Фланцевое соединение Советский патент 1991 года по МПК F16L23/32 F16D1/00 

Изобретение-относится к машиностроению, а именно к созданию соединений корпусных деталей или трубопроводов, которые находят широкое применение в машиностроении, химической промышленности, криогенной технике и т.п.

Целью изобретения является повышение эффекта самоуплотнения и упрощение конструкции.

На фиг.1 схематично изображено предлагаемое соединение, исходное состояние; на фиг.2 - соединение после теплового воздействия; на фиг.З - схема контактных поверхностей соединения.

Фланцевое соединение содержит фланцы 1 и 2, накладные кольца 3 и 4, уплотни- тельный элемент 5, размещенный между фланцами 1 и 2, ушютнительный элемент 5

представляет собой металлическое кольцо из меди или алюминия. Крепеж 6 через накладные кольца 3 и 4 передает давление на уплотнительный элемент 5. При этом накладные кольца 3 и 4 взаимодействуют с

фланцами 1 и 2 по одной конической поверхности с углом конусности (р , а форма и размеры элементов соединения.т.е. рабочая длина крепежа le, толщины накладных колец 13 и 14, толщина фланцевого пакета И

и la связаны с углом конусности р следующим соотношением:

Изобретение относится к машиностроению, а именно к созданию соединений корпусных деталей и трубопроводов. Цель изобретения - повышение эффекта самоуплотнения и упрощение конструкции. Соединение включает фланцы 1 и 2, накладные кольца 3 и 4,уплотнительный элемент 5, стяну- тые.крепежом 6. Накладные кольца 3 и 4 взаимодействуют с фланцами 1 и 2 по одной конической поверхности с углом конусности р. Форма и размеры элементов соединения связаны с углом конусности р соотношением tg tp r/le («1 ti +02 t2 - h lt L-0313 - «414/ ai ti (h/le) + «212 (l2/le) + + 03 гз() + од t/j (U/le) + + «5 ts (Is/le) - as te, где р- угол конусности контактной поверхности кольца с фланцем; г- радиус установки крепежного элементах - коэффициент линейного (теплового) расширения; t - температура элемента соединения; I - линейный размер элемента в сечении, совпадающем с осью крепежного элемента. Угол р может быть как положительным, так и отрицательным в зависимости от сочетания материала фланцев и накладных колец. Соединение может найти применение во многих отраслях промышленности, где требуется герметичность соединения элементов конструкции в широком диапазоне положительных и отрицательных температур, например в химической промышленности, машиностроении, строительстве. 3 ил. со с о Сл 00 ГО

tg «111

где -угол конусности контактной поверхности кольца с фланцем;

г - радиус установки крепежного элемента;

а- коэффициент линейного (теплового) расширения;

t - температура элемента соединения;

- линейный размер элемента конструкции в сечении, совпадающем с осью крепежного элемента, индексы 1,2,..,6 указывают на принадлежность параметра к тому или иному элементу конструкции (1 и 2 фланцы, 3 и 4 кольца, 6 крепеж).

Угол у может быть как положительным, так и отрицательным в зависимости от сочетания материала фланцев и накладных колец.

Накладные кольца 3 и 4 и фланцы 1 и 2 выполнены из материалов с различными коэффициентами теплового расширения, например если фланцы 1 и 2 из алюминиевого сплава, то кольца 3 и 4 следует делать из стали ( «1 - 2 оз - 4), тогда угол конусности контактной поверхности положительный и положение его совпадает с изображением на фиг.1. Если же фланцы 1 и 2 стальные, то кольца 3 и 4 следует изготавливать из алюминиевого сплава, тогда р 0 и направление конусности поменяется на обратное.

Соединение работает следующим образом.

При воздействии на соединение, например отрицательных температур (tt - 2 t3 - 4 Ј te 0) происходит сокращение всех размеров соединения. Температурная усадка размеров фланцевого пакета больше, чем усадка

а + «2 t2 - ОЗ t3 - CCA t4

hh

r + «3 ts -r + OA t4 1616

-p + O5 t5 -p - «6 t6

20

крепежа, так как а - г ti - 2 «б te поэтому возникает тенденция к ослаблению усилия затяжки соединения.

Чтобы устранить развитие этой тенденции вводятся конические накладные кольца 3 и 4 (рассматривается вариант, когда фланцы 1 и 2 алюминиевые, кольца 3 и 4

стальные.т.е. «1 -2 ti - 2 оз - 4 t3 - 4 , которые имеют меньшую радиальную усадку, чем фланцы. В результате этой разницы в радиальных перемещениях фланцев 1 и 2 и колец 3 и 4 последние скользят по конической поверхности фланцев 1 и 2, отодвигаясь от плоскости стыка за счет клинового эффекта. Раздвижка накладных колец 3 и 4 в осевом направлении создает дополнительный натяг крепежа 6, который используется для компенсации температурных усадок конструкции в осевом направлении.

Угол конусности р контактной поверхности выбирается таким образом, чтобы при тепловом воздействии натяжение крепежа 6 (следовательно, и давление на уплотнительный элемент 5) оставалось постоянным,

При воздействии положительных температур происходят аналогичные изменения, только направления перемещений элементов противоположные. Тепловое расширение пакета в осевом направлении

компенсируется.сближением накладных колец 3 и 4 за счет проскальзывания их по коническим поверхностям фланцев 1 и 2. Усилия натяжения крепежа 6 в этом случае также остаются постоянными.

Формула изобретения

Фланцевое соединение, содержащее установленный между фланцами уплотни- тельный элемент, накладные кольца с кони- ческими поверхностями, ответными соответствующим поверхностям фланцев, и крепежные элементы, отличающееся тем, что, с целью повышения эффекта самоуплотнения и упрощения конструкции, фланцы и накладные кольца выполнены из материалов с различными коэффициентами теплового расширения, при этом рабочая длина крепежного элемента, толщины накладных колец и общая толщина фланцев связаны с углом конусности контактной поверхности кольца с фланцем следующим соотношением

tg р г/1е (ом ti + 0212 - - 03 ta - ал tf{ 01 ti (h/le) + o2 ta (la/Is) +

+ 03 тз(1з/1б) + ал ) +

+ 05 t5 (5/1б) - Об Хб ,

где р - угол конусности контактной поверхности кольца с фланцем,

0 5

0

5

г - радиус установки крепежных элементов;

oi и 05 - коэффициент линейного расширения материала фланцев:

Оз и О4 - коэффициент линейного расширения материала колец;

ОБ - коэффициент линейного расширения материала уплотнительного элемента;

Об - коэффициент линейного расширения материала крепежного элемента;

ti и ta - температура фланцев;

t3 и м - температура колец;

ts - температура уплотнительного элемента;

t6 - температура крепежного элемента;

И и 12 - линейные размеры фланцев в сечении, совпадающем с осью крепежного элемента и продольной осью соединения;

з, U - линейные размеры колец в сечении, совпадающем с осью крепежного элемента и продольной осью соединения;

Is - линейный размер уплотнительного элемента в сечении, совпадающем с осью крепежного элемента и продольной осью соединения;

б - линейный размер непосредственно крепежного элемента.

Фиг. 2

Фие.З