Результат интеллектуальной деятельности: Соединение быстроразъёмное шлицевое универсальное

Предлагаемое изобретение относится к нефтегазовой отрасли, в частности к соединению быстроразъемному шлицевому универсальному «ШЛИРС», предназначенному для использования как для неподвижного соединения оборудования между собой, так и с передачей крутящего момента влево и вправо, а также для подсоединения оборудования к насосно-компрессорным трубам (НКТ) или к гибким насосно-компрессорным трубам (ГНКТ) с возможностью прохода среды внутри соединения без потерь и без понижения давления в трубах НКТ или ГНКТ.

Известно быстроразъемное соединение трубопроводов, содержащее муфту, установленную на концах соединяемых труб, уплотнительные кольца и фиксирующие упоры (см. описание полезной модели к патенту РФ №63017, МПК F16L 37/00, опубл. 10.05 2007 г.).

Муфта выполнена цилиндрической. На внутренней поверхности муфты выполнены канавки для установки уплотнительных колец, а фиксирующие упоры выполнены эксцентриковые и установлены на наружной поверхности муфты на обоих ее концах с возможностью взаимодействия с наружной поверхностью соединяемых труб. После установки муфты с уплотнительными кольцами на соединяемые трубы поворотом вокруг осей эксцентриковые упоры плотно прижимают к наружной поверхности труб, что исключает возможность смещения соединяемых элементов относительно друг друга. Однако, известное соединение не может быть использовано в нефтегазовой отрасли при спуске труб в обсадные колонны скважины, так как не способно выдерживать осевые (растягивающие нагрузки). Кроме того, оно не имеет возможности передавать крутящий момент влево и вправо, а наружный диаметр соединяемых труб имеет выступающие элементы виде эксцентриковых упоров, что и не удовлетворяет условиям эксплуатации в нефтегазовой отрасли.

Известно быстроразъемное соединение, включающее пару втулок с внутренней резьбой для соединения с трубами, уплотнение и фиксирующий элемент (см. описание полезной модели к патенту РФ №62201, МПК F16L 19/00, опубл. 27.03 2007 г.).Одна втулка соединения выполнена с лысками на наружной поверхности под ключ и с внутренней конической резьбой и имеет кольцевой радиальный выступ, образованный за счет утолщения на ее конце. Торец утолщения по наружной поверхности обработан под конус, на поверхности которого выполнена кольцевая канавка под уплотнение в виде резинового кольца. Другая втулка также выполнена с лысками на наружной поверхности и с внутренней конической резьбой, на одном конце имеет утолщение, по торцу которого выполнен внутренний конус, а по наружному диаметру выполнена резьба для установки фиксирующего элемента в виде накидной гайки.

Недостатком известного соединения является то, что оно не может быть использовано в нефтегазовой отрасли при спуске труб в обсадные колонны скважины, так как не имеет возможности передачи крутящего момента влево и вправо, а наружный диаметр имеет выступающие элементы виде отливов на гайке, что делает невозможным спуск в скважину.

Известно быстроразъемное резьбовое соединение, включающее охватываемую и охватывающую трубы с коническими резьбами (см. описание полезной модели к патенту №126419, МПК Е212В 17/042, опубл. 23.04.2013).

Профиль сечения конических резьб представляет собой неравнобедренную трапецию, причем охватываемая труба имеет конический упорный торец, а охватывающая труба имеет взаимодействующий с ним конический упорный уступ. Кроме того, охватываемая труба имеет конический упорный уступ, а охватывающая труба имеет взаимодействующий с ним конический упорный торец. Фиксация труб между собой обеспечивается тем, что каждая коническая резьба выполнена с конусностью 1:37,37 и имеет шаг 12,7 мм.

К недостаткам замкового соединения насосно-компрессорных труб соединения относится:

- способность передавать крутящий момент только в одну сторону, а именно по часовой стрелке (правая резьба) или против часовой стрелки (левая резьба);

- при закручивании замкового соединения необходимо прикладывать определенные усилия, используя, как правило, специальные ключи;

- замковое соединения не имеют защиты от самопроизвольного разъединения.

Известно замковое соединение насосно-компрессорных труб, принятое в качестве прототипа, состоящее из муфты и ниппеля, на одном конце которых выполнены элементы для их взаимного соединения (см. описание полезной модели к патенту №126419, МПК F16L 15/08, опубл. 27.03.2013).

Элементы для их взаимного соединения представляют собой присоединительную резьбу увеличенной длины без принудительного сбега с конической зарезьбовой проточкой на ниппеле, начальный диаметр которой превышает диаметр впадин резьбы в данном сечении, при этом длина присоединительной резьбы обеспечивает свободный заход ниппеля в муфту без вращения минимум на 13 мм.

К недостаткам резьбового соединения относится:

- способность передавать крутящий момент только в одну сторону, а именно по часовой стрелке (правая резьба) или против часовой стрелки (левая резьба);

- при закручивании резьбовых соединений необходимо прикладывать определенные усилия, используя, как правило, специальные ключи;

- резьбовые соединения не имеют защиты от самопроизвольного разъединения.

Технической задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является создание соединения быстроразъемного герметичного, имеющего возможность передачи крутящего момента как влево, так и вправо без риска отворота инструмента и не требующего для сборки и разборки соединения специального инструмента (механических, гидравлических ключей или раскрепителей, тисков).

Технический результат достигается тем, что соединение быстроразъемное шлицевое универсальное, состоящее из муфты и ниппеля, один конец которых содержит элементы для их взаимного соединения, отличается тем, что оно дополнительно содержит фиксатор для предотвращения осевого перемещения и разъединения ниппеля и муфты, где корпус муфты выполнен с трехступенчатым внутренним сквозным проходным отверстием, а корпус ниппеля имеет сопрягаемый (соответствующий) по форме и размеру конец со сквозным отверстием, при этом элементы для их взаимного соединения выполнены в виде шлицев и зубьев, причем шлицы и зубья муфты расположены на внутреннем диаметре наибольшей ступени, а ниппеля - на средней ступени, внутренняя поверхность средней ступени муфты и наружная поверхность конца ниппеля выполнены с канавками, образующими кольцевой канал с выходом наружу в виде ступенчатого отверстия с внутренней резьбой для установки фиксатора, выполненного в виде гибкого кольцевого элемента, один конец которого снабжен резьбовым элементом для фиксации в корпусе муфты. Шлицы и зубья рабочей резьбы могут быть выполнены с прямобочным, эвольвентным или треугольным профилем. Фиксатор может быть выполнен в виде гибкого кольцевого элемента с нанизанными на него шариками.

Преимуществами соединения быстроразъемного шлицевого универсального является то, что оно:

- имеет незначительные габариты;

- обеспечивает передачу крутящего момента как влево, так и вправо, и полностью исключает самопроизвольное разъединение;

- может воспринимать осевые растягивающие нагрузки;

- обеспечивает высокую герметичность;

- обеспечивает высокую стойкость к воздействию агрессивной среды на герметизирующее уплотнение;

- обеспечивает возможность эксплуатации при перепаде давления до 700 атмосфер и температуре до 175°С;

- обладает высокой виброустойчивостью;

- обладает высоким сопротивлением разрывным нагрузкам;

- обеспечивается без специальных ключей и без больших усилий;

- не требует специального инструмента при сборке и разборке (механических, гидравлических ключей или раскрепителей, тисков);

- уменьшает риск попадания в скважину посторонних крепежных элементов в процессе монтажа оборудования;

- выдерживает высокий крутящий момент, что позволяет использовать его в компоновках для бурения и фрезерования;

- обладает длительными сроками эксплуатации до проведения ремонт-

но-восстановительных работ. Соединение быстроразъемное герметичное шлицевое, универсальное «ШЛИРС» иллюстрировано чертежами, где: на фиг. 1 изображено сечение общего вида муфты; на фиг. 2 - сечение общего вида ниппеля; на фиг. 3 - общий вид соединения в сборе; на фиг. 4 - сечение по фиксирующему элементу.

Соединение быстроразъемное шлицевое универсальное содержит охватываемый элемент - вал 1 (ниппель) и охватывающий элемент - отверстие 2 (муфта), рабочие концы у которых выполнены со шлицами 3 и зубьями 4 для их взаимодействия, обеспечивающих соосность ниппеля 1 и муфты 2, а также контактирующие между собой упорные торцевые поверхности (упорные торцевые поверхности на чертеже не показаны). Элементы для соединения шлицы 3 и зубья 4 могут быть выполнены как непосредственно на соединяемых деталях оборудования, так и на соединяемых насосно-компрессорных трубах (НКТ) или гибких насосно-компрессорных трубах (ГНКТ), так и на отдельных деталях образующих в сборе переводники.

Шлицы 3 и зубья 4 могут иметь различную форму, например прямобочную, эвольвентную или треугольную. Диаметры соединения также могут быть различными, в зависимости от места эксплуатации. Корпус муфты 2 выполнен с трехступенчатым внутренним сквозным проходным отверстием, при этом шлицы 3 и зубья 4 расположены на внутреннем диаметре наибольшей ступени. Корпус ниппеля 1 имеет конец, сопрягаемый (соответствующий) по форме и размеру средней и большой ступени муфты 2 и также имеет сквозное проходное отверстие и шлицы 3 и зубья 4, расположенные на наружной поверхности средней ступени ниппеля 1.

Внутренняя поверхность средней ступени муфты 2 и наружная поверхность конца ниппеля 1 выполнены с канавкой 5 и 6 соответственно, расположенной в перпендикулярной оси муфты 2 и ниппеля 1 плоскости, образуя кольцевой канал при сборе соединения с выходом наружу в виде ступенчатого отверстия 7 с внутренней резьбой для установки фиксатора. Фиксатор выполнен в виде гибкого вала 8 (троса) с головкой 9, снабженной резьбой на наружной поверхности и сопрягаемой со ступенчатым отверстием 7.

Фиксатор может быть выполнен в виде тросика 8, на который нанизаны посредством отверстий шарики 10 с возможностью поворота относительно оси тросика (отверстия на чертеже не показаны). Один конец тросика 8 жестко прикреплен сваркой к головке 9 (винт) а противоположный конец тросика 8 оснащен упором 11 для фиксации шариков 10 на тросике 8. Фиксирующий элемент обладает большой прочностью и при этом гибок. Ось тросика 8 способна принимать траекторию окружности кольцевого канала.

Для обеспечения герметичности соединения по обе стороны от канавок 5 и 6 выполнены канавки для установки уплотнительных манжет 12 и 13 соответственно, способные выдерживать давление до 100 Мпа (канавки на чертеже не показаны).

Предлагаемое соединение собирают следующим образом.

Вначале в канавках 5 и 6 размещают уплотнительные манжеты 12 и 13, совмещают шлицы 3 и зубья 4 муфты 2 с зубьями 4 и пазами 3 ниппеля 1 и перемещают ниппель 1 внутрь муфты 2 до совмещения канавок 5 и 6. Затем в выход образованного кольцевого канала устанавливают фиксатор, фиксируя головку 9 в ступенчатом отверстии 7 корпуса муфты 2. Фиксатор предотвращает осевое перемещение и разъединение ниппеля 1 и муфты 2.

Соединение обладает большой прочностью, герметичностью и способностью воспринимать осевые растягивающие нагрузки.

Соединение имеет возможность эксплуатации как в неподвижном состоянии при соединении оборудования с трубами, так и с передачей крутящего момента как влево, так и вправо и полностью исключает самопроизвольное разъединение.