RU57419U1

RU57419U1 - COMPACT FLANGE

Info

Publication number: RU57419U1
Application number: RU2005141622/22U
Authority: RU
Inventors: Волфорд Гарри
Original assignee: ЗАО Промышленно-инвестиционная компания "ЭНЕРГОТРАСТ"
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2006-10-10

Abstract

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для соединения труб в различных конструкциях в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, на платформах и при добыче на континенте, а также в перерабатывающей промышленности. Компактный фланец, выполненный в виде втулки с отверстием в центре, с крепежными отверстиями по окружности от центра и кольцевой канавкой под уплотнительное кольцо, где кольцевая канавка выполнена трехгранной, торцевая поверхность с кольцевой канавкой имеет выпуклый скос с наивысшей точкой, примыкающей к отверстию в центре, и наружную фаску по наружному диаметру фланца, тыльная поверхность фланца выполнена параллельной торцевой поверхности, уплотнительное кольцо, расположенное в канавке, выполнено металлическим и имеет в сечении фигурный профиль, внутренний диаметр канавки расположен на уровне внешнего диаметра соединительной трубы. Материал уплотнительного кольца обладает упругими характеристиками, присущими пластику, уплотнительное кольцо, расположенное в канавке, может иметь в сечении фигурный восьмигранный профиль, болты выполнены предварительно напряженными, а переход между фланцем и трубой выполнен эллипсным. 3 илл., 4 з.п.ф.The invention relates to mechanical engineering and is intended for connecting pipes in various designs in the oil and oil refining industries, on platforms and during production on the continent, as well as in the processing industry. A compact flange made in the form of a sleeve with a hole in the center, with mounting holes around the circumference from the center and an annular groove for the sealing ring, where the annular groove is trihedral, the end surface with the annular groove has a convex bevel with the highest point adjacent to the hole in the center, and an outer chamfer along the outer diameter of the flange, the back surface of the flange is made parallel to the end surface, the o-ring located in the groove is made of metal and has a section in fig ny profile, the inner diameter of the groove located at the external connection pipe diameter. The material of the o-ring has the elastic characteristics inherent in plastic, the o-ring located in the groove may have a figured octagonal profile in cross section, the bolts are pre-stressed, and the transition between the flange and the pipe is made ellipse. 3 ill., 4 z.p.ph.

Description

Полезная модель относится к машиностроению и предназначена для соединения труб в различных конструкциях в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, на платформах и при добыче на континенте, а также в перерабатывающей промышленности, атомных электростанциях и других отраслях.The utility model relates to mechanical engineering and is designed to connect pipes in various designs in the oil and oil refining industries, on platforms and during production on the continent, as well as in the processing industry, nuclear power plants and other industries.

Известно фланцевое соединение трубопроводов (Авторское свидетельство СССР №329343, кл. F 16 L 23/00, 1972.1), содержащее соединяющие трубопроводы фланцы, в торцевой поверхности которых имеется кольцеобразная канавка с уплотнительным кольцом.Known flange connection of pipelines (USSR Author's Certificate No. 329343, class F 16 L 23/00, 1972.1), containing connecting piping flanges, in the end surface of which there is an annular groove with a sealing ring.

Недостатком известного фланцевого соединения является невозможность повторного использования фланцев в случае выхода из строя самих трубопроводов.A disadvantage of the known flange connection is the inability to reuse the flanges in case of failure of the pipelines themselves.

Известно фланцевое соединение трубопроводов (Авторское свидетельство СССР №375864, кл. F 16 L 23/00, 1973), содержащее соединяемые трубопровод с фланцевым поясом и поворотное кольцо, на внутренней поверхности которого образован опорный пояс с противоположно расположенными на нем вырезами.A flanged connection of pipelines is known (USSR Author's Certificate No. 375864, class F 16 L 23/00, 1973), comprising a connected pipeline with a flanged belt and a rotary ring, on the inner surface of which a support belt is formed with cutouts opposite to it.

Недостатком известного фланцевого соединения является то, что опорный пояс поворотного кольца не сплошной (имеет противоположно расположенные на нем вырезы), и поэтому фланцевое соединение трубопроводов, особенно с отбортовкой на соединяемых торцах, имеет низкую надежность, из-за невозможности прижима отбортовок в местах противоположных вырезов опорного пояса поворотного кольца.A disadvantage of the known flange connection is that the support belt of the rotary ring is not continuous (has cutouts opposite to it), and therefore the flange connection of pipelines, especially with flanges at the connected ends, has low reliability, due to the impossibility of clamping flanges in places of opposite cuts support belt of the rotary ring.

Известно фланцевое соединение трубопроводов (Авторское свидетельство СССР №974018, кл. F 16 L 23/00, 1982), содержащее трубопровод с фланцем (фланцевым поясом) и (поворотное) прижимное кольцо с внутренним вырезом, выполненным в виде сочетания двух усеченных эллипсов, имеющих общую ось и общий центр.A flange connection of pipelines is known (USSR Author's Certificate No. 974018, class F 16 L 23/00, 1982) containing a pipeline with a flange (flange belt) and a (rotary) pressure ring with an internal cutout made in the form of a combination of two truncated ellipses having common axis and common center.

Недостатком известного устройства является то, что опорный пояс (поворотного) прижимного кольца не сплошной (имеет вырез, выполненный в виде сочетания двух усеченных эллипсов имеющих общую ось и общий центр), и поэтому фланцевое соединение трубопроводов, особенно с отбортовкой на соединяемых торцах, имеет низкую надежность из-за невозможности прижима отбортовок торцов трубопроводов в местах фигурных эллипсных вырезов прижимного кольца (или опорного пояса прижимного кольца).A disadvantage of the known device is that the support belt of the (rotary) clamping ring is not continuous (has a cutout made in the form of a combination of two truncated ellipses having a common axis and a common center), and therefore the flange connection of pipelines, especially with flanging at the connected ends, has a low reliability due to the impossibility of clamping the flanges of the ends of pipelines in places of curly ellipse cutouts of the clamping ring (or the supporting belt of the clamping ring).

Известно выполнение прижимной втулки (фланца) уплотнения (Патент США №1486708, 11.03.1924), в виде двух взаимозаменяемых деталей с центральным отверстием и периферийными отверстиями под стяжные болты. Вместе детали втулки (фланца) удерживаются внешней направляющей втулкой уплотнителя и сложными профильными направляющими, выполненными перпендикулярно разрезу втулки (фланца). Стяжные болты (резьбовые соединения) служат как для зажима уплотнителя во втулке, так и для удержания вместе деталей втулки (наряду со втулкой и профильными направляющими).It is known that the compression sleeve (flange) of the seal (US Patent No. 1486708, 03/11/1924) is made in the form of two interchangeable parts with a central hole and peripheral holes for the coupling bolts. Together, the details of the sleeve (flange) are held by the outer guide sleeve of the seal and complex profile guides made perpendicular to the section of the sleeve (flange). Tightening bolts (threaded connections) serve both to clamp the seal in the sleeve and to hold together the details of the sleeve (along with the sleeve and profile guides).

Недостатком известного устройства является то, что оно предназначено для удержания в рабочем состоянии уплотнителя и его быстрой смены (без разборки оборудования), и это не позволяет применять его для фланцевого соединения трубопроводов. Кроме того, известное устройство материалоемко и требует значительных материальных и временных затрат для своего изготовления (из-за сложности своей конструкции и, особенно, профильных направляющих).A disadvantage of the known device is that it is designed to keep the seal in working condition and quickly change it (without disassembling the equipment), and this does not allow it to be used for flange connection of pipelines. In addition, the known device is material-intensive and requires significant material and time costs for its manufacture (due to the complexity of its design and, especially, profile guides).

Наиболее близким аналогом - прототипом заявленной полезной модели, является "Фланец для труб, снабженных на концах буртами" (Авторское свидетельство СССР №61960, кл. F 16 L 23/02, 29.11.1940), содержащий две взаимозаменяемые шайбы с центральными отверстиями, и периферийными отверстиями под стяжные болты, причем каждая шайба снабжена отверстием, очерченным по кривой, образованной сопряжением дуги, описанной из центра шайбы радиусом, равным наружному радиусу трубы, и эксцентричной с ней дуги, радиус которой примерно равен радиусу бурта трубы, что дает возможность завести бурт в отверстие шайбы и плотно охватить каждой шайбой трубу на половине ее окружности. Причем одна половина каждой из составляющей фланца шайб имеет вдвое меньшую толщину, чем вторая половина для того, чтобы выступающая часть одной шайбы (более толстая) была при сборке сопряжена со впадиной (тонкой частью) второй шайбы.The closest analogue - the prototype of the claimed utility model, is the "Flange for pipes equipped at the ends with collars" (USSR Author's Certificate No. 61960, class F 16 L 23/02, 11.29.1940), containing two interchangeable washers with central holes, and peripheral holes for the coupling bolts, each washer provided with a hole defined by a curve formed by mating an arc described from the center of the washer with a radius equal to the outer radius of the pipe and an eccentric arc with it, the radius of which is approximately equal to the radius of the collar of the pipe, which gives the ability to insert a collar into the hole of the washer and tightly enclose a pipe on each half of the washer in half of its circumference. Moreover, one half of each component of the flange of the washers has half the thickness than the second half so that the protruding part of one washer (thicker) during assembly is associated with the cavity (thin part) of the second washer.

Недостатком прототипа является его громоздкость, недостаточный диапазон применения по температурным режимам и по давлению, а также сложность монтажа.The disadvantage of the prototype is its bulkiness, insufficient range of applications for temperature conditions and pressure, as well as the complexity of installation.

Указанные недостатки ставят задачу упрощения конструкции устройства, технологии ее сборки, повышения надежности и расширения режимов эксплуатации.These shortcomings set the task of simplifying the design of the device, the technology of its assembly, improving reliability and expanding operating modes.

Поставленная задача решается тем, что компактный фланец выполнен в виде втулки с отверстием в центре, с крепежными отверстиями по окружности от центра и кольцевой канавкой под уплотнительное кольцо, где кольцевая канавка выполнена трехгранной, торцевая поверхность с кольцевой канавкой имеет выпуклый скос с наивысшей точкой, примыкающей к отверстию в центре, и наружную фаску по наружному диаметру фланца, тыльная поверхность фланца выполнена параллельной торцевой поверхности, уплотнительное кольцо, расположенное в канавке, выполнено металлическим и имеет в сечении фигурный профиль, The problem is solved in that the compact flange is made in the form of a sleeve with a hole in the center, with mounting holes around the circumference from the center and an annular groove for the o-ring, where the annular groove is trihedral, the end surface with the annular groove has a convex bevel with the highest point adjacent to the hole in the center, and the outer chamfer along the outer diameter of the flange, the back surface of the flange is made parallel to the end surface, the o-ring located in the groove is made allicheskim and has a shaped profile in cross-section,

внутренний диаметр канавки расположен на уровне внешнего диаметра соединительной трубы. Материал уплотнительного кольца обладает упругими характеристиками, присущими пластику, уплотнительное кольцо, расположенное в канавке, может иметь в сечении фигурный восьмигранный профиль, болты выполнены предварительно напряженными, а переход между фланцем и трубой выполнен эллипсным.The inner diameter of the groove is located at the outer diameter of the connecting pipe. The material of the o-ring has the elastic characteristics inherent in plastic, the o-ring located in the groove may have a figured octagonal profile in cross section, the bolts are pre-stressed, and the transition between the flange and the pipe is made ellipse.

На фиг.1 изображен общий вид компактного фланца с уплотнительным кольцом; на фиг.2 изображен разрез фланца перед сборкой, где 1 - компактный фланец, 2 - уплотнительное кольцо, 3 - сварная канавка, 4 - болт, 5 - гайка, 6 - зазор между фланцами, на фиг.3 показано взаимное расположение компактного фланца 1 с уплотнительным кольцом 2.Figure 1 shows a General view of a compact flange with a sealing ring; figure 2 shows a section of the flange before assembly, where 1 is a compact flange, 2 is a sealing ring, 3 is a weld groove, 4 is a bolt, 5 is a nut, 6 is the gap between the flanges, figure 3 shows the relative position of the compact flange 1 with o-ring 2.

Предлагаемый компактный фланец - это более легкое по весу болтовое соединение, обладающее высокой прочностью и улучшенными усталостными характеристиками.The proposed compact flange is a lighter bolt joint with high strength and improved fatigue characteristics.

Конструкция фланца обеспечивает полный эффект герметичности при статических и динамических нагрузках. Срок службы по критерию усталости металла у предложенного компактного фланца выше, чем у привариваемой к нему трубы.The flange design provides a complete sealing effect under static and dynamic loads. The service life according to the criterion of metal fatigue of the proposed compact flange is higher than that of the pipe welded to it.

Высокие эксплуатационные характеристики фланца достигаются благодаря уникальному материалу, из которого изготовлен фланец, геометрии его конструкции и использованию контакта «металл по металлу». Материал для изготовления фланца обладает упругими характеристиками, присущими пластику.High operational characteristics of the flange are achieved thanks to the unique material of which the flange is made, the geometry of its design and the use of metal-to-metal contact. The material for the manufacture of the flange has the elastic characteristics inherent in plastic.

Использование предварительно напряженных болтов позволяет исключить регулировку и подтяжку болтов в процессе работы соединения.The use of prestressed bolts eliminates the adjustment and tightening of the bolts during operation of the connection.

Существенной отличительной особенностью заявленного компактного фланца является геометрия конструкции его торцевой поверхности. Торцевая поверхность имеет слегка выпуклый скос с наивысшей точкой, так A significant distinguishing feature of the claimed compact flange is the geometry of the design of its end surface. The end surface has a slightly convex bevel with the highest point, so

называемой пяткой, примыкающей к отверстию и небольшую наружную фаску по наружному диаметру фланца.called the heel, adjacent to the hole and a small outer chamfer along the outer diameter of the flange.

В процессе сборки фаска перекрывается, тем самым обеспечивается плотный контакт частей фланца. Предварительное натяжение болтов передается главным образом между поверхностями фланцев на пятку, и лишь небольшое сжимающее усилие передается через наружную фаску. Тыльная поверхность фланца параллельна торцевой поверхности фланца для предотвращения изгиба болтов в собранном состоянии.During assembly, the chamfer overlaps, thereby ensuring tight contact of the flange parts. The pretension of the bolts is transmitted mainly between the surfaces of the flanges to the heel, and only a small compressive force is transmitted through the outer chamfer. The back surface of the flange is parallel to the end surface of the flange to prevent bending of the bolts in the assembled state.

Уплотнительное кольцо фланцевого соединения - это гибкое металлическое кольцо, расположенное в канавке. Внутренний диаметр канавки расположен на уровне внешнего диаметра соединительной трубы. При эксплуатации наружная фаска выполняет функции внешнего барьера и препятствует контакту торцевых поверхностей и болтов с наружной средой. Для обеспечения коррозийной стойкости уплотнительного в конструкции применен широкий спектр покрытий. При этом уплотнительное кольцо одного диаметра пригодно для целого класса давлений.The flange joint O-ring is a flexible metal ring located in the groove. The inner diameter of the groove is located at the level of the outer diameter of the connecting pipe. During operation, the external chamfer acts as an external barrier and prevents the contact of end surfaces and bolts with the external environment. A wide range of coatings has been used in the design to ensure the corrosion resistance of the sealant. Moreover, a sealing ring of one diameter is suitable for a whole class of pressures.

Использование технологии уплотнения «металл по металлу» в сочетании с подбором материала с определенными пластическими свойствами создают эффект самоуплотнения для выбранной геометрической формы уплотнительного кольца.The use of metal-to-metal sealing technology in combination with the selection of material with certain plastic properties creates a self-sealing effect for the selected geometric shape of the sealing ring.

Особенностью конструкции является то, что лишь небольшая часть затяжки соединения передается через гибкое уплотнительное кольцо. Плотный контакт частей фланца после сборки и небольшой скос на передней части фланца обеспечивают неподвижное состояние всех частей фланцевого соединения относительно друг друга в процессе эксплуатации. Кроме того, эллипсный переход между фланцем и трубой способствует снижению концентрации напряжений в сборке и в эксплуатации.A design feature is that only a small portion of the tightening of the connection is transmitted through a flexible o-ring. The tight contact of the flange parts after assembly and a slight bevel on the front of the flange ensure the stationary state of all parts of the flange connection relative to each other during operation. In addition, the ellipse transition between the flange and the pipe helps to reduce stress concentration in the assembly and in operation.

Конструкция предложенного компактного фланца такова, что динамическая нагрузка с соединении не передается на болты, поэтому болты не подвержены усталостному разрушению.The design of the proposed compact flange is such that the dynamic load from the connection is not transmitted to the bolts, so the bolts are not subject to fatigue failure.

Соединение работает как жесткий монолит в пределах расчетных нагрузок, поскольку отсутствует относительное смещение поверхностей фланцев друг относительно друга при любых нагрузках в расчетных режимах эксплуатации.The joint works as a rigid monolith within the limits of the design loads, since there is no relative displacement of the flange surfaces relative to each other under any loads in the design operating conditions.

Особенности конструкции и материалов фланца обеспечивают следующие преимущества по сравнению с прототипом:Features of the design and materials of the flange provide the following advantages compared to the prototype:

- повышенная защита против утечек, сравнимая со сварным швом трубопровода,- increased protection against leaks, comparable with the weld of the pipeline,

- высокая надежность и коррозионная стойкость,- high reliability and corrosion resistance,

- длительный ресурс,- long life,

- уменьшенные габаритные размеры и вес,- reduced overall dimensions and weight,

- повышенная механическая прочность,- increased mechanical strength,

- легкая и быстрая сборка,- easy and quick assembly,

- снижение затрат на обслуживание,- reduced maintenance costs,

- многократное использование уплотнительного кольца,- repeated use of a sealing ring,

- широкий рабочий диапазон температур от -750 С до +720 С без дополнительного перетягивания болтов.- a wide operating temperature range from -750 С to +720 С without additional pulling of bolts.

Claims

1. A compact flange made in the form of a sleeve with a hole in the center, with mounting holes around the circumference from the center and an annular groove for the sealing ring, characterized in that the annular groove is trihedral, the end surface with the annular groove has a convex bevel with the highest point adjacent to the hole in the center, and the outer chamfer along the outer diameter of the flange, the back surface of the flange is made parallel to the end surface, the o-ring located in the groove is made of metal and and it has a cross-sectional profile, the inner diameter of the groove is located at the level of the outer diameter of the connecting pipe.

2. The compact flange according to claim 1, characterized in that the material of the o-ring has elastic characteristics inherent in plastic.

3. The compact flange according to claim 1, characterized in that the o-ring located in the groove has a figured octagonal profile in cross section.

4. The compact flange according to claim 1, characterized in that the bolts are made prestressed.

5. The compact flange according to claim 1, characterized in that the transition between the flange and the pipe is elliptical.