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

Изобретение относится к машиностроению, в частности к разъемным винтовым соединениям отсеков, сборочных единиц и деталей различных типов агрегатов и машин, работающих в условиях повышенных динамических и тепловых воздействий, включая скоростные обтекаемые потоки, и может быть применено в различных отраслях промышленности и народного хозяйства.

Известно винтовое соединение, содержащее гайку с контактирующей конической поверхностью, взаимодействующей с концевым приливом штуцера с уплотняющей конической поверхностью, сопряженной со сферическим участком на фланце наконечника, при этом на концевом приливе со стороны контактирующей поверхности гайки выполнена сферическая поверхность, образованная по радиусу из одного центра со сферическим участком на фланце наконечника, а конические поверхности гайки и штуцера под равными углами к оси соединения.

Недостатком известного винтового соединения является то, что оно выполнено в виде ниппельного соединения, предназначенного, в основном, для стыковки трубопроводов малых диаметров, и не может быть использовано для соединения отсеков, узлов и деталей, работающих в условиях воздействия повышенных тепловых нагрузок, а нанесение на соединение теплозащитного покрытия после завершения монтажа и необходимость его разрушения после монтажа значительно усложняет технологию монтажных работ и снижает уровень эксплуатационных качеств соединения, особенно при многократном его демонтаже.

Известно также разъемное соединение трубопроводов для теплоносителей, состоящее из муфтового соединения свинчиваемых труб с уплотняемыми поверхностями и уплотнения между ними, состоящего из фигурной втулки с наружным и внутренним кольцевыми выступами и цилиндрической втулки, установленной внутри фигурной втулки с возможностью взаимодействия одним концом с уплотняемой поверхностью одной из труб, а другим концом с внутренним кольцевым выступом фигурной втулки, причем фигурная втулка наружным кольцевым выступом образует герметичное соединение с уплотняемой поверхностью другой трубы.

Недостатком разъемного соединения трубопроводов является то, что оно может быть использовано для соединения вращающихся одна относительно другой труб, что значительно сужает область их применения, так как при вращении значительно усложняется технология стыковки, например, таких отсеков и узлов, в которых множество выступающих за торцы стыков узлов и деталей пространственно увязано между собой. Кроме того, такого типа разъемное соединение не позволяет использовать его в отсеках и узлах машин, работающих в теплонапряженном обтекаемом потоке из-за внешнего выступа накидной гайки, а конструирование соединения по схеме заподлицо, как и в предыдущем винтовом соединении, помимо усложнения конструкции стыка значительно усложняет монтаж соединения и снижает уровень эксплуатационных качеств соединения в целом, а особенно при многократном демонтаже соединения с нанесенном на его внешней поверхности покрытием.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является разъемное соединение трубопроводов для передачи теплоносителя, содержащее штуцер, 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 ниппелем заполнена теплоизоляцией, причем площади поперечного сечения втулки и накидной гайки равны.

Недостатком указанного разъемного соединения является то, что оно не предназначено для соединения отсеков и сборочных единиц, работающих, например, в теплонапряженных обтекаемых потоках и требующих при обслуживании многократного профилактического демонтажа с сохранением целостности теплозащитного покрытия. Конструирование разъемного соединения по типу заподлицо, как и в упомянутом выше разъемном соединении трубопроводов, также значительно усложняет конструктивное исполнение соединения и его монтаж и демонтаж, что значительно сужает область его применения и понижает уровень эксплуатационных качеств соединения в целом.

Целью изобретения является повышение прочности соединения, расширение области его применения, обеспечение оперативности выполнения монтажа и демонтажа, повышение удобства обслуживания в условиях ограниченного рабочего объема пространства и повышение эксплуатационных качеств.

Для этого в разъемном винтовом соединении втулка, размещенная коаксиально на внешней стороне накидной гайки, выполнена в виде теплозащитной проставки, армированной металлической обоймой со шлицами на ее внутренней поверхности, а накидная гайка снабжена цилиндрическим хвостовиком с равномерно расположенными по окружности окнами, в которых радиально установлены сухари, входящие в зацепление с одной стороны со шлицами обоймы, а с другой с кольцевой проточкой, выполненной на внешней поверхности одного из стыковочных узлов, на винтовых нарезках накидной гайки и второго ответного стыковочного узла выполнены равномерно расположенные по окружности и соосно совпадающие в рабочем положении продольные пазы, а сухаpи имеют Г-образную форму.

Предложенное разъемное винтовое соединение, преимущественно с теплозащитным покрытием, обладает следующими, отличными от прототипа, признаками:
1. Втулка размещена коаксиально на внешней стороне накидной гайки.

2. Втулка выполнена в виде теплозащитной проставки, армированной металлической обоймой со шлицами на ее внутренней поверхности.

3. Накидная гайка снабжена цилиндрическим хвостовиком с равномерно расположенными по окружности окнами.

4. В окнах хвостовика накидной гайки установлены радиально направлению сухари.

5. Сухари входят в зацепление с одной стороны со шлицами обоймы, а с другой с кольцевой проточкой, выполненной на внешней поверхности одного из стыковочных узлов.

6. На винтовых нарезках накидной гайки и второго ответного стыковочного узла выполнены равномерно расположенные по окружности и соосно совпадающие в рабочем положении продольные пазы.

7. Сухари имеют Г-образную форму.

Указанные признаки разъемного винтового соединения, преимущественно с теплозащитным покрытием, в совокупности обеспечивают прочность соединения, расширяют область его применения, обеспечивают простоту и оперативность выполнения монтажных работ и в целом повышают эксплуатационные качества в условиях повышенных динамических и тепловых воздействий за счет плавающей в продольном направлении теплозащитной проставки, не подвергающейся разрушению при многократном профилактическом демонтаже.

Наличие перечисленных выше признаков обуславливает соответствие предлагаемого технического решения критерию "новизна".

При анализе указанных отличительных признаков на соответствие критерию "существенные отличия" было установлено:
Признак 1 не был обнаружен ни в одном из аналогов и в прототипе предлагаемого технического решения.

Указанный признак в предлагаемом изобретении по своему расположению, взаимодействию и назначению сообщает объекту изобретения новое свойство обеспечивает дистанционную стыковку соединения без доступа к накидной гайке и без нарушения целостности теплозащитного покрытия как с восприятием торцами втулки контактных давлений от торцов стыковочных узлов, так и без восприятия.

Признак 2 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 шлицевым соединениям передачу крутящего момента накидной гайке и предельную простоту сборочных, монтажных и профилактических работ.

Признак 3 не был обнаружен ни в одном из аналогов и в прототипе предлагаемого технического решения, однако отдельные элементы признака в технике встречаются.

Указанный признак в предлагаемом техническом решении по своему расположению, взаимодействию к назначению сообщает объекту изобретения новое свойство обеспечивает простоту сборки соединения и взаимодействие всех составных элементов соединения посредством сухарей.

Признак 4 не был обнаружен ни в одном из аналогов и в прототипе предлагаемого технического решения, однако в технике такого вида признаки встречаются, например, там, где используются шпонки.

Указанный признак в предлагаемом техническом решении по своему расположению, взаимодействию и назначению сообщает объекту изобретения новое свойство обеспечивает взаимодействие пакета составных элементов винтового соединения и целостность теплозащитного покрытия проставки при выполнении монтажных и демонтажных работ.

Признак 5 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, помимо простоты конструкции, технологичность сборочных и монтажных работ.

Признак 6 не был обнаружен ни в одном из аналогов и в прототипе предлагаемого технического решения, однако в технике эквивалентные такому признаку решения встречаются, например типа байонетных соединений.

Указанный признак в предлагаемом техническом решении по своему расположению, взаимодействию и назначению сообщает объекту изобретения новое свойство обеспечивают оперативность выполнения монтажных и демонтажных работ и удобство обслуживания соединения в условиях ограниченного рабочего пространства, когда специфика обслуживания отсеков не позволяет выполнить соединение при полнооборотном вращении втулки.

Признак 7 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 эффект кольцевого захвата сухарями за кромку кольцевой проточки, так как исключает наклон сухарей за счет горизонтальных полок Г-образного их профиля.

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 разъемное винтовое соединение, продольное сечение; на фиг. 2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 вариант соединения с коническими поверхностями; на фиг.5 фрагмент соединения с Г-образным сухарем; на фиг.6 вариант соединения стыковочных узлов, контактируемых торцами; на фиг.7 схема монтажных работ с применением фрикционного ленточного ключа.

Разъемное винтовое соединение, преимущественно с теплозащитным прикрытием, состоит из стыковочных узлов 1 и 2, втулки 3, установленной между стыковочными узлами, накидной гайки 4 и кольцевого уплотнительного элемента 5.

Стыковочные узлы 1 и 2 содержат соответственно внутреннюю 6 и наружную 7 горловины. На внутренней горловине 6 стыковочного узла 1 образованы кольцевые проточки 8 и 9, кольцевой выступ 10 и направляющая канавка 11 под направляющий штырь 12. В проточке 8 размещен кольцевой уплотнительный элемент 5, а в проточке 9 установлены радиально направленные сухари 13, например прямоугольной формы (фиг. 1 и 2), или сухари 14, например Г-образной формы (фиг.5), удерживающие накидную гайку 14 на горловине 6 стыковочного узла 1.

На наружной горловине 7, охватывающей внутреннюю горловину 6, на ее внешней поверхности на диаметре D образована винтовая нарезка 15, взаимодействующая с ответной винтовой нарезкой накидной гайки 4. На внутренней поверхности внешней горловины 7 образован выступ 16, на котором размещен направляющий штырь 12, например, на консоли 17 (фиг.1 и 2) или непосредственно на торце выступа 16 (фиг.6).

Втулка 3 смонтирована коаксиально на внешней стороне накидной гайки 4 и выполнена в виде теплозащитной проставки, армированной изнутри металлической обоймой 18 со шлицами 19 и пазами 20 между ними, образованными на внутренней цилиндрической поверхности обоймы 18.

С наружной стороны стыковочных узлов 1 и 2 (или соответственно отсеков) и металлической обойки 18 нанесен слой теплозащитного покрытия 21.

Кольцевой выступ 10 контактирует с ответной цилиндрической поверхностью обоймы 18 и предназначен для повышения точности позиционирования внешних кромок теплозащитного покрытия на торцах стыковочных узлов 1 и 2 и втулки 3. Аналогичный кольцевой выступ может быть образован на стыковочном узле 2.

Накидная гайка 4 снабжена цилиндрическим хвостовиком 22 с равномерно расположенными по окружности окнами 23 под размещение сухарей 13 или 14, входящих в зацепление с одной стороны со шлицами 19 обоймы 18, с другой с кольцевой проточкой 9, при этом сухари могут быть выполнены в виде цилиндрических пальцев (не показаны).

Для ускорения процесса соединения стыковочных узлов 1 и 2 (или, например, отсеков) на винтовых нарезках 15 накидной гайки 4 наружной горловины 7 стыковочного узла 2 могут быть выполнены равномерно расположенные по окружности и соосно совпадающие (на фиг.3 осевая обозначена литерой М) в рабочем положении продольные пазы 24 и 25 соответственно. На фиг.3 позицией 26 показан контур накидной гайки 4 в пазах 25 винтовой нарезки наружной горловины 7 в исходном не рабочем положении, при сведенных вплотную стыковочных узлах 1 и 2.

Позицией 27 на фиг.1 обозначен, как вариант, контур конических стыковочных узлов 1 и 2 с углом полураствора α При конусности, не превышающей конусность угла трения, обеспечивается монтаж и демонтаж соединения стыковочных узлов 1 и 2 посредством использования фрикционного ленточного ключа 28 (фиг. 4 и 7) без дополнительных технических средств удержания ленточного ключа 28 на конической поверхности теплозащитного покрытия 21 втулки 3. При конусности, превышающей угол трения, такие технические средства требуются. Для обеспечения бездефектной работы с теплозащитным покрытием 21 втулки 3 ленточный ключ оснащен упругодеформируемой прокладкой 29.

На фиг. 6 приведен фрагмент варианта конструктивного исполнения соединения стыковочных узлов 1 и 2, в котором их торцы в состыкованном рабочем состоянии входят в соприкосновение по плоскости К до выбора люфтов l (фиг.4) между торцами теплозащитной проставки (^*втулки) 3 и ответными торцами стыковочных узлов 1 и 2 или одного ответного торца стыковочного узла, например 1, как это показано на фиг.4.

На фиг.4 литерой α₁ обозначен угол полураствора теплозащитного покрытия втулки 3, при котором кромки торцов стыковочных узлов 1 и 2 и кромки ответных торцов втулки 3 расположены с выступами δ обеспечивающими на стыках срыв набегающего скоростного теплового потока.

На фиг.5 поз.14 показан вариант сухаря Г-образной формы, который исключает поворот (наклон) его в кольцевой проточке 9 при натяжке стока и обеспечивает плавное и прямолинейное скольжение сухарей по ответной кромке как кольцевой проточки 9, так и кромке окон 23.

В качестве контровочного фиксатора соединения в состыкованном рабочем положении используется пружинный сламывающийся при демонтаже фиксатор 30, входящий в зацепление с лобовой насечкой 31, выполненной на небольшом участке на торце цилиндрического хвостовика 22 накидной гайки 4. Позицией 32 обозначен контур пружинного фиксатора 30 в надломленном виде после демонтажа соединения.

Втулка 3 для упрощения технологии сборки установлена на накидной гайке 4 с возможностью продольного перемещения. Для предотвращения возможного выпадания втулки 3, например при различных пространственных положениях плоскости стыка соединения стыкуемых узлов 1 и 2, может быть использован шариковый пружинный фиксатор, размещаемый в радиальном отверстии, образованном в теле металлической обоймы 18, и входящий в зацепление с продольной проточкой, образованной на внешней поверхности накидной гайки 4 (не показан).

Разъемное винтовое соединение работает следующим образом.

В исходном положении стыковочные узлы 1 и 2 подведены вплотную один к другому ответными торцами, ленточный ключ 28 установлен и закреплен на втулке 3.

Вращением втулки 3 накидная гайка 4 навинчивается на ответную нарезку 15 горловины 7 стыковочного узла 2 до плотного соприкосновения торцов втулки 3 с торцами стыковочных узлов 1 и 2. Окончательная фиксация соединения производится дополнительной затяжкой втулки 3 с усилием заданного крутящего момента. Таким же образом осуществляется соединение стыковочных узлов 1 и 2, в которых на ответных торцах винтовых нарезок выполнены продольные пазы 24 и 25, но при этом соединение осуществляется не путем полнооборотного вращения втулки 3, а путем вращения втулки 3 на незначительный угол, соответствующий углу дуги по ширине пазов 24 или 25.

Для соединения стыковочных узлов 1 и 2, диаметр которых по винтовой нарезке D превышает 250 мм, может быть использована прямоугольная или трапециевидная резьба, как более технологическая для больших диаметров. В этом случае окончательная затяжка и фиксация втулки 3 в рабочем положении, как показали экспериментальные проверки, должны осуществляться трехкратным навинчиванием накидной гайки 4 с последующим повторным незначительным ослаблением первой и второй затяжек. Такая технология затяжки обеспечивает жесткую затяжку и фиксацию соединения без использования специальных средств фиксации.

Демонтаж соединения осуществляется отвинчиванием накидной гайки 4 путем вращения втулки 8. При расстыковке соединения сломанный фиксатор 30 должен быть заменен на новый.

Испытания опытных фрагментов предлагаемого разъемного винтового соединения подтвердили технологичность изготовления и сборки, удобство выполнения монтажных работ, в том числе оперативных, и в целом показали хорошие эксплуатационные качества. Проверка работы стыков соединения в жестком (напряженном) тепловом режиме, в том числе и в скоростном тепловом потоке, показала, что для обеспечения надежной защиты металлических элементов конструкции соединения значения величин δ и l не должны выходить за пределы 0,8 и 0,3 мм (суммарно) соответственно.

Применение предлагаемого разъемного винтового соединения позволяет:
повысить уровень технологичности изготовления и сборки;
повысить прочность соединения;
расширить область применения;
обеспечить целостность теплозащитного покрытия без непосредственного доступа к крепежным элементам соединения при многократных монтажных операциях;
повысить уровень ремонтопригодности;
обеспечить быстроразъемность соединения;
повысить удобство обслуживания и эксплуатационные качества;
повысить эксплуатационную надежность в целом.

Сущность изобретения: между стыковочными узлами размещена втулка. На наружной поверхности одного стыковочного узла выполнена кольцевая проточка, на другом - резьбовой участок. Втулка выполнена в виде теплозащитной проставки, армированной металлической обоймой с шлицами на ее внутренней поверхности, и размещена коаксиально на внешней стороне накидной гайки. Гайка выполнена с цилиндрическим хвостовиком с равномерно расположенными по окружности окнами, в которых радиально установлены сухари, взаимодействующие с одной стороны с шлицами обоймы, с другой расположены в проточке. На резьбовых участках гайки и второго ответного узла выполнены равномерно расположенные по окружности и соосно совпадающие продольные пазы. Сухари имеют Г-образную форму. 2 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. РАЗЪЕМНОЕ ВИНТОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ преимущественно с теплозащитным покрытием, содержащее стыковочные узлы и втулку между ними, накидную гайку и кольцевой уплотняющий элемент, отличающееся тем, что оно снабжено сухарями, на наружной поверхности одного из стыковочных узлов выполнена кольцевая проточка, а на другом резьбовой участок, втулка выполнена в виде теплозащитной проставки, армированной металлической обоймой со шлицами на ее внутренней поверхности, и размещена коаксиально на внешней стороне накидной гайки, а накидная гайка выполнена с цилиндрическим хвостовиком с равномерно расположенными по окружности окнами, в которых радиально установлены сухари, взаимодействующие с одной стороны со шлицами обоймы, а с другой расположены в кольцевой проточке одного из стыковочных узлов. 2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что в нем на резьбовых участках накидной гайки и второго ответного стыковочного узла выполнены равномерно расположенные по окружности и соосно совпадающие продольные пазы. 3. Соединение по п.1, отличающееся тем, что в нем сухари выполнены Г-образной формы.