РАЗЪЕМНЫЙ УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ ХОМУТ Российский патент 1996 года по МПК F16L33/00 

Изобретение относится к области пневмо-гидрооборудования и может быть использовано в гидравлических и пневматических системах машин и механизмов, в системах питания, охлаждения и смазки двигателей внутреннего сгорания, а также в других отраслях машиностроения, использующих крепление эластичных труб и патрубков на жестком основании.

Известен разъемный уплотнительный хомут, состоящий из гибкой уплотнительной ленты, охватывающей разъемное соединение по наружному периметру, и механизма натяжения этой ленты, включающего корпус с хвостовиком, за который крепятся один конец ленты, и ось, на которую наматывается другой конец ленты в процессе ее натяжения [1]
Технический недостаток этого устройства заключается в недостаточном натяжении уплотнительной ленты и в плохой фиксации усилий этого натяжения. В качестве натяжного элемента в таких хомутах используют шплинт, который при наматывании на него ленты легко скручивается, что ограничивает силу натяжения ленты. Кроме того, натянутая лента удерживается только силами деформации, возникающими при наматывании ленты. Эти силы недостаточны для удержания уплотнительной ленты в натянутом состоянии и поэтому рассматриваемый хомут не обеспечивает надежного уплотнения соединений. Помимо этого, в той зоне, где уплотнительная лента завершает свой первый полный виток и переходит на формирование второго, она приподнимается на ступеньку, образованную хвостовиком натяжного звена, за которую крепится начальный конец ленты. Приподнимаясь на эту ступеньку, лента отрывается от поверхности уплотняемого соединения, теряет контакт с этой поверхностью и в зоне отрыва не оказывает своего уплотняющего действия.

Известен хомут, состоящий из уплотнительной ленты со специальной перфорацией и механизма натяжения этой ленты, выполненного в виде червяка, соединенного с лентой таким образом, что при вращении червяка участок ленты с перфорацией выполняет роль червячного колеса, которое, вращаясь, обеспечивает натяжение уплотнительной ленты [2] Такой хомут обеспечивает хорошее натяжение уплотнительной ленты и надежную ее фиксацию.

Технический недостаток этого устройства состоит в том, что перфорированная лента для надежного зацепления с червяком должна иметь значительно большую толщину, чем толщина ленты в ранее рассмотренном хомуте [1] Поэтому ступенька, на которую приподнимается лента в зоне перехода с первого витка на второй, будет, соответственно, больше, и, следовательно, уплотняющее действие хомута с перфорированной лентой и натяжным червяком хуже, чем в ранее рассмотренной конструкции.

Известен также разъемный уплотнительный хомут, содержащий гибкую уплотнительную ленту, охватывающую поверхность разъемного соединения с образованием по меньшей мере двух петель и узла их пересечения с отверстием для пропускания ленты, а также механизм натяжения ленты с двумя, соединенными стяжкой натяжными звеньями, имеющими каждое цилиндрический шарнир с корпусом и осью, пересекающей стяжку, и хвостовик, направленный вдоль поверхности разъемного соединения и имеющий на краю прорезь для крепления одного из свободных концов ленты [3]
Технический недостаток этого хомута заключается в потере контакта ленты с поверхностью уплотняемого соединения в зоне расположения узла пересечения внутренней и внешней петель независимо от места расположения этого узла. В зоне, где контакт ленты с поверхностью разъемного соединения потерян, уплотняющее действие ленты отсутствует и, следовательно, хомут в целом не выполняет своей функции не уплотняет разъемного соединения.

Технический задачей изобретения является обеспечение надежного полноохватного и равномерного уплотнения разъемных эластичных соединений по всему их периметру.

Сущность изобретения заключается в том, что в разъемном уплотнительном хомуте, содержащем гибкую уплотнительную ленту, охватывающую поверхность разъемного соединения с образованием, по меньшей мере, двух петель и узла их пересечения с отверстием для пропускания ленты, а также механизм натяжения ленты с двумя соединенными стяжкой натяжными звеньями, имеющими каждое цилиндрический шарнир с корпусом и осью, пересекающей стяжку, и хвостовик, направленный вдоль поверхности разъемного соединения и имеющий на краю прорезь для крепления одного из свободных концов ленты, узел пересечения снабжен выполненным на ленте или на хвостовике натяжного звена уплотнительным элементом в виде консольно установленного в указанном отверстии лепестка прямоугольной формы и треугольного сечения, сужающегося к его свободному краю, обращенному вдоль ленты навстречу ее приподнятому участку. Кроме того, уплотнительный элемент выполнен с длиной не менее длины приподнятого участка ленты, в зоне узла пересечения лента или хвостовик натяжного звена выполнены с шириной, превышающей ширину уплонительного элемента, а соответствующий конец ленты пропущен через отверстие узла пересечения из-под встречного конца ленты или из-за шарнира натяжного звена.

Технический результат, позволяющий решать указанную техническую задачу состоит в том, что разъемный хомут обеспечивает надежное уплотнение без пропусков по всему периметру разъемного соединения за счет наличия уплотнительного элемента, обеспечивающего уплотнение разъемного соединения на участке, где лента прерывает свое уплотняющее действие.

На фиг. 1 показан общий вид разъемного хомута, в котором уплотнительная лента образует две пересекающиеся петли, при этом узел пересечения петель расположен в зоне размещения одного из натяжных звеньев, на фиг.2 показан вариант разъемного хомута, в котором узел пересечения петель уплотнительной ленты расположен произвольно по периметру хомута за пределами натяжных звеньев; на фиг. 3 показано натяжное звено с уплотнительным элементом и участками уплотнительной ленты в зоне узла пересечения петель, на фиг.4 показан узел пересечения петель с уплотнительным элементом для варианта хомута, в котором этот узел вынесен за пределы натяжных звеньев; на фиг.5 показано натяжное звено, снабженное уплотнительным элементом, с обозначением герметических расчетных параметров.

Разъемный хомут для уплотнения эластичных разъемных соединений (фиг.1) состоит из гибкой уплотнительной ленты 1 и механизма натяжения этой ленты, включающего натяжные звенья 2 и 3, соединенные, соответственно, с концами 4 и 5 уплотнительной ленты 1, и стяжки, выполненной, например, в виде винта 6 с удлинительной втулкой 7. Натяжное звено 2 имеет цилиндрический шарнир с корпусом 8 и осью 9, хвостовик 10 с прорезью, через которую пропущен конец уплотнительной ленты 4 и уплотнительный элемент 11, примыкающий непосредственно к хвостовику 10. Натяжное звено 3 содержит цилиндрический шарнир с корпусом 12 и осью 13 и хвостовик 14, соединенный с концом 5 уплотнительной ленты 1. Ось 13 в центре по ее длине имеет сквозное отверстие, ось 9 также в центре по ее длине имеет сквозное резьбовое отверстие. Через отверстие оси 13 пропущен стяжной винт 6, который ввернут в резьбовое отверстие оси 9. Между головкой винта 6 и осью 13 шарнира натяжного звена 3 установлена удлинительная втулка 7. Уплотнительный элемент 11 (фиг.3 и 5) натяжного звена 2 выполнен в виде консольного лепестка прямоугольной формы в плане, непосредственно примыкающего к хвостовику 10, при этом ширина уплотнительного элемента близка к ширине уплотнительной ленты 1. Свободный конец 20 уплотнительного элемента 11 в продольном сечении имеет форму треугольника, сужающегося к концу уплотнительного элемента 11 (фиг.5).

Уплотнительная лента 1 вместе с механизмом натяжения образует две пересекающиеся и переходящие друг в друга внутреннюю и наружную замкнутые петли (фиг. 1). Внутренняя замкнутая петля состоит из уплотнительного элемента 11, хвостовика 10 натяжного звена 2 и соединенного с этим звеном участка 15 уплотнительной ленты 1, заканчивающегося в точке К1, в котором лента 1, завершая полный виток, встречается с уплотнительным элементом 11 (см. также фиг. 5). С целью наглядности элементы хомута на фиг.1, 2, 3 условно показаны с просветами. В реальном хомуте точа К1 уплотнительной ленты 1 соприкасается с концом уплотнительного элемента 11, замыкая внутреннюю петлю, что показано на фиг.5. Наружную замкнутую петлю образуют: участок 16 уплотнительной ленты 1, начиная с точки К1, натяжное звено 3, стяжной винт 6 и натяжное звено 2, хвостовик 10 которого соединен с концом 4 ленты 1. Точка К2 (фиг.5 и 1), в которой уплотнительная лента огибает хвостовик 10 натяжного звена 2, принадлежит одновременно наружной и внутренней петлям. Участок хомута К1-К2 является узлом пересечения внутренней и наружной петель в этой зоне одна петля переходит в другую. Узел пересечения петель на фиг.1 выделен кружком и обозначен буквой А.

Узел пересечения петель уплотнительной ленты 1 может быть расположен за пределами натяжных звеньев 2, 3 в любом месте хомута по его периметру (фиг. 2). В этом случае оба натяжных звена 2, 3 имеют одинаковую конструкцию и различаются только отверстиями в осях шарниров: ось 9 имеет резьбовое отверстие, ось 13 отверстие без резьбы. Оба натяжных звена в этом случае имеют также и одинаковую схему соединения концов ленты 1 с их хвостовиками 10, 14. В конструкции хомута, где узел пересечения петель уплотнительной ленты 1 не совпадает ни с одним из натяжных звеньев 2, 3, этот узел А состоит из широкого участка 17 уплотнительной ленты 1 с прямоугольным отверстием 18 (фиг.4). Широкий участок 17 ленты, по крайней мере, в два раза шире его остальной ленты 1. Внутри прямоугольного отверстия 18 уплотнительной ленты 1 со стороны ее большего конца расположен уплотнительный элемент 11, выполненный в виде консольно расположенного лепестка прямоугольной формы в плане и треугольного сечения, сужающегося к свободному концу 20 элемента 11.

Разъемный уплотнительный хомут работает следующим образом.

Уплотняемое разъемное эластичное соединение, как правило, состоит из жесткой трубы круглого или некруглого сечения и расположенного поверх этой трубы эластичного патрубка (трубы, рукава и т.п.). Формирование петель уплотнительной ленты 1, стягивающих разъемное соединение, зависит от типа хомута. При использовании хомута, в котором зона пересечения петель совпадает с одним из натяжных звеньев 2 (фиг.1), формирование внутренней петли, непосредственно обжимающей уплотняемое соединение, начинается путем соединения одного из концов уплотнительной ленты 1 с натяжным звеном 2, имеющим уплотнительный элемент. При этом, конец ленты 1 пропускается в отверстие 19 хвостовика 10 (фиг.3) натяжного звена 2 в направлении из внутренней области предполагаемой петли (она еще не сформирована) наружу. Пропущенный в отверстие конец ленты охватывает хвостовик 10 натяжного звена 2 и загибается для удержания его таким образом, чтобы свободный конец ленты 1 после накладывания ее на уплотняемое соединение не касался поверхности этого соединения и оказался поверх основного участка 15 ленты (фиг.1, 3). Затем вокруг уплотняемого соединения формируется внутренняя петля ленты 1, непосредственно охватывающая разъемное соединение. Перед завершением формирования внутренней петли и переходе к формированию наружной петли оставшийся свободный конец уплотнительной ленты 1 пропускается в пространство между осью 9 шарнира натяжного звена 2, уже соединенного с лентой 1 и его уплотнительным элементом 11 (фиг.1 и 3). Указанное пространство выполняет функции отверстия узла пересечения петель уплотнительной ленты 1, через которое пропускается свободный конец ленты 1 в процессе формирования петель. Затем уплотнительная лента 1 совершает второй оборот вокруг уплотняемого соединения поверх первого и соединяется с натяжным звеном 3 таким образом, что оставшийся конец ленты 1 пропускается в хвостовик 14 в направлении снаружи петли в ее внутреннюю область и перегибается для удержания натяжного звена 3. При этом, длину свободного конца ленты 1 вместе с присоединенным натяжным звеном 3 регулируют таким образом, чтобы стяжной винт 6 (фиг.1), пропущенный в отверстие оси 13 шарнира натяжного звена 3, мог быть ввернут в резьбовое отверстие оси 9 шарнира натяжного звена 2. Окончательное стягивание уплотнительной ленты 1, охватывающей разъемное соединение, осуществляется винтом 6, который при вворачивании его в резьбовое отверстие оси 9 сближает натяжные звенья 2, 3 и, следовательно, стягивает наружную, а через нее и внутреннюю петли уплотнительной ленты 1. При этом, свободные концы 4, 5 уплотнительной ленты 1 оказываются расположенными между наружными и внутренними ее участками и удерживаются в соединении с натяжными звеньями 2, 3 силами трения и силами пластической деформации, возникшими при огибании лентой 1 хвостовиком 10, 14 натяжных звеньев 2, 3. Удлинительная втулка 7 необходима для того, чтобы вывести головку винта 6 за пределы корпуса 12 натяжного звена 3 с целью свободного оперирования отверткой при вращении винта 6.

На участке хомута К1-К2, где уплотнительная лента 1 приподнята над поверхностью разъемного соединения и не имеет непосредственного контакта с ней, уплотнение разъемного соединения осуществляется при помощи уплотнительного элемента 11, который перекрывает зону, где лента 1 приподнята над поверхностью соединения (фиг.5). Теперь на участке К1-К2 на уплотняемую поверхность лента 1 оказывает давление, а, следовательно, и уплотняющее действие через уплотнительный элемент 11 в результате весь периметр разъемного эластичного соединения оказывается обжатым уплотнительной лентой 1 в сочетании с уплотнительным элементом 11 без пропусков и просветов. Для выполнения условия сплошного обжатия длина уплотнительного элемента 11 должна быть, по крайней мере, не меньше длины приподнятого участка ленты 1. В связи с тем, что сам уплотнительный элемент 11 имеет некоторую толщину, равную, например, толщине металла, из которого изготовлено натяжное звено 2, передняя кромка элемента 11, в свою очередь, также является ступенькой, на которую приподнимается лента 1 при встрече с уплотнительным элементом 11. Поэтому перед передней кромкой уплотнительного элемента 11 может появиться неуплотненная зона тем меньшая, чем тоньше кромка. С целью уменьшения этой зоны или ее ликвидации, конец уплотнительного элемента 11 выполнен скошенным таким образом, что его сечение плоскостью, проходящей вдоль уплотнительного элемента 11 перпендикулярно плоскости лепестка, представляет собой треугольник, сужающийся к свободному концу 20 элемента 11 (фиг.5). Толщина передней кромки скошенного конца уплотнительного элемента 11 должна иметь минимально возможное значение, ограниченное лишь условием нежелательности превращения ее в режущую кромку. Для практических целей достаточно, если эта толщина равна 0,10.0,15 мм.

Длина уплотнительного элемента 11, обеспечивающая надежное уплотнение разъемного соединения в зоне пересечения наружной и внутренней петель уплотнительной ленты 1, определяется из условия:
(1)
где Л_у длина уплотнительного элемента 11, мм, Д внешний диаметр уплотняемого разъемного соединения, мм, Н толщина хвостовика 10(14) натяжного звена 2(3) плюс удвоенная толщина уплотнительной ленты 1, мм. При уменьшении длины уплотнительного элемента 11 меньше размера Л_у, определяемого формулой (1), появляется неуплотненная зона тем большая, чем меньше размер Л_у. При увеличении длины элемента 11 больше размера Л_у в соответствии с формулой (1) увеличивается вероятность потери продольной устойчивости, вызванная тем обстоятельством, что при стягивании ленты 1 на уплотнительный элемент 11 действует сжимающая сила трения, направленная вдоль уплотнительного элемента 11. При определенной критической длине уплотнительного элемента 11 под действием сжимающих сил он теряет продольную устойчивость, изгибается в сторону, обратную прижимающим усилиям, и, несмотря на давление ленты 1 в процессе ее натяжения, не может обеспечить уплотнения в этой зоне.

Для нормальной работы хомута, помимо уже рассмотренного условия (1), натяжное звено 2 с уплотнительным элементом 11 также должно иметь определенную длину не менее некоторой критической величины, определяемой выражением:
(2)
где Л_н длина натяжного звена 2, имеющего уплотнительный элемент 11, мм, Д внешний диаметр уплотняемого разъемного соединения, мм, д_o - диаметр оси шарнира, мм; В толщина металла, из которого изготовлен корпус 8 натяжного звена 2, мм. Условие (2) объясняется тем обстоятельством, что сила Ф_л натяжения ленты действует на натяжное звено 2 в направлении, проходящем через центр оси шарнира и одновременно по касательной к поверхности уплотняемого соединения (фиг. 5). Если натяжное звено 2 имеет меньшую длину, чем это определяет условие (2), то под действием натяжения ленты 1 его хвостовик 10, стремясь расположиться по линии действия силы Ф_л, отрывается от поверхности уплотняемого соединения и, следовательно, не обеспечивает необходимого уплотнения в этой зоне. Условие (2) не распространяется на другое натяжное звено, не имеющее уплотнительного элемента на фиг.1 это звено 3. Длина натяжного звена 3 в этом случае может быть произвольной.

При использовании хомута, в котором узел пересечения петель уплотнительной ленты 1 находится за пределами натяжных звеньев 2, 3, порядок монтажа хомута на уплотняемое разъемное соединение несколько иной. В этом случае уплотняемое разъемное соединение в собранном виде охватывают лентой и формируют из нее первую внутреннюю петлю, непосредственно обжимающую уплотняемое соединение. Для этого более длинный конец уплотнительной ленты 1 пропускают в прямоугольное отверстие 18 широкого участка 17 ленты в направлении из внутренней области петли наружу таким образом, чтобы лента 1 охватила замкнутой петлей уплотняемое соединение, а два свободных конца 4 и 5 ленты 1 оказались снаружи петли. Путем натяжения двух свободных концов 4,5 уплотнительной ленты 1, образовавшихся после формирования первой замкнутой петли, осуществляется предварительное обжатие лентой 1 уплотняемого соединения. Затем свободные концы 4, 5 ленты 1 соединяют с натяжными звеньями 3 (фиг.2) таким образом, что каждый свободный конец 4, 5 ленты 1 пропускают в направлении снаружи петли в ее внутреннюю область. При этом, длину свободных концов 4, 5 ленты 1 с присоединенными натяжными звеньями 2, 3 регулируют таким образом, чтобы стяжной винт 6, пропущенный в отверстие оси шарнира одного из натяжных звеньев 2, 3, мог быть ввернут в резьбовое отверстие оси шарнира другого натяжного звена 3, 2. Окончательное стягивание уплотнительной ленты 1, охватывающей разъемное соединение теперь уже двумя петлями внутренней и наружной осуществляется стяжным винтом 6, который сближает натяжные звенья 2, 3, обеспечивая тем самым дополнительное натяжение ленты 1 и надежное уплотнение разъемного соединения. При этом, свободные концы 4, 5 уплотнительной ленты 1 оказываются расположенными между наружной и внутренней петлями и удерживаются в соединении с натяжными звеньями 2, 3 силами трения и силами пластической деформации, возникающими при огибании лентой 1 хвостовиков 10, 14 натяжных звеньев 2, 3.

В рассматриваемом варианте хомута конструкция уплотнительного элемента 11, расположенного в прямоугольном отверстии 18 широкого участка 17 ленты 1, и его действие аналогичны уплотнительному элементу 11 в рассмотренном ранее варианте хомута. При этом, длина уплотнительного элемента 11 определяется выражением (1), в котором, однако, в отличие от предыдущего случая параметр Н равен толщине уплотнительной ленты 1, выраженной в мм. Длина натяжных звеньев 2, 3 хомута, представленного на фиг.2, в связи с отсутствием в их конструкции уплотнительных элементов 11, не должна рассчитываться по формуле (2) и может быть назначена произвольно.

Предлагаемый разъемный уплотнительный хомут является полноохватным и обеспечивает надежное уплотнение по всему периметру разъемного соединения, в том числе, и на участке, где лента приподнимается над уплотняемой поверхностью, и следовательно, не соприкасаясь с ней, непосредственно не оказывает давления, необходимого для уплотнения разъемного соединения в указанной зоне. В зоне приподнятого участка ленты уплотнение разъемного соединения осуществляется уплотнительным элементом, который перекрывает зону, непосредственно не уплотненную лентой. Наличие полноохватного надежного уплотнения по всему периметру соединения без каких-либо пропусков позволяет использовать такие хомуты на уплотнении разъемных трубопроводов в гидравлических и пневматических системах при высоких давлениях жидкости и газа, не доступных другим типам ленточных хомутов. Конструкция хомутов обеспечивает их удобный монтаж и демонтаж без разборки разъемных соединений, что особенно важно при работе в стесненных условиях, а также при обслуживании машин и оборудования, включенных в производственные системы непрерывных технологических процессов. Хомут имеет простое конструктивное исполнение и низкую металлоемкость, он технологичен в изготовлении и универсален по диапазону диаметров обслуживаемых разъемных соединений.

Рассмотренные хомуты смогут найти широкое применение во многих отраслях промышленности, в строительстве, сельском хозяйстве, в быту там, где имеются трубопроводы, машины, оборудование, конструкции и сооружения, включающие разъемные соединения круглого и некруглого сечения, соединительные шланги, патрубки и другие подобные элементы. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4

Использование: для уплотнения эластичных труб и шлангов на жестком основании, соединений мягкими рукавами, при уплотнении эластичных крышек на банках и т.п. Сущность изобретения: разъемный уплотнительный хомут содержит эластичную ленту и механизм натяжения ленты, включающий, например, соединенные с концами ленты натяжные звенья, каждый из которых содержит цилиндрический шарнир с корпусом и осью, причем оси шарниров соединены стяжным винтом. Уплотнительная лента имеет участок с прямоугольным отверстием в нем уплотняющим элементом в этом отверстии. Замкнутая петля из уплотнительной ленты, непосредственно охватывающая уплотняемое эластичное соединение, сформирована таким образом, что один конец ленты пропущен сквозь прямоугольное отверстие в направлении из внутренней области петли - наружу, создавая зону пересечения одного участка ленты с другим. Эта зона может быть расположена в любом месте петли по ее периметру по отношению к механизму натяжения ленты: в частном случае зона пересечения может совпадать с одним из звеньев механизма натяжения ленты. В этом случае отверстие и уплотняющий элемент выполнены на хвостовике этого звена. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Разъемный уплотнительный хомут, содержащий гибкую уплотнительную ленту, охватывающую поверхность разъемного соединения с образованием по меньшей мере двух петель и узла их пересечения с отверстием для пропускания ленты, а также механизм натяжения ленты с двумя соединенными стяжкой натяжными звеньями, имеющими каждое цилиндрический шарнир с корпусом и осью, пересекающей стяжку, и хвостовик, направленный вдоль поверхности разъемного соединения и имеющий на краю прорезь для крепления одного из свободных концов ленты, отличающийся тем, что узел пересечения снабжен выполненным на ленте или на хвостовике натяжного звена уплотнительным элементом в виде консольно установленного в указанном отверстии лепестка прямоугольной формы и треугольного сечения, сужающегося к его свободному краю, обращенному вдоль ленты навстречу ее приподнятому участку. 2. Хомут по п.1, отличающийся тем, что уплотнительный элемент выполнен с длиной не менее длины приподнятого участка ленты. 3. Хомут по п.1, отличающийся тем, что в зоне узла пересечения лента или хвостовик натяжного звена выполнены с шириной, превышающей ширину уплотнительного элемента. 4. Хомут по п. 1, отличающийся тем, что соответствующий конец ленты пропущен через отверстие узла пересечения из-под встречного конца ленты или из-под оси шарнира натяжного звена.