Способ соединения трубопровода из полимерного материала с металлической осесимметричной законцовкой Российский патент 2020 года по МПК F16L9/00 

Изобретение относится к ракетно-космической и авиационной технике, в частности, к трубопроводам топливных магистралей, работающих при криогенных температурах и высоких рабочих давлениях жидкостей и газов, может найти применение в машиностроении, химической, топливной и других отраслях промышленности.

Из патентной литературы известна труба, содержащая металлический патрубок с фиксирующими элементами, охватывающую их термопластичную оболочку и армирующий стеклопластиковый слой. Известная труба выполнена с обжимной муфтой термопластичной оболочки в зоне фиксирующих элементов, металлический патрубок снабжен дополнительным фиксирующим элементом, а стеклопластиковый слой выполнен охватывающим обжимную муфту и дополнительный фиксирующий элемент (патент РФ №2262027, F16L 9/12).

Недостаток указанного соединения заключается в его сложности, которая ведет к недостаточной его эксплуатационной надежности особенно при криогенных температурах и высоких рабочих давлениях жидкостей и газов.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению можно считать способ соединения трубопровода из полимерного композиционного материала с металлической законцовкой, включающий установку на последней трубопровода с фиксирующем элементом, получающимся путем намотки ленты из полимерного материала, пропитанного эпоксидным клеем с образованием внутреннего и наружного кольца, при этом намотка внутреннего кольца выполняется с пятидесятипроцентным, а наружное - со стопроцентным перекрытием-с последующей полимеризацией (патент РФ №2396477, F16L 9/00).

Однако данный способ не обеспечивает достаточной надежности и герметичности соединения металлической законцовки и оболочки трубопровода из полимерного композиционного материала.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в обеспечении надежной герметичности соединения металлической законцовки и оболочки трубопровода из полимерного композиционного материала, упрощение и снижение трудоемкости его реализации.

Поставленная задача решается тем, что в способе соединения трубопровода из полимерного материала с металлической осесимметричной законцовкой, часть образующей наружной поверхности которой имеет форму кольцевых гофр, включающем установку снаружи концевой цилиндрической части трубопровода фиксирующего элемента, образующей внутренней поверхности которого придают форму, ответную форме кольцевых гофр металлической законцовки, а между концевой цилиндрической частью трубопровода и металлической законцовкой располагают тонкостенное уплотнительное кольцо, затем фиксирующий элемент деформируют воздействием осесимметричной импульсной нагрузки, равномерно распределенной по всей поверхности фиксирующего элемента.

Кроме того, поставленную задачу можно решить выполнением профиля кольцевых гофр в форме синусоиды, величина амплитуды которой составляет 0,05-0,07 величины внутреннего радиуса трубопровода.

Задача обеспечения прочности, а соответственно и герметичности соединения оболочки трубопровода из полимерного композиционного материала с металлической законцовкой, решена за счет пластического обжима концевой цилиндрической части трубопровода и тонкостенного уплотнительного кольца в зоне заделки.

На фиг. 1 показана предварительная сборка трубопровода из полимерного материала с металлической осесимметричной законцовкой и ее размещение в зоне осесимметричной импульсной нагрузки, на фиг. 2 - окончательная сборка трубопровода из полимерного материала с металлической осесимметричной законцовкой, получившаяся в результате пластического обжима.

Способ соединения трубопровода 1 из полимерного материала с металлической осесимметричной законцовкой 2, часть образующей наружной поверхности которой имеет форму кольцевых гофр 3, включает:

- выполнение на внутренней поверхности фиксирующего элемента 4 кольцевых гофр, форма которых ответна форме кольцевых гофр 3 металлической законцовки 2;

- размещение металлической осесимметричной законцовки 2 с кольцевыми гофрами 3 в цилиндрической части трубопровода 1, таким образом, чтобы концевая ее часть была расположена внутри концевой цилиндрической части трубопровода 1.

- размещение между концевой цилиндрической частью трубопровода и металлической законцовкой тонкостенного уплотнительного кольца 5;

- установку снаружи концевой цилиндрической части трубопровода 1 фиксирующего элемента 4, образующая внутренней поверхности которого имеет рельефную форму, ответную форме кольцевых гофр 3 металлической законцовки, при этом, выступы на внутренней поверхности фиксирующего элемента 4, должны расположиться против впадин на наружной поверхности металлической законцовки 2;

- помещение всех элементов в сборе в зону действия равномерно распределенной осесимметричной импульсной нагрузки.

Для создания равномерно распределенной осесимметричной импульсной нагрузки можно использовать, например, индукторную систему 6, которую подключают к источнику импульсного тока и подают импульс тока. В результате воздействия осесимметричной импульсной нагрузки на фиксирующий элемент 4 он пластически деформируется, обжимая концевую часть трубопровода 1 и уплотнительное кольцо 5 по гофрированной поверхности металлической осесимметричной законцовки 2.

Результат сборки приведен на фиг. 2, где показано, что в результате деформации концевая часть трубопровода 1 и уплотнительное кольцо 5, запрессованы в полости между гофрированными поверхностями металлической осесимметричной законцовки 2 и фиксирующего элемента 5.

Для более надежного и герметичного соединения профиль кольцевых гофр может быть выполнен в форме синусоиды, величина амплитуды которой составляет 0,05-0,07 величины внутреннего радиуса трубопровода.

Оптимальная относительная величина высоты гофр была определена в ходе предварительных экспериментальных работ. Испытания экспериментальных сборок показывают, что снижение высоты гофра ниже границы, равной 0,05 от величины внутреннего радиуса трубопровода, приводит к уменьшению величины прочности сборки, превышение высоты гофра выше границы, равной 0,07 от величины внутреннего радиуса, трубопровода делает невозможным равномерную осесимметричную пластическую деформацию фиксирующего элемента в результате повышения жесткости кольцевых гофров.

Пластический обжим обеспечивает надежную герметизацию соединения, а развитые гофрированные поверхности обеспечивают его повышенную механическую прочность.

Изобретение относится к ракетно-космической и авиационной технике, в частности к трубопроводам топливных магистралей, работающих при криогенных температурах и высоких рабочих давлениях жидкостей и газов. В способе соединения трубопровода из полимерного материала с металлической осесимметричной законцовкой, часть образующей наружной поверхности которой имеет форму кольцевых гофр, включающем установку снаружи концевой цилиндрической части трубопровода фиксирующего элемента, образующей внутренней поверхности которого придают форму, ответную форме кольцевых гофр металлической законцовки, между концевой цилиндрической частью трубопровода и металлической законцовкой располагают тонкостенное уплотнительное кольцо, затем фиксирующий элемент деформируют воздействием осесимметричной импульсной нагрузки, равномерно распределенной по всей поверхности фиксирующего элемента. Кроме того, профиль кольцевых гофр может быть выполнен в форме синусоиды, величина амплитуды которой составляет 0,05-0,07 величины внутреннего радиуса трубопровода. Изобретение обеспечивает герметичность соединения металлической законцовки и оболочки трубопровода из полимерного композиционного материала. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ соединения трубопровода из полимерного материала с металлической осесимметричной законцовкой, часть образующей наружной поверхности которой имеет форму кольцевых гофр, включающий установку снаружи концевой цилиндрической части трубопровода фиксирующего элемента, отличающийся тем, что образующей внутренней поверхности фиксирующего элемента придают форму, ответную форме кольцевых гофр металлической законцовки, а между концевой цилиндрической частью трубопровода и металлической законцовкой располагают тонкостенное уплотнительное кольцо, затем фиксирующий элемент деформируют воздействием осесимметричной импульсной нагрузки, равномерно распределенной по всей поверхности фиксирующего элемента.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что профиль кольцевых гофр выполнен в форме синусоиды, величина амплитуды которой составляет 0,05-0,07 величины внутреннего радиуса трубопровода.