Устройство для соединения законцовок трубопровода Российский патент 2024 года по МПК F16L21/00 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам для соединения законцовок трубопроводов с соединительными элементами типа ниппелей или фитингов из разнородных материалов, и может использоваться в высоконагруженных разъемных конструкциях трубопроводов машиностроения для эксплуатации в гидравлических и пневматических системах различных агрегатов.

Известно устройство соединения законцовок трубопроводов фитинового типа, конструкции которого в качестве обжимающего элемента используется накидная гайка «американка», имеющая внутреннюю и наружную резьбу. Накидная гайка «американка» - это муфта с буртиком и накидной гайкой, которая упирается в буртик, обеспечивающая муфтовое соединение трубопроводов при помощи вращения одной гайки. Изделие конструктивно состоит из таких компонентов: быстроразъемная шестигранная гайка с резьбой, фитинга, также имеющих резьбу, резиновую, полиуретановую или паронитовую прокладку. Демонтаж соединения можно проводит быстро и без усилий. Однако резиновую прокладку после каждого демонтажа необходимо менять. В связи с этим возникают значительные трудности, так как специальные прокладки встроены в агрегат. Герметичность со временем падает за счет ухудшения состояния самих прокладок (Патент RU №2493469, 2012 г. МПК F16L 21/00).

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для соединения трубопроводов (патент на полезную модель RU №130661, 2015 г., МПК F16L 37/40), содержащее муфту из сплава, обладающего эффектом памяти формы, и внешнюю компенсирующую оболочку, выполненную из материала с коэффициентом термического расширения, отличающегося от коэффициента термического расширения сплава материала, обладающего памятью формы, при этом наружная поверхность муфты и внутренняя поверхность оболочки выполнены конусными с одинаковыми углами торможения в пределах 4-8°. В передней части оболочки на кольцевой образующей имеются прямоугольные прорези, а на внутренней поверхности муфты ответные пояски. Эффект памяти формы заключается в следующем: соединение, выполненные муфтами из материала с эффектом памяти формы, образуется за счет значительного изменения размеров соединительного элемента при фазовых превращениях в материале муфты. Сохранение исходной формы, находясь под напряжением, не превышающим предела упругости и возврат к первоначальным размерам, при снятии этих напряжений, является «памятью» материала. Если процессу термического формовосстановления создать препятствие, то в материале генерируются реактивные напряжения, которые превышают деформационные. Явление немедленного возврата деформации при снятии внешней нагрузки известно, как «сверхупругость»; в то же время эффект восстановления деформации, для реализации которого требуется нагрев до некоторой температуры, превышающей температуру деформации, называется «эффектом памяти формы». В некоторых случаях наблюдается сочетание сверхупругости и ЭПФ - это можно рассматривать как общий случай.

Целенаправленную работу восстановления муфты при нагреве осуществляет материал. Генерируемые реактивные напряжения, в процессе восстановления размеров, определяются видами и последовательностями фазовых превращений. Обязательным условием является то, что температура фазовых превращений должна быть ниже эксплуатационной.

Муфта из материала с эффектом памяти формы в процессе монтажа при определенных условиях обладает свойством самовосстанавливаться. Соединительные муфты, после фазовых превращений материала радиально деформируются (в пределах до 8%) и до монтажа сохраняются в холодном состоянии (в среде жидкого азота). После монтажа происходит нагрев за счет естественного подвода тепла. В результате обратного превращения материала при нагреве происходит восстановление исходных размеров муфты.

Анализ известных технических решений показал, что технической проблемой в данной области является необходимость расширения арсенала средств, используемых для соединения законцовок трубопроводов.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, - повышение надежности соединения законцовок трубопроводов с монтажными элементами.

Для решения технической проблемы и достижения указанного технического результата в устройстве для соединения законцовок трубопровода, содержащем ниппель, устанавливаемый на концевом участке трубопровода и наживленную на ниппель накидная гайку, при этом ниппель выполнен в виде полого цилиндра с кольцевой отбуртовкой с одного торца, в соответствии с изобретением ниппель и накидная гайка выполнены из сплава, обладающего памятью формы с температурой фазовых превращений ниже эксплуатационных, при этом в зоне контакта ниппеля с сопряженным участком трубопровода ниппель выполнен с конусностью 72°, а фитинг изготавливается с углом конусности 74°30¹, причем на внутренней поверхности ниппеля выполнены силовые кольцевые выступы, ширина которых составляет 0,3-0,6 мм, а высота находится в пределах 0,2-0,6 мм, между которыми по кольцевой образующей, выполнены диаметрально равномерно расположенные шипообразные выступы, высота которых находится в пределах 0,1-0,5 мм, а ширина 0,5-0,8 мм.

Предложенное устройство соединения законцовок трубопровода выполнено с использованием уплотнительных прокладок на основе материалов, обладающих эффектом памяти формы (ЭПФ), которые в процессе термоциклирования в ненагруженном состоянии через интервалы прямого и обратного мартенситных превращений при охлаждении деформация накапливается, а при нагреве восстанавливается. Это свойство называют обратимой (двусторонней) памятью формы (ОПФ), которое имеет способность не исчезать практически после любого числа теплосмен. Данный эффект может быть получен только за счет деформационного воздействия на металл. Эффект обратимой памяти формы резко расширяет возможности применения сплавов с ЭПФ в приборах и конструкциях многократного циклического действия. Такие устройства для соединения законцовок трубопровода могут применяться в системах гидроуправления основных узлов исполнительных механизмов летательных аппаратов в процессе эксплуатации.

Для создания локально напряженной области с образованием «мартенсита напряжений» (генерация реактивных напряжений в материале) в зоне контакта, фитинг изготавливается с углом конусности 74°30¹, а ниппель выполнен с конусностью под углом 72°. Таким образом, материал с эффектом памяти формы, из которого состоит ниппель, противодействует проворачиванию за счет создания напряженного состояния материала и генерации реактивных напряжений термомеханического возврата, возникающих при фазовых превращениях. При естественном нагреве при фазовых превращениях происходит изменение формы - угол конусности увеличивается до угла арматуры (заполняется все пространство между поверхностью сопряжения ниппеля и арматуры) и создается прочное сцепление в радиальном направлении сопряженных элементов конструкции. В этом случае герметичность создания соединения обеспечивается усилием со значительно меньшим моментом стягивания резьбовой гайки, кроме того не критична к температурно-силовым воздействиям при эксплуатации и как следствие, отпадает необходимость периодических подтяжек. Однако предлагаемые мероприятия могут быть недостаточными применительно к трубопроводам высокого давления или эксплуатируемых в особо тяжелых условиях, например, при больших механических нагрузках, вибрациях.

Устройство поясняется чертежами:

Фиг. 1 - общий вид устройства;

Фиг. 2 - устройство для соединения труб с использованием материалов ЭПФ;

Фиг. 3 - разрез ниппеля (вид уплотнительных и шипообразных выступов, где h - высота выступа; d - ширина выступа);

Фиг. 4 - разрез ниппеля по А-А;

Фиг. 5 - узел сопряжения ниппеля с трубой.

Устройство для соединения законцовок трубопровода, состоит из ниппеля 1, устанавливаемого на концевом участке трубопровода 2, и наживленной на ниппель 1 накидной гайки 3, при этом ниппель 1 выполнен в виде полого цилиндра с кольцевой отбуртовкой с одного торца из сплава, обладающего памятью формы с температурой фазовых превращений ниже эксплуатационных, при этом в зоне контакта ниппеля с сопряженным участком трубопровода, ниппель выполнен с конусностью под углом 72°, причем на внутренней поверхности ниппеля выполнены силовые кольцевые выступы. В зоне контакта фитинг изготавливается с углом конусности 74°30¹, а ниппель выполнен с конусностью под углом 72°, а на внутренней поверхности между силовыми кольцевыми выступами выполнены шипообразные выступы с высотой (h), не превышающей кольцевые и находится в пределах 0,1-0,5 мм; ширина (d) выступов находится в пределах 0,5-0,8 мм (Фиг. 3).

Устройство для соединения законцовок трубопровода работает следующим образом: монтаж происходит вследствие стыковки ниппеля 1 и фитинга, стягивающиеся между собой в последствие соединения накидной гайки 3, не допускающее послабления крепления и уплотнения по средству ЭПФ.

Ниппель 1, выполненный в виде полого цилиндра с кольцевой отбуртовкой с одного торца устанавливается на трубопровод 2 и выполнен из сплава, обладающего памятью формы с температурой фазовых превращений ниже эксплуатационных при этом в зоне контакта ниппеля с сопряженным участком трубопровода ниппель выполнен с конусностью под углом 72°, причем на внутренней поверхности ниппеля выполнены силовые кольцевые выступы. В зоне контакта, фитинг изготавливается с углом конусности 74°30¹, а ниппель выполнен с конусностью под углом не 74°, а 72°, что обеспечивает натяг в зоне контакта за счет изменения формы материала с ЭПФ. При естественном нагреве при фазовых превращениях происходит изменение формы материала - угол конусности увеличивается и создается прочное сцепление в радиальном направлении сопряженных элементов конструкции. Таким образом, материал с эффектом памяти формы за счет создания напряженного состояния материала и генерации реактивных напряжений термомеханического возврата, возникающих при фазовых превращениях, противодействует проворачиванию. В этом случае герметичность создания соединения обеспечивается усилием со значительно меньшим моментом стягивания резьбовой гайки, кроме того не критична к температурно-силовым воздействиям при эксплуатации и как следствие, отпадает необходимость периодических подтяжек. Герметичность создания соединения обеспечивается усилием со значительно меньшим моментом стягивания резьбовой гайки, при этом нет необходимости периодических подтяжек и нет влияния от температурно-силовых воздействий при эксплуатации.

В результате работы получено устройство соединения законцовок трубопроводов, содержащее ниппель, выполненный из сплава с ЭПФ, и накидную гайку. Используя эффект памяти формы материала ниппеля было создано герметичное соединение, которое предотвращает прокручивание соединяемых труб и создание напряженного состояния в процессе эксплуатации в зоне контакта арматуры и ниппеля.

По сравнению с прототипом предложенное техническое решение обеспечит надежность соединения трубопроводов с монтажными элементами.

Изобретение относится к устройству для соединения законцовок трубопровода. Устройство для соединения законцовок трубопроводов с соединительными элементами типа ниппелей или фитингов из разнородных материалов может использоваться в высоконагруженных разъемных конструкциях трубопроводов машиностроения для эксплуатации в гидравлических и пневматических системах различных агрегатов. Устройство для соединения законцовок трубопровода содержит ниппель, устанавливаемый на концевом участке трубопровода, и наживленную на ниппель накидную гайку. Ниппель выполнен в виде полого цилиндра с кольцевой отбуртовкой с одного торца. Ниппель и накидная гайка выполнены из сплава, обладающего памятью формы с температурой фазовых превращений ниже эксплуатационных, при этом в зоне контакта ниппеля с сопряженным участком трубопровода ниппель выполнен с конусностью 72°, а фитинг изготавливается с углом конусности 74°30¹. На внутренней поверхности ниппеля выполнены силовые кольцевые выступы, ширина которых составляет 0,3-0,6 мм, а высота находится в пределах 0,2-0,6 мм, между которыми по кольцевой образующей выполнены диаметрально равномерно расположенные шипообразные выступы, высота которых находится в пределах 0,1-0,5 мм, а ширина 0,5-0,8 мм. Изобретение обеспечивает повышение надежности соединения законцовок трубопроводов с монтажными элементами. 5 ил.

Устройство для соединения законцовок трубопровода, содержащее ниппель, устанавливаемый на концевом участке трубопровода, и наживленную на ниппель накидную гайку, при этом ниппель выполнен в виде полого цилиндра с кольцевой отбуртовкой с одного торца, отличающееся тем, что ниппель и накидная гайка выполнены из сплава, обладающего памятью формы с температурой фазовых превращений ниже эксплуатационных, при этом в зоне контакта ниппеля с сопряженным участком трубопровода ниппель выполнен с конусностью 72°, а фитинг изготавливается с углом конусности 74°30¹, причем на внутренней поверхности ниппеля выполнены силовые кольцевые выступы, ширина которых составляет 0,3-0,6 мм, а высота находится в пределах 0,2-0,6 мм, между которыми по кольцевой образующей выполнены диаметрально равномерно расположенные шипообразные выступы, высота которых находится в пределах 0,1-0,5 мм, а ширина 0,5-0,8 мм.