СОЕДИНЕНИЕ ТРУБ Российский патент 2004 года по МПК F16B2/18 F16L15/00 

Изобретение относится к области машиностроения, а конкретно к соединению деталей, в частности труб.

Известны конструкции разъемных неподвижных соединений [см. 1, с.340, 3-я строка снизу]. Они могут быть болтовыми, винтовыми, шлицевыми. Все эти соединения сложны в изготовлении и требуют нарезания резьб или шлицев.

Наиболее близким к заявленному соединению является соединение трубопроводов [см.1, с.341, рис.б], принятое за прототип, состоящее из стальной трубы, штуцера, накидной гайки, зажимного кольца, ниппеля и уплотнительного кольца.

Недостатком известного прототипа является то, что для соединения используется много промежуточных деталей и на месте соединения образуется выступ - утолщение трубопровода, что усложняет его применение.

Задачей изобретения является создание конструкции, позволяющей быстро и надежно соединять трубы, без использования резьб и с устранением утолщений.

Сущность изобретения заключается в том, что в соединении труб применено лишь одно промежуточное звено-ниппель. Отличие соединения состоит в том, что в соединении труб, состоящем из соединяемых труб и промежуточного звена-ниппеля, ниппель выполнен с тремя посадочными цилиндрическими поверхностями, одна из которых концентрична продольной оси соединения, а две другие эксцентричны ей. Одна из труб выполнена с четырьмя посадочными цилиндрическими поверхностями, две из которых концентричны и две эксцентричны оси соединения, при этом двумя - концентрической и эксцентрической она взаимодействует с соответствующими поверхностями ниппеля, а другими - концентрической и эксцентрической, она взаимодействует с соответствующими поверхностями второй трубы. Вторая труба выполнена с тремя посадочными цилиндрическими поверхностями, две из которых эксцентрические по отношению к оси соединения, и ими она взаимодействует с соответствующими поверхностями первой трубы и ниппеля, а третья поверхность концентрическая, и ею вторая труба взаимодействует с соответствующей поверхностью первой трубы, при этом все эксцентрические поверхности соединения выполнены с различными величинами эксцентриситетов относительно оси соединения.

Понятия “концентрическая или концентричная и эксцентрическая или эксцентричная поверхности” в заявке используются в точном соответствии с трактовкой “Словаря русского языка” С.И. Ожегова. М.: Русский язык, 1984 с.260.

Предлагаемое соединение представлено на чертеже. Соединение состоит из труб 1, 2 и ниппеля 3. Труба 1 контактирует с трубой 2 двумя цилиндрическими поверхностями А, В различного радиуса и с ниппелем 3 цилиндрическими поверхностями C, D различного радиуса. Труба 2 в свою очередь входит в контакт с ниппелем 3 цилиндрической поверхностью Е. Радиусы соединяемых цилиндрических поверхностей деталей различаются на величину зазоров между ними δ_э и δ_к. На чертеже обозначены: OO - продольная геометрическая ось соединения с радиусом R наружной поверхности труб, с радиусом r внутренней поверхности труб. Эта же ось является геометрической осью концентрических поверхностей: В первой трубы с радиусом r₂ и D первой трубы с радиусом r₄; O₁O₁ - геометрическая ось цилиндрической поверхности А первой трубы с радиусом r₁; O₂O₂ - геометрическая ось цилиндрической поверхности С первой трубы с радиусом r₃; O₃O₃ - геометрическая ось цилиндрической поверхности Е второй трубы с радиусом r₅. Между взаимодействующими поверхностями труб и ниппелем предусмотрены зазоры соответственно: на поверхностях А - δ_э1 на поверхностях В - δ_к1, на поверхностях С - δ_э2, на поверхностях D - δ_к2, на поверхностях Е - δ_э3. Буквы “к” и “э” означают, что рассматриваемые поверхности концентричны или эксцентричны относительно оси OO. С учетом зазоров радиусы ниппеля для поверхности С есть (r₃-δ_э2), для поверхности D - (r₄+δ_к2), для поверхности Е - (r₅-δ_э3), а радиусы второй трубы для поверхности А есть (r₁-δ_э1), для поверхности В - (r₂+δ_к1).

Между геометрическими осями цилиндрических поверхностей труб и ниппеля предусмотрены эксцентриситеты: между OO и O₁O₁ эксцентриситет e₁, между ОО и O₂O₂ эксцентриситет е₂, между ОО и O₃O₃ эксцентриситет е₃.

Ниппель выполнен с тремя цилиндрическими посадочными поверхностями С, D и Е, две из которых С с радиусом (r₃-δ_э2) и Е с радиусом (r₅-δ_э3) эксцентричны относительно оси OO, а третья D с радиусом (r₄-δ_к2) концентрична оси OO. Первая труба выполнена с четырьмя цилиндрическими поверхностями А, В, С и D, две из которых - А с радиусом r₁ и С с радиусом r₃ эксцентричны оси OO, а две другие - В с радиусом r₂ и D с радиусом r₄ концентричны оси OO. Вторая труба выполнена с тремя цилиндрическими поверхностями А, В и Е, две из которых А с радиусом (r₁-δ_э1) и Е с радиусом r₅ эксцентричны относительно геометрической оси соединения OO, а третья В с радиусом (r₂+δ_к1) концентрична оси OO.

Процесс соединения сводится к относительному повороту одной трубы 1 или 2 относительно второй 2 или 1 в любую сторону. Вследствие относительного поворота труб произойдет относительный поворот всех деталей соединения, в том числе ниппеля, и заклинивание соединения по концентричным и эксцентричным цилиндрическим поверхностям.

Перед заклиниванием во время сборки соединения ниппель 3 необходимо поместить в соответствующие проточки труб 1 и 2. Для свободной сборки соединения и предусмотрены зазоры δ_к1, δ_э1, δ_э2, δ_к2 и δ_к3.

Работает соединение следующим образом. При приложении к одной из труб крутящего момента произойдет относительный поворот труб 1, 2 и ниппеля 3 вокруг продольной оси соединения OO, что приведет к заклиниванию трубы 1 относительно ниппеля 3 на поверхностях С, D и трубы 2 на поверхностях А, В, а также трубы 2 относительно ниппеля 3 на поверхности Е. При этом в результате взаимодействия на поверхностях контакта А, В, С, D, Е труб 1, 2 и ниппеля 3 возникнут расклинивающие реакции и силы трения, которые удержат за счет самоторможения трубы 1, 2 и ниппель 3 от разъединения.

Особенностью предлагаемого соединения является то, что соединение имеет одинаковые внутренний и наружный диаметры на местах стыков, то есть на местах стыков не возникает ни утолщений, ни впадин, что позволяет расширить область применения предлагаемого соединения.

Рассоединение происходит в обратном порядке, то есть относительным поворотом труб в сторону, обратную заклиниванию.

Работоспособность предлагаемого соединения доказывается следующим рассуждением. На стадии заклинивания соединение работает как механизм, т.е. происходит вполне определенное относительное движение звеньев. Известно, что по формуле Чебышева П.Л. [см. 2, с.39 формула (2.5)] подвижность механизма определяют по формуле

где W - подвижность системы,

n - число подвижных звеньев,

р₅ - число одноподвижных кинематических пар - шарниров,

р₄ - число двухподвижных кинематических пар.

В предлагаемом соединении для заклинивания, например, относительно трубы 1, принятой за неподвижную, имеют возможность двигаться два звена - ниппель 3 и вторая труба 2, т.е. n=2. Шарниров в соединении нет, т.е. р₅=0, двухподвижных соединений (одно относительное движение проскальзывание, второе - вращение) необходимо по (1) иметь

p₄=3n-W=3×2-1=5

Именно пять соединений р₄ используется в заявленном соединении. Труба 1 выполнена с четырьмя посадочными цилиндрическими поверхностями А, В, С, D, двумя из которых С, D она взаимодействует с поверхностями ниппеля 3 и двумя поверхностями А, В с трубой 2, а вторая труба 2 выполнена с тремя посадочными цилиндрическими поверхностями А, В, Е, взаимодействующими двумя поверхностями А, В с трубой 1 и одной поверхностью Е с ниппелем 3, ниппель 3 выполнен с тремя посадочными цилиндрическими поверхностями С, D, E, двумя из которых С, D он взаимодействует с трубой 1 и одной поверхностью Е взаимодействует с трубой 2. Всего посадочных поверхностей в соединении пять А, В, С, D, Е.

Источники информации

1. Крайнев А.Ф. Детали машин. Словарь-справочник. - М.: Машиностроение, 1992. - 480 с.: ил.

2. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. - М.: Главная редакция физико-математической литературы, 1975. - 640 с.: ил.

Соединение труб относится к области машиностроения, к соединению деталей, в частности труб. Соединение содержит ниппель. Последний выполнен с тремя посадочными цилиндрическими поверхностями. Одна из поверхностей концентрична продольной оси соединения. Две остальные цилиндрические поверхности эксцентричны оси соединения. Одна из труб выполнена с четырьмя посадочными цилиндрическими поверхностями. Вторая труба выполнена с тремя посадочными цилиндрическими поверхностями. Две из поверхностей эксцентричны по отношению к оси соединения. Третья поверхность концентрична оси соединения. Эксцентрические поверхности соединения выполнены с различными величинами эксцентриситетов относительно оси соединения. Обеспечивается быстрое и надежное соединение труб без использования резьб и утолщений. 1 ил.

Соединение труб, состоящее из соединяемых труб и промежуточного звена-ниппеля, отличающееся тем, что ниппель выполнен с тремя посадочными цилиндрическими поверхностями, одна из которых концентрична продольной оси соединения, а две других эксцентричны ей, одна из труб выполнена с четырьмя посадочными цилиндрическими поверхностями, две из которых концентричны и две эксцентричны оси соединения, при этом двумя, концентрической и эксцентрической, она взаимодействует с соответствующими поверхностями ниппеля, а другими двумя, концентрической и эксцентрической, она взаимодействует с соответствующими поверхностями второй трубы, вторая труба выполнена с тремя посадочными цилиндрическими поверхностями, две из которых эксцентрические по отношению к оси соединения, и ими она взаимодействует с соответствующими поверхностями первой трубы и ниппеля, а третья поверхность концентрическая и ею вторая труба взаимодействует с соответствующей поверхностью первой трубы, при этом эксцентрические поверхности соединения выполнены с различными величинами эксцентриситетов относительно оси соединения.