RU2560235C1

RU2560235C1 - Articulated pipe joint

Info

Publication number: RU2560235C1
Application number: RU2014148521/06A
Authority: RU
Inventors: Алексей Вячеславович Елькин; Дмитрий Ильич Овчинин; Владимир Николаевич Еремин; Андрей Викторович Завьялов; Алексей Юрьевич Прошкин
Priority date: 2014-12-03
Filing date: 2014-12-03
Publication date: 2015-08-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: articulated joint of pipes includes made at the pipe ends bell at one side, and ball element at another side. On the internal surface of the bell a lead-in chamfer is made, on it cylindrical surface is made, on it first ring slot is located to install the elastic lining and steel lock ring. On the spherical internal surface of the bell a second ring slot is located for the shaped rubber ring seal. On the ball element a detachable cuff is installed, it comprises arc-like segments. Each segment has at one end the lead-in section, at the another it has curvilinear shoulder for interaction with steel lock ring. The arc-like segments of the detachable scuff are connected with each other by lock elements. On the external surface of each arc-like segment at least two cavities and two through radial holes are made to install the lock devices for the detachable scuff securing on the ball element. The lock device is made in form of the spring-loaded lever rigidly connected with the rod. The rod is located above the ruing groove of the ball element with possibility of vertical movement.

EFFECT: scuff holding on the ball element, exclusion of misalignment of the scuff and ball element position at the assemblage beginning.

5 dwg

Description

Изобретение относится к быстроразъемным шарнирным соединениям труб полевых магистральных сборно-разборных трубопроводов и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности.The invention relates to quick disconnect joints of field pipes of collapsible pipelines and can be used in the oil and gas industry.

Известно шарнирное соединение труб, содержащее раструб, в котором выполнен паз с установленным в нем уплотнением в виде самоуплотняющегося резинового кольца, и дополнительный паз, в котором установлены эластичная прокладка и стальной запорный элемент, выполненный в виде разъемного кольца. Шаровой элемент имеет сферическую поверхность большего радиуса, равного радиусу внутренней поверхности манжеты, выполненной в виде кольца с наружным криволинейным выступом. Шаровой элемент дополнительно снабжен концентричной сферической поверхностью малого радиуса, контактирующей с уплотнением (RU 2191948 С2, МПК F16L 27/067, 05.05.1999 г.).Known articulated pipe connection containing a bell in which a groove is made with a seal installed in it in the form of a self-sealing rubber ring, and an additional groove in which an elastic gasket and a steel locking element are made in the form of a split ring. The ball element has a spherical surface with a larger radius equal to the radius of the inner surface of the cuff, made in the form of a ring with an external curved protrusion. The ball element is additionally equipped with a concentric spherical surface of small radius in contact with the seal (RU 2191948 C2, IPC F16L 27/067, 05/05/1999).

Недостатком этого шарнирного соединения является то, что манжета выполнена в виде цельного кольца, которое устанавливается на трубу в заводских условиях перед приваркой шарового элемента к трубе и требует специальной дополнительной оснастки для ее удержания на шарнирном элементе как при доставке труб на трассу, так и в процессе сборки соединения, что усложняет и увеличивает время монтажа трубопровода.The disadvantage of this hinge connection is that the cuff is made in the form of a solid ring that is installed on the pipe in the factory before welding the ball element to the pipe and requires special additional equipment to hold it on the hinge element both when the pipes are delivered to the route and in the process assembly of the connection, which complicates and increases the installation time of the pipeline.

Кроме этого технически сложно выполнить на шаровом элементе две кольцевые сферические поверхности с разными радиусами сфер.In addition, it is technically difficult to make two annular spherical surfaces on the spherical element with different radii of the spheres.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и взятым за прототип является подвижное соединение труб, содержащее раструб с двумя пазами, в одном из которых установлено уплотнение, а в другом эластичная прокладка и запорный элемент, манжету, выполненную в виде двух полуколец с наружным криволинейным выступом и с возможностью обхвата сферы, шаровой элемент с двумя концентричными сферическими поверхностями, контактирующий поверхностью малого радиуса с уплотнением, а большого радиуса с внутренней сферической поверхностью манжеты. Полукольца разъемной манжеты соединены между собой посредством серег. Последние установлены на осях, заштифтованных в П-образных пазах. Пазы выполнены на одной из сторон торцевых частей перпендикулярного сечения полуколец. С противоположной стороны полукольца снабжены замковым устройством, выполненным в виде скобы-защелки, установленной в углублениях на наружной усеченно-конической поверхности полуколец, при этом по всей длине одна из сторон торцевых частей параллельного сечения полуколец оснащена внутренним выступом, выполненным перпендикулярно поверхности полуколец (RU 2234023 С1, МПК F16L 27/04, 17.12.2002 г. - прототип).The closest to the claimed invention by technical essence and taken as a prototype is a movable pipe connection containing a bell with two grooves, one of which has a seal, and the other has an elastic gasket and a locking element, a cuff made in the form of two half rings with an external curved protrusion and with the possibility of grasping a sphere, a ball element with two concentric spherical surfaces in contact with a surface of small radius with a seal, and a large radius with an internal spherical surface awn cuff. The half rings of the split cuff are interconnected by means of earrings. The latter are mounted on axes pinned in U-shaped grooves. The grooves are made on one side of the end parts of the perpendicular section of the half rings. On the opposite side, the half rings are equipped with a locking device made in the form of a clip-latch installed in the recesses on the outer truncated-conical surface of the half rings, while along the entire length one of the sides of the end parts of the parallel section of the half rings is equipped with an internal protrusion made perpendicular to the surface of the half rings (RU 2234023 C1, IPC F16L 27/04, 12/17/2002 - prototype).

Недостатком этого подвижного соединения труб является то, что внутренний выступ на полукольцах манжеты, обеспечивающий удержание манжеты на шаровом элементе, конструктивно находится на определенном расстоянии от торца шарового элемента для обеспечения поворота трубы в шаровом соединении, а это в свою очередь создает условия для свободного несоосного расположения манжеты относительно осевой линии трубы, и в случае несовпадения осевой линии трубы и осевой линии манжеты исключается возможность сборки соединения.The disadvantage of this movable pipe connection is that the inner protrusion on the half rings of the cuff, ensuring the cuff is retained on the ball element, is structurally located at a certain distance from the end of the ball element to allow the pipe to rotate in the ball connection, and this in turn creates conditions for a free misalignment cuffs relative to the axial line of the pipe, and in case of mismatch of the axial line of the pipe and the axial line of the cuff excludes the possibility of assembly joints.

Технический результат изобретения - обеспечение удержания манжеты на шаровом элементе и исключение несоосного расположения манжеты и шарового элемента, что позволяет снизить трудоемкость операции сборки соединения.The technical result of the invention is the provision of retaining the cuff on the ball element and eliminating the misaligned location of the cuff and the ball element, which reduces the complexity of the assembly operation of the connection.

Этот технический результат достигается тем, что шарнирное соединение труб, содержащее раструб с внешней кольцевой проточкой, под которой внутри выполнена заходная фаска, и с двумя кольцевыми пазами на внутренней поверхности, в первом от торца из которых размещены эластичная подкладка и стальное запорное кольцо, а во втором - фигурное резиновое кольцевое уплотнение, шаровой элемент, контактирующий с фигурным резиновым кольцевым уплотнением раструба, и разъемную манжету, состоящую из соединяемых замковыми элементами дугообразных сегментов, каждый из которых имеет на одном наружном торце заходный участок, а на другом наружном торце - криволинейный выступ для взаимодействия со стальным запорным кольцом раструба, а суммарная внутренняя поверхность сегментов в сборе образует сферическую поверхность для обхвата шарового элемента на участке сферы до зоны контакта шарового элемента с фигурным резиновым кольцевым уплотнением раструба, согласно изобретению внутренняя поверхность раструба выполнена цилиндрической на участке от заходной фаски до кольцевой плоскости, ограничивающей контакт с торцом заходного участка разъемной манжеты, под которой на шаровом элементе выполнена кольцевая канавка, а шарнирное соединение труб снабжено замковыми приспособлениями закрепления манжеты на шаровом элементе до момента соединения труб, каждое замковое приспособление выполнено в виде подпружиненного рычага, размещенного на наружной поверхности соответствующего дугообразного сегмента и связанного со штырем, расположенным в сквозном радиальном отверстии разъемной манжеты над кольцевой канавкой шарового элемента с возможностью возвратно-поступательного движения, при этом в зоне размещения второго кольцевого паза с фигурным резиновым кольцевым уплотнением внутренняя поверхность раструба идентична сфере участка шарового элемента.This technical result is achieved by the fact that the hinged connection of pipes containing a bell with an external annular groove, under which an inlet chamfer is made inside, and with two annular grooves on the inner surface, in the first from the end of which are placed an elastic lining and a steel locking ring, and in the second - a curly rubber ring seal, a ball element in contact with a curly rubber ring seal of the socket, and a detachable cuff, consisting of arched segments connected by locking elements s, each of which has a lead-in section on one outer end and a curved protrusion on the other outer end for interacting with the steel locking ring of the socket, and the total inner surface of the assembled segments forms a spherical surface for grasping the ball element in the area of the sphere to the contact zone of the ball element with a figured rubber ring seal of the socket, according to the invention, the inner surface of the socket is made cylindrical in the area from the entry chamfer to the annular plane, limited making contact with the end face of the entry portion of the split cuff, under which an annular groove is made on the ball element, and the hinged connection of the pipes is provided with locking devices for securing the cuff on the ball element until the pipes are connected, each locking device is made in the form of a spring-loaded lever located on the outer surface of the corresponding arcuate segment and associated with a pin located in the through radial hole of the detachable cuff above the annular groove of the ball element with the possibility of reciprocating movement, while in the zone of placement of the second annular groove with a figured rubber ring seal, the inner surface of the socket is identical to the sphere of the ball element section.

На фиг. 1 представлено шарнирное соединение труб в сборе (в разрезе);In FIG. 1 shows a swivel joint assembly (in section);

фиг. 2 - труба с раструбом и шаровым элементом (в разрезе);FIG. 2 - a pipe with a bell and a spherical element (in a section);

фиг. 3 - замковое приспособление для закрепления разъемной манжеты на шаровом элементе;FIG. 3 - locking device for securing the detachable cuff on the ball element;

фиг. 4 - замковое приспособление для закрепления разъемной манжеты на шаровом элементе (вид по А на фиг. 2 в разрезе);FIG. 4 - a locking device for securing a detachable cuff on a ball element (view along A in Fig. 2 in section);

фиг. 5 - дугообразные сегменты разъемной манжеты с замковыми приспособлениями (вид по Б на фиг. 2).FIG. 5 - arcuate segments of a detachable cuff with locking devices (view according to B in Fig. 2).

Шарнирное соединение труб включает выполненные на торцах трубы 1 с одной стороны раструб 2, а с другой стороны шаровой элемент 3. На внешней поверхности раструба 2 ближе к его торцу имеется кольцевая проточка 4 для взаимодействия с инструментом сборки-разборки. Под внешней кольцевой проточкой 4 на внутренней поверхности раструба 2 имеется заходная фаска 5, за которой выполнена внутренняя цилиндрическая поверхность (без позиции) на участке от заходной фаски 5 до кольцевой плоскости (без позиции), ограничивающей контакт с торцом заходного участка разъемной манжеты (участок а-а на фиг. 2). На внутренней цилиндрической поверхности раструба 2 в ее начале выполнен первый кольцевой паз 6, в котором размещены эластичная подкладка 7, выполненная из микропористой маслобензостойкой резины, и стальное запорное кольцо 8, а в зоне б-б (фиг. 2) размещения второго кольцевого паза 9, в котором установлено фигурное резиновое кольцевое уплотнение 10, внутренняя поверхность раструба идентична сфере участка шарового элемента 3.The hinged connection of pipes includes pipes 1 made on the ends of the socket 2 on one side and a ball element 3 on the other. On the outer surface of the socket 2, there is an annular groove 4 closer to its end to interact with the assembly-disassembly tool. Under the outer annular groove 4 on the inner surface of the socket 2 there is an inlet chamfer 5, behind which an inner cylindrical surface (without position) is made in the area from the inlet chamfer 5 to the annular plane (without position), which limits contact with the end face of the inlet portion of the split cuff (section a -a in Fig. 2). On the inner cylindrical surface of the bell 2, at its beginning, a first annular groove 6 is made, in which an elastic lining 7 made of microporous oil-resistant rubber and a steel locking ring 8 are placed, and in the area b-b (Fig. 2) the second ring groove 9 is placed in which the figured rubber ring seal 10 is installed, the inner surface of the bell is identical to the sphere of the portion of the ball element 3.

На шаровом элементе 3 установлена разъемная манжета 11, состоящая из дугообразных сегментов 12 и 13. Каждый дугообразный сегмент имеет на одном наружном торце заходный участок 14, а на другом наружном торце - криволинейный выступ 15 для взаимодействия со стальным запорным кольцом 8 раструба 2, а суммарная внутренняя поверхность дугообразных сегментов 12 и 13 в сборе образует сферическую поверхность для обхвата шарового элемента на участке сферы до зоны контакта шарового элемента 3 с фигурным резиновым кольцевым уплотнением 10 раструба 2. Дугообразные сегменты 12 и 13 разъемной манжеты 11 соединены между собой замковыми элементами 16, выполненными в виде пружинных скоб, вставляемых в углубления на торцах дугообразных сегментов (фиг. 5). На наружной поверхности каждого дугообразного сегмента 12 и 13 разъемной манжеты 11 выполнено не менее двух углублений (без позиций) и двух сквозных радиальных отверстий (без позиций) для размещения замковых приспособлений (без позиций) закрепления разъемной манжеты 11 на шаровом элементе 3 до момента соединения труб (фиг. 5). Каждое замковое приспособление выполнено в виде подпружиненного рычага 17, жестко связанного со штырем 18, расположенным в сквозном радиальном отверстии (без позиции) разъемной манжеты 11 над кольцевой канавкой 19 шарового элемента 3 с возможностью возвратно-поступательного движения (фиг. 3). Рычаг 17 снабжен пружиной кручения (без позиции), обеспечивающей такое положение рычага 17, при котором конец штыря 18 находится в кольцевой канавке 19 шарового элемента 3, а так как на каждом дугообразном сегменте 12 и 13 имеется не менее двух замковых приспособлений, разъемная манжета 11 надежно зафиксирована на шаровом элементе 3 до момента захода шарового элемента 3 в раструб 2.A detachable cuff 11 is installed on the ball element 3, consisting of arcuate segments 12 and 13. Each arcuate segment has an inlet section 14 on one outer end and a curved protrusion 15 on the other outer end for interaction with the steel locking ring 8 of the socket 2, and the total the inner surface of the arcuate segments 12 and 13 assembly forms a spherical surface for grasping the ball element in the area of the sphere to the contact zone of the ball element 3 with a figured rubber ring seal 10 of the socket 2. Arc The segments 12 and 13 of the split sleeve 11 are interconnected by locking elements 16 made in the form of spring brackets inserted into the recesses at the ends of the arcuate segments (Fig. 5). On the outer surface of each arcuate segment 12 and 13 of the split sleeve 11, at least two recesses (without positions) and two through radial holes (without positions) are provided for locking devices (without positions) to fix the split sleeve 11 on the ball element 3 until the pipes are connected (Fig. 5). Each locking device is made in the form of a spring-loaded lever 17, rigidly connected with a pin 18 located in the through radial hole (without position) of the detachable sleeve 11 above the annular groove 19 of the ball element 3 with the possibility of reciprocating movement (Fig. 3). The lever 17 is equipped with a torsion spring (without position), providing a position of the lever 17 in which the end of the pin 18 is located in the annular groove 19 of the ball element 3, and since each arcuate segment 12 and 13 has at least two locking devices, a split sleeve 11 securely fixed to the ball element 3 until the ball element 3 enters the socket 2.

На торце шарового элемента 3, который приваривается к трубе 1, имеется кольцевой выступ 20 для взаимодействия с инструментом сборки-разборки. Внутренняя полость 21 шарового элемента 3 заполняется легким материалом, например, жестким пенополиуретаном или другим легким композиционным материалом, образующим шар с усеченными боковыми поверхностями и с центральным осевым отверстием, соответствующим внутреннему диаметру трубы.At the end of the ball element 3, which is welded to the pipe 1, there is an annular protrusion 20 for interaction with the assembly-disassembly tool. The inner cavity 21 of the ball element 3 is filled with a light material, for example, rigid polyurethane foam or other light composite material, forming a ball with truncated side surfaces and with a central axial hole corresponding to the inner diameter of the pipe.

С целью облегчения сборно-разборного трубопровода и повышения его надежности трубы и их торцевые части: раструб 2 и шаровой элемент 3 могут быть изготовлены как единое целое из легких композиционных материалов, армированных, например, высокопрочными нитями из сверхмолекулярного полиэтилена или гибридных композиционных материалов (Б.В. Байдаков, В.И. Натрусов, Т.Е. Шацкая и др. Новые материалы для БЛА. - М.: UAV.RU Спецвыпуск INTERPOLITEX-UVS-TECH 2013, стр. 25, 26). Дугообразные сегменты 12 и 13 разъемной манжеты 11 также изготавливаются из этого материала, а полость 21 шарового элемента 3 заполняется тем же композиционным материалом, из которого изготавливается сам шаровой элемент.In order to facilitate a collapsible pipeline and increase its reliability, pipes and their end parts: bell 2 and ball element 3 can be made as a whole from light composite materials reinforced, for example, by high-strength threads from ultra-molecular polyethylene or hybrid composite materials (B. V. Baidakov, V.I. Natrusov, T.E. Shatskaya and others. New materials for UAVs. - M .: UAV.RU Special Issue INTERPOLITEX-UVS-TECH 2013, p. 25, 26). The arcuate segments 12 and 13 of the split sleeve 11 are also made of this material, and the cavity 21 of the ball element 3 is filled with the same composite material from which the ball element itself is made.

Таким образом, совокупность признаков, а именно наличие цилиндрической внутренней поверхности раструба, взаимодействующей с разъемной манжетой, установленной на шаровом элементе, и состоящей из дугообразных сегментов, на наружной поверхности каждого из которых имеются замковые приспособления, обеспечивающие фиксацию разъемной манжеты на шаровом элементе, позволила достичь указанных технических результатов.Thus, the set of features, namely the presence of a cylindrical inner surface of the bell, interacting with a detachable cuff mounted on the ball element, and consisting of arcuate segments, on the outer surface of each of which there are locking devices that fix the detachable cuff on the ball element, allowed to achieve specified technical results.

Шарнирное соединение труб работает следующим образом.Swivel pipe works as follows.

В раструб 2 одной трубы вставляется шаровой элемент 3 второй трубы. Сборка соединения может производиться механизированным способом с использованием трубомонтажных машин или вручную с использованием инструмента сборки-разборки.In the bell 2 of one pipe is inserted ball element 3 of the second pipe. The assembly of the connection can be carried out mechanized using pipe fitting machines or manually using the assembly-disassembly tool.

При движении шарового элемента 3 в раструб 2 в начальный момент разъемная манжета 11 зафиксирована на шаровом элементе 3 с помощью штырей 18 замкового приспособления, при этом подпружиненные рычаги 17 располагаются под углом к наружной поверхности разжимной манжеты 11 и выступают за габариты манжеты 11. Кроме этого во время сборки шарнирного соединения манжета 11 дополнительно удерживается на шаровом элементе 3 в заданном положении инструментом сборки-разборки. Заходный участок 14 каждого дугообразного элемента разъемной манжеты 11 разжимает стальное запорное кольцо 8, и манжета 11 продолжает движение вовнутрь раструба 2 по осевой линии. Подпружиненные рычаги 17 утапливаются стальным запорным кольцом 8 в углубления дугообразных сегментов 12 и 13 разъемной манжеты 11 и освобождают штыри 18 от контакта с кольцевой канавкой 19 шарового элемента 3. При дальнейшем движении шарового элемента 3 вместе с манжетой 11 стальное запорное кольцо 8 раструба 2 заходит за криволинейный выступ 15 манжеты 11. Соединение собрано. Подпружиненные рычаги 17 утоплены в углубления дугообразных сегментов 12 и 13 разъемной манжеты 11.When the ball element 3 moves into the socket 2 at the initial moment, the detachable sleeve 11 is fixed to the ball element 3 using the pins 18 of the locking device, while the spring-loaded levers 17 are located at an angle to the outer surface of the expanding sleeve 11 and protrude beyond the dimensions of the sleeve 11. In addition, the assembly time of the swivel cuff 11 is additionally held on the ball element 3 in a predetermined position by the assembly-disassembly tool. The lead-in section 14 of each arcuate element of the detachable sleeve 11 extends the steel locking ring 8, and the sleeve 11 continues to move inwardly of the socket 2 along the center line. The spring-loaded levers 17 are recessed with a steel locking ring 8 into the recesses of the arcuate segments 12 and 13 of the split sleeve 11 and release the pins 18 from contact with the annular groove 19 of the ball element 3. Upon further movement of the ball element 3 together with the sleeve 11, the steel locking ring 8 of the socket 2 extends beyond curved protrusion 15 of the cuff 11. The connection is assembled. The spring levers 17 are recessed into the recesses of the arcuate segments 12 and 13 of the split cuff 11.

Шаровой элемент 3 освобожден от зацепления с разъемной манжетой 11, т.к. штыри 18 выведены из кольцевой канавки 19 и одна труба относительно другой может поворачиваться на угол γ, который составляет не более 15°. Герметичность шарнирного соединения обеспечивается фигурным резиновым кольцевым уплотнением 10.The ball element 3 is released from engagement with a split sleeve 11, because the pins 18 are removed from the annular groove 19 and one pipe relative to the other can be rotated by an angle γ, which is not more than 15 °. The tightness of the swivel is provided by a figured rubber ring seal 10.

Использование изобретения позволит исключить необходимость дополнительного закрепления разъемной манжеты 11 на шаровом элементе 3 во время транспортировки труб, а также исключить несоосность положения манжеты 11 на шаровом элементе 3 в начале сборки и снизить трудоемкость операции по монтажу соединения.The use of the invention will eliminate the need for additional fastening of the detachable sleeve 11 on the ball element 3 during transportation of pipes, as well as eliminate misalignment of the position of the sleeve 11 on the ball element 3 at the beginning of assembly and reduce the complexity of the installation of the connection.

Claims

A swivel of pipes containing a bell with an external annular groove, under which an inlet chamfer is made inside, and with two annular grooves on the inner surface, the first of which has an elastic lining and a steel locking ring, and the second has a figured rubber ring seal, a ball element in contact with the figured rubber ring seal of the socket, and a detachable cuff, consisting of arched segments connected by locking elements, each of which has on one outer the welded portion, and on the other outer end, a curved protrusion for interacting with the steel locking ring of the bell, and the total inner surface of the segments assembly forms a spherical surface for grasping the ball element in the area of the sphere to the contact zone of the ball element with a figured rubber ring seal of the bell, different the fact that the inner surface of the socket is made cylindrical in the area from the entry chamfer to the annular plane that limits contact with the end of the entry section of the connector cuff, under which an annular groove is made on the ball element, and the hinged connection of the pipes is equipped with locking devices for securing the cuff on the ball element until the pipes are connected, each locking device is made in the form of a spring-loaded lever located on the outer surface of the corresponding arcuate segment and connected with the pin, located in the through radial hole of the detachable cuff above the annular groove of the ball element with the possibility of reciprocating movement I, while in the zone of the second annular groove with a shaped rubber sealing ring inner surface of the socket is identical sphere portion of the ball member.