Вакуумное соединение трубопроводов

 

Область использования: в высоко- и сверхвысоковакуумной технике, системах с агрессивными средами, высокотемпературных системах и коммуникациях. Сущность изобретения: соединение содержит трубы с фланцами на концах, стянутые хомутом-защелкой. На наружной поверхности уплотнительного элемента с двух сторон у торцов выполнено по кольцевому выступу, контактирующему с внутренней конической поверхностью каждого фланца. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к соединениям трубопроводов и может быть использовано в высоко- и сверхвысоковакуумной технике, системах с агрессивными средами, высокотемпературных системах и коммуникациях, не допускающих применения неметаллических прокладок.

Известно устройство для соединения труб посредством зажимного хомута для захвата фланцев труб с установленной между ними прокладкой [1] Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является соединение трубопроводов, содержащее на концах труб фланцы с внутренней конической поверхностью, уплотнительный упругий металлический элемент между ними в виде втулки с ответными коническими участками на наружных поверхностях [2] Недостаток данного соединения заключается в негерметичности контакта металлического уплотнения с ответными фланцами "конус-конус" за счет некруглости сопрягаемых деталей, возникающей при их изготовлении, какой бы малой она ни была. Образующаяся система зазоров выбирается пластической деформацией одной из сопрягаемых деталей, что требует больших прилагаемых усилий для запирания.

Задачей изобретения является создание герметичного, многоразового, быстросъемного уплотнения при малых прилагаемых усилиях.

Данная задача достигается за счет использования сил упругой деформации металла, из которого изготовлен уплотнительный элемент, путем преобразования осевых усилий сжатия фланцев в радиально распирающие усилия, осуществляющие и поддерживающие вакуумноплотный герметичный контакт фланца и уплотнительного элемента.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано соединение трубопроводов в сборе; на фиг.2 вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 узел I (увеличенное изображение) на фиг.1.

Соединение содержит трубы 1 с фланцами на концах 2, стянутые хомутом-защелкой 3. На внутренней поверхности каждого фланца 2 выполнена со стороны торца цилиндрическая центрирующая расточка 4, сопрягаемая с конической рабочей поверхностью 5, угол α конусности которой составляет 10 20^о. Между фланцами 2 расположен упругий металлический элемент 6, в виде втулки, на наружной поверхности которого с двух сторон у торцов выполнено по кольцевому сферическому выступу 7, контактирующему с конической поверхностью 5 каждого фланца 2. На внутренней поверхности уплотнительной втулки 6 в средней части выполнена компенсирующая кольцевая проточка 8. Толщина стенки уплотнительной втулки, угол β, глубина проточки определяют его работоспособность, жесткость и упругость и зависят от механических свойств используемого металла.

Работает соединение следующим образом.

При сдавливании фланцев 2 навстречу друг другу с помощью хомута-защелки 3 фланцы 2 своими коническими поверхностями надвигаются на сферическую поверхность выступа 7 уплотнительной втулки, сжимая ее по диаметру. Уплотнительная втулка своей твердой сферической поверхностью выступа 7 скользит по поверхности 5 фланцев 2 и, повторяя геометрию внутренней поверхности фланцев (некруглость, эллипсность), входит в сплошной кольцевой контакт с материалом фланца. Продвижение уплотнительной втулки 6 внутрь фланцев и, следовательно, осаждение ее по диаметру вызывает нарастание сил упругой деформации в материале втулки, возникновение распирающих сил, направленных радиально.

Так как контакт фланца 2 со сферической поверхностью втулки 6 происходит только по линии, то ширина контакта крайне мала (0,2-0,3) мм и удельное давление в зоне контакта достаточно для достижения полной герметизации кольцевого стыка фланец-втулка. Поддерживается уплотнение за счет сил упругой деформации, возникающей при радиальном принудительном сжатии втулки по диаметру и за счет сжатия (уменьшения) компенсирующей канавки, вызванной сокращением длины втулки в процессе сдавливания. В отработанных уплотнениях суммарное сжатие фланцев составило 0,25-0,4 мм, что оказалось достаточно для достижения герметичности.

После снятия напряжения сдавливания фланцев и разборки соединения уплотняющая втулка восстанавливает свою первоначальную форму и внутренний диаметр, что проверяется калибром-пробкой. Соединение готово к повторному применению. Герметичность соединения проверялась на гелиевом течеискателе ПТИ-10 путем откачки системы из трех уплотнений диаметром 16 мм с последующей обдувкой газообразным гелием, обладающим повышенной по сравнению с воздухом проницательной способностью.

Использование для сжатия фланцев унифицированных хомутов-защелок делают заявленное соединение трубопроводов быстрым, а использование тройников или крестовин, сваренных из заявленных фланцев, позволяет быстро собирать любые линии трубопроводов на металлических уплотнениях. Ассортимент существующих металлов позволяет получать коррозийностойкие, химическистойкие и прогреваемые многоразовые уплотнения.

Формула изобретения

1. ВАКУУМНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ, содержащее на концах труб фланцы с внутренней конической поверхностью, между ними упругий уплотнительный элемент в виде втулки с ответными коническими поверхностями и хомут, стягивающий фланцы, отличающееся тем, что на наружной поверхности уплотнительного элемента с двух сторон у торцов выполнено по кольцевому сферическому выступу, контактирующему с внутренней поверхностью каждого фланца.

2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что на внутренней поверхности уплотнительного элемента в средней части выполнена компенсирующая кольцевая проточка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3