СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 2004 года по МПК F16L19/00 

Изобретение относится к конструкциям штуцерных неподвижных разъемных соединений пневматических и гидравлических систем в аналитической химии, медицине, микробиологии, транспортных средств и космических аппаратов, работающих с высокотекучими, пожаровзрывоопасными, химически активными и опасными для здоровья средами.

Известно штуцерное неподвижное разъемное соединение с применением уплотняющего элемента в виде кольца из резины, представленное отраслевым стандартом ОСТ В 38 052-80 (Кольца резиновые круглого сечения для изделий специального назначения), принятое за аналог, в котором герметичность соединения деталей обеспечивается поджатием уплотняющего элемента в замкнутом объеме, образованном поверхностями корпуса и сальника.

Очевидными недостатками аналога являются: ограниченная во времени надежность соединения из-за контакта уплотняющего элемента с агрессивной средой продуктов, транспортируемых трубопроводом; оговоренная предназначенность конкретного материала уплотняющего элемента для работы только с допускаемым видом продукта, т.е. под любой, не оговоренный в перечне, продукт требуется разработка новой резины со всеми вытекающими издержками; и остаточная деформация профиля сечения уплотняющего элемента после длительного пребывания в деформированном состоянии помимо определенного снижения эффекта уплотнения требует замены уплотняющего элемента при повторном соединении узла.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству, принятым за прототип, является патент США N 3,747,960 МКИ F 16 L 19/00.

К недостаткам прототипа следует отнести: очевидную ограниченность во времени работоспособность соединения из-за возможности контакта уплотняющего элемента с агрессивными продуктами, транспортируемыми трубопроводом, и неизбежность частичных повреждений его поверхности, особенно в зонах контактирования с резьбовыми поверхностями соединительного кольца и фиксатора, при сборке и разборке устройства, которые вместе с остаточной деформацией профиля сечения уплотняющего элемента после длительного пребывания в значительно деформированном состоянии требуют его замены при повторном соединении узла.

Задачей изобретения явилось создание конструкции соединительного узла для трубопроводов, обеспечивающей надежную многоразовость соединения, требуемую герметичность при необходимой надежности в условиях механических воздействий и стойкость к воздействию транспортируемых трубопроводом продуктов.

Это достигается тем, что в соединительном узле для трубопроводов, содержащем трубчатый корпус, установленный на конце одного трубопровода, соединительное кольцо на конце другого трубопровода, кольцевую камеру уплотнения, уплотняющий элемент, размещенный в кольцевой камере уплотнения, фиксатор соединительного кольца относительно трубчатого корпуса в продольном направлении, кольцевая камера уплотнения целиком расположена в теле трубчатого корпуса, уплотняющий элемент выполнен в виде взаимодействующих между собой кольцевого уплотнителя круглого сечения из эластичного упругого материала и кольцевого протектора из пластичного и легко деформируемого при сборке узла химически инертного материала, соединительное кольцо взаимодействует с трубчатым корпусом и кольцевым протектором по коническим поверхностям уплотнения, поверхности кольцевой камеры уплотнения в поперечном сечении имеют прямолинейные участки, сопряжения которых образуют буферные зоны, заполняемые деформируемым телом кольцевого уплотнителя, и взаимодействуют с кольцевым уплотнителем и кольцевым протектором, при этом объем кольцевой камеры уплотнения равен сумме объемов кольцевого уплотнителя и кольцевого протектора и постоянен, кольцевой протектор в поперечном сечении имеет зону утонения толщиной 0,015...0,03 диаметра профиля кольцевого уплотнителя, на трубчатом корпусе введены кольцевой цилиндрический выступ позиционирования соединительного кольца, поверхность которого сопряжена с конической поверхностью уплотнения по ее большему краю, и кольцевой выступ позиционирования в виде усеченного конуса, поверхность которого по своему большему краю сопряжена с конической поверхностью уплотнения по ее меньшему краю, на соединительном кольце выполнены кольцевые цилиндрическая и коническая полости позиционирования трубчатого корпуса, ответные кольцевому цилиндрическому выступу позиционирования и кольцевому выступу позиционирования в виде усеченного конуса трубчатого корпуса, кроме того, на трубчатом корпусе выполнен паз, а на соединительном кольце - ответный выступ, на трубчатом корпусе введен ограничитель движения фиксатора соединительного кольца, между ограничителем движения фиксатора и фиксатором соединительного кольца введена пружинящая шайба.

Суть предлагаемого решения поясняется чертежами, представленными нафиг. 1, 2, 3:
на Фиг.1 приведен общий вид соединительного узла для трубопроводов,
на Фиг. 2 изображен фрагмент соединительного узла для трубопроводов, представляющий изменение формы деталей уплотняющего элемента в рабочем состоянии,
на Фиг. 3 изображен фрагмент, представляющий изменение формы деталей уплотняющего элемента при разделении соединительного узла для трубопроводов.

Предлагаемое устройство содержит:
трубчатый корпус 1,
соединительное кольцо 2,
кольцевую камеру уплотнения 3,
уплотняющий элемент в виде кольцевого уплотнителя 4
кольцевого протектора 5,
фиксатор 6,
паз трубчатого корпуса 7,
ответный выступ 8 на соединительном кольце 2,
ограничитель движения фиксатора 9,
пружинящую шайбу 10, выполненную, например, с-образной.

Выносками со стрелками обозначены характерные зоны и участки деталей предлагаемого устройства:
11 - коническая поверхность уплотнения трубчатого корпуса 1,
12 - коническая поверхность уплотнения соединительного кольца 2,
13. ..16 - прямолинейные участки поверхности кольцевой камеры уплотнения 3 в поперечном сечении,
17...19 - радиусы сопряжения прямолинейных участков 13...16,
20, 21 - буферные зоны кольцевой камеры уплотнения 3,
22 - зона утонения кольцевого протектора 5,
23 - радиус профиля кольцевого уплотнителя 4,
24 - кольцевой цилиндрический выступ позиционирования соединительного кольца 2 на поверхности трубчатого корпуса 1,
25 - кольцевой выступ позиционирования соединительного кольца 2 на поверхности трубчатого корпуса 1 в виде усеченного конуса,
26 - кольцевая цилиндрическая полость позиционирования трубчатого корпуса 1 на поверхности соединительного кольца 2, ответная кольцевому цилиндрическому выступу позиционирования 24,
27 - кольцевая полость позиционирования трубчатого корпуса 1 на поверхности соединительного кольца 2 в виде усеченного конуса, ответная кольцевому выступу позиционирования 25.

Обычно детали трубопроводов пневмогидравлических систем, работающих с высокотекучими, пожаровзрывоопасными, химически активными и опасными для здоровья средами, выполняются из достаточно прочных материалов, стойких к воздействию транспортируемых продуктов, и основные проблемы надежности работы таких трубопроводов связаны с надежностью уплотнения мест их соединений. Поэтому для предотвращения течей в соединительном узле, связанных с агрессивным воздействием транспортируемых продуктов, колебаниями температуры и внешними механическими воздействиями, кольцевая камера уплотнения 3 размещена полностью в теле одного из элементов соединения - трубчатом корпусе 1 и имеет только одну поверхность доступа, совпадающую с конической поверхностью уплотнения 11, в качестве уплотнения предлагается уплотняющий элемент, выполненный в виде взаимодействующих между собой кольцевого уплотнителя 4 круглого сечения из эластичного упругого материала, например, резины и кольцевого протектора 5 из пластичного и легко деформируемого при сборке узла химически инертного материала, например, тетрафторэтилена, блокирующего кольцевой уплотнитель 4 от контакта с транспортируемым продуктом. Тетрафторэтилен (фторопласт-4) при твердости 70...75 по Шору обладает свойством хладотекучести, т. е. возможностью изменять свою форму под воздействием силы, передаваемой контактирующим с ним телом из материала равной или большей чем у него твердостью. Резина кольцевого уплотнителя 4, обладая существенно меньшей твердостью поверхности - 45...65 по Шору, не в состоянии вызвать перераспределение массива материала кольцевого протектора 5, но энергии, накопленной в ней при соединении узла, оказывается вполне достаточно как для создания и передачи через зону утонения 22 кольцевого протектора 5 усилия поджатия его поверхности к конической поверхности уплотнения 12 соединительного кольца 2, необходимого для запирания узла, так и для прогиба зоны утонения 22 кольцевого протектора 5 при разъединении узла со сбалансированным восстановлением буферных зон 20 и 21 кольцевой камеры уплотнения 3. Для наиболее эффективного использования энергии деформации кольцевого уплотнителя 4 при соединении узла зона утонения 22 кольцевого протектора 5 расположена так, что через ее центр проходит равнодействующая всех реактивных сил, вызванных деформацией кольцевого уплотнителя 4, совпадающая с направлением перпендикуляра из центра (окружности) сечения кольцевого уплотнителя 4 к конической поверхности уплотнения 12 соединительного кольца 2. Толщина зоны утонения 22 кольцевого протектора 5 ограничена соотношением 0,015... 0,03 диаметра профиля кольцевого уплотнителя 4, в котором минимум соотношения определяется необходимостью обеспечения достаточно надежного слоя тетрафторэтилена для защиты кольцевого уплотнителя 4 от воздействия транспортируемого продукта, а максимум - способностью обеспечения усилия поджатия центра зоны утонения 22 к конической поверхности уплотнения 12 соединительного кольца 2. Очевидно, что с увеличением диаметра профиля кольцевого уплотнителя 4 возрастает и возможность накопления большего значения потенциальной энергии деформации кольцевого уплотнителя 4 и расширяется активная часть зоны утонения 22 кольцевого протектора 5 из-за уменьшения радиуса кривизны профиля кольцевого уплотнителя 4, т.е. увеличение толщины зоны утонения 22 кольцевого протектора 5 не уменьшает усилия поджатия центра зоны утонения 22 к конической поверхности уплотнения 12 соединительного кольца 2. Дополнительное повышение надежности в предлагаемом решении обеспечивается щадящим режимом самого процесса уплотнения: кольцевой цилиндрический выступ позиционирования 24 с ответной кольцевой цилиндрической полостью позиционирования 26 обеспечивают первичное позиционирование деталей 1 и 2, исключая погрешности центровки соединения узла, характерные для традиционных резьбовых или фланцевых способов фиксации; паз 7 на трубчатом корпусе 1 и ответный выступ 8 на соединительном кольце 2 исключают их проворачивание относительно друг друга и связанное с ним травмирование кольцевого уплотнителя 4 и кольцевого протектора 5, тем самым обеспечивают однозначное постоянство взаимного расположения и взаимодействия всех элементов уплотнения, обеспечивающих герметичность узла при многоразовых соединениях; кольцевой выступ позиционирования в виде усеченного конуса 25. кольцевая трубчатого корпуса 1, и ответная кольцевая полость позиционирования 27 в соединительном кольце 2 помимо функции первичной герметизации узла осуществляют финишное позиционирование деталей 1 и 2, обеспечивая одинаковый минимальный зазор между коническими поверхностями уплотнения 11 трубчатого корпуса 1 и 12 - соединительного кольца 2, тем самым удается обеспечить равномерное поджатие уплотняющего элемента достаточно близкое к принципу цангового зажима, чему в значительной мере способствует исключительно низкий коэффициент трения тетрафторэтилена практически со всеми используемыми в технике материалами. Ограничитель движения фиксатора 9 и невыпадающая пружинящая шайба 10 обеспечивают сохранность поверхности кольцевого протектора 5 в разомкнутом состоянии узла.

Устройство работает следующим образом: при поджатии фиксатором 6 соединительного кольца 2 к трубчатому корпусу 1 кольцевой цилиндрический выступ позиционирования 24 с кольцевой цилиндрической полостью позиционирования 26 обеспечивают первичное позиционирование деталей 1 и 2, снижая погрешности центровки соединения узла; ответный выступ 8 на соединительном кольце 2 заходит в паз 7 трубчатого корпуса 1, исключая проворачивание деталей 1 и 2 относительно друг друга; коническая поверхность уплотнения 12 соединительного кольца 2, воздействуя на выступающую за пределы кольцевой камеры уплотнения 3 зону утонения 22 кольцевого протектора 5, взаимодействует через нее с кольцевым уплотнителем 4 и поверхностями кольцевой камеры уплотнения 3, и деформирует его, заполняя его телом буферные зоны 20 и 21; уплотнение заканчивается при совмещении поверхности кольцевого выступа позиционирования соединительного кольца 2 на поверхности трубчатого корпуса 1 в виде кольцевого выступа позиционирования в виде усеченного конуса 25, с ответной кольцевой полостью позиционирования 27 на поверхности соединительного кольца 2, при этом минимальный зазор между коническими поверхностями уплотнения 11 трубчатого корпуса 1 и 12 - соединительного кольца 2, обеспечивает необходимую свободу реакции уплотняющего элемента на изменения температуры окружающей среды и транспортируемого продукта и его независимость от внешних механических воздействий.

Таким образом, совокупность новых признаков предложенного решения узла соединения трубопроводов позволила достигнуть нового технического результата: создана конструкция соединительного узла для трубопроводов, обеспечивающая многоразовость соединения и требуемую герметичность при необходимой надежности в условиях внешних механических и температурных воздействий и стойкость к воздействию высокотекучих, пожаровзрывоопсных, химически активных и опасных для здоровья продуктов, транспортируемых трубопроводом, в течение оговоренного периода.

Изобретение относится к конструкциям штуцерных неподвижных разъемных соединений для трубопроводов пневмогидравлических систем. Соединительный узел для трубопровода содержит трубчатый корпус, соединительное кольцо, кольцевую камеру уплотнения, уплотняющий элемент, фиксатор соединительного кольца относительно трубчатого корпуса в продольном направлении. Кольцевая камера уплотнения целиком расположена в теле трубчатого корпуса. Уплотняющий элемент выполнен в виде взаимодействующих между собой кольцевого уплотнителя из эластичного упругого материала и кольцевого протектора из пластичного и легко деформируемого при сборке узла химически инертного материала. Соединительное кольцо взаимодействует с трубчатым корпусом и кольцевым протектором по коническим поверхностям уплотнения. Поверхности кольцевой камеры уплотнения в поперечном сечении имеют прямолинейные участки, сопряжения которых образуют буферные зоны, заполняемые деформируемым телом кольцевого уплотнителя, и взаимодействуют с кольцевым уплотнителем и кольцевым протектором. Объем кольцевой камеры уплотнения равен сумме объемов кольцевого уплотнителя и кольцевого протектора и постоянен. Кольцевой протектор имеет зону утонения. На трубчатом корпусе введены цилиндрический и конический выступы позиционирования соединительного кольца, на соединительном кольце выполнены ответные полости позиционирования трубчатого корпуса. На трубчатом корпусе выполнен паз, а на соединительном кольце - ответный выступ, на трубчатом корпусе введен ограничитель движения фиксатора соединительного кольца, введена пружинящая шайба, ограничивающая движение фиксатора соединительного кольца. Техническим результатом явилось создание конструкции соединительного узла для трубопроводов, обеспечивающей надежную многоразовость соединения, требуемую герметичность при необходимой надежности в условиях механических воздействий и стойкость к воздействию транспортируемых трубопроводом продуктов. 3 ил.

Соединительный узел для трубопроводов, содержащий трубчатый корпус, установленный на конце одного трубопровода, соединительное кольцо на конце другого трубопровода, кольцевую камеру уплотнения, уплотняющий элемент, размещенный в кольцевой камере уплотнения, фиксатор соединительного кольца относительно трубчатого корпуса в продольном направлении, отличающийся тем, что кольцевая камера уплотнения целиком расположена в теле трубчатого корпуса, уплотняющий элемент выполнен в виде взаимодействующих между собой кольцевого уплотнителя круглого сечения из эластичного упругого материала и кольцевого протектора из пластичного и легкодеформируемого при сборке узла химически инертного материала, соединительное кольцо взаимодействует с трубчатым корпусом и кольцевым протектором по коническим поверхностям уплотнения, поверхности кольцевой камеры уплотнения в поперечном сечении имеют прямолинейные участки, сопряжения которых образуют буферные зоны, заполняемые деформируемым телом кольцевого уплотнителя, и взаимодействуют с кольцевым уплотнителем и кольцевым протектором, при этом объем кольцевой камеры уплотнения равен сумме объемов кольцевого уплотнителя и кольцевого протектора и постоянен, кольцевой протектор в поперечном сечении имеет зону утонения толщиной 0,015...0,03 диаметра профиля кольцевого уплотнителя, на трубчатом корпусе введены кольцевой цилиндрический выступ позиционирования соединительного кольца, поверхность которого сопряжена с конической поверхностью уплотнения по ее большему краю, и кольцевой выступ позиционирования в виде усеченного конуса, поверхность которого по своему большему краю сопряжена с конической поверхностью уплотнения по ее меньшему краю, на соединительном кольце выполнены кольцевые цилиндрическая и коническая полости позиционирования трубчатого корпуса, ответные кольцевому цилиндрическому выступу позиционирования и кольцевому выступу позиционирования в виде усеченного конуса трубчатого корпуса, кроме того, на трубчатом корпусе выполнен паз, а на соединительном кольце - ответный выступ, на трубчатом корпусе введен ограничитель движения фиксатора соединительного кольца, между ограничителем движения фиксатора и фиксатором соединительного кольца введена пружинящая шайба.