RU2290559C2

RU2290559C2 - Self-sealing pipe junction

Info

Publication number: RU2290559C2
Application number: RU2005106147/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Иванович Максимов (RU); Николай Иванович Максимов
Original assignee: Николай Иванович Максимов
Priority date: 2005-03-05
Filing date: 2005-03-05
Publication date: 2006-12-27
Also published as: RU2005106147A

Abstract

FIELD: valving.

SUBSTANCE: self-sealing pipe junction comprises nipples that are in a contact one with the other, means for junction made of lock nut, and compensators mounted at the end of each pipeline. Each compensator is made of ring spherical member. The radii of curvature, the widths, and the diameters of the rings are the same. The nipple of each pipeline is made of conical section whose small diameter engages the ring spherical member. The large diameter of the conical section of the first nipple engages the disk secured to the first pipeline and is positioned perpendicular to it. The large diameter of the conical section of second nipple engages the corner flange whose side is perpendicular to the second pipeline and secured to it. The side of the flange that is concentric to the second pipeline is provided with thread for the lock nut mounted on the first pipeline.

EFFECT: enhanced reliability.

2 dwg

Description

Изобретение относится к арматуростроению, преимущественно к конструкции арматуры для ССТ трубопроводных систем с таким соединением в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, ЖКХ и др.The invention relates to valve engineering, mainly to the design of valves for FTA pipeline systems with such a connection in various industries, agriculture, housing and communal services, etc.

Решает задачу улучшения надежности ССТ, одновременно технологичности, производительности и долговечности.It solves the problem of improving the reliability of the FTA, at the same time manufacturability, productivity and durability.

ССТ состоит из закрепленных на концах трубопроводов (Т) 1 и 2 ниппелей (Н) 3 и 4 (фиг.1), соединенных накидной гайкой 5. Каждый Н выполнен со сферическо-кольцевым компенсатором (К) 8 и 9, ориентированными приблизительно вертикально и расположенными концентрично Т. К имеют одинаковую кривизну контактирующих друг с другом сферических поверхностей, диаметры и углы наклона компенсаторов к вертикальной плоскости. Соединен НЗ с первым Т перпендекулярным ему диском, сопряженным с большим диаметром конусной части Н, контактирующим с заплечиком накидной гайки. Со вторым Т Н соединен уголковым отгибом, концентричная Т часть которого имеет резьбу для гайки и сопряжена с большим диаметром конусной части Н4.CCT consists of nipples (H) 3 and 4 (Fig. 1) fixed at the ends of pipelines (T) 1 and 2 (FIG. 1), connected by a union nut 5. Each H is made with a spherical-annular compensator (K) 8 and 9, oriented approximately vertically and arranged concentrically T. K have the same curvature of the spherical surfaces in contact with each other, the diameters and angles of inclination of the compensators to the vertical plane. The NC is connected to the first T disc perpendicular to it, paired with a large diameter of the conical part H in contact with the shoulder of the union nut. The second T H is connected by a corner bend, the concentric T part of which has a thread for a nut and is associated with a large diameter of the conical part H4.

Для осуществления СГ ССТ стыкуют К 8 и 9 Т и предварительной затяжкой гайки 5 обеспечивают линейное контактирование их по окружности. При подаче рабочего давления в ССТ конусные части Н и К деформируются до контактированяе К 8 и 9 по всей сферической поверхности их, компенсируют этим монтажные усилия и напряжения в материале резьб и заплечика гайки с периферийно-окружным участком диска первого Н.For the implementation of the SG CST join K 8 and 9 T and pre-tightening the nuts 5 provide linear contacting them around the circumference. When the working pressure is applied to the CCT, the conical parts N and K are deformed until K 8 and 9 are contacted along their entire spherical surface, thereby compensating for the mounting forces and stresses in the material of the threads and shoulder of the nut with the peripheral-peripheral part of the disk of the first N.

Изобретение может применяться в любой отрасли машиностроения, добывающих, перерабатывающих и транспортирующих продукцию жидкого, газообразного или пастообразного вида (ил.2, п.4).The invention can be applied in any engineering industry, producing, processing and transporting products of a liquid, gaseous or pasty form (Fig. 2, p. 4).

Возникающие при затяжке гайки напряжения в материале резьбы ниппеля, гайки и заплечика штуцера при подаче рабочего давления ослабляются, так как давление среды при этом создает действующие друг к другу давление на рабочие поверхности ниппеля и штуцера соответственно, уменьшающее нагрузку на упомянутые элементы соединения. В результате такого "вычитания" усилий крепежные элементы соединения работают в более благоприятных условиях - с меньшими контактными напряжениями в них. А после дренирования рабочего давления в соединении монтажное напряжение и нагрузки в элементах крепежа восстанавливается до уровня предварительной затяжки.The stresses arising when the nut is tightened in the thread material of the nipple, nut and shoulder of the fitting are weakened when the working pressure is applied, since the pressure of the medium creates pressure acting on each other on the working surfaces of the nipple and the fitting, respectively, which reduces the load on the mentioned connection elements. As a result of such a “subtraction” of efforts, the fasteners of the joint work in more favorable conditions — with lower contact stresses in them. And after drainage of the working pressure in the connection, the mounting voltage and load in the fastener elements is restored to the level of preliminary tightening.

Наиболее близким по технической сути к заявляемому соединению является самоуплотняющееся соединено по пат. РФ №2043562, состоящее из двух трубопроводов с уплотнительными элементами на конце каждого из них, сопрояженного с компенсирующими элементами, воспринимающими давление рабочей среды трубопроводов и накидной гайки, контактирующей с заплечиком штуцера и резьбой ниппеля.The closest in technical essence to the claimed connection is a self-sealing connected by US Pat. RF №2043562, consisting of two pipelines with sealing elements at the end of each of them, coupled with compensating elements that perceive the pressure of the working medium of the pipelines and a union nut in contact with the shoulder of the fitting and the thread of the nipple.

Недостатком известного соединения является контактирование рабочих компенсаторов по минимальному диаметру их (линейное контактирование), что является следствием расположения рабочих полостей и компенсаторов в проточном канале трубопроводов. Кроме уменьшения проходного канала и соответственно производительности трубопроводной системы линейное контактирование уменьшает надежность герметизации соединения.A disadvantage of the known connection is the contacting of the working expansion joints by their minimum diameter (linear contacting), which is a consequence of the location of the working cavities and expansion joints in the flow channel of the pipelines. In addition to reducing the passage channel and, accordingly, the productivity of the pipeline system, linear contacting reduces the reliability of the joint seal.

Изобретение решает задачу увеличения надежности герметизации соединения посредством увеличения площади контактирования уплотнительных поверхностей с самоуплотнением без уменьшения проходного канала одновременно с улучшением технологичности, снижением материалоемкости и трудоемкости изделия.The invention solves the problem of increasing the reliability of sealing the connection by increasing the contact area of the sealing surfaces with self-sealing without reducing the passage channel while improving manufacturability, reducing material consumption and labor intensity of the product.

Суть самоуплотняющегося соединения трубопроводов с компенсаторами состоит в том, что самоуплотняющееся соединение трубопроводов с компенсаторами, содержащее ниппели, контактирующие друг с другом концевыми частями уплотнительных поверхностей, средства компенсации монтажных усилий в рабочем состоянии, осевых эксплуатационных перемещений и соосности ниппелей при монтаже трубопроводов на изделие с накидной гайкой, выполнено из кольцеобразных частей, каждый ниппель имеет соединенное с соответствующим трубопроводом перпендекулярное ему кольцо, компенсирующая часть состоит из одного, по крайней мере, конусообразного или цилиндрического кольцевого элемента, соединенного одной окружной кромкой с соответствующей кромкой упомянутого перпендекулярного кольца и снабженного концевым конусообразным с контактирующим вогнутым или выпуклым кольцевым участком на свободном усеченном конце конуса, при этом цилиндрическое кольцо одного ниппеля имеет резьбу для накидной гайки, а компенсационная часть второго ниппеля выполнена с компенсаторами осевого перемещения трубопроводов.The essence of the self-sealing connection of pipelines with expansion joints is that the self-sealing connection of pipelines and expansion joints, containing nipples in contact with the end parts of the sealing surfaces, means of compensating the mounting forces in working condition, axial operational displacements and the alignment of the nipples when installing the pipelines on the pipe a nut made of annular parts, each nipple has a perpendicular connected to the corresponding pipeline mu ring, the compensating part consists of one at least a cone-shaped or cylindrical ring element connected by one circumferential edge to the corresponding edge of the said perpendicular ring and provided with an end cone-shaped with a contacting concave or convex annular portion on the free truncated end of the cone, while the cylindrical ring one nipple has a thread for a union nut, and the compensation part of the second nipple is made with compensators for axial movement of the pipeline s.

Для компенсации осевых перемещений один, по крайней мере, ниппель имеет зиги или местные выточки, расположенные в местах стыка конусообразных колец друг с другом и с соответствующим перпендекулярным кольцом этого ниппеля, на внутренней, внешней стороне компенсаторной части или с чередованием их.To compensate for axial movements, at least one nipple has ridges or local grooves located at the junction of the cone-shaped rings with each other and with the corresponding perpendicular ring of this nipple, on the inner, outer side of the compensating part or alternating them.

Соосность ниппелей обеспечивает взаимодействие внутренней окружной поверхности отверстия накидной гайки с внешней цилиндрической поверхностью соответствующего трубопровода.The alignment of the nipples ensures the interaction of the inner circumferential surface of the hole of the union nut with the outer cylindrical surface of the corresponding pipeline.

Способ герметизации самоуплотняющегося соединения трубопроводов, по которому стыкуют их уплотнительные элементы и предварительной затяжкой накидной гайки обеспечивают линейное контактирование по окружности, подают рабочую среду в трубопроводы соответственно рабочему циклу системы(объекта) с увеличением обжатия компенсаторов и уменьшением монтажных напряжений в материале соединительных элементов для компенсационного уменьшения монтажного усилия предварительно выполняют контактирующие концевые кольцевые участки с одинаковой кривизной вогнуто-выпуклых поверхностей, шириной, диаметрами и углами расположения периферийных и внутренних диаметров этих участков с противоположным смещением от вертикали.A method of sealing a self-sealing connection of pipelines, along which their sealing elements are joined and pre-tightening the union nut provide linear contact around the circumference, feed the working medium into the pipelines according to the operating cycle of the system (object) with an increase in the compression of the compensators and a decrease in mounting stresses in the material of the connecting elements to compensate for the reduction mounting efforts pre-perform the contacting end ring sections with the same iviznoy concavo-convex surfaces, a width, diameter and arrangement angles peripheral and internal diameters of these portions with opposite offset from the vertical.

Наличие в соединении средств герметизации фигурной конфигурации из конусных частей со сферическими, соответствующими друг другу элементами обеспечивает улучшение степени герметизации и надежности соединения вследствие перехода в рабочем состоянии с линейно-окружного контактирования на кольцеплощадное. Это особенно благоприятно для систем с высоким рабочим давлением. Выполнение ниппелей с элементами упругости обеспечивает достаточную надежность систем с низким давлением при хорошей чувствительности. А выполнение компенсаторов с диаметрами, большими диаметров проточных каналов трубопроводов, особенно важно для трубопроводных систем перекачки нефтегазовых, химических и ЖКХ систем, так как обеспечивает такую же производительность, как и сварных трубопроводных систем.The presence in the connection of sealing means of a figured configuration of conical parts with spherical, corresponding to each other elements improves the degree of sealing and reliability of the connection due to the transition in working condition from linear-circumferential contacting to ring-ring. This is especially beneficial for high pressure systems. The implementation of nipples with elastic elements provides sufficient reliability of low-pressure systems with good sensitivity. And the implementation of expansion joints with diameters larger than the diameters of the flow channels of pipelines is especially important for pipeline systems for pumping oil, gas, chemical and utilities systems, as it provides the same performance as welded pipeline systems.

На фиг.1 изображен продольный разрез заявляемого соединения, на котором верхняя половина показывает положение компенсаторов после предварительной затяжки накидной гайки, а нижняя половина - их положение в рабочем состоянии после заполнения трубопроводов рабочей средой. На фиг.2 показаны компенсаторы с односторонней сферичностью.Figure 1 shows a longitudinal section of the claimed connection, in which the upper half shows the position of the expansion joints after pre-tightening the union nut, and the lower half shows their position in working condition after filling the pipelines with the working medium. Figure 2 shows the compensators with one-sided sphericity.

Заявляемое самоуплотняемое соединение трубопроводов 1 и 2 (фиг.1) с ниппелями 3 и 4 соединяется накидной гайкой 5. Конусная часть ниппелей 6 и 7 соответственно выполнены с кольцевыми или коническим элементами, имеющими контактирующие поверхности выпуклую 8 у ниппеля 7 и вогнутую 9 у ниппеля 6 на меньшем диаметре усеченного конуса их. Большие диаметры конусов сопряжены соответственно у ниппеля 6 с кольцом 10, закрепленным на трубопроводе 2, а у ниппеля 7 кольцо 11 соединено с трубопроводом 1 и с цилиндрическим концентричным трубопроводу 1 кольцом 12, имеющим резьбу для накидной гайки 5, установленной на трубопроводе 2. Диаметры D и d, ширина t и радиус кривизны r контактирующих друг с другом поверхностей компенсаторов 8 и 9 соответствуют друг другу.The inventive self-sealing connection of pipelines 1 and 2 (Fig. 1) with nipples 3 and 4 is connected with a union nut 5. The conical part of the nipples 6 and 7, respectively, are made with annular or conical elements having contact surfaces convex 8 at the nipple 7 and concave 9 at the nipple 6 on the smaller diameter of their truncated cone. The large diameters of the cones are mated, respectively, at the nipple 6 with a ring 10 mounted on the pipe 2, and at the nipple 7, the ring 11 is connected to the pipe 1 and to the cylindrical concentric pipe 1, the ring 12 having a thread for the union nut 5 mounted on the pipe 2. Diameters D and d, the width t and the radius of curvature r of the surfaces of the compensators 8 and 9 in contact with each other correspond to each other.

Компенсаторы 13 могут выполняться на внешней стороне компенсаторной части одного, по крайней мере, ниппеля или чередоваться на сторонах одного или обоих ниппелей.Compensators 13 can be performed on the outside of the compensating part of one at least nipple or alternate on the sides of one or both nipples.

Для обеспечения соосности ниппелей отверстие 14 гайки 5 выполняют с диаметром d₁, равным диаметру трубопровода 1 с полем допусков по посадке скольжения, например.To ensure the alignment of the nipples, the hole 14 of the nut 5 is performed with a diameter d ₁ equal to the diameter of the pipeline 1 with a tolerance field for sliding fit, for example.

Способ герметизации самоуплотняемого соединения осуществляют следующим образом.A method of sealing a self-sealing connection is as follows.

На концах трубопроводов 1 и 2 ниппели 3 и 4 закрепляют любым применяемым в данной отрасли способом, например сваркой или пайкой и пр. Затем устанавливают трубопроводы в трубопроводную систему или на объект, стыкуя выпуклую поверхность компенсатора 8 с вогнутой компенсатора 9, и производят предварительную затяжку накидной гайки 5 до их взаимного линейного контактирования по окружности (см. фиг.1, верхнюю половину эскиза).At the ends of pipelines 1 and 2, the nipples 3 and 4 are fixed by any method used in this industry, for example, by welding or soldering, etc. Then, the pipelines are installed in the piping system or on the object, joining the convex surface of the compensator 8 with the concave compensator 9, and preload nuts 5 to their mutual linear contact around the circumference (see figure 1, the upper half of the sketch).

В результате в материале соединительных элементов - резьбах гайки и ниппеля 4, в контактирующей с заплечиком гайки части диска 10 создаются монтажные напряжения. Затем в трубопроводы подают среду с рабочим давлением, создающим прижимающие компенсаторы 8 и 9 друг к другу усилия и ослабляющие соответственно упомянутые монтажные напряжения в материале соединительных элементов, в данном случае в резьбе ниппеля и накидной гайки.As a result, in the material of the connecting elements - the threads of the nut and nipple 4, mounting stresses are created in the part of the disk 10 in contact with the shoulder of the nut. Then, a medium with a working pressure is fed into the pipelines, which creates compressive forces 8 and 9 against each other and attenuates the aforementioned mounting stresses in the material of the connecting elements, in this case, in the threads of the nipple and union nut.

Вследствие деформирования конусных частей и компенсаторов, под действием давления рабочей среды контактирование сферических поверхностей их становится по всей ширине t колец, как показано на нижней половине фиг.1. Поэтому целесообразно усилие затяжки предварительной Fзат выполнять в интервале значений, равныхDue to the deformation of the cone parts and compensators, under the influence of the pressure of the working medium, the contact of their spherical surfaces becomes along the entire width t of the rings, as shown in the lower half of FIG. Therefore, it is advisable to tighten the preload Fzat in the range of values equal to

F зат=0,5 - Fкрд, где

, здесь Р - рабочее давление среды в трубопроводах, а Fкрд - усилие компенсации рабочим давлением.F zat = 0.5 - Fkrd, where

, here P is the working pressure of the medium in the pipelines, and Fcrd is the compensation force by the working pressure.

В данном варианте соединение работает в наиболее благоприятных условиях - без монтажных напряжений в материале соединительных элементов в течение всего рабочего времени. Соответственно пластические изменения в материале наступят значительно позднее, что способствует увеличению срока безотказной службы соединения.In this embodiment, the connection operates in the most favorable conditions - without mounting stresses in the material of the connecting elements throughout the entire working time. Accordingly, plastic changes in the material will come much later, which helps to increase the service life of the joint.

Таким образом, размещение рабочих полостей конусных и сферических поверхностей за пределами внешних диаметров трубопроводов обеспечивает максимально возможный расход по трубопроводной системе, что дополнительно улучшает эксплуатационные возможности соединения.Thus, the placement of the working cavities of the conical and spherical surfaces outside the outer diameters of the pipelines provides the maximum possible flow rate through the pipeline system, which further improves the operational capabilities of the connection.

Заявленное соединение более предпочтительно для промышленного применения, нежели известные и применяемые в промышленности, например, потому, что у известных детали соединения - преимущественно точеные. По сравнению с ними штампованные ниппели предлагаемого соединения более экономичны, их сборка в трубопроводы также более производительна. Требуемые для производства их материалы выпускаются промышленностью серийно в достаточном количестве и ассортименте.The claimed compound is more preferable for industrial applications than known and used in industry, for example, because the known details of the connection are predominantly turned. Compared with them, stamped nipples of the proposed connection are more economical, their assembly in pipelines is also more efficient. Their materials required for production are mass-produced by industry in sufficient quantities and assortment.

Claims

A self-sealing connection of pipelines with expansion joints, containing nipples in contact with each other, means of connection in the form of a union nut and expansion joints at the end of each pipeline, characterized in that each of the expansion joints is made in the form of an annular spherical element with the same radii of curvature, width and diameters of them rings, and their surfaces in contact with each other are made concave at the first and convex at the second pipeline, and the nipple of each of the pipelines is made of a conical part, the larger diameter of which is mated to an annular spherical element, while the larger diameter of the conical part of the first nipple is mated to a disk rigidly connected to the first pipe and perpendicular to it, the larger diameter of the conical part of the second nipple is mated to an angled bend, the side of which is perpendicular to the second pipe and rigidly connected to him, and on the side of the bend, located concentrically to the second pipeline, a thread is made for the aforementioned flare nut mounted on the first pipeline.