герметичное уплотнение для соединения труб

Формула изобретения

1. ГЕРМЕТИЧНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ТРУБ, содержащее раструб с фланцем и бортиком на нем на конце одной трубы, входящей в него гладкий конец другой, герметизирующую прокладку из эластомера, состоящую из закрепляющего элемента с выступом на наружной радиальной стороне прокладки и кольцевой пятой на внутренней и герметизирующего корпуса с наружной цилиндрической поверхностью, отличающееся тем, что наружная поверхность герметизирующей прокладки между радиальным выступом и герметизирующим корпусом выполнена вогнутой с внутренним диаметром, меньшим диаметра закрепляющего выступа и герметизирующего корпуса, при этом наружный диаметр герметизирующего корпуса меньше или равен диаметру наружной поверхности закрепляющего выступа.

2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что соотношение между высотой наружного закрепляющего выступа и толщиной герметизирующего корпуса превышает 0,2.

3. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что соотношение толщины закрепляющего элемента по отношению к толщине герметизирующего корпуса составляет 0,80 - 1, причем соотношение разницы внутренних диаметров закрепляющего элемента и герметизирующего корпуса по отношению к двойной толщине герметизирующего корпуса превышает 0,18.

4. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность кольцевой пяты имеет входную сторону в форме усеченного конуса, с полууглом при вершине, составляющим 40 - 48^o, соединенную с закрепляющим выступом посредством наклонной поверхности.

5. Уплотнение по п.4, отличающееся тем, что наклонная поверхность, соединяющая поверхность в форме усеченного конуса кольцевой пяты с закрепляющим выступом, имет форму усеченного конуса с полууглом в вершине, превышающим 80^o.

6. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность раструба фланца после входного бортика имеет канавку, удлиненную выпуклым элементом, переходящим в цилиндрическую поверхность с диаметром, меньшим диаметра канавки.

7. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что наружная поверхность герметизирующей прокладки имеет профиль, соответствующий внутренней поверхности фланца.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к герметичному уплотнению из эластомера одной твердости для соединения труб с узким концом и с раструбом (фланцем трубы), который имеет сжимающийся корпус и круговой закрепляющий выступ на внешней радиальной поверхности прокладки. Изобретение относится также к фланцу трубы для установки герметизирующего уплотнения и получаемому с помощью этого уплотнения и этого фланца трубы соединению. Такое уплотнение радиально сжимается между внутренней поверхностью фланца соединяемых труб и наружной поверхностью узкого конца присоединяемой трубы.

Известна герметичная прокладка, в которой закрепляющий выступ продолжен во внутреннем радиальном направлении внутренней поверхности прокладки в виде кольцевой сжимающейся пяты. Таким образом, функция закрепления прокладки в раструбе трубы отделена от функции герметизации, зацепление обеспечивается комбинацией выступа и пяты, а герметичность обеспечивается сжимаемым корпусом, который удлиняет зацепляющую структуру к основанию раструба трубы (фланца трубы).

Такая прокладка позволяет эффективно обеспечить герметичность в тех пределах давлений и размерных допусков, для которых она была создана, однако при определенных обстоятельствах возникают проблемы. Действительно, на стройке трубы иногда вставляют не только смещенными относительно друг друга, но и с угловыми отклонениями, которые могут превышать 10^о. Производители труб методом центробежного литья дают одинаковые допуски размеров фланцев трубы и узкого конца трубы.

Целью изобретения является герметизирующее уплотнение для соединения труб.

На фиг.1 показана герметизирующая прокладка в соответствии с изобретением, аксиальный разрез; на фиг.2 - показан фланец трубы для соединения, куда устанавливается герметичная прокладка, аксиальный разрез; на фиг.3 показано герметичное соединение герметизирующей прокладкой и с фланцем трубы в соответствии с изобретением.

Как видно из фиг.1, герметизирующая прокладка 1 с осью Х-Х имеет закрепляющую структуру (элемент) 2 с аксиальной длиной L₂ и герметизирующий корпус 3 с аксиальной длиной L₃, продолжающий закрепляющий элемент 2 в направлении оси Х-Х. Имеется промежуточный соединяющий элемент 4 с аксиальной длиной L₄, соединяющий закрепляющий элемент 2 с герметизирующим корпусом 3. Аксиальная длина L₂ закрепляющего элемента 2 составляет 25-35% общей аксиальной длины L₁ прокладки 1. Объем закрепляющего элемента 2 составляет 30-40% общего объема герметизирующей прокладки 1.

Герметизирующая прокладка 1 имеет внешнюю радиальную поверхность в виде закрепляющего выступа 5 закрепляющего элемента 2 с внешней цилиндрической поверхностью диаметром D₁, соединенную с конической поверхностью 6 закрепляющего элемента 4 поверхностью 7, плоской или немного конической с конусностью, расходящейся к герметизирующему корпусу 3, высотой c и перпендикулярной к оси Х-Х прокладки 1, и криволинейной поверхностью 8 в данном случае в форме дуги окружности радиуса R. Коническая поверхность 6 продолжается в направлении оси Х-Х цилиндрической поверхностью 9 герметизирующего корпуса 3. Поверхность 6 имеет конусность, открытую к герметизирующему корпусу 3, поверхности 6, 7, 8 образуют вогнутую поверхность, поверхности 7 и 8 образуют щеку высотой Н, равной c + R, следовательно, с внутренним диаметром, равным D₁ - 2*H. Диаметр D₂ цилиндрической поверхности 9 герметизирующего корпуса меньше или равен D₁ и больше D₁-2*H.

На внутренней поверхности герметизирующей прокладки 1 имеется кольцевая пята 10 на внутреннем радиальном продолжении закрепляющего выступа 5, т.е. напротив этого выступа. Кольцевая пята 10 образована внутренней цилиндрической поверхностью 11 диаметром D₁₁ и входной конической поверхностью 12 с осью Х-Х, соединенной в закрепляющих выступом 5 немного конической поверхностью 13 с осью Х-Х. Коническая поверхность 12 имеет конусность, расходящуюся в направлении к герметизирующему корпусу 3, и половина угла при вершине равна 40-48^о, что имеет преимущества. Коническая поверхность 13 имеет конусность, открытую в направлении к герметизирующему корпусу 3, половина угла при вершине превышает 80^о.

На внутренней поверхности герметизирующего корпуса 4, расположенной вблизи от кольцевой пяты 10, имеется коническая поверхность 14 с половиной угла при вершине около 40^о, с конусностью, открытой к закрепляющему элементу 2, за которой идет вторая внутренняя цилиндрическая поверхность 15 с осью Х-Х и внутренним диаметром D₁₂, которая заканчивается конической поверхностью 16 с половиной угла при вершине 10-20^о, с конусностью, открытой к закрепляющему элементу 2. Внутренний диаметр D₁₂ внутренней поверхности 15 меньше диаметра D₁₁ поверхности 11 кольцевой пяты 10.

На поперечной поверхности конца герметизирующего корпуса 3, противоположной поверхности 13 закрепляющего элемента 2, имеется лепесток 17, аксиально выступающий к этой поперечной поверхности, и две фаски с поверхностями 18, 19, образующие часть указанной поперечной поверхности по обе стороны от лепестка 17. Поверхность 18 образует с поверхностью 16 небольшую треугольную губку 20, при этом поверхность 19 плоская или немного трехконическая, перпендикулярная к оси Х-Х, переходит в цилиндрическую внешнюю поверхность 9 герметизирующего корпуса 3.

Кольцевая канавка 21, расположенная между кольцевой пятой 10 и герметизирующим корпусом 3 на внутренней поверхности прокладки 1, соединяет внутреннюю поверхность 11 пяты 10 с внутренней конической поверхностью 14 герметизирующего корпуса 3 и является внутренним радиальным пределом соединительного элемента 4.

Ребро, образованное поверхностью 11 пяты 10 и кольцевой канавкой 21, располагается в месте поверхности 7, которая ограничивает сбоку закрепляющий выступ 5. Таким образом, отношение между минимальной толщиной прокладки 1 в месте расположения кольцевой канавки 21 и криволинейной поверхности 8, и высотой Н закрепляющего выступа 5 находится в пределах 1,3-2,5.

В случаях максимального эксцентриситета и углового отклонения между двумя соединяемыми трубами необходимо выдерживать достаточную высоту Н закрепляющего выступа 5. Отношение между высотой Н закрепляющего выступа 5 и толщиной Е герметизирующего выступа должно быть больше 0,2, чтобы эффект закрепления, создаваемый закрепляющим выступом 5 в сочетании с кольцевой пятой 10, был достаточным. Предпочтительно, чтобы отношение H/E было 0,25-0,38. Для сохранения разумных степеней сжимаемости прокладки 1, которые учитывают старение эластомера, из которого сделана прокладка 1, сохраняют эффективную герметичность в диапазоне допусков, которые должна компенсировать прокладка. Если A представляет толщину герметизирующей прокладки в месте выступа 5 и пяты 10, то необходимо, с одной стороны, чтобы отношение A/E составляло 0,8-1, предпочтительно 0,85-0,95, а отношение (D₁₁-D₁₂)/2*E превышало 0,18, предпочтительно, чтобы оно было 0,2-0,3.

Как видно из фиг.2, герметизирующая прокладка 1 предназначена для установки внутри фланца 22 трубы с осью Х-Х. В этом фланце трубы имеется на входном конце после выступа 23 коаксиальная проточка 24, образованная немного конической поверхностью 25, за которой идет к основанию фланца трубы цилиндрическая поверхность 26 диаметром D₃₁, которая заканчивается во внутреннем радиальном направлении плоской или немного конической поверхностью 27, перпендикулярной к оси Х-Х. Плоская поверхность 27 продолжается к основанию фланца 22 трубы выпуклой кривой 28 и конической поверхностью 29, которая переходит в цилиндрическую поверхность 30 диаметром D₃₂, меньшим диаметра D₃₁ цилиндрической поверхности 26 проточки 24 фланца трубы. Коническая поверхность 29 имеет конусность, открытую к основанию фланца 22. Таким образом, внутренняя поверхность фланца трубы имеет профиль, соответствующий наружному профилю прокладки 1. В основании фланца трубы цилиндрическая поверхность 30 заканчивается радиальным упором 31, который ограничивает длину этой цилиндрической поверхности.

Как видно из фиг.3, герметизирующая прокладка 1 предназначена для установки во фланце 22 трубы Т1, в котором закрепляющий выступ 5 располагается в проточке 24 указанного фланца трубы, поверхности 6,7,8,9 пpокладки 1 контактируют с соответствующими поверхностями 27,28,29,30 фланца 22. Во фланец трубы вводится узкий конец 32 трубы Т2, что вызывает сжатие кольцевой пяты 10, при этом закрепляющий выступ 5 заталкивается в проточку 24 фланца трубы.

Особый профиль фланца 22 трубы связан с указанным выше условием относительно высоты H закрепляющего выступа. Действительно, если удержать герметизирующий корпус 3, который непосредственно соединен с закрепляющим выступом 5, но наружный диаметр закрепляющего выступа с учетом высоты H становится таким, что толщина фланца 22 трубы в месте проточки 24 становится недостаточной, чтобы обеспечить реальную механическую прочность этого фланца трубы. Следовательно, необходимо иметь высоту H выступа 5 достаточной по отношению к толщине E герметизирующего корпуса 3, не приводя к соответствующему уменьшению толщины фланца 22 трубы в месте расположения проточки 24. Это получается за счет применения закрепляющего выступа 5, получаемого за счет смещения поверхностей 6, 7, 8 прокладки 1 (и соответствующих поверхностей 27, 28, 29 фланца 22 трубы). Без этого высота выступа была бы только D₁-D₂/2.

Величина половины угла при вершине конической поверхности 12 пяты 10 позволяет вводить узкий конец трубы во фланец трубы для подсоединения с угловыми отклонениями одной трубы по отношению к другой больше 10^о, а также в том случае, когда на вводимом узком конце трубы отсутствует фаска или она с дефектами. Упор 31 ограничивает сдвигание герметизирующей прокладки 1 к основанию фланца 22 трубы. Относительный объем элемента 2 закрепления по отношению к общему объему герметизирующей прокладки 1 позволяет избежать выталкивание прокладки из фланца трубы при подаче флюида под высоким давлением внутри труб. Контакт конической поверхности 13 герметизирующей прокладки 1 с конической поверхностью 25 фланца 22 трубы обеспечивает хорошее проникновение закрепляющего выступа 5 в проточку 24.

Таким образом, герметизирующая прокладка и фланец трубы в соответствии с изобретением позволяют создать герметичное соединение, компенсирующее все допуски при изготовлении труб, полученных центробежным литьем. Они позволяют вводить узкий конец одной трубы во фланец другой трубы при угловом отклонении более 10^о, не вызывая выталкивания герметизирующей прокладки из фланца трубы и сохраняя не слишком большие усилия сочленения.