Разъемное фланцевое соединение

 

Изобретение относится к композиционным материалам. Целью изобретения является увеличение прочности соединения за счет выполнения соединительных элементов из однонаправленного композиционного материала , армирующие волокна которого направлены вдоль направления растягиваюших усилий. Соединение состоит из фланцевых утолшений 1, сформированных из концов перерезанного силового слоя 2, развернутых на 180°. Развернутые концы охватывают петлей часть окружных витков 3. Развернутые концы силового слоя сверху обматывают слоем окружных витков 4. Передние торцы фланцевых утолщений имеют уплотнительные канавки 5, а задние стороны фланцевых утолщений 6 выполнены коническими с углом а. Расположенные поверх фланцевых утолшений полувтулки 7 состоят из продольных слоев однонаправленного материала , намотанного на тонкое полукольцо 8 из пластичного алюминиевого сплава типа АМЦ. Обе полувтулки имеют конические поверхности с внутренней (с углом а) и наружной (с углом р) сторон. Кольца силового элемента 9 состоят из окружных слоев однонаправленного композиционного материала, причем их внутренняя поверхность выполнена конической (с углом р). В кольцах закреплены гильзы 10, размещенные равномерно по окружности. Между торцами оболочек размещена прокладка 11. Повышение прочности достигается за счет того, что армирующие волокна расположены вдоль направления растягивающих усилий. 3 ил. i СЛ 00 СХ5 О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (504 F 16L21 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ айаг. 7

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3776512/29-08 (22) 16.07.84 (46) 23.06.87. Бюл. № 23 (71) Научно-исследовательский институт проблем машиностроения при МВТУ им. Н. Э. Баумана (72) В. М. Кузнецов, Г. Е. Нехороших, М. В. Мулюгина, Т. А. Прошкова и А. К. Добровольский (53) 621.643 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 890009, кл. F 16 1 21/04, 1980. (54) РАЗЪЕМНОЕ ФЛАНЦЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ (57) Изобретение относится к композиционным материалам. Целью изобретения является увеличение прочности соединения за счет выполнения соединительных элементов из однонаправленного композиционного материала, армирующие волокна которого направлены вдоль направления растягивающих усилий. Соединение состоит из фланцевых утолщений 1, сформированных из концов перерезанного силового слоя 2, развер„„SU„„1318761 нутых на 180 . Развернутые концы охватывают петлей часть окружных витков 3. Развернутые концы силового слоя сверху обматывают слоем окружных витков 4. Передние торцы фланцевых утолщений имеют уплотнительные канавки 5, а задние стороны фланцевых утолщений 6 выполнены коническими с углом а. Расположенные поверх фланцевых утолщений полувтулки 7 состоят из продольных слоев однонаправленного материала, намотанного на тонкое полукольцо 8 из пластичного алюминиевого сплава типа

АМЦ. Обе полувтулки имеют конические поверхности с внутренней (с углом а) и наружной (с углом P) сторон. Кольца силового элемента 9 состоят из окружных слоев однонаправленного композиционного материала, причем их внутренняя поверхность выполнена конической (с углом р ) . В кольцах закреплены гильзы 10, размещенные равномерно по окружности. Между торцами оболочек размещена прокладка 11. Повышение прочности достигается за счет того, что армирующие волокна расположены вдоль направления растягивающих усилий. 3 ил.

1318761

Изобретение относится к промышленности, занимающейся производством изделий из композиционных материалов. Оно может быть использовано при изготовлении разъемных цилиндрических корпусов, трубопроводов и других подобных изделий, изготавливаемых намоткой и применяемых в авиационной, судостроительной, химической а также других отраслях промышленности.

Цель изобретения — увеличение прочности соединения за счет выполнения соединительных элементов из однонаправленного композиционного материала, армируюгцие волокна которого направлены вдоль направления растягиваюших усилий.

На фиг. 1 показано предлагаемое соединение, общий вид; на фиг. 2 — то же, продольный разрез; на фиг. 3 — сечение А-А на фиг. 1.

Соединение состоит из фланцевых утолщений 1, сформированных из концов перерезанного силового слоя 2, развернутых на

180 и охватывающих петлей часть окружных витков 3. Развернутые концы силового слоя сверху обматывают слоем окружных витков 4. Передние торцы фланцевых утолщений имеют уплотнительные канавки 5, а задние стороны 6 фланцевых утолщений выполнены коническими с углом а. Расположенные поверх фланцевых утолщений полувтулки 7 состоят из продольных слоев однонаправленного композиционного материала, намотанного на тонкое полукольцо 8 из пластичного алюминиевого сплава типа

АМЦ. Обе полувтулки имеют конические поверхности с внутренней (с углом а) и наружной (с углом P) сторон. Кольца 9 силового элемента состоят из окружных слоев однонаправленного композиционного материала, причем их внутренняя поверхность выполнена конической (с углом P) .

Кольца содержат трубчатые гильзы 10, расположенные равномерно по окружности.

Между торцами оболочек размещена уплотнительная прокладка 11.

Сборка работоспособного соединения осуществляется следующим образом.

Для герметизации двух оболочек в уплотнительной канавке 5 устанавливают уплотнительную прокладку 11 и совмещают их торцы. На совмещенные фланцевые утолщения 1 надевают полувтулки 7. При этом задние конические стороны фланцевых утолщений (угол а) контактируют с внутренними коническими поверхностями полувтулок.

Стягивание соединяемых оболочек и зашемление уплотнительной прокладки происходят при взаимном сближении колец силового элемента, надетых на наружную поверхность полувтулок. Полувтулки 7 за счет радиальной составляющей усилия смещают при этом к оси соединяемых оболочек. При таком смещении полувтулок происходит сближение фланцевых утолщений соединяемых оболочек. Плотное стягивание обеспечивается при выполнении условия а)р на 15 — 30 .

Контровка колец силового элемента производится с помощью проволоки 12, продеваемой в трубчатые гильзы 10 силовых колец 9.

При сборке и затяжке соединения двух цилиндрических оболочек (фиг. 2) к стяжным кольцам 9 прикладываются усилия Q, направленные навстречу одно другому параллельно оси соединяемых оболочек. При этом через стягивающие полувтулки 7 на конические поверхности фланцевых утолщений 1 передается усилие Qi, величина которого должна обеспечивать сжатие уплотнительной прокладки 11, а при эксплуатации обеспечивать условие перекрытия стыка (фиг. 2, пунктиром обозначено положение деталей после стягивания соединения). Усилия Q u Qi связаны соотношением

Qi=Q+1Ф (1)

С целью обеспечения легкости сборки соединения усилие Qi обжатия уплотнительной прокладки 11 должно обеспечиваться сравнительно небольшой величиной усилия

Q стягивания колец 9,,т. е. Q(Qi. Это условие можно обеспечить, если в соотношении (1) величина — -)1, т. е. угол а по своей

tgn

1Ф величине должен превышать угол Р.

Величина Л осевых перемещений стягивающих колец 9 связана с величиной Д осевых перемещений фланцевых утолщений 1 (и соответственно стягиваемых оболочек) зависимостью л =л . (2)

tgn

Величина превышения углом конических законцовок угла наружной поверхности полувтулок выбирается на основании специфики физико-механических и фрикционных свойств однонаправленного композиционного материала, технологического процесса его переработки в изделие, а также связанной с габаритами соединения допустимой величиной взаимного перемещения деталей 1, 7 и 9 при сборке и стягивании соединения.

Угол р должен быть равен 15 — 30, а угол а=45+5 .

При нагружении в процессе эксплуатации соединенных труб внутреннее давление в их стенках вызывает усилия, действующие в осевом и окружном направлениях. Их воспринимают полувтулки 7, армированные высокопрочным однонаправленным наполнителем, ориентированным в направлении действия этих усилий. Кольца 9 силового элемента, охватывающие полувтулки 7, предназначены для сопротивления действующим окружным напряжениям. Они также армированы высокопрочными волокнами в направлении действия данного вида эксплуатационных напряжений.

Полукольцо может выполняться из мягкого алюминиевого сплава типа АМЦ. Дан1318761

Формула изобретения

Аг. 2 ный материал, обладая небольшим удельным весом (у=2,85 г/см ), имеет достаточную жесткость и высокую пластичность. Эти свойства необходимы в процессе изготовления полувтулок, которые получают следующим образом. Вначале тонкую полосу из

АМЦ обматывают с натяжением поперечными витками однонаправленного композиционного материала, затем ее вместе с намотанным материалом выгибают по окружности и закладывают в пресс-форму, имеющую по краям конические поверхности с углами а и р, где под воздействием давления и нагрева отверждают материал, получая готовое изделие.

Кольца силового элемента изготавлива- 15 ются намоткой пропитанных полимером высокопрочных нитей на цилиндрическую оправку, имеющую участок с конической поверхностью (угол P) и кольцевыми съемными стенками, расположенными по краям этой поверхности. После намотки части окружных 20 слоев на их наружную цилиндрическую поверхность устанавливают трубчатые гильзы, а затем продолжают намотку недостающих слоев поверх этих гильз. Дальнейшая термообработка обеспечивает отверждение полимерного связующего, а после снятия намотанных колец с оправки получают готовые силовые элементы, армированные в окружном направлении и содержащие гильзы 10, необходимые для их контровки проволокой после сборки соединения.

Разъемное фланцевое соединение, содержащее цилиндрические оболочки с фланцевыми утолщениями на концах, продольно разрезанную на две части втулку с коническими буртами по внутренней поверхности и силовой элемент, выполненный в виде двух колец, установленных по концам втулки и охватывающих обе ее части, отличающееся тем, что, с целью увеличения прочности соединения, оно снабжено тонкостенными полукольцами, установленными в частях втулки, при этом флгнцевые утолщения соединяемых оболочек выполнены из концов перерезанного силового слоя, развернутых на

180, и охвачены по наружной поверхности окружными витками элементов, а на обеих частях втулки выполнены конические законцовки по наружной поверхности, причем угол внутренней конической поверхности буртов больше угла конических законцовок на наружной поверхности втулки, которая выполнена из однонаправленного композиционного материала, продольные слои которого расположены вокруг полуколец, а кольца силового элемента состоят из окружных витков однонаправленного материала, имеют внутреннюю коническую поверхность, ответную к поверхности у законцовок разрезанной втулки, а между слоями окружных витков установлены трубчатые гильзы, расположенные равномерно по окружности.