УЗЕЛ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ОТВОДА К ТРУБЕ Российский патент 2025 года по МПК F16L41/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, в частности к устройствам для врезки отвода в действующий трубопровод. Преимущественное использование для безнапорных трубопроводов в системах внутренней канализации.

Уровень техники

Известно устройство присоединения отводного патрубка к цилиндрической конструкции, см. патент IES 970410, МПК: F16L 41/08, опубл. 12.08.1998, содержащее патрубок с наружной резьбой, пропущенный через сформированное в стенке конструкции отверстие, и установленную на нем гайку, причем и патрубок и гайка имеют фланцевые поверхности с углублениями для размещения уплотнительных колец. При затягивании гайки на патрубке фланцевые поверхности через уплотнения прижимаются к внутренней и внешней поверхностям трубы, соответственно, образуя герметичное соединение.

В этой конструкции фланцевые поверхности патрубка и гайки имеют достаточно большую площадь контакта, что обеспечивает высокую надежность удержания соединительного узла в отверстии трубы. Однако такой патрубок может быть установлен в отверстии только изнутри цилиндрической конструкции, что возможно в случае резервуара и невозможно при формировании отвода на действующем трубопроводе. Другим недостатком этого аналога является то, что в рабочем положении существенная часть узла выступает внутрь цилиндрического объема, образуя препятствие, на котором, в случае сточной трубы, будут задерживаться все примеси, вызывая постепенное обрастание отвода и его засорение.

Известны устройства для присоединения отводов, основным достоинством которых является возможность монтажа узла в отверстии трубы снаружи.

Как правило, эти устройства содержат трубчатый соединительный элемент с резьбой (далее - патрубок), один конец которого приспособлен для соединения с трубой отвода, а другой снабжен фланцем, размещаемым в отверстии основной трубы, и установленную на патрубке с возможностью скольжения седловину, поверхность которой изогнута в соответствии с внешней поверхностью основной трубы, к которой она прижимается через уплотнение при затягивании установленной на патрубке натяжной гайки, например, см. патенты: ЕР 0890777, опубл. 13.01.1999 или WO 99/31428, оп. 24.06.1999; FR 2557255, оп. 28.06.1985; DE 2427637, оп. 09.01.1975; KR 102300286, оп. 03.09.2021 или KR 101056811, оп. 08.08.2011.

Патрубок может быть выполнен в виде цельной детали, например, как в патентах ЕР 0890777 или FR 2557255, а может состоять из двух трубчатых частей соединенных между собой посредством резьбы, например как в патенте KR 101056811.

Во всех случаях диаметр патрубка выполняется меньше диаметра отверстия трубы, за исключением его нижней расширенной, так называемой фланцевой части, которая вставляется, а по сути вщелкивается в отверстие трубы, в случае выполнения патрубка жестким. Для возможности такого «вщелкивания» концентрично выполненное расширение лишь незначительно превышает диаметр отверстия и составляет 1-2 мм с каждой стороны, что не способствует высокой надежности удержания соединительного узла в отверстии. Любые неточности формы или размеров отверстия, скачки давления и т.п. могут привести к выскакиванию соединительного патрубка из отверстия.

В упомянутых конструкциях увеличения площади зацепления добиваются за счет уплотнения, нижний край которого под действием расширенного края патрубка загибается и поджимается к внутренней поверхности трубы, что обеспечивает увеличение зацепляющей части и способствует более надежному соединению узла с трубой. При этом уплотнение выполняется трубчатой сложной формы, благодаря чему заполняет зазоры между патрубком и стенками отверстия и обеспечивает центровку патрубка в нем.

Известна конструкция соединительного узла, в которой фланцевая часть патрубка, имеющая диаметр, больше, чем диаметр отверстия трубы, выполнена с диаметрально противоположными лысками, расстояние между кромками которых меньше диаметра отверстия трубы, в которое этот патрубок устанавливается (см. патент GB951823, МПК: F16L 41/14, опубл. 11.03.1964). Выполнение лысок (срезов) облегчает процесс установки патрубка в отверстие трубы, однако не способствует высокой надежности его удержания в этом отверстии потому, что ширина концентричных (симметричных) фланцев определяется величиной диаметра отверстия и лишь ненамного превышает его. В этом случае просто взять и увеличить площадь фланцев невозможно, так как расширение фланцевой части потребует увеличения диаметра отверстия для возможности установки в нем патрубка, и в итоге площадь контактной (зацепляющей) части фланцев останется прежней. Таким образом, этот аналог также характеризуется малой площадью зацепления патрубка, что может привести к выпадению узла из отверстия.

Достаточное расширение площади зацепления фланцевой части патрубка возможно в случае выполнения этой части или всего патрубка из упруго-деформируемых материалов, что позволит, изгибая, завести такую расширенную часть внутрь отверстия жесткой трубы, например, как описано в патентах GB1269499, 1972.04.06; US 4441744, 10.04.1984 или DE 102018109998, 31.10.2019. Однако выполнение соединительного патрубка из деформируемых материалов сопряжено с потерей жесткости, а значит и надежности узла.

В качестве наиболее близкого аналога, по наличию признаков, сходных с существенными признаками заявляемого технического решения, принято устройство присоединения отвода к трубе, конструкция которого раскрыта в патенте на изобретение ЕР 0890777, МПК: F16L 41/04, опубл. 13.01.1999.

Признаки ближайшего аналога, сходные с признаками предлагаемого узла присоединения отвода к трубе, следующие: узел включает соединительный патрубок с внешней резьбой для установки натяжной гайки, один конец которого выполнен с возможностью присоединения отвода, а другой - снабжен фланцевой частью, размещаемой в отверстии трубы; включает установленный на патрубке с возможностью линейного скольжения прижимной элемент с седлообразной поверхностью, повторяющей форму внешней поверхности трубы, и надетое на патрубок уплотнение, размещенное в гнезде на седлообразной поверхности, прижимающей уплотнение к трубе при закручивании установленной на патрубке натяжной гайки.

Недостатком ближайшего аналога является маленькая зацепляющая поверхность фланцев соединительного патрубка, что может привести к его выскакиванию из отверстия, а также высокие требования, предъявляемые к точности формы и размеров формируемого в трубе отверстия.

Стоящая перед разработчиками техническая проблема, решаемая в настоящем изобретении, заключается в обеспечении надежности работы соединительного узла за счет надежного удержания соединительного патрубка в отверстии трубы, исключающего его выскакивание из отверстия, при сохранении простоты и легкости монтажа соединительного узла в отверстии трубы, независимо от точности формирования последнего.

Раскрытие сущности изобретения

Упомянутая проблема решена в узле присоединения отвода к трубе, содержащем соединительный патрубок с внешней резьбой для натяжной гайки, один конец которого выполнен с возможностью присоединения отвода, а другой - снабжен фланцевой частью, размещаемой в отверстии трубы, на которой формируется отвод, установленный на патрубке с возможностью линейного скольжения прижимной элемент с седлообразной поверхностью, повторяющей форму внешней поверхности трубы, и уплотнение, установленное на патрубке и размещенное в гнезде на седлообразной поверхности, прижимающей это уплотнение к трубе при закручивании установленной на патрубке натяжной гайки.

Согласно заявляемому изобретению, фланцевая часть соединительного патрубка выполнена вытянутой вдоль оси трубы с образованием противолежащих относительно патрубка участков разной длины, различающейся между собой, предпочтительно, в 2-4 раза, причем максимальный поперечный размер фланцевой части не превышает диаметр отверстия трубы, а общий продольный размер больше диаметра отверстия трубы на длину большего из участков.

В формуле использован термин «длина», так как он более точно характеризует продольный размер, ориентированный вдоль оси трубы, а именно протяженность фланцевых участков от стенки цилиндрической части патрубка до наиболее удаленной от нее кромки фланца.

Существенным отличием предлагаемой конструкции от ближайшего и других известных аналогов является асиметричное овалообразное исполнение фланцевой части соединительного патрубка, при соблюдении двух условий: что максимальный поперечный размер фланцевой части не превышает диаметр отверстия трубы, а общий продольный размер больше диаметра отверстия трубы на длину большего из участков.

Такое решение позволило увеличить площадь контакта соединительного патрубка с трубой и при этом обеспечить возможность установки такого увеличенного жесткого фланца снаружи - внутрь отверстия трубы, без увеличения диаметра последнего.

Достаточно большая площадь контакта соединительного патрубка с трубой обеспечивает высокую надежность работы соединительного узла, исключает вероятность его выскакивания из отверстия при любых нагрузках.

Еще одним достигаемым техническим результатом является снижение требований к точности выполнения отверстия в трубе, поскольку увеличенная площадь фланцевой части соединительного патрубка позволяет скомпенсировать любые отклонения формы и размеров отверстия.

Еще одним положительным моментом является исключение необходимости центровки патрубка, так как конструктивное исполнение фланцев позволяет перекрывать любые зазоры, обусловленные отклонением патрубка от центрального положения.

Конструктивное исполнение узла обеспечивает простоту его установки и высокую герметичность получаемого соединения.

Как и во всех аналогах, в предлагаемой конструкции фланцевая часть соединительного патрубка повторяет изогнутость внутренней поверхности трубы. При этом в отличие от них, в предлагаемой конструкции уплотнение целиком размещено со стороны прижимного элемента (в гнезде на его поверхности), а значит снаружи трубы, и при затягивании натяжной гайки фланцевая часть соединительного патрубка плотно притягивается к внутренней поверхности трубы, что исключает задерживание примесей на узле и обрастание узла при его использовании в системах канализации. Закругленность фланцев дополнительно повышает их обтекаемость. В итоге обеспечивается долговечность и надежность работы отвода.

Проведенный заявителем анализ уровня техники не выявил решений, характеризующихся признаками, совпадающими со всеми отличительными признаками заявляемого технического решения, что позволяет положительно судить о его соответствии требованиям «новизны» и «изобретательского уровня». Каждый существенный признак необходим и работает в совокупности и устойчивой взаимосвязи с другими признаками, что способствует достижению нового качества, не присущего признакам в разобщенности.

Уплотнение, предпочтительно, выполнено в виде эллипсообразной в плане детали с центральным отверстием для установки на патрубке и выступающей вдоль кромки отверстия воротниковой частью и размещено в гнезде прижимного элемента с ориентацией продольной оси эллипса поперек оси трубы, то есть ортогонально к фланцевой части патрубка. Такое решение позволяет исключить проворот уплотнения при затягивании натяжной гайки, способствует точности и плотности прилегания контактных поверхностей деталей узла.

Уплотнение может быть снабжено кольцевыми выступами, выполненными вокруг отверстия на стороне, взаимодействующей с внешней поверхностью трубы. Кольцевые выступы способствуют более плотному прилеганию уплотнения к поверхности трубы по всему контуру и позволяют скомпенсировать все неровности и шероховатости, если они имеются на поверхности трубы. В частности это относится к чугунным трубам.

В предпочтительном примере осуществления устройства соединительный патрубок сформирован из двух разъемно соединенных между собой деталей, на одной из которых сформирована фланцевая часть и внутренняя резьба, а на другой - раструб для соединения с отводом и два участка внешней резьбы, один из которых предназначен для установки натяжной гайки, а второй - для соединения с внутренней резьбой первой детали.

Краткое описание чертежей

Суть предлагаемого технического решения, достижение технических результатов и возможность промышленной применимости поясняются приведенными ниже примерами осуществления и чертежами, на которых изображены:

на фиг. 1 - изображение узла присоединения отвода к трубе в разобранном виде с разнесенными в пространстве элементами; на фиг. 2 - тоже с разворотом вида на 90°;

на фиг. 3 узел в сборе, продольное сечение; на фиг. 4 вид А с фиг. 3;

на фиг. 5 пример установки узла в отверстии вертикальной трубы с увеличенным фрагментом;

на фиг. 6 - приведен вид В с фиг. 5, иллюстрирующий первый шаг установки соединительного патрубка в отверстии трубы;

на фиг. 7 (а и b) - приведен вид В с фиг. 5, иллюстрирующий второй шаг установки соединительного патрубка в отверстии трубы (два примера исполнения фланцевой части).

Осуществление изобретения

Узел присоединения отвода к трубе содержит соединительный патрубок (далее -патрубок), сформированный из двух разъемно соединенных между собой деталей 1 и 2, уплотнение 3, седлообразный прижимной элемент 4, натяжную гайку 5 (см. фиг. 1-2).

На детали 1 патрубка сформированы фланцевая часть 6 и внутренняя резьба 7 (см. фиг. 3), а на детали 2 - раструб 8 для установки отвода и два участка 9 и 10 внешней резьбы, разделенные ступенчатым перепадом 11. Последний используют для установки уплотнительного кольца 12. Участок 9 резьбы предназначен для установки натяжной гайки 5, участок 10 служит для соединения с внутренней резьбой 7 детали 1.

Уплотнение 3 представляет собой деталь из эластичного материала эллипсообразной в плане формы с центральным отверстием для установки на патрубке и с поперечно выступающей по краю отверстия воротниковой частью 13.

Перед сборкой узла уплотнение 3 размещается в гнезде-углублении 14, выполненном на седлообразной поверхности 15 прижимного элемента 4 (см. фиг. 4), изогнутой в соответствии с формой внешней поверхности трубы 16, на которую устанавливается узел (см. фиг. 5). Уплотнение 3 может быть изогнуто в соответствии с кривизной поверхности 15.

Фланцевая часть 6 соединительного патрубка, выполнена овалообразно вытянутой с образованием двух, противолежащих относительно цилиндрической части 17 патрубка, участков разной длины, обозначенных позициями 18 и 19 на фиг. 4. Предпочтительно, длина одного из участков превышает длину другого, как минимум в 2 раза, но не более чем в 4 раза. Так, например, если длина меньшего участка 19 равна х, то длина большего участка 18 составляет (2-4)х.

Вместе с тем фланцевая часть 6 патрубка характеризуется поперечным размером (а), который меньше диаметра отверстия трубы (D_отв), и продольным размером (b), который превышает диаметр отверстия трубы (D_отв) на длину большего из участков (см. фиг. 6 и 7). Эти условия обеспечивают возможность вхождения фланцевой части внутрь отверстия трубы и гарантируют надежность формируемого зацепления патрубка с трубой, что поясняется нижеследующим описанием.

На фиг. 5 приведен пример использования предлагаемого узла для формирования отвода на вертикальном стояке действующей канализации.

Для начала в месте формирования отвода в трубе 16 высверливается отверстие 20 заданного диаметра (D_отв).

Собирают части узла, например, следующим образом. Прижимной элемент 4 с установленным в нем уплотнением 3 надевается на деталь 1 патрубка, в которую затем устанавливается деталь 2 с уже установленной на резьбе 9 нажимной гайкой 5 и с уплотнительным кольцом 12 на уступе 11, после чего детали 1 и 2 свинчиваются между собой. Узел готов к монтажу.

В другом примере осуществления устройства, средства присоединения отвода к патрубку могут быть выполнены иначе, чем в виде раструба, что позволит изготовить соединительный патрубок в виде цельной детали. При этом порядок сборки узла также изменится.

Монтаж узла в отверстии трубы выполняется следующим образом.

Собранный узел ориентируют так, чтобы ось 21, вдоль которой расположены вытянутые фланцевые участки 18 и 19, была направлена вдоль оси трубы 16. Узел удерживают с наклоном под острым углом к продольной оси трубы 16 и заводят в отверстие 20, удлиненным участком 18 вперед (и к верху трубы в примере), до упора цилиндрической части 17 в стенку отверстия 20 (см. фиг. 6). При этом второй фланцевый участок 19 размещается в пределах отверстия, что позволяет его завести внутрь трубы.

Наклоняя узел в противоположную сторону, заводят участок 19 фланца внутрь трубы 16 и опускают узел вниз, до упора цилиндрической части 17 в стенку трубы (см. фиг. 7). Далее затягивают гайку 5, которая продвигает прижимной элемент 4 вдоль соединительного патрубка и обеспечивает прижатие им уплотнения 3 к внешней поверхности трубы 16, и одновременно - притягивание фланцевой части 6 к внутренней поверхности трубы 16.

Благодаря тому, что длина фланцевого участка 18 в два с лишним раза превышает длину участка 19, при опускании узла вниз участок 18 с запасом перекрывает отверстие 20 трубы 16, при этом площадь каждого образованного «зацепа» - участок контакта между фланцевой частью патрубка и внутренней поверхностью трубы (показаны штриховкой на фиг. 7а, b) соответствует, как минимум, площади меньшего участка 19, что обеспечивает надежность соединения и исключает выскакивание патрубка из отверстия трубы в процессе эксплуатации. Если длина участка 18 больше в 3 раза, то площадь зацепления фланцевой части с трубой дополнительно увеличивается (см. фиг. 7b).

В предлагаемой конструкции исключена зависимость между размером фланцевой части соединительного патрубка и диаметром отверстия, имеющая место в известных аналогах. Так длина фланцевого участка 18 может увеличиваться без ограничений в целях увеличения площади зацепления. Указанный верхний предел (в 4 раза) обусловлен только соображениями рациональности и технологической целесообразности.

Все незначительные боковые зазоры между фланцевой частью 6 патрубка и трубой 16 надежно перекрываются эллипсообразным уплотнением 3, ориентированным, по сути, ортогонально к овалообразно вытянутой фланцевой части патрубка, что видно на фиг. 4.

Уплотнение 3 может быть снабжено кольцевыми выступами 22, выполненными вокруг отверстия на стороне, взаимодействующей с внешней поверхностью трубы 16 (см. увеличенный фрагмент на фиг. 5). Кольцевые выступы 22 способствуют более плотному прилеганию уплотнения 3 к внешней поверхности трубы по всему контуру и позволяют скомпенсировать неровности и шероховатости на этой поверхности.

Узел подходит для формирования отводов на любых трубах: из пластика, металла, чугуна и др., с любой толщиной стенок.

Узел быстро собирается, легко и просто вручную устанавливается в отверстии трубы, обеспечивая при этом герметичность соединения и надежность фиксации узла в отверстии, независимо от качества выполнения этого отверстия. В итоге это способствует высокой надежности работы сформированного отвода.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, в частности к устройствам для врезки отвода в действующий трубопровод, преимущественно безнапорный трубопровод системы внутренней канализации. Узел присоединения отвода к трубе содержит соединительный патрубок с внешней резьбой для натяжной гайки, один конец которого выполнен с возможностью присоединения отвода, а другой снабжен фланцевой частью, размещаемой в отверстии трубы. На патрубке установлен с возможностью линейного скольжения прижимной элемент с седлообразной поверхностью, повторяющей форму внешней поверхности трубы, и уплотнение, размещенное в гнезде на седлообразной поверхности, прижимающей это уплотнение к трубе при закручивании установленной на патрубке натяжной гайки. Суть решения заключается в том, что фланцевая часть соединительного патрубка выполнена асимметрично вытянутой вдоль оси трубы с образованием противолежащих относительно патрубка участков разной длины, образованием максимального поперечного размера фланцевой части, который не превышает диаметр отверстия трубы, и общего продольного размера, который больше диаметра отверстия трубы на длину большего из участков. Техническим результатом является повышение надежности соединения узла с трубой за счет увеличения площади контакта соединительного патрубка с трубой с одновременным исключением зависимости размеров фланцевой части соединительного патрубка от диаметра отверстия, в котором он устанавливается. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Узел присоединения отвода к трубе, содержащий соединительный патрубок с внешней резьбой для натяжной гайки, один конец которого выполнен с возможностью присоединения отвода, а другой снабжен фланцевой частью, размещаемой в отверстии трубы, установленный на патрубке с возможностью линейного скольжения прижимной элемент с седлообразной поверхностью, повторяющей форму внешней поверхности трубы, и уплотнение, установленное на патрубке и размещенное в гнезде на седлообразной поверхности, прижимающей это уплотнение к трубе при закручивании установленной на патрубке натяжной гайки, отличающийся тем, что фланцевая часть соединительного патрубка выполнена вытянутой вдоль оси трубы с образованием противолежащих относительно патрубка участков разной длины, причем максимальный поперечный размер фланцевой части не превышает диаметр отверстия трубы, а общий продольный размер больше диаметра отверстия трубы на длину большего из участков.

2. Узел присоединения отвода к трубе по п. 1, отличающийся тем, что длина одного из участков фланцевой части в 2 - 4 раза превышает длину другого.

3. Узел присоединения отвода к трубе по п. 1, отличающийся тем, что уплотнение выполнено в виде эллипсообразной в плане детали с отверстием для установки на патрубке и выступающей вдоль кромки отверстия воротниковой частью и размещено в гнезде прижимного элемента с ориентацией продольной оси эллипса поперек оси трубы.

4. Узел присоединения отвода к трубе по п. 3, отличающийся тем, что уплотнение снабжено кольцевыми выступами, выполненными вокруг отверстия на стороне, взаимодействующей с поверхностью трубы.

5. Узел присоединения отвода к трубе по п. 1, отличающийся тем, что соединительный патрубок сформирован из двух разъемно соединенных между собой деталей, на одной из которых сформирована фланцевая часть и внутренняя резьба, а на другой - раструб для соединения с отводом и два участка внешней резьбы, один из которых предназначен для установки натяжной гайки, а второй - для соединения с внутренней резьбой первой детали.