РАЗЪЕМНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 2003 года по МПК F16L19/00 F16B2/00 

Изобретение относится к агрегатам и узлам пневмогидросистем (ПГС) и предназначено для герметичного сочленения трубопроводов в транспортных энергетических установках с повышенными требованиями к технологичности конструкции (удобство сборки, доступность подтяжки уплотнений без расчленения) и надежности в эксплуатации (повышенные герметичность, ресурс, работоспособность в утяжеленных условиях), например, при контакте с агрессивными ракетными топливами в авиационно-космических энергодвигательных установках, а также в стационарных промышленных установках.

Известно большое количество разъемных соединений трубопроводов общепромышленного и специального исполнения [1, 2].

В ПГС используются разъемные соединения с накидной гайкой при герметичном контакте сферических и конических поверхностей, называемые конструкторами соединениями "шар по конусу" (см.[1], книга 2, с.210, рис.495(3) "Ниппели с наружным конусом", а также [2], с.408, рисунок в табл.94 "Соединение прямое промежуточное"). Такие соединения выполнимы также из набора стандартизованных элементов по ГОСТ [3, 4, 5] и широко используются в испытательной и в бытовой технике, например в гибких удлинителях бытовой воды и газа.

Близкими к ним по техническому решению являются соединения тонкостенных труб с развальцовкой их концов (см. [2], с.385, табл.73 "Соединение прямое промежуточное").

Недостатком перечисленных устройств является постепенное механическое и коррозионное разрушение контактируемых металлических поверхностей с последующей потерей герметичности. Особенно заметно это может проявиться при большом числе расчленений и сочленений (повторных сборок-разборок) с большими моментами затяжки накидной гайки и наличии механических вибраций при эксплуатации.

Не менее известны и распространены разъемные соединения с прокладками (в том числе металлическими), в частности, так называемые штуцерные соединения с уплотнительными прокладками (см. [6]).

Достоинством их является простота конструкции, удобство и возможность повторных сборок и замены прокладок новыми. Работа с агрессивными средами обеспечивается выбором совместимых материалов.

К недостаткам можно отнести тот факт, что для сред с особо высокой агрессивностью (таких как гептил и амилин - топливо и окислитель ракетных двигателей) не всегда легко подобрать материал прокладок, даже из мягкого металла, стойкий в этой среде в течение длительного времени. Естественным следствием является снижение ресурса и постепенная потеря герметичности во времени.

Известны также в технике соединения третьего типа, преимущественно подвижные, в которых в качестве прокладок используются армированные манжетные уплотнения с пружинным подпором (см. [2], с.283, рис.36 "Примеры применения уплотнений").

При определенных преимуществах к их недостаткам, в дополнение к указанным для соединений с простыми прокладками, следует отнести усложнение их изготовления (сложная геометрия манжет и распорно-пружинных колец), а также явное усложнение процесса их экспериментальной отработки.

Соединения трубопроводов типа "шар по конусу", с развальцовкой труб, соединения с армированными манжетными уплотнениями рассматриваются аналогами изобретения, а разъемные неподвижные штуцерные соединения с кольцевыми прокладками - в качестве прототипа изобретения (см. [6], приложение 2 "Штуцерное соединение с уплотнительными металлическими прокладками и закрытым затвором", с.15, чертеж 1в - стяжное с конической прокладкой).

Штуцерные соединения с уплотнительными прокладками (в том числе металлическими), состоящие из штуцера, сочленяемого с ним наконечника, уплотнения между ними и стягивающей накидной гайки, как уже указывалось выше, не всегда могут гарантировать высокую и длительную (большой ресурс) герметичность в утяжеленных условиях эксплуатации в связи с механическим и коррозионным разрушением кольцевого уплотнения.

Задачей изобретения является повышение надежности, в частности, - повышение уровня герметичности, а также повышение гарантий сохранения герметичности при длительной работе в утяжеленных условиях эксплуатации (например, с агрессивными средами) с одновременным сохранением технологичности конструкции.

Техническим результатом является обеспечение неоднократного сочленения и расчленения (разъемность) соединения, замену прокладок, а также подтяжку (уплотнение) прокладок без разборки соединения в процессе эксплуатации. Причем указанная задача решается при ограниченных радиальных размерах соединения.

Задача достигается тем, что в разъемное соединение трубопроводов, содержащее штуцер, наконечник, накидную гайку и пояс уплотнения в виде конической прокладки, дополнительно введены два пояса уплотнений и промежуточная деталь в виде соосного штуцеру цилиндра с кольцевым выступом на его внешней поверхности и расположенным между свободными торцами штуцера и накидной гайки, по обе стороны от кольцевого выступа промежуточной детали выполнена однонаправленная резьба, образующая резьбовое соединение с ответной резьбой на внутренней поверхности цилиндрической части штуцера и на внутренней поверхности цилиндрической части накидной гайки, при этом пояс уплотнения в виде конической прокладки является вторым и расположен между первым поясом уплотнения типа "шар по конусу", образованным при контакте сферической поверхности наконечника с внутренней конической поверхностью штуцера, и третьим поясом уплотнения, выполненным в виде кольцевой прокладки, расположенной между уступом на внутренней поверхности штуцера и торцом промежуточной детали, причем вышеупомянутый кольцевой выступ промежуточной детали расположен с зазорами по отношению к свободным торцам штуцера и накидной гайки, а сумма величин этих зазоров не менее толщины кольцевой прокладки третьего пояса уплотнения.

Суть изобретения поясняется чертежом, где:
1 - штуцер;
2 - наконечник;
3 - накидная гайка;
4 - первый пояс уплотнения;
5 - второй пояс уплотнения;
6 - третий пояс уплотнения;
7 - промежуточная деталь;
8 - кольцевой выступ;
9 - резьбовое соединение.

Конструкция предлагаемого изобретения (см. чертеж) состоит из штуцера (1), сочленяемого с ним наконечника (2), накидной гайки (3), поясов уплотнений (4, 5, 6) и промежуточной детали (7) между штуцером и накидной гайкой с кольцевым выступом (8).

Уплотнение разъемного соединения выполнено в виде трех последовательно установленных поясов. Первый пояс уплотнения (4) обеспечен при контакте (по окружности) шаровой поверхности наконечника (2) с конусной поверхностью штуцера (1). Второй (5) и третий (6) пояса уплотнения реализуются в виде кольцевых прокладок, например, металлической и неметаллической соответственно.

Кольцевая прокладка второго пояса уплотнения (5) выполнена конусной (тарельчатого типа), а промежуточная деталь (7) - с двумя резьбовыми креплениями с двух сторон от кольцевого выступа (8) для одновременного резьбового соединения (9) со штуцером (1) и с накидной гайкой (3). Промежуточная деталь (7) выполнена с кольцевым выступом (8) для использования его при вращении промежуточной детали (7), например, гаечным ключом.

Работа (вклад в герметичность) двух первых поясов уплотнения (4) и (5) гарантированно обеспечивается тем, что кольцевая (например, металлическая) прокладка второго пояса (5) выполняется конической (тарельчатой) и, располагаясь при затяжке между углами уступов штуцера (1) и наконечника (2), практически всегда будет иметь свободное пространство для дальнейшего продолжения пластической деформации. Это позволяет затягивать прокладку и одновременно перемещать наконечник (2) до тех пор, пока сферическая поверхность наконечника (2) не войдет в плотный (герметичный) контакт первого пояса уплотнения (4) с конической поверхностью штуцера (1). При этом, если во втором поясе (5) установлена плоская прокладка, то, заполнив при пластической деформации все свободное пространство между уступами, не всегда может обеспечить необходимое продвижение наконечника (2) и контакт сферической поверхности наконечника (2) с конусной поверхностью штуцера (1). В этом случае первый пояс уплотнения типа "шар по конусу" может оказаться негерметичным.

Промежуточная деталь (7) выполняется в виде соосного цилиндра с двумя резьбами одного направления (правая или левая резьба) с двух сторон от кольцевого выступа (8), который, подобно штуцеру с накидной гайкой, может иметь многогранную поверхность под ключ для удержания или вращения. Одно резьбовое соединение (9) обеспечивает крепление промежуточной детали (7) к штуцеру (1), второе резьбовое соединение (9) - к стягивающей накидной гайке (3). При сборке соединения кольцевой выступ (8) оказывается между свободными торцами штуцера (1) и накидной гайки (3). Причем при вращении промежуточной детали (7) с затяжкой кольцевой прокладки третьего пояса уплотнения (6) кольцевой выступ (8) имеет возможность осевого перемещения между ними.

В качестве прокладки третьего пояса уплотнения (6) используют любые пластичные материалы, удовлетворяющие поставленным техническим требованиям. В частности, это может быть резина, а при работе с агрессивными средами - фторопласт.

Удерживая (гаечным ключом) от проворачивания промежуточную деталь (7) и закручивая (другим гаечным ключом) накидную гайку (3), можно обеспечить такое сжатие прокладки второго пояса уплотнения (5), которое обеспечит плотный контакт наконечника (2) со штуцером (1) по окружности первого пояса уплотнения (4).

И, наоборот, при удержании от проворачивания накидной гайки (3) и закручивании промежуточной детали (7) обеспечивают осевое перемещение и сжатие (или уплотнение) прокладки третьего пояса уплотнения (6). При одинаковой резьбе с двух сторон промежуточной детали (7) одновременно может происходить частичное откручивание детали из накидной гайки (3). При этом осевое перемещение промежуточной детали (7) не изменит удаленность накидной гайки (3) от штуцера (1) и сохранит усилие затяжки прокладки второго пояса уплотнения (5) и герметичного контакта первого пояса (4).

После сочленения (сборки) разъемного соединения накидная гайка (3) и кольцевой выступ (8) могут быть дополнительно подтянуты, гарантируя уплотнение и работоспособность всех поясов уплотнения с возможной установкой контровки от отворачивания при вибрациях (контровки от возможного отворачивания накидной гайки (3) при вибрациях). Та же операция подкручивания гаечными ключами становится доступной и в процессе эксплуатации соединения без его предварительного расчленения. Для этого необходимо только снять и потом установить контровку.

Таким образом, предлагаемое изобретение:
- во-первых, делает конструкцию соединения многопоясной при относительно небольших радиальных размерах и тем самым повышает его надежность по уровню герметичности и по ресурсу, расширяя области его применения, в частности, в ПГС с более высоким давлением и средами повышенной агрессивности;
- во-вторых, расширяет технологичность конструкции. Соединение способно не только неоднократно расчленяться и сочленяться с заменой металлической и неметаллической кольцевых прокладок, но и обеспечить дополнительную подтяжку этих уплотнений (через некоторое время) в процессе эксплуатации, не проводя его расчленения (разборку). Дополнительная (контрольная) затяжка, также как и многопоясность, повышает уровень (качество) герметичности и ресурс устройства.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. П.И. Орлов. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие в двух книгах. Под ред. к.т.н. П.Н. Учаева - М.: Машиностроение. 1988.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х томах. - М.: Машиностроение, 1992. (Том 3).

3. ГОСТ 16042-70 "Ниппели полусферические приварные для соединений трубопроводов по внутреннему конусу. Конструкция и размеры".

4. ГОСТ 16045-70 "Штуцера приварные для соединений трубопроводов по внутреннему конусу".

5. ГОСТ 16046-70 "Гайки накидные полусферических ниппелей для соединений трубопроводов по внутреннему конусу".

6. ГОСТ 19749-84. Соединения неподвижные разъемные пневмогидросистем. Затворы закрытые. Типы и технические требования.

Разъемное соединение трубопроводов предназначено для герметичного сочленения трубопроводов в транспортных энергетических установках. Разъемное соединение содержит дополнительно введенные два пояса уплотнений и промежуточную деталь в виде соосного штуцеру цилиндра. На внешней поверхности последнего выполнен кольцевой выступ. Последний расположен между свободными торцами штуцера и накидной гайки. По обе стороны от кольцевого выступа промежуточной детали выполнена однонаправленная резьба. Последняя образует резьбовое соединение с ответной резьбой на внутренней поверхности цилиндрической части штуцера и на внутренней поверхности цилиндрической части накидной гайки. Пояс уплотнения в виде конической прокладки является вторым и расположен между первым поясом уплотнения типа "шар по конусу" и третьим поясом уплотнения. Последний выполнен в виде кольцевой прокладки. Обеспечивается повышение надежности, повышение уровня герметичности. 1 ил.

Разъемное соединение трубопроводов, содержащее штуцер, наконечник, накидную гайку и пояс уплотнения в виде конической прокладки, отличающееся тем, что дополнительно введены два пояса уплотнений и промежуточная деталь в виде соосного штуцеру цилиндра с кольцевым выступом на его внешней поверхности, расположенным между свободными торцами штуцера и накидной гайки, по обе стороны от кольцевого выступа промежуточной детали выполнена однонаправленная резьба, образующая резьбовое соединение с ответной резьбой на внутренней поверхности цилиндрической части штуцера и на внутренней поверхности цилиндрической части накидной гайки, при этом пояс уплотнения в виде конической прокладки является вторым и расположен между первым поясом уплотнения типа "шар по конусу", образованного при контакте сферической поверхности наконечника с внутренней конической поверхностью штуцера, и третьим поясом уплотнения, выполненного в виде кольцевой прокладки, расположенной между уступом на внутренней поверхности штуцера и торцом промежуточной детали, причем вышеупомянутый кольцевой выступ промежуточной детали расположен с зазорами по отношению к свободным торцам штуцера и накидной гайки, а сумма величин этих зазоров не менее толщины кольцевой прокладки третьего пояса уплотнения.