Результат интеллектуальной деятельности: БЫСТРОРАЗЪЕМНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ

Изобретение «Быстроразъемное соединение трубопроводов» относится к трубопроводной арматуре и предназначено для быстрого соединения (разъединения) гибких трубопроводов, транспортирующих жидкость (нефтепродукты, воду и другие неагрессивные среды) с высоким давлением и большим расходом текучей среды.

Известно «Быстроразъемное соединение трубопроводов», п. RU 2283452, МПК F16L 37/00, опубликовано 10.09.2006, которое включает две полумуфты, соединяемые при помощи шарикового замка. Полумуфты герметично соединены с трубопроводами и каждая полумуфта имеет уплотнительное седло, в которое упирается запорный орган с уплотнительным элементом. Каждый запорный орган имеет дополнительный клапан с шариковым запором, служащий для сброса остаточного давления в одной из полумуфт до их соединения. Существенным недостатком конструкции соединения является невозможность сохранения рабочего давления в полумуфтах до их соединения для перекачки среды из-за протечек.

Известно «Устройство для соединения трубопроводов» п. RU 2143630, МПК⁶ F16L 37/28, опубликовано 27.12.1999, которое включает стационарный и сменный корпуса. Соединение трубопроводов происходит за счет вращения гайки стягивающего устройства. Стационарный корпус имеет подвижную подпружиненную втулку с уплотнительными элементами и клапан с уплотнением и упором, предназначенным для открытия соединения труб. Сменный корпус с устройством для стягивания и уплотнительными элементами содержит подпружиненный клапан с уплотнением; при этом пружина сменного корпуса имеет усилие, большее, чем пружина в стационарном корпусе на величину, обеспечивающую нераскрываемость соединения в сменном корпусе на величину сжатия пружины в стационарном корпусе до соприкосновения упора клапана в торец корпуса. Существенным недостатком изобретения является необходимость точной калибровки пружин в сменном и стационарном корпусах для обеспечения нераскрываемости соединения в сменном корпусе, что отрицательно влияет на эксплуатационные характеристики. Другим недостатком данного технического решения является отсутствие быстродействия при соединении трубопроводов стягивающим устройством, что также отрицательно влияет на эксплуатационные характеристики.

Известно «Быстроразъемное соединение трубопроводов», п. RU 2170873 МПК⁷ F16L 37/30, опубликовано 20.07.2001, которое включает запорную полумуфту с подпружиненным клапаном и уплотнительным элементом и цанговую полумуфту с подпружиненным клапаном и уплотнительным элементом. Запорная полумуфта имеет на наружной поверхности уплотнительные кольца для создания уплотнения в гнезде цанговой полумуфты при их соединении. Соединение полумуфт происходит за счет цанги и подпружиненной фиксирующей втулки цанговой полумуфты.

Для увеличения потока среды клапаны полумуфт имеют лыски. Существенным недостатком предложенного решения является невозможность обеспечить большой расход рабочей среды при перекачке жидких сред.

Наиболее близким заявленному устройству аналогом (прототип) является «Быстроразъемное соединение трубопроводов», п. RU 2289060 МПК F16L 37/28, F16L 37/40, опубликовано 10.12.2006. Соединение включает ниппельную часть с корпусом, запорным элементом и уплотнением и штуцерную часть с корпусом, запорным элементом и уплотнением, а также рычажные устройства уплотнения. Уплотнение ниппельной части в разомкнутом состоянии происходит принудительно рычажной системой (устройство уплотнения), установленной на корпусе и связанной с трубчатым запорным элементом, который перемещается до соприкосновения с торцом седла, закрепленного на донной части глухой вставки, имеющей на боковой поверхности пазы для прохода среды. Аналогичная система уплотнения в разомкнутом состоянии имеется и в штуцерной части соединения. Соединение трубопроводов и обеспечение потока среды происходит за счет ввода наружных поверхностей ниппельной части с уплотнительным элементом во внутренние поверхности штуцерной части с последующим зажимом хомутами за бурты обеих частей и принудительного перемещения рычажными устройствами (устройство управления) трубчатых запорных элементов в противоположные стороны. При разъединении трубопроводов все описанные выше действия происходят в обратном порядке.

Существенными недостатками соединения являются: недостаточная надежность уплотнения металла по металлу трубчатых запорных элементов и седел в ниппельной и штуцерной частях, а также необеспечение герметичности под давлением среды при разомкнутом состоянии; другой недостаток заключается в большом количестве управляющих элементов для соединения трубопровода (две рычажные системы и хомут), что снижает быстродействие соединения.

Задача изобретения заключается в обеспечении эксплуатационной надежности, эффективности и оперативности.

Поставленная задача достигнута тем, что запорные элементы штуцерной и ниппельной частей выполнены в виде золотников с возможностью их контакта между собой, при этом в штуцерной части выполнен бурт с тремя пазами, золотник подпружинен, снабжен уплотнительным элементом и установлен в корпусе с возможностью продольного перемещения, а в ниппельной части золотник снабжен уплотнительным элементом, соединен с толкателем и установлен с возможностью продольного перемещения в корпусе посредством размещенных в нем концентрично муфты и втулки направляющей, при этом муфта соединена с устройством управления, на цилиндрической части муфты выполнены две винтовые прорези, оканчивающиеся прямолинейными участками. Для взаимодействия с пазами корпуса штуцерной части на противоположной части муфты радиально установлены три пальца, толкатель выполнен в виде пластины, в сквозном отверстии которой установлена ось, концы которой выступают за кромки толкателя и входят в винтовые прорези муфты, при этом на внутренней поверхности втулки направляющей выполнены два продольных паза, удерживающие и направляющие толкатель, а в торцевой части втулки установлены три выступа с возможностью взаимодействия с пазами корпуса штуцерной части.

Кроме того, муфта в корпусе ниппельной части зафиксирована стопорным кольцом, позволяющим ей вращаться и соединена крепежом с ободом устройства управления, выполненным в виде рукоятки.

Кроме того, между муфтой и втулкой направляющей ниппельной части установлены уплотнительные элементы, поджатые волнистой пружиной.

Кроме того, на торце ниппельной части муфты установлено кольцо защитное.

Положительный эффект устройства достигнут за счет новых конструктивных признаков и ряда уплотнительных элементов и заключается в обеспечении надежности за счет применения защитного кольца, простоте и быстродействии соединения за счет предложенной кинематической схемы конструкции и герметичности за счет уплотнительных элементов.

Устройство пояснено чертежами, на которых изображено:

на фиг.1 - общий вид устройства (в положении «открыто»);

на фиг.2 - общий вид устройства (в положении «закрыто»);

на фиг.3 - сечение А-А устройства (в положении «закрыто»).

Устройство включает в себя две части: штуцерную «А» и ниппельную «Б». Штуцерная часть «А» включает корпус 1 (фиг.1, 2, 3), с седлом «а» (фиг.2) и размещенными в корпусе 1 золотником 2 уплотнительным элементом 3, пружиной 4, опорой 5 в виде крестовины с отверстиями для обеспечения прохода рабочей среды, устройство обеспечивает герметичность под давлением в положении «закрыто» (фиг.2, 3). Корпус 1 конструктивно выполнен с буртом «б», имеющем три паза «в» для зацепления с ниппельной частью «Б» устройства (фиг.1, 2, 3). Ниппельная часть «Б» включает (фиг.1, 2, 3) корпус 6, связанный с муфтой 7 гайкой 8 и стопорным кольцом 9. В торцевой части муфты 7 жестко закреплены пальцы 10, взаимодействующие с пазами «в» бурта «б» корпуса 1 штуцерной части «А» при соединении с ниппельной частью «Б», на цилиндрической части муфты 7 выполнены две винтовые сквозные прорези «г» (фиг.1), концы которых оканчиваются прямолинейными участками «д». В корпусе ниппельной части установлен золотник 11 с уплотнительным элементом, связанный штифтом 12 (фиг.2), с толкателем 13, выполненным в виде плоской пластины, в котором установлена ось 14, входящая в пазы «г» муфты 7, втулка направляющая 15 с тремя выступами «з», взаимодействующими с пазами «в» корпуса 1, пазами «ж» для направления толкателя 13 и исключения поворота золотника 11 при открытии устройства для прохода среды, кольцо защитное 16 от забоин, обод 17 с рукоятками 18 (устройство управления), жестко связанный с муфтой 7 крепежом. Золотник 11 установлен в корпусе 6 посредством втулки направляющей 15 и муфты 7 с возможностью перемещения вдоль продольной оси втулки направляющей 15 и контакта с золотником 2. Перемещение золотников 2, 11 осуществляется толкателем 13, соединенным с золотником 11 штифтом 12, при взаимодействии оси 14 с винтовой прорезью «г» и прямолинейными пазами «д» муфты 7. При вращении устройства управления против часовой стрелки рукоятками 18, перемещаясь вдоль оси устройства, золотник 11 выходит из расточки втулки направляющей 15 и толкает золотник 2, сжимая пружину 4, открывая отверстия устройства для прохода среды (фиг.1). Муфта 7 пальцами 10 и втулка направляющая 15 своими выступами «з», взаимодействуя с пазами «в» корпуса 1, обеспечивают соединение штуцерной «А» и ниппельной «Б» частей и открытие прохода рабочей среды при повороте рукояток 18 против часовой стрелки примерно на 75° до упора оси 14 в конец прямолинейного участка «д» прорези «г» муфты 7 и фиксирование устройства в открытом положении. Герметичность между подвижными и неподвижными элементами устройства обеспечивается уплотнительными элементами: 19 - между внутренней расточкой бурта «б» корпуса 1 и наружным диаметром втулки направляющей 18, 20 - между наружным диаметром золотника 11 и внутренней расточкой втулки направляющей 15, 21 - между внутренней расточкой муфты 7 и наружным диаметром втулки направляющей 15, 22 - между наружным диаметром муфты 7 и внутренним диаметром корпуса 6, 23 - между торцом муфты 7 и внутренней расточкой корпуса 6. Для обеспечения герметичности ниппельной части «Б» в разомкнутом состоянии уплотнительные элементы 20, 21 предварительно поджаты втулкой 24, шайбой 25 и волнистой пружиной 26.

Устройство функционирует следующим образом. Штуцерная «А» и ниппельная «Б» части (фиг.2, 3) соединяются между собой перемещением вдоль оси устройства навстречу друг другу, при этом своей расточкой муфта 7 надевается на бурт «б» корпуса 1, пальцы 10 входят в пазы «в» корпуса 1, размещаясь за торцевой поверхностью бурта «б», а втулка направляющая 15 своими выступами «з» одновременно входит в пазы «в», обеспечивая поступательное движение золотника 11 вдоль оси устройства; при вращении рукояток 18 против часовой стрелки ось 14 выходит из прямолинейных участков «д» прорези «г» муфты 7, а пальцы 10 одновременно заходят за тыльную сторону бурта «б» корпуса 1, устройство соединено в положении «закрыто» (фиг.2, 3). При дальнейшем вращении рукояток 18 против часовой стрелки ось 14 движется совместно с толкателем 13, штифтом 12 и золотником 11 вдоль оси устройства, золотник 11 и уплотнительный элемент 20 выходят из расточки втулки направляющей 15, нажимая на золотник 2 штуцерной части «А». Золотник 2, сжимая пружину 4, отходит от седла «а» корпуса 1, открывая проход рабочей среде (фиг.1), фиксирование устройства в положении «открыто» обеспечивается поворотом рукояток 18 по часовой стрелке до упора оси 14 в прямолинейном участке «д» прорези «г» на противоположном конце муфты 7 (условно не показан).

Разъединение устройства и прекращение подачи рабочей среды происходит следующими действиями: рукоятки 18 поворачивают по часовой стрелке, выступающие концы оси 14 скользят по прорезям «г» муфты 7, золотник 11 возвращается в исходное положение (фиг.2, 3), освобождая золотник 2 корпуса 1. Уплотнительный элемент 3 золотника 2 садится на седло «а» корпуса 1. Поступление рабочей среды в штуцерной части «А» прекращается, при входе выступающих концов оси 14 в прямолинейные участки «д» прорезей «г» муфты 7. Ниппельная часть «Б» запирается, прекращая проход рабочей среды, пальцы 10 располагаются против пазов «в» бурта «б» корпуса 1, штуцерная «А» и ниппельная «Б» части разъединяются перемещением друг относительно друга вдоль оси в противоположные стороны.

Положительный эффект устройства заключается в простоте и быстродействии соединения за счет предложенной кинематической схемы конструкции и малого количества управляющих элементов (что обеспечивает оперативность работ), эффективность достигается возможностью перекачивания большого количества жидкости за счет открытия большей площади проходного сечения, применение защитного кольца повышает надежность, герметичность соединения добивается как в разомкнутом, так и в рабочем состоянии за счет уплотнительных элементов.