РЕЗЬБОВОЕ РАЗЪЕМНОЕ СОЕДИНЕНИЕ Российский патент 1995 года по МПК F16L19/02 

Изобретение относится к машиностроению и, в частности к резьбовым разъемным соединениям, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства и в областях техники, где применяются устройства и системы, работающие в условиях повышенных динамических нагрузок и тепловых воздействий и подвергающиеся в процессе эксплуатации многократным сборочно-разборочным операциям, например для проведения ремонтно-профилактических работ.

Известно быстроразъемное соединение трубопроводов, содержащее внутренний и наружный патрубки и разрезной стопорный пружинный элемент, размещенный в полости, образованной кольцевыми канавками на сопряженных поверхностях патрубков, причем стопорный элемент выполнен из нескольких одинаковых колец прямоугольного сечения, контактирующих между собой по боковым поверхностям и установленных со смещением друг относительно друга на величину, равную A/n, где А - высота боковой контактной поверхности кольца с патрубком, n - количество колец.

Недостатком известного соединения является то, что оно не обеспечивает безлюфтового и надежного соединения и не позволяет использовать его в соединениях, работающих в условиях жестких динамических нагрузок и тепловых воздействий.

Известно также разъемное соединение трубопроводов для передачи теплоносителя, содержащее штуцер и ниппель, кольцевой уплотняющий элемент между ними и накидную гайку, при этом между наружным торцом ниппеля и буртом накидной гайки размещен упругий компенсирующий элемент в виде втулки, а полость между внутренней поверхностью втулки и ниппеля заполнена теплоизоляцией, причем площади поперечного сечения втулки и накидной гайки равны.

Недостатком указанного разъемного соединения является то, что оно не предназначено для работ в условиях повышенных вибрационных нагрузок и тепловых воздействий, например в теплонапряженных внешних потоках, и требующих при обслуживании оперативности монтажных работ и демонтажа с сохранением целостности теплозащитного покрытия.

Наиболее близким техническим решением, которое может быть рассмотрено в качестве прототипа, является разъемное соединение трубопроводов, содержащие ниппели с уплотнительными элементами и кольцевой проставки между ними, а также винтовую пару, образующую муфту, и стопорный элемент, выполненный в виде съемного элемента и затяжного устройства, скрепленных между собой, а на ниппеле выполнен паз под указанный стопорный элемент.

Недостатком указанного разъемного соединения является то, что оно предназначено, в основном, для стыковки трубопроводов малых диаметров и не может обеспечить защиту соединений крупногабаритных диаметров, работающих в условиях воздействия повышенных тепловых нагрузок, а нанесение на лицевую поверхность соединения теплозащитного покрытия после завершения монтажа с последующим разрушением перед очередным демонтажом делает соединение неоправданно громоздким, значительно усложняет монтажные операции и не позволяет выполнять их оперативно.

Целью предлагаемого изобретения является повышение технологичности и сдвигоустойчивости соединения, работающего в условиях повышенных вибрационных нагрузок и тепловых воздействий, расширение области применения за счет исключения контактных напряжений на торцах стыкуемых узлов и кольцевой проставки, а также обеспечение быстроразъемности соединения.

Указанная цель достигается тем, что в резьбовом разъемном соединении на лицевой стороне внутреннего патрубка выполнены каскадообразно кольцевые выступы, а кольцевая канавка на одном из выступов выполнена с Г-образным сечением, при этом кольцевая проставка, коаксиально расположенная над накидной гайкой, выполнена в виде металлической обоймы с наружным слоем теплозащитного покрытия и связана с накидной гайкой шлицевым соединением, причем накидная гайка снабжена цилиндрическим хвостовиком с внутренней кольцевой канавкой прямоугольного сечения и входит в рабочем положении в зацепление, с одной стороны, с винтовой нарезкой наружного патрубка, а с другой стороны, посредством разрезного пружинного кольца, - с ответным торцом кольцевой канавки Г-образного сечения. Кроме того, кольцевая проставка в рабочем положении устанавливается также с возможностью продольного перемещения, а на винтовых нарезках наружного патрубка и накидной гайки выполнены равномерно расположенные по окружности и соосно совмещенные продольные пазы.

Предложенное резьбовое разъемное соединение, преимущественно с теплозащитным покрытием, обладает следующими, отличными от прототипа, признаками:
1. На лицевой стороне внутреннего патрубка выполнены каскадообразно кольцевые выступы.

2. Кольцевая канавка на одном из кольцевых выступов выполнена с Г-образным сечением.

3. Кольцевая проставка коаксиально расположена над накидной гайкой.

4. Кольцевая проставка выполнена в виде металлической обоймы с наружным слоем теплозащитного покрытия.

5. Кольцевая проставка контактирует торцами с ответными торцами стыкуемых узлов.

6. Кольцевая проставка связана с накидной гайкой шлицевым соединением.

7. Накидная гайка снабжена цилиндрическим хвостовиком с внутренней кольцевой канавкой прямоугольного сечения.

8. Накидная гайка в рабочем положении входит в зацепление, с одной стороны, с винтовой нарезкой наружного патрубка, а с другой стороны, посредством разрезного пружинного кольца, - с ответным торцом кольцевой канавки Г-образного сечения.

9. Кольцевая проставка в рабочем положении установлена с возможность продольного перемещения.

10. На винтовых нарезках наружного патрубка и накидной гайки выполнены равномерно расположенные по окружности соосно совпадающие в рабочем положении продольные пазы.

Указанные признаки резьбового разъемного соединения, преимущественно с теплозащитным покрытием, в совокупности обеспечивают повышение технологичности изготовления, сборки и монтажа соединения, расширение области его применения для различных видов устройств и систем, работающих в условиях повышенных вибрационных нагрузок и тепловых воздействий, повышение сдвигоустойчивости, оперативности и удобства выполнения монтажных и демонтажных работ, в том числе ремонтно-профилактических как с полнооборотным вращением накидной гайки, так и поворотом ее на небольшой угол, соответствующий углу дуги, равной ширине продольных пазов на винтовых нарезках, что необходимо при выполнении монтажных работ в ограниченных объемах рабочего пространства.

Наличие вышеперечисленных признаков обуславливает соответствие предлагаемого технического решения критерию "новизна".

При анализе указанных отличительных признаков на соответствие критерию "Существенные отличия" было установлено:
а. Признак 1 был частично обнаружен в одном из аналогов и в прототипе предлагаемого технического решения. В технике такого рода признаки известны.

Указанный признак в предлагаемом изобретении по своему расположению, взаимодействию и назначению сообщают объекту изобретения новое свойство - уменьшает радиальный габарит пакета соединения.

б. Признак 2 не был обнаружен в прототипе предлагаемого технического решения, однако был частично обнаружен в одном из аналогов указанного решения.

Указанный признак в предлагаемом техническом решении по своему расположению, взаимодействию и назначению сообщает объекту изобретения новое свойство - обеспечивает безлюфтовую фиксацию в продольном направлении накидной гайки с использованием одного разрезного пружинного кольца.

в. Признак 3 не был обнаружен ни в одном из аналогов и в прототипе предлагаемого технического решения.

Указанный признак по своему расположению, взаимодействию и назначению сообщает объекту изобретения новое свойство - обеспечивает возможность выполнения "дистанционного" монтажа и демонтажа соединения без непосредственного доступа к накидной гайке и без разрушения теплозащитного покрытия кольцевой проставки.

г. Признак 4 не был обнаружен ни в одном из аналогов и в прототипе предлагаемого технического решения.

Указанный признак в предлагаемом решении по своему расположению, взаимодействию и назначению сообщает объекту изобретения новое свойство - обеспечивает многократное использование кольцевой проставки без замены теплозащитного покрытия и повышает уровень ремонтопригодности соединения в целом.

д. Признак 5 не был обнаружен ни в одном из аналогов предлагаемого технического решения, однако указанный признак был обнаружен в прототипе.

Указанный признак в предлагаемом решении по своему расположению, взаимодействию и назначению сообщает объекту изобретения новое свойство - обеспечивает восприятие осевых нагрузок металлической обоймой и в целом повышает сдвигоустойчивость соединения.

е. Признак 6 не был обнаружен ни в одном из аналогов и в прототипе предлагаемого технического решения.

Указанный признак в предлагаемом решении по своему расположению, взаимодействию и назначению сообщает объекту изобретения новое свойство - обеспечивает передачу крутящего момента накидной гайке без непосредственного доступа к ней, свободное продольное перемещение кольцевой проставки относительно накидной гайки независимо от того, где расположены в любой заданный момент времени при монтаже торцы стыкуемых узлов, предельную простоту и удобство изготовления, сборочных, монтажных и ремонтно-профилактических работ.

ж. Признак 7 не был обнаружен ни в одном из аналогов и в прототипе предлагаемого технического решения, однако признаки такого рода в технике встречаются.

Указанный признак в предлагаемом техническом решении по своему расположению, взаимодействию и назначению сообщает объекту изобретения новое свойство - самопроизвольное заполнение канавки разрезным пружинным кольцом за счет его упругих сил и надежное его зацепление с канавками накидной гайки и внутреннего патрубка.

з. Признак 8 не был обнаружен ни в одном из аналогов, ни в прототипе предлагаемого технического решения, однако частично он был обнаружен в одном из аналогов. В технике эквивалентные решения подобного вида встречаются.

Указанный признак в предлагаемом техническом решении по своему расположению, взаимодействию и назначению сообщает объекту изобретения новое свойство - обеспечивает технологичность изготовления, сборки в заводских условиях и монтаж и демонтаж соединения при обслуживании в процессе эксплуатации.

и. Признак 9 не был обнаружен ни в одном из аналогов и в прототипе предлагаемого технического решения.

Указанный признак в предложенном техническом решении по своему расположению, взаимодействию и назначению сообщает объекту изобретения новое свойство - расширяет область его применения.

к. Признак 10 не был обнаружен ни в одном из аналогов и в прототипе предлагаемого технического решения.

Указанный признак в предлагаемом техническом решении по своему расположению, взаимодействию и назначению сообщает объекту изобретения новое свойство - обеспечивает быстроразъемность соединения и удобство обслуживания в условиях ограниченного рабочего пространства, например когда конструктивное исполнение и специфика обслуживания стыкуемых узлов (отсеков, систем и т.п. ) не обеспечивают круговой доступ к ним и не позволяют осуществить соединение стыка при полнооборотном вращении кольцевой проставки.

Таким образом, исходя из вышеприведенного анализа, можно сделать заключение, что рассмотренная совокупность отличительных признаков предлагаемого технического решения соответствует критерию "Существенные отличия".

На фиг.1 изображено резьбовое разъемное соединение; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг.3 - узел Б на фиг.2; на фиг.4 - узел Г на фиг.1; на фиг. 5 - вариант конструктивного исполнения стопорного элемента; на фиг.6 - вариант соединения с коническим обводом стыкуемых узлов; на фиг.7 - вариант соединения стыкуемых узлов, контактирующих торцами; на фиг.8 - сечение Д-Д на фиг. 1; на фиг.9 - схема монтажных работ при использовании фрикционного ленточного ключа.

Резьбовое разъемное соединение, преимущественно с теплозащитным покрытием, состоит из стыкуемых узлов 1 и 2, кольцевой проставки 3, установленной между стыкуемыми узлами, накидной гайки 4, образующей в паре с кольцевой проставкой винтовую муфту, разрезного пружинного кольца 5, стопорного элемента 6 и уплотнительного элемента 7.

Стыкуемые узлы 1 и 2 содержат, соответственно, наружный и внутренний патрубки 8 и 9.

На лицевой стороне наружного патрубка 8 выполнена винтовая нарезка 10, а на внутреннем приливе 11 установлены направляющие штыри 12. Направляющие штыри 12 могут быть смонтированы радиально на внутренней поверхности патрубка 8 (не показано).

На лицевой стороне внутреннего патрубка 9 выполнены кольцевые выступы 13 и 14 (см. фиг.1 и фиг.4) и кольцевая канавка 15 прямоугольного сечения (см. фиг.7) под установку уплотнительного элемента 7, кольцевая канавка 16 Г-образного профиля в сечении под размещение разрезного пpужинного кольца 5 и кольцевая канавка 17 прямоугольного сечения под установку стопорного элемента 6. Стопорный элемент может быть выполнен в виде свободно плавающего в тангенциальном направлении разрезного пружинного элемента 18, устанавливаемого между торцами цилиндрического хвостовика накидной гайки 4 и кольцевого выступа 14 (см.фиг.5). На торце внутреннего патрубка 9 выполнен ответный паз 19 под направляющий штырь 12.

Кольцевая проставка 3, коаксиально расположенная над накидной гайкой 4, выполнена в виде металлической обоймы 20 с наружным слоем теплозащитного покрытия 21 и взаимодействует торцами с ответными торцами стыкуемых узлов 1 и 2, а внутренней цилиндрической поверхностью - с ответной цилиндрической поверхностью выступа 14, и связана с накидной гайкой 4 шлицевым соединением, выполненным в виде взаимодействующих между собой продольных канавок 22 и выступов 23.

Взаимодействие кольцевого выступа 14 с обоймой 20 предназначено для повышения точности позиционирования внешних кромок теплозащитного покрытия 21 на торцах стыкуемых узлов 1 и 2 и кольцевой проставки 3. При необходимости кольцевой выступ может быть образован на ответном патрубке 8 стыкуемого узла 1.

На фиг. 3 показан вариант взаимодействия обоймы 20 с накидной гайкой с использованием шпонки 24.

Кольцевая проставка 3 может быть установлена в рабочем положении с возможностью продольного перемещения относительно накидной гайки 4. В этом случае торцы стыкуемых узлов 1 и 2 контактируют между собой по плоскости "К", как это изображено на фиг.7.

Накидная гайка 4 снабжена цилиндрическим хвостовиком 25 с выполненным на его внутренней цилиндрической поверхности кольцевой канавкой 26 прямоугольного сечения, и в рабочем положении входит в зацепление с одной стороны с ответной винтовой нарезкой 10 наружного патрубка 8, а с другой стороны, посредством разрезного пружинного кольца 5, с торцом кольцевой канавки 16.

Кольцевая проставка 3, с целью упрощения сборки и выполнения монтаж-операций, установлена над накидной гайкой 4 с возможностью продольного перемещения. Для предотвращения произвольного отделения проставки 3, например при различных пространственных положениях плоскости стыка соединения стыковочных узлов 1 и 2, предусмотрен подпружиненный фиксатор 27, размещенный в радиальном отверстии, образованном в теле металлической обоймы 20 и входящий в зацепление с продольной проточкой 28, выполненной на ответной лицевой поверхности накидной гайки 4.

Для ускорения процесса монтажа и демонтажа соединения на винтовых нарезках 10 накидной гайки 4 и наружного патрубка 8 выполнены равномерно расположенные по окружности и в рабочем положении соосно совпадающие (на фиг.8 осевая линия обозначена литерой "М") продольные пазы 29 и 30 соответственно. На фиг. 8 (31) штрих-пунктирной линией изображен контур выступов винтовой нарезки 10 и продольных пазов 29 накидной гайки 4 в исходном положении соединения, т.е. в момент подведения вплотную торцов стыкуемых узлов 1 и 2.

В качестве контровочного фиксатора соединения используется съемный пружинный, сламывающийся при демонтаже, фиксатор 32, входящий в зацепление с зубьями лобовой насечки, выполненной на небольшом участке торца накидной гайки 4. На фиг.1 (34) обозначен контур пружинного фиксатора 32 в надломленном (разрушенном) виде в начальный момент демонтажа соединения.

Литерами "Р", "Н" и "Л" на фиг.4 штрих-пунктирными линиями обозначены, соответственно, положения торца цилиндрического хвостовика 25, кольцевой канавки 26 и разрезного пружинного кольца 5 в момент введения разрезного пружинного кольца 5 в кольцевую канавку 26 перед установкой стопорного элемента 6 или стопорного элемента 18.

На фиг.1 и фиг.6 (35) обозначен, как вариант, конический контур стыкуемых узлов 1 и 2 с углами полураствора " α ". При угле полураствора, не превышающем конусность угла трения, обеспечивается монтаж и демонтаж соединения посредством использования фрикционного ленточного ключа 36 (см. фиг.6 и фиг.9) без дополнительных технических средств удержания ленточного ключа 36 на конической поверхности теплозащитного покрытия 21 кольцевой проставки 3. При конусности, превышающей угол трения, такие технические средства удержания ключа на поверхности кольцевой проставки 3 требуется применять.

На фиг. 9 изображена примерная схема монтажных работ с использованием ключа 36. Для обеспечения целостности теплозащитного покрытия 21 кольцевой проставки 3 при выполнении монтажных работ ленточный ключ 36 должен быть оснащен упругодеформируемой пpокладкой 37.

Для выполнения ремонтно-профилактических работ с соединением и, в частности для обеспечения выведения разрезного пружинного кольца 5 из канавки 26 и введения его в углубленную часть канавки 16 предусмотрены три отверстия 38 равномерно расположенные по окружности в центральной плоскости канавки 26 цилиндрического хвостовика 25 накидной гайки 4.

На фиг. 7 приведен фрагмент варианта конструктивного исполнения соединения стыкуемых узлов 1 и 2, в которых их торцы в рабочем положении входят в соприкосновение по плоскости торцов "К" до выбора люфтов" δ"/cм. фиг. 6/ между торцми кольцевой проставки 3 и ответными торцами стыкуемых узлов 1 и 2 или одного из них, например стыкуемого узла 1, как это изображено на фиг. 6.

На фиг.7 литерой " α₁ " обозначен угол полураствора покрытия 21 кольцевой проставки 3, при котором кромки торцов стыкуемого узла 1 и одного из торцов кольцевой проставки 3 расположены с превышением над ответными кромками кольцевой проставки 3 и стыкуемого узла 2 на величину "δ", обеспечивающую на стыках срыв набегающего теплового потока.

Резьбовое разъемное соединение, преимущественно с теплозащитным покрытием, работает следующим образом.

В исходном положении стыкуемые узлы 1 и 2 подведены вплотную друг к другу ответными торцами, ленточный ключ 36 установлен и закреплен на кольцевой проставке 3.

Вращением кольцевой проставки 3 накидная гайка 4 навинчивается на ответную резьбу 10 патрубка 8 стыкуемого узла 1 до плотного соприкосновения торцов кольцевой проставки 3 с торцами стыковочных узлов 1 и 2. Окончательная фиксация соединения производится дополнительной затяжкой накидной гайки 4 с усилием заданного крутящего момента. Таким же образом осуществляется соединение стыкуемых узлов 1 и 2, в которых на ответных винтовых нарезках 10 накидной гайки 4 и патрубка 8 выполнены продольные пазы 29 и 30, но при этом соединение стыка пpоизводится не путем полнооборотного вращения кольцевой проставки 3, а путем вращения последней на угол, соответствующий углу дуги, равной ширине пазов 29 или 30.

Для соединения стыкуемых узлов 1 и 2, диаметр которых "D" по винтовой нарезке 10 превышает величину 250 мм, может быть использована прямоугольная или трапециевидная резьба, как более технологичная для больших диаметров. В этом случае, как показали опыты на экспериментальных образцах, окончательная затяжка и фиксация соединения должна осуществляться трехкратным навинчиванием накидной гайки 4 с последующим повторным ослаблением первой и второй затяжки. Такая последовательность технологических операций обеспечивает высокую прочность и сдвигоустойчивость соединения и фиксацию его без использования дополнительных средств фиксации.

Демонтаж соединения осуществляется отвинчиванием накидной гайки 4 путем вращения кольцевой проставки в обратную сторону. При расстыковке соединения сломанный фиксатор 32 заменяется новым.

Экспериментальная отработка предлагаемого резьбового разъемного соединения подтвердила технологичность, сдвигоустойчивость соединения, удобство соединения сборочных и монтажных работ, в том числе и быстроразъемных. Проверка работы соединения в жестком (напряженном) тепловом режиме показала, что для обеспечения надежной защиты металлических элементов конструкции стыкуемых узлов значение параметров " δ " и "l" не должны выходить за пределы 0,8 и 0,1-0,3 мм (суммарно для превышения), соответственно.

Применение предлагаемого резьбового разъемного соединения, преимущественно с теплозащитным покрытием, позволяет:
повысить уровень технологичности изготовления, сборки, монтажных и ремонтно-профилактических работ;
обеспечить сдвигоустойчивость (продольную и поперечную) соединения при работах в условиях повышенных динамических нагружений и жестких тепловых воздействий;
расширить область применения;
обеспечить быстроразъемность соединения;
сохранить целостность теплозащитного покрытия при выполнении монтажных и демонтажных работ, в том числе при многократном выполнении указанных операций;
повысить уровень ремонтопригодности;
повысить удобство обслуживания и уровень эксплуатационной надежности в целом.

Использование: в различных устройствах и системах, работающих в условиях повышенных динамических нагрузок и тепловых воздействий. Сущность изобретения: между стыкуемыми узлами наружного и внутреннего патрубков размещена кольцевая проставка. Накладная гайка образует в паре с кольцевой проставкой винтовую муфту. Разрезное пружинное кольцо размещено в полости, образованной кольцевыми канавками на сопряженных поверхностях внутреннего патрубка и накидной гайки. На наружной поверхности внутреннего патрубка выполнены каскаднообразно выступы. На одном выступе выполнена кольцевая канавка с Г-образным сечением. Кольцевая проставка выполнена в виде металлической обоймы с наружным слоем теплозащитного покрытия, расположена над накидной гайкой и связана с ней шлицевым соединением. Накидная гайка снабжена цилиндрическим хвостовиком с внутренней кольцевой канавкой прямоугольного сечения и взаимодействует с одной стороны по резьбе с наружным патрубком, с другой - через разрезное кольцо с ответным торцом кольцевой канавки. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. РЕЗЬБОВОЕ РАЗЪЕМНОЕ СОЕДИНЕНИЕ, преимущественно с теплозащитным покрытием, содержащее наружный и внутренний патрубки стыкуемых узлов с кольцевой проставкой между ними, накидную гайку, образующую в паре с кольцевой проставкой винтовую муфту, разрезное пружинное кольцо, размещенное в полости, образованной кольцевыми канавками на сопрягаемых поверхностях внутреннего патрубка и накидной гайки, стопорный и уплотнительный элементы, отличающееся тем, что в нем на наружной поверхности внутреннего патрубка выполнены каскадообразно кольцевые выступы, на одном из которых выполнена кольцевая канавка с Г-образным сечением, при этом кольцевая проставка выполнена в виде металлической обоймы с наружным слоем теплозащитного покрытия, коаксиально расположена над накидной гайкой и связана с ней шлицевым соединением, причем накидная гайка снабжена цилиндрическим хвостовиком с внутренней кольцевой канавкой прямоугольного сечения и взаимодействует с одной стороны по резьбе с наружным патрубком, а с другой стороны через разрезное пружинное кольцо - с ответным торцом кольцевой канавки Г-образного сечения. 2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что в нем кольцевая проставка установлена с возможностью продольного перемещения. 3. Соединение по п.1, отличающееся тем, что в нем не резьбовых участках наружного патрубка и накидной гайки выполнены равномерно расположенные по окружности и соосно совпадающие продольные пазы.