БЫСТРОРАЗЪЕМНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБОПРОВОДА Российский патент 1997 года по МПК F16L37/00 

Изобретение относится к трубопроводной технике и гидроприводостроению и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.

Известны быстроразъемные соединения трубопроводов, содержащие две стыкуемые полумуфты, стяжное устройство, подпружиненные отсечные клапаны в виде шаров и уплотнения стыков см. например книгу Холина К.М. Никитина О.Ф. Основы гидравлики и объемные гидроприводы. М. Машиностроение, 1989, с.137, рис. 5.13.

Недостатки таких соединений:
большие объемы выброса среды из трубопровода при расстыковке и захвата внешней среды при стыковке соединения, связанные с наличием значительного стыковочного объема внутри цилиндрического соединения полумуфт между закрытыми клапанами;
сложность защиты от загрязнения и коррозии стыкуемых поверхностей полумуфт из-за их многоступенчатой цилиндрической формы, требующей применения сложных по конфигурации защитных пробок и колпачков при хранении расстыкованных полумуфт;
отсутствие унификации полумуфт в соединении, усложняющее их производство и не допускающее стыковку любой пары полумуфт из комплекта полумуфт одинакового размера, т.к. полумуфты не взаимозаменяемы и разделяются на два типа "охватывающие" и "охватываемые";
узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать отсечные клапаны полумуфт в качестве обратных и запорных из-за того, что привод клапанов осуществляется с внутренней стороны цилиндрического соединения, путем их упора друг в друга при стяжке полумуфт;
высокое гидравлическое сопротивление из-за ограниченного хода клапанов, определяемое выступанием шаров за стыкуемые торцы полумуфт.

Известно принятое за прототип быстроразъемное соединение трубопровода, соединяющее две полумуфты, стяжное устройство, подпружиненные отсечные конические клапаны и уплотнители, см. например каталог Гидро- и пневмопривод и его элементы. М. Машиностроение, 1992, с.93, рис.5. Такие соединения имеют пониженное гидравлическое сопротивление благодаря увеличенному ходу клапанов за счет наличия на торце клапана упорного выступа. Однако они сохраняют все остальные перечисленные недостатки аналога, а увеличение хода клапанов ведет к росту объема выброса среды из трубопровода, например при его внутреннем диаметре 10 мм объем выброса среды при расстыковке превышает 1 см³, что портит внешний вид гидросистем и недопустимо для пожароопасных и токсичных сред.

Цель изобретения уменьшение объемов выброса среды из трубопровода при расстыковке и захвата внешней среды при стыковке соединения, упрощение защиты от загрязнений и коррозии стыкуемых поверхностей полумуфт, унификация стыкуемых концов полумуфт, расширение функциональных возможностей за счет выполнения дополнительных функций обратного и запорного клапанов, сокращение зоны обслуживания за счет возможности управления клапанами двух полумуфт со стороны одной из полумуфт.

Цель достигается тем, что в быстроразъемном соединении, содержащем две стыкуемые полумуфты, стяжное устройство, подпружиненные отсечные конические клапаны и уплотнители, стыкуемые торцы обоих полумуфт и клапанов выполнены плоскими и расположены в одной плоскости при закрытом положении клапаном и по меньшей мере один из клапанов снабжен приводом с внешней стороны полумуфт, например в виде штока клапана, выходящего наружу из полумуфты через торцовую пробку, и фиксатора открытого положения клапана, например в виде кулачка, размещенного на конце штока; привод клапана по меньшей мере в одной из полумуфт выполнен в виде штока, установленного в клапане подвижно на резьбе с возможностью выхода торца штока за торец полумуфты, а клапан зафиксирован от проворота в полумуфте, например с помощью плоского хвостовика, размещенного в пазах пробки.

Такая конструкция быстроразъемного соединения трубопровода благодаря переходу от внутреннего привода клапанов к внешнему позволяет заметить цилиндрические соединения полумуфт на плоско-торцовое, совместить плоские торцы клапанов с плоскостью стыка полумуфт и в сотни раз уменьшить стыковочный объем внутри соединения полумуфт между закрытыми клапанами, определяющий выброс среды из трубопровода при расстыковке и захват внешней среды при стыковке соединения. Одновременно упрощается защита плоских стыкуемых поверхностей полумуфт от загрязнения и коррозии, т.к. вместо сложных по конфигурации пробок и колпачков, защищающих полумуфт в расстыкованном состоянии, могут применяться отрезки липкой ленты. Обе стыкуемые полумуфты становятся унифицированными (одинаковыми) как минимум по стыкуемым поверхностям, что упрощает их изготовление и использование, обеспечивая взаимозаменяемость. Внешний привод клапанов существенно расширяет функциональные возможности соединения, т. к. позволяет управлять клапанами как в стыкованном, так и в расстыкованном состоянии полумуфт и применять их не только для закрытия (отсечки) стыкуемых концов трубопровода, но и как обратных клапанов для ограничения направления потока и запорных клапанов для частичного или полного перекрытия потока в трубопровода. Привод клапан по меньшей мере в одной из полумуфт, выполненный в виде подвижного резьбового соединения штока с клапаном с фиксацией клапана от поворота в корпусе и возможностью выхода штока за торец полумуфты, позволяет управлять клапанами обеих полумуфт со стороны полумуфты с таким приводом, так как при вращении штока он взаимодействует сразу с двумя клапанами и разводит их в стороны от стыковой плоскости. При этом сокращается зона, необходимая для обслуживания соединений и расширяется сфера его применения. Например одна из полумуфт может компактно размещаться в корпусе гидромашины или аппарата.

На фиг. 1 изображена конструкция одной на полумуфт быстроразъемного соединения трубопровода; на фиг. 2 вариант полумуфты с резьбовым штоком клапана; на фиг. 3 быстроразъемное соединение трубопровода в стыкованном состоянии; на фиг. 4 вариант состыкованного быстроразъемного соединения трубопровода с резьбовым штоком клапана.

Быстроразъемное соединение трубопровода содержит две стыкуемые полумуфты 1 и 1' с коническими отсечными клапанами 2 с пружинами 3. Идентичные стыковочные торцы 4 полумуфт 1 и 1' и торцы 5 клапанов до открытия клапанов расположены в одной стыковочной плоскости 6. Привод клапана с внешней стороны полумуфты выполнен в виде штока 7, выходящего из полумуфты через торцовую пробку 8. Фиксатор открытого положения клапана выполнен в виде кулачка 9, закрепленного на конце штока на оси 10. Герметизация соединений между пробкой, штоком и полумуфтой обеспечивается уплотнениями 11 и 12. Для герметизации стыка между полумуфтами на их торцах установлены уплотнения 13. Стяжное устройство 14 полумуфт выполнено бугельным из двух полуколец П-образной формы, стягиваемых болтами.

В варианте фиг. 2 с резьбовым штоком на штоке 7 и клапане 2 выполнена резьба 15, торец 16 штока может выходить за торец 5 клапана и торец 4 полумуфты, а клапан 2 зафиксирован от проворота в полумуфте с помощью хвостовика 17, размещенного в пазах 18 пробки 8. Для герметизации стыка штока с клапаном предусмотрено уплотнение 19. Клапан 2 герметично соединяется с седлом 20 на полумуфте по притертым коническим поверхностям либо с помощью мягких покрытий или эластичных вставок. Свободные концы 21 полумуфт стыкуются с жесткими или гибкими трубопроводами обычными способами сварки, пайки, напрессовки и т.п. Одна ил полумуфт 1 может не иметь привода клапана и выполняться за одно целое с корпусами гидромашин и аппаратов или размещаться внутри них, фиг. 4. При этом клапан 2 центрируется в полумуфте через втулку 22. Внутренняя полость полумуфт и трубопровода заполнена жидкой средой 23.

В качестве стяжного устройства 14 могут применяться хомуты, байонеты и другие типы быстроснимаемых стяжек.

Привод клапанов может осуществляться не только посредством штока, но и аналогично электромагнитным клапаном с помощью магнитных сил.

Плоская форма стыковочных торцев 4 и 5 позволяет защищать их от загрязнений коррозии наиболее простым и дешевым способом наклейкой отрезка липкой ленты.

Быстроразъемное соединение трубопровода работает следующим образом. В расстыкованном положении полумуфт клапан 2 прижат пружиной 3 по конической поверхности к седлу 20 полумуфты и трубопровод, подключенный к концу 21 полумуфт, отсечен от окружающей среды. Однако наличие внешнего привода клапана позволяет отрыть клапан, например для слива среды 23 из трубопровода. В варианте конструкции фиг. 1 открытие клапана производится поворотом кулачка 9 на оси 10 на угол 90^oC по часовой стрелке, которое приводит к скольжению его профильной поверхности по торцу пробки 8 и вытягиванию штока 7 из полумуфты с отходом клапана 2 от седла 20. Фиксация клапана в открытом положении обеспечивается плоской площадкой на вершине профиля кулачка. В варианте фиг. 2 открытие клапана может производиться либо аналогичным поворотом кулачка 9 вокруг оси 10 против часовой стрелки, либо его вращением вместе со штоком вокруг оси штока. При этом после нескольких оборотов кулачок 9 упирается в торец пробки 8 и удерживает шток в осевом направлении, а клапан 2 скользит по резьбе штока от седла в сторону пробки, удерживаемой от вращения плоским хвостовиком.

Закрытие клапанов производится вращением кулачка с возвратом в исходное положение. При этом пружины 3 герметично прижимают клапаны 2 к седлам 20.

Стыковка быстроразъемного соединения трубопровода приводится при закрытых клапанах. Плоская форма стыковочных поверхностей с незначительным выступанием уплотнений 13 обеспечивает минимальную величину стыковочного объема между полумуфтами, и соответственно минимальный объем окружающей среды, захватываемой при стыковке полумуфт. Стяжное устройство 14 стягивает полумуфты и сжимает уплотнения 13 для герметизации стыка полумуфт. Затем производится открытие одного из двух клапанов в полумуфтах. При открытии одного клапана второй закрытый клапан работает как обратный, пропуская среду по трубопроводу только со стороны открытого клапана. При открытии обоих клапанов среда свободно проходит в любом направлении. Изменяя угол поворота кулачка, можно регулировать степень открытия клапана и поток среды в трубопроводе или перекрывать трубопровод без расстыковки полумуфт.

В варианте фиг. 4 для открытия обоих клапанов вращением кулачка 9 производится ввинчивание штока 7 в клапан 2 до упора клапана в пробку 8. После чего торец 16 штока 7 упирается в торец 5 клапана противоположной полумуфты и при дальнейшем вращении штока отжимает его от седла. Таким образом с помощью одного привода производится управление клапанами двух состыкованных полумуфт.

В случае стыковки двух одинаковых полумуфт фиг. 2, открытие обоих клапанов может производится приводом любой из полумуфт, действующим как было описано выше.

Расстыковка полумуфт осуществляется после закрытия клапанов и снятия стяжного устройства. После закрытия клапанов стыковочный объем между плоскими торцами полумуфт и клапанов близок к нулю, поэтому выброс среды из трубопровода практически отсутствует.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства по сравнению с базовым объектом, за который принят прототип, заключается в следующем:
в сотни раз снижаются объемы выброса среды из трубопровода при расстыковке и захвата внешней среды при стыковке соединения, что повышает экологическую чистоту и пожароопасность изделий с таким соединением и сокращает потери дорогостоящих рабочих жидкостей в гидроприводах;
упрощается защита стыкуемых поверхностей полумуфт от загрязнения и коррозии, т. к. вместо сложных по конфигурации пробок и колпачков, применяемых для защиты расстыкованных полумуфт, могут использоваться отрезки липкой ленты, закрывающие их плоские торцы;
расширяются функциональные возможности соединения благодаря совмещению функций отсечных, обратных и запорных клапанов и их управлению как в состыкованном, так и в расстыкованном состоянии полумуфт, что позволяет исключить часто устанавливаемые вблизи концов трубопроводов обратные или запорные клапаны;
обеспечивается унификация полумуфт или их стыкуемых концов, при этом упрощается их изготовление и исключается присущий прототипу недостаток в невозможности стыковки любой пары полумуфт одинакового типоразмера.

Использование: трубопроводная техника и гидроприводостроение. Сущность изобретения: стыкуемые торцы обеих полумуфт и отсеченных конических клапанов выполнены плоскими, расположенны в одной плоскости при закрытом положении клапанов и по меньшей мере один из клапаном снабжен приводом с внешней стороны полумуфты, например в виде клапана, выходящего наружу из полумуфты через торцовую пробку, и фиксатором открытого положения клапана, например в виде кулачка, размещенного на конце штока; привод клапана одной из полумуфт выполнен в виде штока, установленного в клапане подвижно с возможностью выхода торца штока за торец полумуфты, а клапан зафиксирован от поворота в полумуфте, например с помощью плоского хвостовика, размещенного в пазах пробки. 1 з.п. ф-лы. 4 ил.

1. Быстроразъемное соединение трубопровода, содержащее две стыкуемые полумуфты, стяжное устройство, подпружиненные отсечные конические клапаны и уплотнители, отличающееся тем, что стыкуемые торцы обеих полумуфт и клапанов выполнены плоскими и расположены в одной плоскости при закрытом положении клапанов, и по меньшей мере один из клапанов снабжен приводом с внешней стороны полумуфты через установленную на торце полумуфты пробку, и фиксатором открытого положения клапана, например, в виде кулачка, размещенного на конце штока. 2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что привод клапана по меньшей мере одной из полумуфт выполнен в виде штока, установленного в клапане подвижно на резьбе с возможностью выхода торца штока за торец полумуфты, а клапан зафиксирован от проворота в полумуфте, например, с помощью выполненного на нем плоского хвостовика, размещенного в пазах, выполненных на внутреннем торце пробки, установленной в полумуфте рядом с клапаном.