ФЛАНЦЕВЫЙ ЭЛЕМЕНТ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК E04H12/08 

Техническое решение относится к конструкциям телекоммуникационных башен и предназначено для сочленения их секций [E04H 12/00].

Из уровня техники известна СТОЙКА ОПОРЫ [RU 2574430, опубл. 10.02.2016], выполненная в виде трубчатой конструкции, стенки которой армированы продольной напрягаемой и ненапрягаемой стержневой арматурой и поперечной спиральной арматурой, включающей в себя подпятник и закладное изделие по меньшей мере на одном торце стойки, при этом закладное изделие содержит обечайку в виде кольца из стальной полосы, монтажное кольцо, закрепленное на внутренней поверхности обечайки, и анкерную арматуру из отдельных стержней, которые выполнены с наклонным участком отгиба стержня в нижней части, переходящим в прямолинейный конец, параллельный его верхней части, и установлены так, что участок верхней части стержня, переходящей в отгиб, охватывает монтажное кольцо, а упомянутый прямолинейный конец скреплен с обечайкой под монтажным кольцом.

Также известен ЛИТОЙ ИЛИ КОВАНЫЙ СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ ФЛАНЕЦ ДЛЯ БЕТОННЫХ СТЕРЖНЕЙ [CN 111120470 A, опубл. 08.05.2020], содержащий фланцевое кольцо, набор ребер, внутреннее прижимное кольцо и наружное прижимное кольцо, соответственно расположенные на соединительном конце фланцевого кольца, расположенные во внутренней стороне кольца подвесного ребра на внутренней стороне прижимного кольца, набор отверстий для подвесных ребер, расположенных по окружности подвесного кольца, стопорное кольцо, предусмотренное на задней стороне соединительного конца фланцевого кольца, и набор болтов, предусмотренных на отверстие для фланцевого кольца; внешнее прижимное кольцо соединено с внешним кругом фланцевого кольца, внутреннее прижимное кольцо соединено с внутренним кругом фланцевого кольца, а набор ребер соответствует методу; внутреннее прижимное кольцо и внешнее прижимное кольцо соединены вместе в радиальном направлении; каждое отверстие под болт на фланцевом кольце расположено в пространстве, окруженном двумя соседними ребрами: внутренним прижимным кольцом и внешним прижимным кольцом.

Недостатком приведенных аналогов является выполнение фланцевого элемента монолитным, что может привести к снижению его прочности и повысить вероятность его повреждения при повышенных нагрузках на опору связи.

Наиболее близким по технической сущности является ФЛАНЕЦ С БУФЕРНОЙ ФУНКЦИЕЙ [KR 101254661 B1, опубл. 15.04.2013], который состоит из нижнего фланцевого узла, верхнего фланцевого узла, эластичного элемента, фиксирующего элемента и крепежного элемента; нижний фланцевый блок горизонтально прикреплен к земле; верхний фланцевый узел находится на равном расстоянии от нижнего фланцевого узла и установлен горизонтально в верхней части нижнего фланцевого узла; упругий элемент установлен вертикально между нижним фланцевым узлом и верхним фланцевым узлом и через равные промежутки; крепежный элемент фиксирует нижний фланцевый блок к земле, перпендикулярно проникая в нижний фланцевый блок; нижний фланцевый блок и верхний фланцевый блок скреплены крепежным элементом.

Основными техническими проблемами прототипа являются отсутствие вертикальных ребер жесткости, а также выполнение фланцевого элемента монолитным, что может привести к снижению его прочности и повысить вероятность его повреждения при повышенных нагрузках на опору связи.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом изобретения является повышение прочности конструкции фланцевого элемента.

Указанный технический результат достигается за счет того, что фланцевый элемент состоит из двух внешних слоев, выполненных в виде металлических пластин кольцевой формы, между которыми размещен внутренний слой, выполненный в виде металлической пластины кольцевой формы меньшего диаметра, упомянутые слои соединены сварным соединением, вдоль внешнего периметра слоев соосно выполнены сквозные болтовые отверстия и сквозные пазы, в пазах размещены и зафиксированы сварным соединением ребра жесткости, вертикальные стенки которых обращены к центру фланцевого элемента.

В частности, слои выполнены из стали.

В частности, количество пазов не превышает количество болтовых отверстий.

В частности, ребра жесткости выполнены в виде усеченных сверху прямоугольных треугольников с выемкой треугольной формы у основания прямого угла.

Способ изготовления фланцевого элемента, в соответствии с которым штампуют из металла внешние слои и внутренний слои в форме колец, вдоль внешнего периметра каждого слоя на их полях соосно через равные промежутки, соответствующие количеству болтовых отверстий, просверливают болтовые отверстия, между которыми вытачивают пазы, количество которых соответствует необходимому количеству ребер жесткости, далее совмещают соосно и соединяют посредством болтов верхний внешний слой, внутренний слой и нижний внешний слой, устанавливают ребра жесткости в пазах, выполняют предварительную сварку слоев в четырех диаметрально противоположных точках торцевых поверхностей фланцевого элемента в полости внешних канавок и аналогичных диаметрально противоположных точках в полости внутренних канавок, производят сварку оснований ребер жесткости в местах расположения пазов с материалом нижнего внешнего слоя, после чего производят сварку ребер жесткости с материалом верхнего внешнего слоя, после чего производят сварку слоев между собой в полости внешних канавок вдоль внешнего радиуса внешних слоев и в полости внутренних канавок вдоль внутреннего радиуса внешних слоев.

В частности, толщина слоев составляет 10 мм.

В частности, диаметр внешних слоев составляет 830 мм.

В частности, диаметр внутреннего слоя составляет 810 мм.

В частности, сварку производят при силе тока 220 А в течение 1,5 минут.

Краткое описание чертежей.

На Фиг. 1 показан вид фланцевого элемента сверху.

На Фиг. 2 показан вид фланцевого элемента сбоку.

На Фиг. 3 показан вид внутреннего слоя фланцевого элемента сверху.

На Фиг. 4 показана схема сборки модульной опоры связи.

На фигурах обозначено: 1 - внешний слой; 2 - внутренний слой; 3 - болтовое отверстие; 4 - паз; 5 - ребро жесткости; 6 - секция трубы; 7 - канавка.

Осуществление изобретения.

Предлагаемый фланцевый элемент содержит два одинаковых внешних слоя 1 кольцевой формы (Фиг. 1), между которыми размещен внутренний слой 2 кольцевой формы, при этом диаметр внутреннего слоя 2 меньше, чем диаметр внешних слоев 1 (Фиг. 2, 3).

Внешние 1 и внутренний 2 слои выполнены предпочтительно из стали и соединены сварным соединением.

Вдоль внешнего периметра слоев фланцевого элемента соосно выполнены сквозные болтовые отверстия 3 и сквозные пазы 4, при этом количество пазов 4 не превышает количество болтовых отверстий 3.

В различных вариантах реализации количество сквозных пазов 4 составляет 6, 12 или 18.

В пазах 4 размещены и зафиксированы сварным соединением ребра жесткости 5, выполненные в виде «косынок» из того же материала, что и слои фланцевого элемента.

Ребра жесткости 5 предпочтительно имеют форму усеченного сверху прямоугольного треугольника с выемкой треугольной формы у основания прямого угла, при этом в основании каждого ребра жесткости 5 выполнен шип прямоугольной формы, выполненный с возможностью размещения в пазе 4.

Вертикальные стенки ребер жесткости 5 обращены к центру фланцевого элемента.

Заявленный фланцевый элемент используют следующим образом.

Для изготовления фланцевого элемента штампуют из металла выбранной марки, например 09Г2С, три пластины в форме колец толщиной предпочтительно 10 мм. Две пластины, образующие верхний и нижний внешние слои 1, выполняют диаметром предпочтительно 830 мм, одну пластину, образующую внутренний слой 2, выполняют диаметром предпочтительно 810 мм.

Вдоль внешнего периметра каждой из трех пластин на их полях соосно через равные промежутки, соответствующие необходимому количеству болтовых соединений, просверливают болтовые отверстия 3, между которыми вытачивают пазы 4, количество которых не превышает количество болтовых отверстий 3 и соответствует необходимому количеству ребер жесткости 5, например 6, 12 или 18.

Перед началом сварки совмещают соосно верхний внешний слой 1 с внутренним слоем 2, с ними со стороны внутреннего слоя 2 совмещают соосно нижний внешний слой 1, после чего соединяют слои между собой посредством болтов через болтовые отверстия 3 и устанавливают ребра жесткости 5 в пазах 4.

Выполняют предварительную сварку слоев в четырех диаметрально противоположных точках торцевых поверхностей фланцевого элемента в полости внешних канавок 7 (см. Фиг. 2) и аналогичных диаметрально противоположных точках в полости внутренних канавок 7 при силе тока 220 А в течение 1,5 минут.

Далее со стороны нижнего внешнего слоя 1 производят сварку оснований ребер жесткости 5 в местах расположения пазов 4 с материалом нижнего внешнего слоя 1, после чего производят сварку ребер жесткости 5 с материалом верхнего внешнего слоя 1.

После этого производят окончательную сварку слоев между собой в полости внешних канавок 7 вдоль внешнего радиуса внешних слоев 1 и в полости внутренних канавок 7 вдоль внутреннего радиуса внешних слоев 1, при этом окончательную сварку производят при силе тока 220 А в течение 1,5 минут.

При сборке модульной опоры связи фланцевые элементы соединяют с торцами секции трубы 6 (Фиг. 4) посредством сварки по вертикальным сторонам ребер жесткости 5, после чего полученные секции соединяют между собой посредством болтовых соединений через болтовые отверстия 3.

Предлагаемые фланцевые элементы используют при сборке секций модульных опор связи, изготавливаемых, например, в соответствии с патентом РФ № 222708.

Указанный технический результат - повышение прочности конструкции фланцевого элемента - достигается за счет следующих факторов:

- выполнение фланцевого элемента состоящим из трех слоев, соединенных между собой сварным соединением, при этом многослойная структура имеет большую механическую прочность по сравнению с однослойной, что подтверждается математическим моделированием и натурными экспериментами;

- выполнение болтовые отверстий 3 и пазов 4 сквозными, что способствует повышению прочности при соединении фланцевых элементов болтами;

- равномерное взаимное распределение болтовых отверстий 3 и пазов 4 по поверхности слоев фланцевого элемента, что обосновывается необходимостью симметрии для равномерного распределения нагрузки и способствует повышению прочности фланцевого соединения;

- последовательная сварка слоев фланцевого элемента между собой, включающая предварительную сварку в диаметрально противоположных точках слоев, а также окончательную сварку вдоль внешнего и внутреннего радиусов слоев фланцевого элемента, что обеспечивает равномерное распределение термической нагрузки на участки металла, а также итоговую плотность взаимного прилегания и соединения слоев и, таким образом, повышает механическую прочность фланцевого элемента;

- выполнение фланцевого элемента содержащим ребра жесткости, имеющими форму прямоугольных треугольников указанной выше конфигурации, что позволяет более равномерно распределять нагрузку соединений и, таким образом, повышает механическую прочность фланцевого элемента.

К дополнительному преимуществу заявленного технического решения можно отнести сокращение времени изготовления фланцевого элемента. Это достигается за счет того, что фланцевый элемент состоит из трех тонких слоев, и при сварке их между собой материал не деформируется, в то время как при штамповке фланцевых элементов, аналогичных производимым согласно описаниям аналогов и прототипа и имеющих большую толщину и полнотелую структуру, материал подвергается деформации, и для сохранения качества и прочности возникает необходимость в дальнейшей доработке фланцевого элемента на станке, что увеличивает время и снижает экономичность изготовления.

В 2024 г. заявителем были собраны экспериментальные образцы фланцевых элементов в соответствии с настоящим описанием, и были проведены лабораторные и производственные испытания в сравнении с образцами, представляющими собой реализации аналогов и прототипа.

Испытания с приложением в том числе сверхнормативных механических нагрузок, ветрового и гололедного воздействия показали повышение в среднем на 12% показателей прочности конструкции фланцевых элементов, а также сокращение времени изготовления фланцевых элементов при реализации способа в среднем на 15%.

Таким образом, результаты испытаний позволили подтвердить достижение на практике заявленного технического результата.

Изобретение относится к конструкциям телекоммуникационных башен и предназначено для сочленения их секций. Фланцевый элемент состоит из двух внешних слоев, выполненных в виде металлических пластин кольцевой формы, между которыми размещен внутренний слой, выполненный в виде металлической пластины кольцевой формы меньшего диаметра, упомянутые слои соединены сварным соединением, вдоль внешнего периметра слоев соосно выполнены сквозные болтовые отверстия и сквозные пазы, в пазах размещены и зафиксированы сварным соединением ребра жесткости, вертикальные стенки которых обращены к центру фланцевого элемента. Сущность: штампуют из металла внешние слои и внутренний слои в форме колец, вдоль внешнего периметра каждого слоя на их полях соосно через равные промежутки, соответствующие количеству болтовых отверстий, просверливают болтовые отверстия, между которыми вытачивают пазы, количество которых соответствует необходимому количеству ребер жесткости, далее совмещают соосно и соединяют посредством болтов верхний внешний слой, внутренний слой и нижний внешний слой, устанавливают ребра жесткости в пазах, выполняют предварительную сварку слоев в четырех диаметрально противоположных точках торцевых поверхностей фланцевого элемента в полости внешних канавок и аналогичных диаметрально противоположных точках в полости внутренних канавок, производят сварку оснований ребер жесткости в местах расположения пазов с материалом нижнего внешнего слоя, после чего производят сварку ребер жесткости с материалом верхнего внешнего слоя, после чего производят сварку слоев между собой в полости внешних канавок вдоль внешнего радиуса внешних слоев и в полости внутренних канавок вдоль внутреннего радиуса внешних слоев. Технический результат: повышение прочности конструкции фланцевого элемента. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Фланцевый элемент состоит из двух внешних слоев, выполненных в виде металлических пластин кольцевой формы, между которыми размещен внутренний слой, выполненный в виде металлической пластины кольцевой формы меньшего диаметра, упомянутые слои соединены сварным соединением, вдоль внешнего периметра слоев соосно выполнены сквозные болтовые отверстия и сквозные пазы, в пазах размещены и зафиксированы сварным соединением ребра жесткости, вертикальные стенки которых обращены к центру фланцевого элемента.

2. Фланцевый элемент по п. 1, отличающийся тем, что слои выполнены из стали.

3. Фланцевый элемент по п. 1, отличающийся тем, что количество пазов не превышает количество болтовых отверстий.

4. Фланцевый элемент по п. 1, отличающийся тем, что ребра жесткости выполнены в виде усеченных сверху прямоугольных треугольников с выемкой треугольной формы у основания прямого угла.

5. Способ изготовления фланцевого элемента по п. 1, в соответствии с которым штампуют из металла внешние слои и внутренний слой в форме колец, вдоль внешнего периметра каждого слоя на их полях соосно через равные промежутки, соответствующие количеству болтовых отверстий, просверливают болтовые отверстия, между которыми вытачивают пазы, количество которых соответствует необходимому количеству ребер жесткости, далее совмещают соосно и соединяют посредством болтов верхний внешний слой, внутренний слой и нижний внешний слой, устанавливают ребра жесткости в пазах, выполняют предварительную сварку слоев в четырех диаметрально противоположных точках торцевых поверхностей фланцевого элемента в полости внешних канавок и аналогичных диаметрально противоположных точках в полости внутренних канавок, производят сварку оснований ребер жесткости в местах расположения пазов с материалом нижнего внешнего слоя, после чего производят сварку ребер жесткости с материалом верхнего внешнего слоя, после чего производят сварку слоев между собой в полости внешних канавок вдоль внешнего радиуса внешних слоев и в полости внутренних канавок вдоль внутреннего радиуса внешних слоев.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что толщина слоев составляет 10 мм.

7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что диаметр внешних слоев составляет 830 мм.

8. Способ по п. 5, отличающийся тем, что диаметр внутреннего слоя составляет 810 мм.

9. Способ по п. 5, отличающийся тем, что сварку производят при силе тока 220 А в течение 1,5 минут.