RU2330207C1

RU2330207C1 - Pipe coupling

Info

Publication number: RU2330207C1
Application number: RU2007111030/06A
Authority: RU
Inventors: Глеб Константинович Гамаюнов (RU); Глеб Константинович Гамаюнов; Александр Абрамович Гильман (RU); Александр Абрамович Гильман; Евгений Павлович Емцев (RU); Евгений Павлович Емцев
Priority date: 2007-03-26
Filing date: 2007-03-26
Publication date: 2008-07-27

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: pipe coupling contains metal casing, which is installed above the surface of joined pipes, deformed sealing elements and elements of pipes fixing inside the casing with the help of standard fixing elements that are installed in the casing. Metal casing of coupling is arranged in the form of coaxial cylinder with fixed pipes, which is equipped with internal bulge that is installed above pipes joint and with two internal cylindrical bores at casing butt-ends. On external surface of casing there are two cylindrical bulges that provide installation of radial fixing power screws in them. At butt-ends of casing internal bulge there are two sealing annular elastomer gaskets installed that provide sealing of joint and are squeezed with flat butt-end surfaces of pressing steel rings, which move along axis under effect to their butt-end conical surfaces with conical surfaces of C-shaped rings that change their dimensions under effect of power screws. Power screws are installed in external bulges of casing. Fixing of pipes is made with steel rings with internal bore and butt-end slots, which with their conical surfaces interact with conical surfaces of C-shaped rings and their bulges contact with surface of pipes during tightening of power screws. Axial displacement of steel rings with internal bore and butt-end slots is prevented with combination rings, the separation of which permits to install them in casing grooves and retain with butt-end rings that are arrested with screws.

EFFECT: increase of pipelines joints reliability.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и муфтовых соединений трубопроводов, предназначенных для транспортировки жидких и газообразных сред.The invention relates to the field of mechanical engineering and coupling joints of pipelines intended for the transportation of liquid and gaseous media.

Известна конструкция трубной муфты (патент DE 19514940 от 22.04.95). Муфта снабжена кольцеобразным фиксирующим хомутом, оснащенным крепежным захватом. Закрепление труб осуществляется элементами, врезающимися в тело трубы при изменении хомутом своих линейных размеров при стягивании крепежного захвата. Одновременно происходит герметизация стыка эластичными элементами, расположенными между трубами и хомутом.A known design of a pipe coupling (patent DE 19514940 from 04/22/95). The coupling is equipped with an annular fixing clamp equipped with a fixing gripper. Pipe fastening is carried out by elements that crash into the pipe body when the clamp changes its linear dimensions when tightening the clamp. At the same time, the joint is sealed with elastic elements located between the pipes and the clamp.

В качестве прототипа предлагается трубная муфта по патенту СССР №1535387 от 07.01.90. Данная трубная муфта обеспечивает достаточно надежное соединение труб, причем головки крепежных элементов размещены в одной плоскости, что позволяет вести монтаж при ограниченном доступе к месту соединения труб.As a prototype, a pipe coupling is proposed according to the USSR patent No. 1535387 from 01/07/90. This pipe coupling provides a fairly reliable connection of pipes, and the heads of the fasteners are placed in the same plane, which allows installation with limited access to the pipe connection.

Трубная муфта (патент СССР №1535387) содержит корпус в виде скобы, деформируемой стяжными элементами и зажимаемой вокруг концов соединяемых труб. Корпус снабжен направленными внутрь концевыми фланцами. В корпусе размещен уплотнительный элемент, меняющий свои геометрические размеры при затяжке. Этот элемент - манжета из эластомера, имеющая С-образную в осевом сечении форму, герметизирует стык при деформировании корпуса в радиальном направлении. Для закрепления труб использованы стальные зажимные кольца, которые врезаются остриями в поверхности соединяемых труб, что обеспечивает механическую связь между трубами при полной затяжке 2 винтов. Зажимные кольца воспринимают все усилия, характерные для работающего трубопровода, подвергаемого внешним и внутренним нагрузкам, передавая их на корпус муфты.The pipe coupling (USSR patent No. 1535387) contains a housing in the form of a bracket, deformable by coupling elements and clamped around the ends of the connected pipes. The housing is provided with inwardly directed end flanges. In the housing there is a sealing element that changes its geometric dimensions when tightened. This element is an elastomer cuff having a C-shape in axial section, which seals the joint when the body is deformed in the radial direction. For clamping the pipes, steel clamping rings are used, which cut into the points on the surface of the pipes to be connected, which provides mechanical connection between the pipes with full tightening of 2 screws. The clamping rings absorb all the forces characteristic of a working pipeline subjected to external and internal loads, transferring them to the coupling body.

К числу наиболее существенных недостатков конструкции муфты следует отнести то, что значительная часть усилия затяжки расходуется на деформацию стальных зажимных колец и лишь малая часть этого усилия обеспечивает деформацию уплотнительного элемента. Конфигурацию манжеты С-образной формы нельзя признать рациональной с точки зрения обеспечения условий надежной герметизации соединения. Закрепление муфты не обеспечивает надежности соединения, так как усилие затяжки распределяется по значительной площади контакта стальных зажимных колец с поверхностями труб, что препятствует врезанию в тело труб профилированной внутренней кромки стальных зажимных колец.Among the most significant drawbacks of the design of the coupling should be attributed to the fact that a significant part of the tightening force is spent on the deformation of the steel clamping rings and only a small part of this force provides deformation of the sealing element. The configuration of the cuff of the C-shape cannot be considered rational in terms of ensuring conditions for reliable sealing of the connection. The fastening of the coupling does not ensure the reliability of the connection, since the tightening force is distributed over a significant contact area of the steel clamping rings with the pipe surfaces, which prevents the profiled inner edge of the steel clamping rings from being inserted into the pipe body.

Все это, вместе взятое, накладывает достаточно жесткие ограничения на допустимое давление транспортируемой среды и внешние усилия, действующие на соединение.All this taken together imposes rather strict restrictions on the permissible pressure of the transported medium and the external forces acting on the connection.

Используемые в составе муфты детали имеют сложную конфигурацию. При их изготовлении требуется дорогостоящая оснастка, что влияет на стоимость муфты и лишь в малой степени окупается ее надежностью.The parts used in the coupling have a complex configuration. In their manufacture, expensive equipment is required, which affects the cost of the coupling and only to a small extent pays off its reliability.

Задачей предлагаемого изобретения является создание технологичной конструкции муфты, обеспечивающей механическое соединение гладких труб, в том числе труб, выполненных из материалов, повреждаемых при сварке, на уровне, соответствующем надежности сварного шва.The objective of the invention is the creation of a technological design of the coupling, providing mechanical connection of smooth pipes, including pipes made of materials damaged during welding, at a level corresponding to the reliability of the weld.

Поставленная задача решается за счет того, что в трубной муфте, содержащей металлический корпус, размещенный над поверхностью соединяемых труб, деформируемые уплотнительные элементы и элементы закрепления труб внутри корпуса, приводимые в движение стандартными крепежными элементами, установленными в корпусе, металлический корпус муфты выполнен в виде соосного с закрепляемыми трубами цилиндра, оснащенного внутренним выступом, расположенным над стыком труб, и двумя внутренними цилиндрическими проточками у торцов корпуса. На внешней поверхности металлический корпус муфты имеет два цилиндрических выступа, обеспечивающих размещение в них радиальных крепежных силовых винтов, у торцов внутреннего выступа установлены обеспечивающие герметизацию соединения - две уплотнительные кольцевые эластомерные прокладки, сжимаемые плоскими торцевыми поверхностями нажимных стальных колец при их осевом перемещении. На торцевые конические поверхности нажимных стальных колец воздействуют конические поверхности С-образных колец, изменяющих свои размеры под воздействием силовых винтов, установленных во внешних выступах корпуса. Закрепление труб производится стальными кольцами с внутренней расточкой и торцевыми прорезями, изготовленными из более твердого материала, чем материал трубы, которые своими коническими поверхностями взаимодействуют с коническими поверхностями С-образных колец и их выступы контактируют с поверхностью труб при затяжке силовых винтов. Осевому смещению стальных колец с внутренней расточкой и торцевыми прорезями препятствуют составные кольца, расчленение которых позволяет установить их в канавках корпуса и удерживать торцевыми кольцами, которые стопорятся винтами.The problem is solved due to the fact that in a pipe coupling containing a metal housing located above the surface of the connected pipes, deformable sealing elements and pipe fastening elements inside the housing, driven by standard fasteners installed in the housing, the metal coupling housing is made in the form of a coaxial with fixed pipes of the cylinder, equipped with an internal protrusion located above the pipe joint, and two internal cylindrical grooves at the ends of the housing. On the outer surface, the metal case of the coupling has two cylindrical protrusions, which ensure the placement of radial fastening power screws in them, at the ends of the inner protrusion, sealing joints are installed - two sealing ring elastomeric gaskets compressed by the flat end surfaces of the pressure steel rings during their axial movement. On the end conical surfaces of the pressure steel rings are influenced by the conical surfaces of the C-shaped rings, which change their size under the influence of power screws installed in the outer protrusions of the housing. The pipes are fastened with steel rings with an internal bore and end slots made of harder material than pipe material, which interact with the conical surfaces of the C-shaped rings with their conical surfaces and their protrusions contact the pipe surface when tightening the power screws. The axial displacement of steel rings with an internal bore and end slots is prevented by composite rings, the separation of which allows them to be installed in the grooves of the housing and held by the end rings, which are locked with screws.

Все силовые винты имеют малую длину и помещаются целиком в теле внешних цилиндрических выступов корпуса, вследствие чего, при полной затяжке их, деформация сжатия достаточно мала. Это повышает надежность герметизации соединения и закрепления труб в процессе долговременной эксплуатации в связи с уменьшением влияния таких явлений как ползучесть и релаксация напряжений.All power screws have a small length and are placed entirely in the body of the external cylindrical protrusions of the housing, as a result of which, when fully tightened, the compression deformation is quite small. This increases the reliability of sealing the connection and securing the pipes during long-term operation due to the reduction of the effects of phenomena such as creep and stress relaxation.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображена половина трубной муфты с частичным поперечным разрезом.Figure 1 shows a half pipe coupling with a partial cross section.

На фиг.2 представлен общий вид трубной муфты.Figure 2 presents a General view of the pipe coupling.

Трубная муфта (см. фиг.1) содержит в своем составе металлический корпус 1, выполненный в виде цилиндра, соосного с закрепляемыми трубами и имеющего две внутренние цилиндрические проточки 2, ограниченные выступом 3, расположенным над стыком соединяемых труб, и две канавки 4 у торцов корпуса 1.The pipe coupling (see Fig. 1) contains a metal casing 1, made in the form of a cylinder, coaxial with fixed pipes and having two internal cylindrical grooves 2, limited by a protrusion 3, located above the junction of the pipes to be connected, and two grooves 4 at the ends housing 1.

На внешней поверхности корпуса 1 выполнены два цилиндрических выступа 5, предназначенные для размещения стандартных силовых винтов 6, расположенных радиально равномерно по окружности и обеспечивающих сжатие С-образных колец 7, имеющих две торцевые конические поверхности и установленных в зоне наружной образующей внутренних цилиндрических проточек 2 корпуса 1 под рядом силовых винтов 6 и изменяющих свои геометрические размеры при затяжке силовых винтов 6.On the outer surface of the housing 1 there are two cylindrical protrusions 5, designed to accommodate standard power screws 6 located radially uniformly around the circumference and providing compression of the C-shaped rings 7, having two end conical surfaces and installed in the area of the outer generatrix of the inner cylindrical grooves 2 of the housing 1 under a number of power screws 6 and changing their geometric dimensions when tightening the power screws 6.

При сжатии С-образные кольца 7 одной своей торцевой конической поверхностью воздействуют на торцевые конические поверхности нажимных стальных колец 8 и перемещают их в осевом направлении. При осевом перемещении нажимные стальные кольца 8 своей противолежащей плоской торцевой поверхностью воздействуют вдоль оси трубы на уплотнительные элементы, представляющие собой кольцевые эластомерные прокладки 9, расположенные около торцов внутренних цилиндрических проточек 2 корпуса 1. Сжатие кольцевых эластомерных прокладок 9 нажимными стальными кольцами 8 обеспечивает герметизацию соединения.When compressed, the C-shaped rings 7 with one of their end conical surfaces act on the end conical surfaces of the pressure steel rings 8 and move them in the axial direction. During axial movement, the pressure steel rings 8 with their opposite flat end surface act along the pipe axis on the sealing elements, which are ring elastomeric gaskets 9, located near the ends of the inner cylindrical grooves 2 of the housing 1. The compression of the ring elastomer gaskets 9 by the pressure steel rings 8 provides sealing of the connection.

При сжатии С-образные кольца 7 другой своей торцевой конической поверхностью воздействуют на выступы стальных колец 10 с внутренней расточкой и торцевыми прорезями, которые при смещении С-образных колец 7 внедряются в поверхность трубы.When compressed, the C-shaped rings 7 with their other end conical surface act on the protrusions of the steel rings 10 with an internal bore and end slots, which, when the C-rings 7 are displaced, penetrate the pipe surface.

Осевую фиксацию стальных колец 10 с внутренней расточкой и торцевыми прорезями в корпусе 1 осуществляют составные кольца 11, расчленение которых позволяет установить их в канавках 4 корпуса 1. Составные кольца 11 удерживаются торцевыми кольцами 12, которые стопорятся винтами 13.The axial fixation of the steel rings 10 with the internal bore and end slots in the housing 1 is carried out by composite rings 11, the separation of which allows you to install them in the grooves 4 of the housing 1. The composite rings 11 are held by the end rings 12, which are locked with screws 13.

Трубная муфта работает следующим образом:The pipe coupling works as follows:

При сборке трубной муфты в проточки 2 корпуса 1 устанавливают последовательно (см. фиг.1) кольцевые эластомерные прокладки 9, нажимные стальные кольца 8, С-образные кольца 7, стальные кольца 10 с внутренней расточкой и торцевыми прорезями, составные кольца 11, торцевые кольца 12 и фиксируют их винтами 13. На место постоянной эксплуатации муфту поставляют в собранном виде. Силовые винты 6 вывернуты и не воздействуют на С-образные кольца 7. Готовую к монтажу трубную муфту (см. фиг.2) помещают на соединяемые трубы таким образом, чтобы расстояние от торцов труб до торцов корпуса 1 было одинаковым и начинают затягивать силовые винты 6, что приводит к изменению геометрии С-образных колец 7 и удалению друг от друга нажимных стальных колец 8 и стальных колец 10 с внутренней расточкой и торцевыми прорезями. На некотором этапе затяжки кольцевые эластомерные прокладки 9 оказываются сжатыми в замкнутом объеме, они теряют эластичность и превращается, по существу, в твердое тело. При дальнейшей затяжке силовых винтов 6 усилие от С-образных колец 7 воздействует на выступы стальных колец 9 с внутренней расточкой и торцевыми прорезями, которые внедряются в поверхность труб, так как осевому смещению стальных колец 10 в корпусе 1 препятствуют составные кольца 11. При внедрении выступов стальных колец 9 с внутренней расточкой и торцевыми прорезями в поверхности соединяемых труб происходит пластическая деформация материала труб (материал стального кольца 9 прочнее материала трубы), что вызывает заполнение пространства между выступами стальных колец 9 деформируемым материалом труб. Все действующие на трубы усилия должны будут обеспечивать сдвиг образовавшихся выступов материала труб, одновременно они блокируются противодействием заглубленных в тело труб выступов стальных колец 9. После затяжки всех силовых винтов 6 до упора на одной половине муфты труба оказывается надежно закрепленной в корпусе муфты. Аналогичная затяжка всех силовых винтов 6 проводится на противоположной стороне корпуса 1. Давление транспортируемой по трубам среды через стык трубопровода поступает в зазор, образуемый выступом 2 (см. фиг.1) и встречает на своем пути сжатые до требуемой степени уплотнительные кольцевые эластомерные прокладки 9. При изменении температуры как окружающей, так и транспортируемой сред герметичность не нарушается, поскольку все металлические составляющие изменяют свои размеры в одинаковой степени, тогда как уплотнительные кольцевые эластомерные прокладки имеют минимальную ширину.When assembling the pipe coupling, grooves 2 of the housing 1 are installed sequentially (see Fig. 1) ring elastomeric gaskets 9, pressure steel rings 8, C-shaped rings 7, steel rings 10 with an internal bore and end slots, composite rings 11, end rings 12 and fix them with screws 13. At the place of constant operation, the clutch is supplied assembled. The power screws 6 are turned out and do not act on the C-shaped rings 7. The pipe coupling ready for installation (see Fig. 2) is placed on the pipes to be connected so that the distance from the ends of the pipes to the ends of the housing 1 is the same and they begin to tighten the power screws 6 , which leads to a change in the geometry of the C-shaped rings 7 and the removal from each other of the pressed steel rings 8 and steel rings 10 with an inner bore and end slots. At some stage of tightening, the annular elastomeric gaskets 9 are compressed in a closed volume, they lose elasticity and turn, essentially, into a solid. With further tightening of the power screws 6, the force from the C-shaped rings 7 acts on the protrusions of the steel rings 9 with an internal bore and end slots that are embedded in the pipe surface, since the composite rings 11 prevent the axial displacement of the steel rings 10 in the housing 1. When introducing the protrusions steel rings 9 with an internal bore and end slots in the surface of the pipes to be joined, plastic deformation of the pipe material occurs (the material of the steel ring 9 is stronger than the pipe material), which causes the filling of the space between y protrusions steel rings 9 deformable material pipes. All the forces acting on the pipes will have to provide a shift of the formed protrusions of the pipe material, at the same time they are blocked by counteracting the protrusions of the steel rings 9 buried in the pipe body. After tightening all the power screws 6 to the stop on one half of the coupling, the pipe is securely fixed in the coupling body. A similar tightening of all power screws 6 is carried out on the opposite side of the housing 1. The pressure of the medium transported through the pipes through the joint of the pipeline enters the gap formed by the protrusion 2 (see figure 1) and meets in its way compressed to the required degree of sealing ring elastomeric gaskets 9. When the temperature of both the environment and the transported medium changes, the tightness is not broken, since all metal components change their sizes to the same extent, while the sealing ring elast molecular spacers have a minimum width.

К числу преимуществ предлагаемой конструкции следует отнести:Among the advantages of the proposed design include:

- Простоту конструкции муфты, в составе которой используются только тела вращения, не требующие для изготовления применения дорогостоящей оснастки.- The simplicity of the design of the coupling, in which only rotation bodies are used, which do not require the use of expensive equipment for manufacturing.

- Удобство монтажа, который возможен даже при расположении трубной муфты в неудобных для монтажа местах, например около стенки.- Convenience of installation, which is possible even with the location of the pipe coupling in inconvenient places for installation, for example near the wall.

- Сохранение герметичности соединения при повышении (понижении) температуры окружающей среды, что способствует повышению надежности соединения.- Preservation of the tightness of the connection with increasing (lowering) ambient temperature, which helps to increase the reliability of the connection.

- Сохранение условий надежного закрепления гладких концов соединяемых труб в течение всего срока эксплуатации, так как возможность удлинения используемых в муфте винтов в процессе долговременной эксплуатации полностью исключена.- Preservation of the conditions for reliable fastening of the smooth ends of the pipes to be connected during the entire period of operation, since the possibility of lengthening the screws used in the coupling during long-term operation is completely excluded.

- Относительно малые габариты муфты.- Relatively small coupling dimensions.

Claims

A pipe coupling comprising a metal casing located above the surface of the pipes to be joined, deformable sealing elements and pipe fastening elements inside the casing, driven by standard fasteners installed in the casing, characterized in that the metal casing of the coupling is made in the form of a cylinder coaxial with the fixed pipes, equipped with an internal protrusion located above the pipe junction, and two internal cylindrical grooves at the ends of the housing, on the outer surface having two of indigenous protrusions, which provide the placement of radial fastening power screws in them, at the ends of the inner protrusion, sealing joints are installed - two sealing ring elastomeric gaskets, compressed by the flat end surfaces of the pressure steel rings when they are axially displaced from the impact on their end conical surfaces of the C-shaped conical surfaces rings that change their size under the influence of power screws installed in the outer protrusions of the housing, and the fastening of pipes is produced by steel rings with an internal bore and end slots, which interact with their conical surfaces with the conical surfaces of the C-shaped rings and their protrusions contact the surface of the pipes when tightening the power screws, and compound rings, dismemberment, prevent axial displacement of the steel rings with the inner bore and end slots which allows you to install them in the grooves of the housing and hold the end rings, which are locked with screws.