегментов 12 и 13 разъемной манжеты 11.

Шаровой элемент 3 освобожден от зацепления с разъемной манжетой 11, т.к. штыри 18 выведены из кольцевой канавки 19 и одна труба относительно другой может поворачиваться на угол γ, который составляет не более 15°. Герметичность шарнирного соединения обеспечивается фигурным резиновым кольцевым уплотнением 10.

Использование изобретения позволит исключить необходимость дополнительного закрепления разъемной манжеты 11 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.