Патент на изобретение №2258169

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРУБНОГО СОЕДИНЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к устройству для изготовления трубного соединения двух концов труб. Устройство для изготовления герметичного под давлением трубного соединения, по меньшей мере, с одним концом трубы состоит из гильзообразной, вращательно-симметричной основной части. Основная часть имеет, по меньшей мере, одну, в основном, цилиндрическую, снабженную зубчатыми средствами внутреннюю полость для размещения конца трубы. Зубчатые средства за счет воздействующего на наружную поверхность основной части обжимного комплекта радиально вдавливаются в поверхность размещенного во внутренней полости конца трубы. Обжимной комплект состоит из нажимного кольца и расположенной коаксиально ему пары обжимных колец, обеспечивает исключительно радиальное вытеснение вытесняющего потенциала и, тем самым, существенно меньшее обжимное усилие. Изобретение создает герметичное под давлением трубное соединение за счет осевого обжима, который обеспечивает максимальную универсальность в отношении требований к качеству соединяемых труб. 4 н. и 24 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к устройству для изготовления трубного соединения двух концов труб и, в частности, трубного соединения, состоящего, по меньшей мере, из одной охватывающей конец трубы основной части и охватывающего основную часть обжимного средства, причем за счет осевого перемещения обжимных средств основная часть радиально вдавливается в поверхность трубы.

Трубные соединения, использующие этот принцип, известны из US-PS 3827727, US-PS 3893720, US-PS 4026006, US-PS 4061367, US-PS 4482174, US-PS 5110163.

Недостаток этих трубных соединений состоит в том, что они при использовании ограничены по своей функции диаметром трубы, требованиями качества, предъявляемыми к соединяемой трубе, и величиной давления среды. Кроме того, конструктивная форма выполненных в этих трубных соединениях вытесняющих потенциалов помимо нужного радиального вытеснения материала, обязательно необходимого для достижения герметичного под давлением соединения, вызывает осевое вытеснение материала, которое не способствует герметичному под давлением соединению, однако оказывает влияние на прикладываемые снаружи усилия обжима таким образом, что усилия обжима превышают необходимую для радиального вытеснения материала меру. Таким образом, с самого начала возникает превышение размеров как обжимного инструмента, так и отдельных элементов трубного соединения.

В основе изобретения лежит задача создания герметичного под давлением трубного соединения за счет осевого обжима, которое обеспечивало бы максимальную универсальность в отношении требований к качеству соединяемых труб.

Другая задача изобретения состоит в том, чтобы за счет использования обычных стандартных труб, т.е. сварных труб из самых разных материалов и с разрешенными, тем самым, допусками в отношении механических свойств и размеров по длине, изготовить герметичное соединение даже в диапазоне высоких давлений.

Далее задачей изобретения является снижение требуемых для осевой напрессовки обжимных элементов усилий и, тем самым, усилия, прикладываемого для проникновения в поверхность трубы при максимальной глубине проникновения.

Эти задачи решаются устройством согласно изобретению признаками основного пункта формулы.

Устройство для изготовления герметичного под давлением трубного соединения, по меньшей мере, с одним концом трубы состоит из гильзообразной, вращательно-симметричной основной части, причем основная часть имеет, по меньшей мере, одну, в основном, цилиндрическую, снабженную зубчатыми средствами внутреннюю полость для размещения конца трубы, и зубчатые средства за счет воздействующих на наружную поверхность основной части обжимных средств радиально вдавливаются в поверхность размещенного во внутренней полости конца трубы.

Основная часть состоит из соединительной гильзы в форме полого цилиндра, в основном, с постоянной толщиной стенки, причем на внутренней стороне соединительной гильзы расположены, по меньшей мере, два удаленных друг от друга, смещенных назад относительно внутреннего диаметра соединительной гильзы радиально огибающих зубчатых венца. На наружной стороне соединительной гильзы выполнены радиально огибающие, противоположные соответствующему зубчатому венцу плоские фиксирующие средства, ширина которых соответствует ширине зубчатого венца.

Концентрично надеваемое на соединительную гильзу нажимное кольцо предусмотрено для перекрытия соединительной гильзы почти по всей ее длине, причем нажимное кольцо имеет на своей внутренней стороне радиально огибающие, взаимодействующие с фиксирующими средствами выступы, а на своей наружной стороне – поднимающееся конусообразное расширение, направленное от каждого конца нажимного кольца к его середине.

Нажимное кольцо с каждой стороны снабжено концентрично охватывающим его обжимным кольцом, причем каждое обжимное кольцо имеет на своей внутренней стороне конусообразное расширение, соответствующее конусообразному расширению нажимного кольца, так что во время осевого перемещения обжимных колец навстречу друг другу из расположенного на расстоянии друг от друга начального положения в положение почти вплотную друг к другу по выступам и взаимодействующим с выступами фиксирующим средствам происходит радиальное вдавливание зубчатых венцов в поверхность размещенной в соединительной гильзе трубы.

Другие признаки изобретения приведены в зависимых пунктах формулы.

Изобретение более подробно поясняется с помощью примера выполнения. На соответствующих чертежах изображено:

фиг.1 – продольный разрез выполненного с обеих сторон трубного соединения, согласно изобретению, причем слева от оси А-А симметрии показана предварительно обжатая, а справа от оси А-А симметрии – окончательно обжатая половина трубного соединения;

фиг.2 – продольный разрез трубного соединения по фиг.1 со вставленной опорной гильзой;

фиг.3 – продольный разрез верхней половины трубного соединения по фиг.1, у которого противоположные обжимные кольца смещают винтами навстречу друг другу;

фиг.4 – продольный разрез верхней половины нажимного кольца со ступенчатым конусообразным выполнением поверхности;

фиг.5 – два вида сегментированного посредством шлицев нажимного кольца;

фиг.6 – продольный разрез верхней половины другой формы выполнения трубного соединения;

фиг.7 – продольный разрез выполненного с обеих сторон трубного соединения, согласно изобретению, в другой форме выполнения;

фиг.8 – продольный разрез трубного соединения по фиг.1, у которого нажимное кольцо разделено;

фиг.9 – продольный разрез трубного соединения, согласно изобретению, в другой форме выполнения.

На фиг.1 изображен продольный разрез выполненного с обеих сторон трубного соединения 1, согласно изобретению, причем слева от оси А-А симметрии показана предварительно обжатая, а справа от оси А-А симметрии – окончательно обжатая половина трубного соединения 1.

Трубное соединение 1 состоит из соединительной гильзы 2 в форме полого цилиндра с аксиально противоположными входными концами 3, в которые вставляют концы соединяемых труб 4. По отношению к оси А-А трубное соединение 1 выполнено симметричным, т.е. описанные ниже соединительные элементы и взаимосвязи относятся всегда к одной половине соединительной гильзы 2. В данном примере, у которого две трубы 4 одинакового диаметра должны быть соединены между собой герметично под давлением, конструктивное выполнение соединительных элементов на одной половине соединительной гильзы 2 и конструктивное выполнение другой половины являются симметричными оси А-А. В данном случае конструкция и принцип действия трубного соединения 1 описаны только на одной стороне.

Соединительную гильзу 2 изготовляют, как правило, из материала, идентичного материалу труб 4.

Соединительная гильза 2 представляет собой полый цилиндр, толщина стенки которого по длине соединительной гильзы 2 остается, в основном, постоянной и находится в определенном соотношении с наружным диаметром трубы 4 и толщиной ее стенки.

Внутренняя сторона соединительной гильзы 2 имеет радиально огибающие зубчатые венцы, причем один зубчатый венец 6 расположен вблизи входного конца 3 соединительной гильзы 2, а другой зубчатый венец 7 – на расстоянии от первого зубчатого венца 6 в направлении оси А-А. Зубчатый венец 6, 7 состоит в данном примере из трех расположенных рядом друг с другом зубьев, которые смещены назад относительно внутреннего диаметра соединительной гильзы 2 таким образом, что измеренный в зоне вершин зубьев диаметр равен или больше внутреннего диаметра соединительной гильзы 2. Это препятствует повреждению вершин зубьев при вводе трубы 4 во внутреннюю полость соединительной гильзы 2.

Вершины зубьев зубчатых венцов 6, 7 могут быть выполнены в зависимости от случая применения по-разному. Так, можно срезать или скруглить вершины зубьев, с тем чтобы, тем самым, оказать влияние на характер проникновения зубчатого венца 6, 7 в поверхность трубы 4.

На наружной стороне соединительной гильзы 2 находятся фиксирующие средства, выполненные в виде радиально огибающих, противоположных соответствующих зубчатым венцам 6, 7 плоских канавок 8, 9. О функции этих канавок 8, 9 говорится ниже.

В одном особом случае применения соединительная гильза 2 в зоне оси А-А симметрии, т.е. в зоне, в которой концы труб 4 находятся друг против друга в положении соединения, может быть выполнена с внутренним ступенчатым сужением, которое вызывает ограничение глубины ввода трубы 4. Если соединительная гильза 2, как в данном примере, внутри не сужена, то она используется как передвижная гильза.

На соединительной гильзе 2 находится расположенный коаксиально ей обжимной узел 10, состоящий из нажимного кольца 11, двух обжимных колец 12, 13 и, при необходимости, закрывающей гильзы 14.

Нажимное кольцо 11 представляет собой вращательно-симметричный полый цилиндр, который имеет на внутренней стороне фиксирующие средства для закрепления на соединительной гильзе 2. Эти фиксирующие средства представляют собой радиально огибающие выступы 15, 16, выполненные с возможностью взаимодействия с канавками 8, 9 на наружной стороне соединительной гильзы 2. Каждая пара канавка 8,9/выступ 15, 16 определяет осевое положение нажимного кольца 11 на соединительной гильзе 2. Диаметр дна канавки, с одной стороны, и диаметр выступа, с другой стороны, выбирают с возможностью достижения между обоими элементами посредством подвижной посадки предварительно обжатого состояния, которое облегчает монтаж трубного соединения 1.

На верхней стороне нажимного кольца 11 находятся отходящие от его концов конусообразные расширения 17, 18, которые непрерывно и в виде плоскости поднимаются вплоть до оси В-В симметрии.

Каждое конусообразное расширение 17, 18 нажимного кольца 11 снабжено обжимным кольцом 12, 13. Обжимные кольца 12, 13 выполнены в форме вращательно-симметричных полых цилиндров, имеющих на своей внутренней стороне направленное к оси В-В симметрии конусообразное расширение 19, 20. Это конусообразное расширение 19, 20 обжимного кольца 12, 13 взаимодействует с соответствующим конусообразным расширением 17, 18 нажимного кольца 11 за счет того, что оба элемента соприкасаются на конусообразных поверхностях.

В предварительно обжатом состоянии трубного соединения 1 обжимные кольца 12, 13 надвинуты на соответствующее расширение 17, 18 нажимного кольца 11 настолько, что между расположенными друг против друга обжимными кольцами 12, 13 возникает достаточное расстояние, величина которого обеспечивает в процессе обжима осевое перемещение обжимных колец 12, 13 навстречу друг другу.

Верхняя сторона каждого обжимного кольца 12, 13 имеет пару радиально огибающих, расположенных на расстоянии друг от друга канавок 21, 22, в которых размещена действующая в качестве задерживающего элемента закрывающая гильза 14. Закрывающая гильза 14 имеет на своих краях направленные внутрь кромки 24, 25, входящие в зацепление с круговыми канавками 21, 22. При этом кромки 24, 25 в предварительно обжатом состоянии трубного соединения 1 находятся в зацеплении с ближайшей к оси В-В симметрии канавкой 21, тогда как зацепление кромок 24, 25 в окончательно обжатом состоянии трубного соединения 1 переходит на лежащие рядом канавки 22. Для облегчения этого перехода во время осевого перемещения обжимных колец 12, 13 навстречу друг другу как кромки 24, 25, так и канавки 21, 22 имеют скосы сбега.

Закрывающая гильза 14 выполняет у предварительно обжатого трубного соединения 1 функцию удержания вместе отдельных элементов обжимного узла 10 в подходящем для монтажа состоянии.

У окончательно обжатого трубного соединения 1 задача закрывающей гильзы 14 состоит в том, чтобы противодействовать непреднамеренному ослаблению обоих обжимных колец 12, 13 и, кроме того, избежать загрязнения находящегося между обжимными кольцами 12, 13 промежутка 26.

Ниже описан процесс изготовления герметичного под давлением трубного соединения 1. На соединительную гильзу 2 надевают обжимной узел 10, состоящий из нажимного кольца 11, пары обжимных колец 12, 13 и закрывающей гильзы 14. При этом направленные внутрь выступы 15, 16 нажимного кольца 11 входят с фиксацией в соответствующие, находящиеся на наружной стороне соединительной гильзы 2 канавки 21, 22 и определяют, тем самым, положение обжимного узла 10 на соединительной гильзе 2. Этот узел может быть предварительно изготовлен в зависимости от условного прохода соединяемых труб 4 и доставлен к месту монтажа. На месте монтажа концы соединяемых труб 4 заданной длины вводят в соединительную гильзу 2. С помощью подходящих, известных сами по себе и потому не описанных инструментов входящие в пару обжимные кольца 12, 13 аксиально перемещают навстречу друг другу. При этом обжимные кольца 12, 13 скользят по конусообразным поверхностям между обжимным 12, 13 и нажимным 11 кольцами и вытесняют материал нажимного кольца 11 в радиальном направлении. Вытеснение происходит, в первую очередь, через выступы 15, 16 нажимного кольца 11 и передается на противоположные канавкам 8, 9 зубчатые венцы 6, 7. Зубчатые венцы 6, 7 вдавливаются в радиальном направлении в поверхность введенных труб 4 и обеспечивают таким образом герметичное под давлением соединение между соединительной гильзой 2 и трубой 4.

Посредством угла конусообразных расширений обжимных 12, 13 и нажимного 11 колец, а также пути, пройденного при осевом схождении, можно регулировать прикладываемое осевое усилие и глубину проникновения, а также удерживающее усилие кругового зубчатого венца 6, 7 соединительной гильзы 2 в соединяемой трубе 4.

На фиг.2 изображено то же трубное соединение 1, что и описанное с помощью фиг.1. Отличие же состоит в том, что в трубу 4 вставлена опорная гильза 27, которая придает трубе 4 в зоне вытеснения сопротивление, способствующее проникновению зубчатого венца 6, 7 в поверхность трубы 4. Опорная гильза 27 имеет на своей поверхности радиально огибающие возвышения, которые при вставке опорной гильзы 27 в трубу 4 компенсируют ее допуски.

На фиг.3 показано приложение осевого усилия перемещения к обжимным кольцам 12, 13 посредством винтов 23. Обжимные кольца 12, 13 имеют аксиально расположенные на делительной окружности 32 отверстия, причем отверстие в обжимном кольце 12 выполнено в виде сквозного отверстия 28, а аксиально противоположное в обжимном кольце 13 отверстие – в виде резьбового отверстия 29. За счет равномерного затягивания винтов 23 обжимные кольца 12, 13 перемещаются навстречу друг другу по конусообразным поверхностям.

Как показано на фиг.4, верхняя сторона нажимного кольца 11 вплоть до оси В-В симметрии может быть выполнена ступенчатой, причем за конусообразно поднимающимся, выполненным в виде плоскости отрезком 30 следует поднутренный участок 31, выполненный в виде конусообразного сужения. Эта последовательность повторяется вплоть до оси В-В симметрии преимущественно четырежды. Эти поднутренные отрезки 31 при одинаковом выполнении внутренней стороны обжимных колец 12, 13 предотвращают взаимное соскальзывание в предварительно или окончательно обжатом состоянии.

На фиг.5 нажимное кольцо 11 изображено в частично сегментированном выполнении. Нажимное кольцо 11, за исключением радиально огибающих выступов 15, 16, шлицовано. За счет этого снижаются требуемые осевые обжимные усилия при тех же свойствах обжимного узла 10 и радиального вытеснения. Число и ширина шлицев 34 находятся в прямой связи с радиальным укорочением нажимного кольца 11.

В видоизмененной форме нажимное кольцо 11 может состоять из отдельных дугообразных сегментов.

Изображенная на фиг.6 форма зоны фиксации между нажимным кольцом 11 и соединительной гильзой 2 может быть и далее модифицирована. Так, например, можно выполнить зону фиксации на соединительной гильзе 2 огибающей. Огибающие кольцевые желобки 33 служат зоной компенсации для слишком возрастающих напряжений, когда допуск наружного диаметра трубы лежит в верхнем предельном диапазоне.

Изображенные в примерах выполнения формы нижней стороны нажимного кольца 11 могут быть и далее модифицированы, не выходя за пределы объема изобретения.

Трубное соединение описано в другой форме выполнения. Трубное соединение 101 состоит на фиг.7 из соединительной гильзы 102 в форме полого цилиндра с аксиально противоположными входными концами 103, в которые вплоть до оси С-С симметрии вводят концы соединяемых труб 104.

Внутренняя сторона соединительной гильзы 102 имеет радиально огибающие зубчатые венцы, причем один зубчатый венец 106 расположен вблизи входного конца 103 соединительной гильзы 102, а другой зубчатый венец 107 – на расстоянии от первого зубчатого венца 106 в направлении оси С-С вблизи введенного конца трубы. Концы труб 104 позиционированы, следовательно, в соединительной гильзе 102 так, что каждый конец трубы снабжен как зубчатым венцом 106, так и зубчатым венцом 107.

На соединительной гильзе 102 находится расположенный коаксиально ей обжимной узел 110, состоящий из нажимного кольца 111 и двух обжимных колец 112, 113.

Нажимное кольцо 111 представляет собой, в основном, одинаковый по длине с соединительной гильзой 102, вращательно-симметричный полый цилиндр. Нажимное кольцо 111 и соединительная гильза 102 имеют на своих концах аксиально действующие фиксирующие средства, выполненные на соединительной гильзе 102 в виде плоского огибающего валика 121, а на нажимном кольце 111 в виде взаимодействующей с валиком 121 плоской канавки 122. Эти фиксирующие средства определяют осевое положение нажимного кольца 111 на соединительной гильзе 102 и обеспечивают в предварительно обжатом состоянии соединение с геометрическим замыканием между соединительной гильзой, с одной стороны, и нажимным кольцом, с другой стороны. За счет этого удержания вместе отдельных элементов узла достигается высокая степень предварительного изготовления трубного соединения.

На верхней стороне нажимного кольца 111 находятся отходящие от его концов конусообразные расширения 117, 118, которые непрерывно и в виде плоскости поднимаются вплоть до оси С-С симметрии.

Каждое конусообразное расширение 117, 118 нажимного кольца 111 снабжено обжимным кольцом 112, 113. Обжимные кольца 112, 113 выполнены в форме вращательно-симметричных полых цилиндров, имеющих на своей внутренней стороне направленное к оси С-С симметрии конусообразное расширение 119, 120. Эти конусообразные расширения 119, 120 обжимного кольца 112, 113 взаимодействуют с соответствующими конусообразными расширениями 117, 118 нажимного кольца 111 за счет того, что оба элемента соприкасаются на конусообразных поверхностях.

В предварительно обжатом состоянии трубного соединения 101 обжимные кольца 112, 113 надвинуты на соответствующее расширение 117, 118 нажимного кольца 111 настолько, что между расположенными друг против друга обжимными кольцами 112, 113 возникает достаточное расстояние, величина которого обеспечивает в процессе обжима осевое перемещение обжимных колец 12, 13 навстречу друг другу.

Ниже описан процесс изготовления герметичного под давлением трубного соединения 101. На соединительную гильзу 102 надевают обжимной узел 110, состоящий из нажимного кольца 111 и пары обжимных колец 112, 113. Этот узел может быть предварительно изготовлен в зависимости от условного прохода соединяемых труб 104 и доставлен к месту монтажа. На месте монтажа концы соединяемых труб 104 заданной длины вводят в соединительную гильзу 102 вплоть до оси С-С симметрии. С помощью подходящих, известных сами по себе и потому не описанных инструментов, входящие в пару обжимные кольца 112, 113 аксиально перемещают навстречу друг другу. При этом обжимные кольца 112, 113 скользят по конусообразным поверхностям между обжимным 112, 113 и нажимным 111 кольцами и вытесняют материал нажимного кольца 111 в радиальном направлении. Вытеснение происходит, в первую очередь, через выступы 115, 116 нажимного кольца 111 и передается на противоположные выступам 115, 116 зубчатые венцы 106, 107. Зубчатые венцы 106, 107 вдавливаются в радиальном направлении в поверхность введенных труб 104 и обеспечивают таким образом герметичное под давлением соединение между соединительной гильзой 102 и трубой 104.

Также в этой особой форме выполнения конусообразные расширения 117, 118 нажимного кольца 111 выполнены ступенчатыми. Это означает, что, исходя от конца нажимного кольца 111, за большим участком конусообразного расширения следует конусообразное сужение меньшего размера. Это ступенчатое выполнение повторяется вплоть до оси симметрии по всему конусообразному расширению 117, 118. Конусообразные расширения 119, 120 обжимных колец 112, 113 выполнены соответственно.

Функциональные воздействия этого ступенчатого выполнения противоположных друг другу поверхностей важны в двояком отношении. В предварительно обжатом состоянии зацепление с геометрическим замыканием между нажимным кольцом 111, с одной стороны, и обжимными кольцами 112, 113, с другой стороны, обеспечивает удержание вместе отдельных элементов узла и, тем самым, высокую степень предварительного изготовления трубного соединения. В окончательно обжатом состоянии такое же выполнение предотвращает соскальзывание обжимных колец с нажимного кольца. Благодаря этому повышается надежность трубного соединения при самых разных нагрузках.

В форме выполнения на фиг.8 нажимное кольцо 111 разделяют в его радиальной плоскости D-D симметрии на участки 111, 111. Оба участка 111, 111 соединяют между собой осевым промежуточным кольцом 140. При этом промежуточное кольцо 140 имеет такой же внутренний диаметр, что и участки 111, 111, с тем чтобы блок, образованный участками 111, 111 и промежуточным кольцом 140, надеть на соединительную гильзу 102 такой же длины.

Промежуточное кольцо 140 имеет на своей наружной стороне два отстоящих друг от друга огибающих фланца 141, 141, служащих упором для направленного к оси D-D симметрии торца соответствующего участка 111, 111. Промежуточное кольцо 140 имеет, кроме того, направленный наружу от фланца 141,141 участок, заканчивающийся направленным радиально наружу краем 142, 142. Соответствующий краю 142,142 конец участка 111, 111 имеет часть с диаметром, большим по сравнению с внутренним диаметром, на котором выполнена канавка 143,143, приводимая в зацепление с краем 142,142. Это зацепление обеспечивает состояние предварительного монтажа обоих участков 111, 111 нажимного кольца.

Находящееся между фланцами 141,141 пространство служит для размещения обжимного инструмента (не показан), причем обжимной инструмент опирается на фланец, с одной стороны, и на направленный наружу торец соответствующего обжимного кольца. Преимущество этого выполнения состоит в сокращении пути обжима и, тем самым, в значительном уменьшении габаритов обжимного инструмента.

Изобретение описано с помощью еще одного примера выполнения. В этом примере устройство служит для герметичного под давлением соединения двух соосно противоположных друг другу концов труб одинакового условного прохода. Выполненное по фиг.9 трубное соединение 201 ограничено одной стороной устройства, поскольку оно симметрично оси А-А.

Конец 204 трубы вводят с одной стороны в имеющую форму полого цилиндра соединительную гильзу 202 приблизительно до ее середины. Внутренняя зона соединительной гильзы 202 на участке, размещающем конец 204 трубы, снабжена множеством отстоящих друг от друга, смещенных назад относительно внутреннего диаметра соединительной гильзы 202, радиально огибающих зубьев 206, направленных к поверхности конца 204 трубы.

На этот участок соединительной гильзы 202 надевают нажимное кольцо 211, внутренний диаметр которого чуть больше наружного диаметра соединительной гильзы 202. На своей наружной стороне нажимное кольцо 211 имеет отходящее от каждого конца и поднимающееся к середине нажимного кольца 211 конусообразное расширение 217, 218.

Нажимное кольцо 211 на каждой стороне снабжено концентричным ему обжимным кольцом 212, 213. Каждое обжимное кольцо 212, 213 выполнено на своей внутренней стороне с конусообразным расширением 219, 220, соответствующим конусообразным расширениям 217, 218. В необжатом положении устройства, обозначенном поз. 245, обжимные кольца 212, 213 надеты на соответствующую концевую зону нажимного кольца 211, причем конусообразные расширения (217/219, 218/220) прилегают друг к другу в этих зонах.

Из этого положения 245 обжимные кольца 212, 213 перемещают посредством инструмента (не показан) навстречу друг другу по конусообразным расширениям в обжатое положение устройства, обозначенное поз. 246. При этом нажимное кольцо 211 радиально вдавливается в соединительную гильзу 202, что, в свою очередь, влечет за собой радиальное вдавливание зубьев 206 в поверхность конца 204 трубы. Таким образом, возникает герметичное под давлением неразъемное трубное соединение.

Существенный признак изобретения состоит в предварительном монтаже отдельных элементов трубного соединения, таких как соединительная гильза 202, нажимное кольцо 211 и обжимные кольца 212, 213, с тем чтобы подготовить их на месте монтажа в виде компактного узла. Для этого необходимо снабдить отдельные элементы средствами, обеспечивающими определенное позиционирование между собой отдельных элементов.

По этой причине соединительная гильза 202 на наружной стороне участка, размещающего конец 204 трубы, выполнена с радиально огибающими канавками 235. Нажимное кольцо 211 имеет на своей внутренней стороне радиально огибающие, взаимодействующие с канавками 235, выполненные в виде валиков фиксирующие средства 236. Допуск между обоими элементами таков, что при надевании вручную нажимного кольца 211 на соединительную гильзу 202 валики 236 входят с фиксацией в канавки 235 и фиксируют положение обоих элементов между собой в предварительно обжатом состоянии.

Аналогичным образом нажимное кольцо 211 снабжено на своей наружной стороне, а обжимные кольца 212, 213 на своей внутренней стороне соответствующими средствами для позиционирования между собой.

Нажимное кольцо 211 на своем конусообразном расширении 217, 218 вблизи своего конца снабжено фиксирующим средством 237, 238, а вблизи своей середины – другим фиксирующим средством 239, 240, а соответствующее обжимное кольцо 212, 213 снабжено на своем выполненном на внутренней стороне конусообразном расширении 219, 220 на своем обращенном к нажимному кольцу 211 конце фиксирующим средством 241, 242, а на своем обращенном от нажимного кольца 211 конце другим фиксирующим средством 243, 244.

Фиксирующие средства в зависимости от состояния трубного соединения 201 взаимодействуют между собой по-разному. В необжатом состоянии трубного соединения 201 выполненные на нажимном кольце 211 фиксирующие средства 237, 238 взаимодействуют с фиксирующими средствами 241, 242 обжимных колец 212, 213. За счет этого все элементы трубного соединения 201 на заводе соединяют в один узел, который может быть подготовлен в этом компактном узле на месте монтажа.

При обжиме трубного соединения 201 зацепление действующих между нажимным 211 и обжимными 212, 213 кольцами фиксирующих средств изменяют таким образом, что фиксирующие средства 239, 240 нажимного кольца 211 вступают во взаимодействие с фиксирующими средствами 241, 242 обжимного кольца 212, 213, с одной стороны, а фиксирующие средства 237, 238 нажимного кольца 211 – с фиксирующими средствами 243, 244 обжимного кольца 212, 213, с другой стороны. Это предотвращает соскальзывание обжимных колец 212, 213 после обжима по конусообразным образованиям и, тем самым, ухудшение стабильности трубного соединения 201.

Другим признаком изобретения является выполнение нажимного кольца 211. Нажимное кольцо 211 состоит в своем сечении из отдельных, отстоящих друг от друга сегментов, равномерно охватывающих соединительную гильзу 202. Для этого нажимное кольцо 211 шлицовано по периферии по всей ширине своей стенки в осевом направлении, причем преимущественно между соседними сегментами остаются перемычки, получающие форму нажимного кольца 211. Преимущество этого выполнения состоит в том, что при обжиме трубного соединения работа деформации между нажимным 211 и обжимными 212, 213 кольцами уменьшена, поскольку намеренное и необходимое уменьшение диаметра нажимного кольца 211 происходит сначала через смыкание шлицев между соседними сегментами, а не через деформацию нажимного кольца 211. Уменьшение диаметра нажимного кольца 211 за счет перемещения обжимных колец 212, 213 навстречу друг другу передается на отрезок соединительной гильзы 202, в которой размещен конец 204 трубы, причем зубья 206 вдавливаются в поверхность конца 204 трубы и обеспечивают, тем самым, герметичное под давлением трубное соединение 201.

Другая возможность расположения сегментов нажимного кольца 211 на определенном расстоянии друг от друга состоит в том, чтобы поместить между сегментами упругую распорную массу, которая обеспечивает равномерное распределение сегментов по окружности нажимного кольца 211. При обжиме трубного соединения распорная масса выдавливается между соседними сегментами.

Изобретение создает трубное соединение, которое обеспечивает максимальную универсальность в отношении требований к качеству соединяемых труб. Оно имеет рассчитываемое поведение и способно обеспечить герметичные под высоким давлением трубные соединения даже при больших допусках на наружный диаметр труб.

Решение, согласно изобретению, снижает усилия, необходимые для осевой напрессовки обжимных колец на нажимное кольцо и, тем самым, на соединительную гильзу.

Оно отличается высокой стабильностью к колебаниям, осевым растягивающим усилиям на трубу и предельным температурным колебаниям.

Трубное соединение состоит из легко изготовляемых вращательно-симметричных отдельных деталей, которые в отношении функционально обусловленного выбора применяемых материалов с их специфическими свойствами обеспечивают оптимальный подбор в отношении нужных свойств трубного соединения.

Решение, согласно изобретению, обеспечивает стандартизацию выполнения обжимного узла. Одно и то же выполнение обжимного узла может использоваться в сочетании с различными материалами соединительной гильзы или формами выполнения. Так, можно также обжимать различные наружные диаметры труб в определенных пределах только за счет конструктивного согласования соединительной гильзы.

Хотя настоящее изобретение описано на некоторых предпочтительных примерах выполнения, показывающих соединение двух концов труб, для специалиста вполне очевидно, что могут быть осуществлены различные модификации и изменения, не выходящие за пределы объема охраны нижеследующей формулы изобретения. Так, очевидно, что к выполненному, согласно изобретению, обжимному соединению прибегают только с одной стороны, а другая сторона снабжена обычными соединительными элементами, например резьбовыми элементами или фланцами, что является лишь особой формой применения изобретения.

Формула изобретения

1. Устройство герметичного под давлением трубного соединения, по меньшей мере, с одним концом трубы, состоящее из гильзообразной, вращательно-симметричной основной части, причем основная часть имеет, по меньшей мере, одну, в основном цилиндрическую, снабженную зубчатыми средствами внутреннюю полость для размещения конца трубы, и зубчатые средства за счет воздействующих на наружную поверхность основной части обжимных средств радиально вдавливаются в поверхность размещенного во внутренней полости конца трубы, отличающееся тем, что основная часть состоит из соединительной гильзы (2) в форме полого цилиндра, в основном, с постоянной толщиной стенки, причем на внутренней стороне соединительной гильзы (2) расположены, по меньшей мере, два расположенных на расстоянии друг от друга, радиально огибающих зубчатых венца (6, 7), причем на наружной стороне соединительной гильзы (2) выполнены радиально огибающие, противоположные соответствующему зубчатому венцу (6, 7) фиксирующие средства (8, 9), ширина которых соответствует ширине зубчатого венца (6, 7), предусмотрено концентрично надеваемое на соединительную гильзу (2) нажимное кольцо (11) для перекрытия соединительной гильзы (2) почти по всей ее длине, причем нажимное кольцо (11) имеет на своей внутренней стороне радиально огибающие, взаимодействующие с фиксирующими средствами (8, 9) выступы (15, 16), а на своей наружной стороне конусообразное расширение (17, 18), направленное от каждого конца нажимного кольца (11) к его середине, нажимное кольцо (11) с каждой стороны снабжено концентрично охватывающим его обжимным кольцом (12, 13), причем каждое обжимное кольцо (12, 13) имеет на своей внутренней стороне конусообразное расширение (19, 20), соответствующее конусообразному расширению (17, 18) нажимного кольца (11), так что во время осевого перемещения обжимных колец (12, 13) навстречу друг к другу из расположенного на расстоянии друг от друга начального положения в положение почти вплотную друг к другу по выступам (15, 16) и взаимодействующим с выступами (15, 16) фиксирующим средствам (8, 9) происходит радиальное вдавливание зубчатых венцов (6, 7) в поверхность размещенной в соединительной гильзе (2) трубы (4).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхняя сторона каждого обжимного кольца (12, 13) выполнена с парой радиально огибающих, расположенных на расстоянии друг от друга канавок (21, 22) для размещения цилиндрообразной закрывающей гильзы (14), перекрывающей промежуток (26) между обжимными кольцами (12, 13), причем закрывающая гильза (14) имеет на своих краях направленные внутрь кромки (24, 25), приводимые в зацепление с огибающими канавками (21, 22) таким образом, что кромки (24, 25) в предварительно обжатом состоянии трубного соединения (1) находится в зацеплении с ближайшей к оси В-В симметрии канавкой (21), а в окончательно обжатом состоянии трубного соединения (1) на лежащие рядом канавки (22), причем как кромки (24, 25), так и канавки (21, 22) имеют скосы сбега.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в выступах (15, 16) выполнен радиально огибающий желобок (33) для образования зоны компенсации.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что обжимные кольца (12, 13) имеют расположенные на общей делительной окружности, аксиально проходящие отверстия для размещения действующих между обжимными кольцами (12, 13) тяговых элементов.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что отверстия выполнены в одном обжимном кольце (12, 13) в виде сквозных отверстий (28), а в противоположном обжимном кольце (13, 12) – в виде резьбовых отверстий (29) для размещения винтов (23).

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нажимное кольцо (11) состоит из множества сегментов.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нажимное кольцо (11) снабжено на верхней стороне аксиально проходящими шлицами (34), оставляющими без соприкосновения зону выступов (15, 16).

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что нажимное кольцо (11) снабжено на верхней стороне аксиально проходящими шлицами (34), оставляющими без соприкосновения зону выступов (15, 16).

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что между сегментами помещена эластичная распорная масса, обеспечивающая симметричное распределение сегментов по окружности нажимного кольца (11)

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в конец трубы (4) вставлена опорная гильза (27), причем опорная гильза (27) имеет на своей наружной стороне радиально огибающие возвышения для компенсации допусков на условный проход трубы (4) и причем опорная гильза (27) имеет на одной стороне буртик, ограничивающий вставку опорной гильзы (27) в трубу (4).

11. Устройство герметичного под давлением трубного соединения, по меньшей мере, с одним концом трубы, состоящее из гильзообразной, вращательно-симметричной основной части, причем основная часть имеет, по меньшей мере, одну, в основном, цилиндрическую, снабженную зубчатыми средствами внутреннюю полость для размещения конца трубы, и зубчатые средства за счет воздействующих на наружную поверхность основной части обжимных средств радиально вдавливаются в поверхность размещенного во внутренней полости конца трубы, отличающееся тем, что основная часть состоит из соединительной гильзы (2) в форме полого цилиндра, в основном, с постоянной толщиной стенки, причем на внутренней стороне соединительной гильзы (2) расположены, по меньшей мере, два расположенных на расстоянии друг от друга, радиально огибающих зубчатых венца (6, 7), причем на наружной стороне соединительной гильзы (2) выполнены радиально огибающие, противоположные соответствующему зубчатому венцу (6, 7) фиксирующие средства (8, 9), ширина которых соответствует ширине зубчатого венца (6, 7), предусмотрено концентрично надеваемое на соединительную гильзу (2) нажимное кольцо (11) для перекрытия соединительной гильзы (2) почти по всей ее длине, причем нажимное кольцо (11) имеет на своей внутренней стороне радиально огибающие, взаимодействующие с фиксирующими средствами (8, 9) выступы (15, 16), а на своей наружной стороне – конусообразное расширение (17, 18), причем верхняя сторона нажимного кольца (11) вплоть до оси В-В симметрии выполнена ступенчатой, причем за конусообразно поднимающимся, выполненным в виде плоскости участком (30) следует поднутренный участок (31), выполненный в виде конусообразного сужения, причем эта последовательность многократно повторяется, а внутренняя сторона обжимных колец (12, 13) выполнена дополняющей соответствующие зоны нажимного кольца (11).

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что верхняя сторона каждого обжимного кольца (12, 13) выполнена с парой радиально огибающих, расположенных на расстоянии друг от друга канавок (21, 22) для размещения цилиндрообразной закрывающей гильзы (14), перекрывающей промежуток (26) между обжимными кольцами (12, 13), причем закрывающая гильза (14) имеет на своих краях направленные внутрь кромки (24, 25), приводимые в зацепление с огибающими канавками (21, 22) таким образом, что кромки (24, 25) в предварительно обжатом состоянии трубного соединения (1) находится в зацеплении с ближайшей к оси В-В симметрии канавкой (21), а в окончательно обжатом состоянии трубного соединения (1) на лежащие рядом канавки (22), причем как кромки (24, 25), так и канавки (21, 22) имеют скосы сбега.

13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что в выступах (15, 16) выполнен радиально огибающий желобок (33) для образования зоны компенсации.

14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что обжимные кольца (12, 13) имеют расположенные на общей делительной окружности, аксиально проходящие отверстия для размещения действующих между обжимными кольцами (12, 13) тяговых элементов.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что отверстия выполнены в одном обжимном кольце (12, 13) в виде сквозных отверстий (28), а в противоположном обжимном кольце (13, 12) – в виде резьбовых отверстий (29) для размещения винтов (23).

16. Устройство по п.11, отличающееся тем, что нажимное кольцо (11) состоит из множества сегментов.

17. Устройство по п.11, отличающееся тем, что нажимное кольцо (11) снабжено на верхней стороне аксиально проходящими шлицами (34), оставляющими без соприкосновения зону выступов (15, 16).

18. Устройство по п.16, отличающееся тем, что нажимное кольцо (11) снабжено на верхней стороне аксиально проходящими шлицами (34), оставляющими без соприкосновения зону выступов (15, 16).

19. Устройство по п.16, отличающееся тем, что между сегментами помещена эластичная распорная масса, обеспечивающая симметричное распределение сегментов по окружности нажимного кольца (11).

20. Устройство по п.11, отличающееся тем, что в конец трубы (4) вставлена опорная гильза (27), причем опорная гильза (27) имеет на своей наружной стороне радиально огибающие возвышения для компенсации допусков на условный проход трубы (4) и причем опорная гильза (27) имеет на одной стороне буртик, ограничивающий вставку опорной гильзы (27) в трубу (4).

21. Устройство герметичного под давлением трубного соединения, по меньшей мере, с одним концом трубы, состоящее из гильзообразной, вращательно-симметричной основной части, причем основная часть имеет, по меньшей мере, одну, в основном, цилиндрическую, снабженную зубчатыми средствами внутреннюю полость для размещения конца трубы, и зубчатые средства за счет воздействующих на наружную поверхность основной части обжимных средств радиально вдавливаются в поверхность размещенного во внутренней полости конца трубы, отличающееся тем, что соединительная гильза (102) выполнена для размещения двух концов (104) труб, вводимых вплоть до оси С-С симметрии, предусмотрено концентрично надеваемое на соединительную гильзу (102) нажимное кольцо (111) для перекрытия соединительной гильзы (102) почти по всей ее длине, причем нажимное кольцо (111) имеет на своей внутренней стороне радиально огибающие, взаимодействующие с наружной поверхностью соединительной гильзы (102) выступы (115, 116), а на своей наружной стороне – конусообразное расширение (117, 118), направленное от каждого конца нажимного кольца (111) к его середине, каждое нажимное кольцо (111) снабжено с каждой стороны концентрично охватывающим его обжимным кольцом (112, 113), причем каждое обжимное кольцо (112, 113) имеет на своей внутренней стороне конусообразное расширение (119, 120), соответствующее конусообразному расширению (117, 118), так что во время осевого перемещения обжимных колец (112, 113) навстречу друг к другу из расположенного на расстоянии друг от друга начального положения в положение почти вплотную друг к другу по выступам (115, 116) и взаимодействующей с выступами (115, 116) наружной поверхности соединительной гильзы (102) происходит радиальное вдавливание зубчатых венцов (106, 107) в поверхность размещенной в соединительной гильзе (102) трубы (104).

22. Устройство по п.21, отличающееся тем, что внутренняя полость соединительной гильзы (102) снабжена на своих входных концах огибающим валиком (106), расположенным напротив выступа (115) нажимного кольца (111), при этом внутренняя полость соединительной гильзы (102) на своем близколежащем к оси С-С симметрии участке снабжено парой огибающих зубчатых венцов (107), расположенной напротив выступа (116) нажимного кольца (111), причем к каждому концу (104) трубы присоединяется как одним валик (106), так и один зубчатый венец (107).

23. Устройство по п.22, отличающееся тем, что внутренняя кромка входных концов соединительной гильзы (102) имеет фаску или скруглена.

24. Устройство по п.22, отличающееся тем, что входные концы соединительной гильзы (102) имеют на своей внешней периферии плоский валик (121), который взаимодействует с плоской канавкой на внутренней стороне концов нажимного кольца (111) с возможностью осевого позиционирования между собой соединительной гильзы (102) и нажимного кольца (111).

25. Устройство по п.21, отличающееся тем, что нажимное кольцо (111) разделено в радиальной плоскости D-D симметрии на два участка (111; 111), соединяемых между собой осевым промежуточным кольцом (140), причем промежуточное кольцо (140) имеет такой же внутренний диаметр, что и участки (111; 111), с тем чтобы блок, образованный участками (111; 111) и промежуточным кольцом (140), надеть на соединительную гильзу (102) такой же длины.

26. Устройство по п.25, отличающееся тем, что промежуточное кольцо (140) имеет на своей наружной стороне два расположенных на расстоянии друг от друга огибающих фланца (141; 141), выполненных в качестве упора для направленного к оси D-D симметрии торца соответствующего участка (111; 111), причем промежуточное кольцо (140) имеет, кроме того, направленный наружу от фланца (141;141) участок, заканчивающийся направленным радиально наружу краем (142; 142), и соответствующий краю (142; 142) конец участка (111; 111) имеет часть с диаметром, увеличенным по сравнению с внутренним диаметром, на котором выполнена канавка (143;143), находящаяся в зацеплении с краем (142;142).

27. Устройство герметичного под давлением трубного соединения для соосно противоположных концов труб, состоящее из гильзообразной, вращательно-симметричной основной части, причем основная часть имеет, в основном, цилиндрические, снабженные зубчатыми средствами внутренние зоны для размещения каждого из концов трубы, и зубчатые средства за счет воздействующих на наружную поверхность основной части обжимных средств радиально вдавливаются в поверхность размещенного во внутренней полости конца трубы, отличающееся тем, что основная часть состоит из соединительной гильзы (202) в форме полого цилиндра, в основном, с постоянной толщиной стенки, причем в каждой из внутренних зон соединительной гильзы (202) расположены, по меньшей мере, два расположенных на расстоянии друг от друга, смещенных назад относительно внутреннего диаметра соединительной гильзы (202), радиально огибающих зуба (206), предусмотрена пара концентрично надеваемых на соединительную гильзу (202) нажимных колец (211) для охвата соединительной гильзы (202) соответственно на отрезке внутренней зоны, и каждое нажимное кольцо (211) имеет на своей наружной стороне поднимающееся конусообразное расширение (217, 218), направленное от каждого конца нажимного кольца (211) к его середине, каждое нажимное кольцо (211) снабжено с каждой стороны концентрично охватывающим его обжимным кольцом (212, 213), причем каждое обжимное кольцо (212, 213) имеет на своей внутренней стороне конусообразное расширение (219, 220), соответствующее конусообразному расширению (217, 218), так что во время осевого перемещения обжимных колец (212, 213) навстречу друг к другу из расположенного на расстоянии друг от друга начального положения в положение почти вплотную друг к другу происходит радиальное вдавливание зубьев (206) в поверхность размещенной в соединительной гильзе (202) трубы (204).

28. Устройство по п.27, отличающееся тем, что на наружной стороне соединительной гильзы (202) соответственно на участке внутренней зоны выполнены радиально огибающие фиксирующие средства (235), преимущественно в виде желобков, а нажимное кольцо (211) имеет на своей внутренней стороне радиально огибающие, взаимодействующие с фиксирующими средствами (235) фиксирующие средства (236), выполненные преимущественно в виде валиков, причем фиксирующие средства (235,236) вызывают фиксацию соединительной гильзы (202) и нажимного кольца (211) в состоянии (245) предварительного монтажа в виде блока, при этом нажимное кольцо (211) на своем конусообразном расширении (217, 218) вблизи своего конца имеет фиксирующее средство (237, 238), а вблизи своей середины – другое фиксирующее средство (239, 240), а соответствующее обжимное кольцо (212, 213) имеет на своем выполненном на внутренней стороне конусообразном расширении (219, 220) на своем обращенном к нажимному кольцу (211) конце фиксирующее средство (241, 242), а на своем обращенном от нажимного кольца (211) конце другое фиксирующее средство (243, 244), которые взаимодействуют с выполненными на нажимном кольце (211) фиксирующими средствами таким образом, что фиксирующие средства (237,241/238,242) для получения блока находятся в состоянии (245) предварительного монтажа, а фиксирующие средства (237/243, 239/241, 240/242, 238/244) для получения окончательно обжатого устройства (246) находятся в зацеплении между собой.

Приоритет по пунктам: 02.12.1999 – пп.1-20, 27, 28;

31.03.2000 – по пп.21-26.

РИСУНКИ