Соединительный фланец для труб для транспортировки нефтехимических текучих сред, газов и сжиженных газов

Соединительный фланец для труб для транспортировки нефтехимических текучих сред, газов и сжиженных газов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к соединительному фланцу с зажимными кулачками для соединения труб для транспортировки нефтехимических текучих сред, газов и сжиженных газов.

Соединение труб является довольно сложной операцией, особенно в экстремальных условиях, например, при перекачке нефтехимических текучих сред и т.п., между судном и резервуаром, расположенным на берегу, между двумя судами в открытом море или даже между двумя ветками труб, которые проходят над водой или под водой на глубине несколько метров.

Соединительные системы, состоящие из центрирующих и соединительных устройств, должны предотвращать возможные утечки транспортируемого продукта, которые могут иметь очень негативное влияние на экономику, безопасность персонала и оборудования и являются чрезвычайно вредными для морской и наземной окружающей среды рядом с такими установками.

Кроме того, такие соединительные системы должны быть чрезвычайно гибкими и удобными для оператора на этапе соединения и должны обеспечивать возможность быстрого разъединения. Это важно потому, что, особенно в открытом море, метеорологические условия, влияющие на состояние моря, могут внезапно ухудшиться, обуславливая необходимость быстрого отсоединения трубной соединительной системы, что ставит под угрозу безопасность транспортировки нефтехимических текучих сред и газов. Необходимо за несколько мгновений остановить поток жидкости и разъединить трубы.

В US-A-3558161 описано трубное соединительное устройство, которое содержит множество кулачков, своевременно управляемых эластичными штоками, соединенными с гидравлической или механической системой управления. При закрывании система управления переводит кулачки в положение удержания фланца трубы, гарантируя тем самым водонепроницаемость.

Поверхность фланца, на которую опираются кулачки, обычно выполнена плоской и проходит перпендикулярно продольной оси устройства так, что на стадии разъединения момент силы, создаваемый трением между фланцем и кулачком и оказывающий сопротивление разъединению, постепенно увеличивается, в некоторых случаях приводя даже к невозможности разъединения, что является совершенно недопустимой ситуацией в экстремальных ситуациях, когда такие системы соединения/разъединения должны работать.

Это также показано в DE-A-2833866.

В математических терминах для создания разъединения произведение приложенной силы R и плеча «а» (открывающий момент) всегда должно быть больше, чем произведение силы трения F_a и «b» (момент сопротивления), т.е.:

R×a>F_a×b

Для открывания кулачка это неравенство должно выполняться. Однако было обнаружено, что во время открывания с фланцем, имеющим плоскую поверхность, плечо «а» уменьшается до точки, в которой это неравенство не может больше выполняться, в частности, когда геометрия кулачка выбрана для сопротивления большим нагрузкам.

Задачей настоящего изобретения является создание фланца, имеющего такую форму, чтобы определять соединение фланца-кулачка, устраняющее простым и недорогим способом вышеуказанную проблему.

Согласно настоящему изобретению эта задача достигается с помощью фланца для труб для транспортировки нефтехимических текучих сред, газов и сжиженных газов, который имеет опорную поверхность для зажимного кулачка, имеющего периферийный участок криволинейной поверхности в направлении опоры этого кулачка.

Таким образом, постепенное уменьшение плеча «а» на стадии разъединения компенсируется изменением компонентов силы, которое способствует открыванию кулачка.

Эти и другие признаки настоящего изобретения будут очевидны из нижеследующего подробного описания его варианта со ссылками на не ограничивающий пример, показанный на прилагаемых чертежах, где

фиг.1 - вид сбоку соединения фланец-кулачок согласно настоящему изобретению в закрытом положении;

фиг.2 - вид сбоку в увеличенном масштабе участка соединения фланец-кулачок на фиг.1;

фиг.3 - вид сбоку соединения фланец-кулачок с кулачком, повернутым на 6° в направлении открывания;

фиг.4 - вид сбоку в увеличенном масштабе участка соединения фланец-кулачок на фиг.3;

фиг.5 - вид сбоку соединения фланец-кулачок с кулачком, повернутым на 10° в направлении открывания;

фиг.6 - вид сбоку в увеличенном масштабе участка соединения фланец-кулачок на фиг.5.

На фиг.1 фланец 1 содержит поверхность 11 с криволинейным периферийным участком 2, на которую опирается кулачок 3, шарнирно установленный в кронштейне 4 муфты для труб 12 на оси 5, вокруг которой он может свободно поворачиваться.

Кулачок 3 приводится в движение пружиной 6, которая управляется для перемещения между положением закрывания, копланарным с осью муфты, и положением открывания, наклоненным относительно первого положения и достигаемого вращением кольца или пятого колеса 10, управляемого гидравлической или иной системой.

Преимущества настоящего изобретения можно идентифицировать, проанализировав силы, взаимодействующие в зоне контакта фланца-кулачка (фиг.2, 4, 6).

На фиг.1 и 2, где показаны чисто иллюстративные величины для «а» и «b», уравнением равновесия является следующее:

R×a=F_a×b,

где R - сила контакта между фланцем и кулачком;

F_a - сила трения, генерируемая R (F_a=R×f, где f - коэффициент трения между металлами соединения кулачка-фланца).

Для того чтобы кулачок поворачивался в сторону открывания, при приложении силы R необходимо, чтобы R×а > F_a×b.

В вариантах, показанных на фиг.3 и 4, вращение кулачка приводит к наклону F_a и R, при этом можно провести различие между горизонтальной компонентой (F_a0 и R₀) и вертикальной компонентой (F_av и R_v).

Для того чтобы кулачок открывался, необходимо, чтобы

(R_v×а)+(R₀×b)>(F_a0×b)-(F_av×а)

По сравнению с ситуацией на фиг.1 и 2, левая часть неравенства уменьшается за счет уменьшения плеча (b оставалось без изменения), но такое уменьшение компенсируется за счет уменьшения силы трения F_a0 и генерирования вертикальной компоненты F_av, необходимой для открывания кулачка 3, следовательно, произведение F_a0 и b на фиг.3-4 меньше, чем произведение F_a и b на фиг.1 и 2.

Если контактная поверхность фланца будет выполнена плоской, произведение F_a и b останется постоянным, тогда как произведение R и а уменьшится из-за уменьшения плеча а, с возникновением риска получения в определенной точке.

R×а<F_a×b,

в результате чего открывание кулачка будет заблокировано.

В варианте на фиг.5 и 6, кулачок дополнительно повернут и в результате по сравнению с вариантом на фиг.3 и 4, F_av (компонента, способствующая открыванию) увеличивается, а F_a0 (компонента, противодействующая открыванию) уменьшается. Неравенство

(R_v×a)+(R₀×b)>(F_a0×b)-(F_av×а)

таким образом справедливо для всего диапазона открывания кулачка.

Так следует отметить, что профиль фланца выполнен как функция указанного неравенства, которое всегда будет справедливым во время открывания кулачка 3.

1. Соединительный фланец (1) для труб для транспортировки нефтехимических текучих сред, газов и сжиженных газов, отличающийся тем, что имеет несущую поверхность (11) для зажимного кулачка (3) и периферийный участок (2) криволинейной поверхности в направлении опоры кулачка (3).

2. Фланец по п.1, отличающийся тем, что для всего диапазона открывания кулачка всегда справедливо неравенство

(R_v·а)+(R₀·b)>(F_a0·b)-(F_av·а),

где R_v - вертикальная компонента приложеной и силы R;

а - плечо вертикальных компонент этих сил;

R₀ - горизонтальная компонента приложенной силы R;

b - плечо горизонтальных компонент этих сил;

F_a0 - горизонтальная компонента силы трения F_a;

F_av - вертикальная компонента силы трения Fa.