ПЕРЕХОДНЫЙ СОЕДИНИТЕЛЬ

Перекрестные ссылки на родственные заявки

Настоящая заявка основана и притязает на приоритет предварительной заявки на патент США № 62/271,395, зарегистрированной 28 декабря 2015, которая включена в данный документ по ссылке.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к механическим соединителям для соединения элементов трубы торец к торцу и, в частности, для соединения элементов трубы с фланцем с элементами трубы без фланца.

Предпосылки создания изобретения

Как известно из предшествующего уровня техники, соединение элемента полимерной трубы без фланца с элементом трубы с фланцем либо из полимера либо из металла требует использования кольцевой прокладки, обычно выполненной из металла, и полимерного торцевого фланцевого переходника. Для осуществления соединения, кольцевая прокладка надвигается на свободный конец элемента полимерной трубы без фланца, и затем торцевой фланцевый переходник совмещается в осевом направлении со свободным концом элемента трубы без фланца и сваривается с ним встык. В результате этого на элементе полимерной трубы без фланца образуется фланцевая облицовка, которая затем зацепляется, фланец к фланцу, с элементом трубы с фланцем. Затем кольцевая прокладка приводится в упор во фланец торцевого фланцевого переходника, и болты используются для прикрепления кольцевой прокладки к фланцу элемента трубы с фланцем, захватывая и удерживая фланец торцевого фланцевого переходника у элемента трубы с фланцем. Для фланцевого зацепления полимера с металлом в системах низкого давления, мягкий полимерный фланец торцевого фланцевого переходника деформируется при соприкосновении с металлическим фланцем элемента трубы с фланцем для образования непроницаемого для жидкостей уплотнения. Для систем с более высоким давлением между смежными фланцами может быть использовано торцевое уплотнение для обеспечения непроницаемости для жидкостей.

Несмотря на то, что она является эффективной, эта практика предшествующего уровня техники имеет различные недостатки. Множество деталей, таких как торцевой фланцевый переходник и кольцевая прокладка, должно быть предусмотрено и собрано на элементе полимерной трубы без фланца. Для соединения торцевого фланцевого переходника с полимерной трубой без фланца требуется сварочная операция. Для этого требуется сварочная машина, которая для работы требует подачи энергии или наличия источника тепла. Сама по себе сварочная операция занимает некоторое время и подвержена влиянию погоды, когда требуется выполнение соединений в полевых условиях. Например, холодная погода замедляет процесс сварки и может полностью его остановить при достаточно сильном холоде. Существует очевидная потребность в улучшенных компонентах и способе соединения элементов полимерной трубы без фланца с элементами трубы с фланцем.

Краткое изложение сущности изобретения

В изобретении разработан соединитель для соединения элемента трубы с фланцем с элементом трубы без фланца. В одном иллюстративном варианте осуществления соединитель содержит множество сегментов, прикрепленных друг к другу на расстоянии друг от друга торец к торцу, окружающих центральное пространство. В качестве примера, каждый из сегментов содержит первую и вторую стороны, расположенные друг напротив друга. Первый канал расположен вблизи от первой стороны и проходит по окружности вокруг центрального пространства и обращен к нему. Первый фланец расположен вблизи от второй стороны и проходит наружу от центрального пространства. Первый фланец имеет множество проходящих сквозь него отверстий. Второй канал расположен между первым каналом и фланцем и проходит по окружности вокруг центрального пространства и обращен к нему. Соединитель дополнительно содержит разрезное кольцо, расположенное в первом канале. Во втором канале расположено уплотнение. Трубка расположена в центральном пространстве и проходит наружу от вторых сторон сегментов. Трубка зацепляется с уплотнением. Второй фланец может проходить наружу от трубки и может быть расположен вблизи от первого фланца. Зубец может проходить наружу от трубки вблизи от одного ее конца.

В иллюстративном варианте осуществления первый канал содержит две боковые поверхности, расположенные на расстоянии друг от друга. По меньшей мере один из сегментов может иметь по меньшей мере одну выемку, расположенную в двух боковых поверхностях вблизи от конца по меньшей мере одного сегмента. Поверхность дна проходит между боковыми поверхностями. Поверхность дна содержит первую и вторую части поверхности, расположенные соответственно у противоположных концов сегментов. Третья часть поверхности расположена между первой и второй частями поверхности. Каждая из упомянутых первой и второй частей поверхности имеет больший радиус кривизны, чем радиус кривизны третьей части поверхности. В конкретном иллюстративном варианте осуществления радиус кривизны первой и второй частей поверхности по меньшей мере на одном из сегментов равен наружному радиусу кривизны разрезного кольца. В качестве дополнительного примера, по меньшей мере одна из первой и второй частей поверхности имеет длину, лежащую в диапазоне 5-45% от полной окружной длины первого канала.

В иллюстративном варианте осуществления уплотнение содержит гибкое, упругое уплотнительное кольцо, имеющее первую и вторую внутренние поверхности кольца, выполненные с возможностью соответственного зацепления наружных поверхностей трубки и элемента трубы. Одна из внутренних поверхностей кольца имеет размер диаметра, обеспечивающий принятие элемента трубы при вставлении элементов трубы между сегментами. К тому же, в качестве примера, уплотнение имеет наружную поверхность, зацепленную с сегментами и поддерживающую их в предварительно собранном состоянии на расстоянии друг от друга, достаточном для обеспечения вставления элемента трубы в центральное пространство. В иллюстративном варианте осуществления разрезное кольцо имеет наружный радиус кривизны и внутренний радиус кривизны. Внутренний радиус кривизны больше или равен наружному радиусу элемента трубы.

В иллюстративном варианте осуществления, разрезное кольцо поддерживает сегменты в предварительно собранном состоянии на расстоянии друг от друга, достаточном для обеспечения вставления элементов трубы в центральное пространство. В качестве дополнительного примера, разрезное кольцо имеет достаточную жесткость для удерживания сегментов в предварительно собранном состоянии во время манипулирования соединителем при установке элемента трубы. В качестве дополнительного примера, разрезное кольцо содержит множество зубьев, расположенных на расстоянии друг от друга и проходящих по окружности вокруг разрезного кольца, причем зубья выступают в центральное пространство.

В иллюстративном варианте осуществления сегменты содержат крепежные элементы с регулируемым затягиванием для притягивания сегментов к центральному пространству. В конкретном примере, крепежные элементы с регулируемым затягиванием содержат выступы, проходящие от противоположных концов каждого сегмента. Каждый выступ образует отверстие для принятия крепежной детали. Крепежные детали проходят между сегментами и удерживают сегменты друг с другом в предварительно собранном состоянии.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой вид в изометрии в разобранном состоянии иллюстративного соединителя согласно изобретению;

Фиг. 1A представляет собой вид в изометрии иллюстративного соединителя согласно изобретению, показанного в предварительно собранном состоянии;

Фиг. 2 представляет собой вид в продольном разрезе, взятом по линии 2-2 на Фиг. 1A;

Фиг. 3 представляет собой в поперечном разрезе, взятом по линии 3-3 на Фиг. 2;

Фиг. 3A представляет собой в поперечном разрезе, взятом по линии 3A-3A на Фиг. 2;

Фиг. 4 представляет собой вид в изометрии соединителя, показанного на Фиг. 1, на котором показано зацепление с элементом трубы без фланца;

Фиг. 5 представляет собой вид в продольном разрезе, на котором показан соединитель с Фиг. 1, соединяющий элемент трубы с фланцем с элементом трубы без фланца; и

Фиг. 6 представляет собой вид в осевом направлении соединителя, показанного на Фиг. 1.

Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения

На Фиг. 1 показан иллюстративный вариант осуществления соединителя 10 для соединения элементов трубы с фланцем с элементами трубы без фланца согласно изобретению. Соединитель 10 содержит множество сегментов, в этом примере два сегмента 12 и 14, прикрепленных друг к другу торец к торцу и окружающих центральное пространство 16. Сегменты 12 и 14 преимущественно образованы из чугуна с шаровидным графитом, несмотря на то, что также могут быть использованы другие материалы. Прикрепление сегментов 12 и 14 осуществляется через регулируемые крепежные элементы 18, расположенные у каждого конца каждого сегмента. В этом примере крепежные элементы 18 содержат выступы 20, которые выступают из концов сегментов, причем выступы имеют отверстия 22, в которые вставляется крепежная деталь, такая как болт 24 и гайка 26. При затягивании крепежных деталей 24, 26 сегменты 12 и 14 притягиваются друг к другу и к центральному пространству 16 для осуществления соединения с элементом 28 трубы, как показано на Фиг. 4 и 5 и описано далее.

Как видно на Фиг. 2, соединитель 10 имеет первую и вторую стороны 30 и 32, расположенные друг напротив друга. Первый канал 34 расположен в сегментах 12 и 14 вблизи от первой стороны 30. Первые каналы 34 проходят по окружности вокруг центрального пространства 16 и обращены к нему. Каждый из первых каналов 34 образован двумя боковыми поверхностями 36 и 38, расположенными на расстоянии друг от друга. Поверхность 40 дна проходит между боковыми поверхностями. Как видно на Фиг. 3, поверхность 40 дна содержит первую и вторую части 42 и 44 поверхности, расположенные соответственно у противоположных концов 46 и 48 сегментов 12 и 14 (показан сегмент 12). Третья часть 50 поверхности расположена между первой и второй частями 42 и 44 поверхности. Каждая часть 42, 44 и 50 поверхности имеет соответственный радиус 42a, 44a и 50a кривизны. Радиусы 42a и 44a больше, чем радиус 50a кривизны третьей части 50 поверхности. Центры радиусов 42a и 44a смещены от центра радиуса 50a, как видно на Фиг. 3. В фактических конструкциях соединителя как первая, так и вторая части 42 и 44 поверхности могут иметь длину, лежащую в диапазоне около 5-45% от полной длины первого канала 34.

Как видно на Фиг. 1 и 2, соединитель 10 дополнительно содержит первый фланец 52, расположенный вблизи от вторых сторон 32 каждого сегмента 12 и 14. Фланец 52 образован из частей 52a и 52b фланца на соответствующих сегментах 12 и 14 и проходит наружу от центрального пространства 16. Фланец 52 имеет множество сквозных отверстий 54 (смотри также Фиг. 1A). Фланец 52 и сквозные отверстия 54 выполнены с возможностью стыковки с фланцем элемента трубы с фланцевым концом, как описано далее. Второй канал 56 расположен в каждом сегменте 12, 14 между первыми каналами 34 и первыми фланцами 52. Вторые каналы 56 проходят по окружности вокруг центрального пространства 16 и обращены к нему. Подобно первым каналам 34, каждый из вторых каналов 56 образован двумя боковыми поверхностями 57 и 59, расположенными на расстоянии друг от друга. Поверхность 61 дна проходит между боковыми поверхностями. Как видно на Фиг. 3A, поверхность 61 дна содержит первую и вторую части 63 и 65 поверхности, расположенные соответственно у противоположных концов 46 и 48 сегментов 12 и 14 (показан сегмент 12). Третья часть 67 поверхности расположена между первой и второй частями 63 и 65 поверхности. Каждая часть 63, 65 и 67 поверхности имеет соответственный радиус 63a, 65a и 67a кривизны. Радиусы 63a и 65a больше, чем радиус 67a кривизны третьей части 67 поверхности. Центры радиусов 63a и 65a смещены от центра радиуса 67a, как видно на Фиг. 3. В фактических конструкциях соединителя как первая, так и вторая части 63 и 65 поверхности могут иметь длину, лежащую в диапазоне около 5-45% от полной длины второго канала 56.

Как видно на Фиг. 1 и 2, разрезное кольцо 58 расположено в первых каналах 34 сегментов 12 и 14. Разрезное кольцо 58 в этом примере содержит множество зубьев 60, расположенных на расстоянии друг от друга. Зубья 60 проходят по окружности вокруг разрезного кольца 58 и выступают к центральному пространству 16. Такие разрезные кольца выполнены из металла, такого как пружинная сталь, нержавеющая сталь или бериллиевомедные сплавы, и являются эффективными для удерживания элементов трубы, выполненных из полиэтилена высокой плотности или других полимерных смол, у соединителя 10. Внутренний диаметр 62 разрезного кольца 58 больше или равен наружному диаметру элемента трубы. К тому же, зубья 60 могут быть ориентированы под углом для обеспечения вставления элемента трубы в центральное пространство 16 и предотвращения его извлечения.

Разрезное кольцо 58 может быть использовано для удерживания сегментов 12 и 14 на расстоянии друг от друга в так называемом ʺпредварительно собранном состоянииʺ, показанном на Фиг. 1A. Разрезное кольцо 58 имеет размер наружного диаметра 64, обеспечивающий зацепление первой и второй частей 42 и 44 поверхности 40 дна (смотри Фиг. 3). Эти части поверхности имеют радиусы 42a и 44a кривизны, превосходящие радиус кривизны третьей части 50 поверхности, и выполнены с возможностью взаимодействия с разрезным кольцом 58 для поддерживания сегментов 12 и 14 с обеспечением вставления элемента 28 трубы в центральное пространство 16 со стороны 30, когда соединитель 10 находится в предварительно собранном состоянии. Крепежные детали (болты 24 и гайки 26) удерживают сегменты 12 и 14 вместе и с упором в разрезное кольцо 58, которое имеет достаточную жесткость для поддерживания сегментов во время манипуляций при установке, но, являясь разрезным кольцом, выполнено с возможностью сжатия до меньшего диаметра и обеспечивает притягивание сегментов друг к другу и осуществление непроницаемого для жидкостей соединения с механическим сдерживанием, когда крепежные детали затягиваются, как описано ниже.

Непроницаемость соединения для жидкостей обеспечивается посредством уплотнения 66, расположенного во вторых каналах 56 сегментов 12 и 14, как видно на Фиг. 2. В этом примере уплотнение 66 содержит гибкое, упругое уплотнительное кольцо 68. Уплотнительное кольцо 68 имеет наружную поверхность 70, имеющую диаметр 71. В иллюстративном варианте осуществления, размер диаметра 71 либо обеспечивает поддерживание сегментов 12 и 14 на расстоянии друг от друга в предварительно собранном состоянии, либо способствует разрезному кольцу 58 в поддерживании сегментов. Для этого размер наружного диаметра 71 обеспечивает зацепление первой и второй частей 63 и 65 поверхности 61 дна второго канала 56 (смотри Фиг. 3A). Эти части поверхности имеют радиусы 63a и 65a кривизны, превосходящие радиус кривизны третьей части 67 поверхности, и выполнены с возможностью взаимодействия с уплотнительным кольцом 68 для поддерживания сегментов 12 и 14 для обеспечения вставления элемента 28 трубы в центральное пространство 16 со стороны 30, когда соединитель 10 находится в предварительно собранном состоянии, показанном на Фиг. 1A. Уплотнительное кольцо 68 также может иметь достаточную жесткость для удерживания сегментов во время манипуляций при установке. Уплотнительное кольцо 68 может быть образовано из эластомеров, таких как EPDM, и, таким образом, выполнено с возможностью деформирования при затягивании крепежных деталей 24, 26 для обеспечения образования соединения, как описано ниже.

Для образования непроницаемого для жидкостей уплотнения, уплотнительное кольцо 68 имеет первую и вторую внутренние поверхности 72 и 74 кольца, расположенные на противоположных сторонах уплотнительного кольца. Поверхность 72 расположена и выполнена с возможностью зацепления с наружной поверхностью элемента 28 трубы при вставлении элемента трубы в центральное пространство 16 (описано далее). Как видно на Фиг. 2, поверхность 74 выполнена с возможностью зацепления с наружной поверхностью трубки 76, расположенной внутри центрального пространства 16. Зубец 77 расположен вблизи от одного конца трубки 76 с возможностью зацепления с выступающей частью 74a, на которой расположена внутренняя поверхность 74. Зубец 77 проходит по окружности вокруг и снаружи трубки 76 и способствует удерживанию трубки внутри уплотнительного кольца 68. Трубка 76 является частью соединителя 10 и проходит снаружи вторых сторон 32 сегментов 12 и 14. Второй фланец 78 может проходить снаружи трубки 76 и расположен на расстоянии от зубца 77, вблизи от первого фланца 52, когда противоположный конец трубки 76 зацеплен посредством внутренней поверхности 74 уплотнительного кольца 68, как показано на Фиг. 2. Трубка 76 и ее фланец 78 могут быть преимущественно образованы как одно целое из полимерной смолы, такой как полиэтилен высокой плотности. Эта конструкция способствует обеспечению непроницаемости для жидкостей соединения, как упомянуто далее. Уплотнительное кольцо 68 также может иметь выступающее вовнутрь ребро 80, которое зацепляется как с трубкой 76, так и с элементом 28 трубы и выполняет функцию упора для обеспечения правильной глубины зацепления между этими компонентами и соединителем 10.

Установка соединителя 10 проиллюстрирована со ссылкой на Фиг. 1A, 4, 5 и 6. Элемент 28 трубы должен быть соединен с элементом 82 трубы с фланцем (смотри Фиг. 5). Как видно на Фиг. 1A и 6, элемент 28 трубы вставляется в центральное пространство 16 соединителя 10 с первой стороны 30 сегментов 12 и 14. Вставление возможно в результате того, что соединитель 10 находится в предварительно собранном состоянии, с сегментами 12 и 14, поддерживаемыми на расстоянии друг от друга либо только на уплотнении 66, либо только на разрезном кольце 58, либо как на уплотнении, так и на разрезном кольце. Вставлению дополнительно способствуют выемки 94, расположенные в боковых поверхностях 36, 38 каждого сегмента 12 и 14. Выемки 94 расположены вблизи от крепежных элементов 18 (выступов 20) и обеспечивают зазор для вставления элемента трубы, который позволяет располагать сегменты 12 и 14 ближе друг к другу в предварительно собранном состоянии, чем в случае отсутствия выемок. Когда элемент 28 трубы посажен соответствующим образом (конец соприкасается с упорным ребром 80, внутренняя поверхность 72 уплотнительного кольца соприкасается с наружной поверхностью элемента трубы), крепежные детали 24, 26 затягиваются, посредством этого притягивая сегменты 12 и 14 друг к другу, как показано на Фиг. 4 и 5. Перемещение сегментов 12 и 14 деформирует как разрезное кольцо 58, так и уплотнение 66.

Разрезное кольцо 58 сжимается по окружности и диаметру, поскольку оно принудительно согласуется с первым каналом 34. В результате сжатия разрезного кольца 58 зубья 60 на разрезном кольце входят в зацепление с наружной поверхностью элемента 28 трубы и предотвращают его извлечение из соединителя 10. Уплотнение 66, удерживаемое внутри второго канала 56, сжимается между сегментами 12 и 14 по мере сближения сегментов друг с другом. Как видно на Фиг. 5, внутренняя поверхность 72 уплотнительного кольца приводится в плотное зацепление с наружной поверхностью 84 элемента 28 трубы, и внутренняя поверхность 74 уплотнительного кольца приводится в плотное зацепление с наружной поверхностью 86 трубки 76.

Когда сегменты 12 и 14 сближены друг с другом, как видно на Фиг. 4 и 5, первый фланец 52 расположен так, что его отверстия 54 могут быть выровнены с соответствующими отверстиями 88 во фланце 90 элемента 82 трубы с фланцем, с которым должен быть соединен элемент 28 трубы. Как видно на Фиг. 5, соединитель 10 выровнен с элементом 82 трубы с фланцем, отверстия 54 в первом фланце 52 выровнены с отверстиями 88 во фланце 90, и крепежные детали 92 вставлены в отверстия 54 и 88 для соединения первого фланца 52 с фланцем 90 элемента 82 трубы с фланцем. Второй фланец 78 трубки 76 захвачен между фланцем 90 и первым фланцем 52. Эта конфигурация обеспечивает жесткость и устойчивость соединения, а также непроницаемость для жидкостей между соединителем 10 и элементом 82 трубы с фланцем, поскольку более мягкий полимерный материал, образующий второй фланец 78, сжимается между металлическими фланцами 90 и 52, которые могут быть выполнены из литого железа, стали или других прочных металлов.

Соединители согласно изобретению обеспечивают преимущества относительно способов и соединителей предшествующего уровня техники для соединения элементов полимерной трубы без фланца с элементами трубы с фланцем. Находясь в предварительно собранном состоянии, соединители согласно изобретению уменьшают количество деталей, с которыми должны быть выполнены манипуляции во время установки. К тому же, этап приваривания торцевого фланцевого переходника к элементу полимерной трубы без фланца исключается вместе с потребностью в сварочной машине. Посредством этого значительно уменьшаются время и сложность установки.