Устройство для герметичного соединения трубопроводов

 

Устройство для герметичного соединения трубопровода состоит из заполненной легкоплавким сплавом и установленной на нижнем полуразъеме кольцевой чаши. В чашу погружен верхний полуразъем. Нагреватель установлен соосно с кольцевой чашей. Изобретение повышает герметичность устройств. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к общему машиностроению, преимущественно к сосудам высокого давления, и может быть использовано в ядерных энергетических установках для герметизации трубопроводов первого контура петлевых установок.

Известны различные разъемные соединения, позволяющие герметично соединять трубопроводы. Например, уплотнительное устройство трубопроводов [1], содержащее трубу с двухступенчатой цилиндрической расточкой, трубу с раструбом, установленную в меньшей ступени первой трубы, уплотнительный элемент и поджимающую его гайку. Для повышения надежности соединения конец трубы выполнен раструбом, а уплотнительный элемент установлен на переходной части раструба и контактирует с наружной поверхностью трубы. Между уплотнительным элементом и гайкой установлено антифрикционное кольцо. Недостатками данного устройства являются высокие требования к соосности, необходимость специальной подготовки полуразъема "труба с раструбом", заключающейся в оснащении новым уплотнительным элементом, антифрикционным кольцом и гайкой, а также необходимость изготовления раструба, что может быть технологически трудной задачей. Кроме того, замена уплотнительного элемента может стать невозможной в случае, если другой конец трубы с раструбом не свободен, а это может сильно ограничить ресурс работы устройства.

Наиболее близким аналогом, совпадающим с изобретением по наибольшему количеству существенных признаков, является уплотнение [2], включающее герметично закрепленную на деталях уплотняемого соединения кольцевую чашу, заполненную эвтектическим сплавом олова с висмутом, и погруженный в сплав разделитель. Контактные поверхности чаши выполнены из никеля (покрыты никелем). Уплотнение снабжено нагревателем для плавления сплава, уплотнение не ухудшает своих характеристик от радиационного облучения.

Недостатком данного устройства является неопределенность в оценке величины давления, при котором нарушается герметичность соединения, и низкая прочность соединения при температурах теплоносителя, близких к температуре плавления эвтектики.

Указанные недостатки обусловлены тем, что удержание разъема в зацеплении происходит лишь благодаря смачиваемости никеля с оловом и прочностные характеристики эвтектики снижаются с ростом температуры.

Заявленное устройство обеспечивает герметичное соединение трубопроводов, используемых для циркуляции сред с высокой температурой и большим давлением, причем допускается несоосность соединяемых трубопроводов и обеспечивается возможность проведения операций сборки и разборки дистанционно.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что устройство для герметичного соединения трубопроводов, содержащее заполненную легкоплавким сплавом кольцевую чашу с погруженным в нее верхним полуразъемом, нижний полуразъем и нагреватель, в отличие от прототипа включает также и установленный в кольцевой чаше запорный механизм, погруженный в легкоплавкий сплав, кроме того, кольцевая чаша имеет возможность упругого перемещения относительно нижнего полуразъема, нижний полуразъем выполнен в виде патрубка с охватывающей насадкой, погруженной в легкоплавкий сплав, причем запорный механизм фиксирует положение кольцевой чаши относительно верхнего полуразъема в осевом и радиальном направлениях.

Запорный механизм, погруженный в легкоплавкий сплав, состоит из выполненного в чаше кольцевого выступа с конусной поверхностью для взаимного центрирования чаши и верхнего полуразъема, расположенного под этим выступом упорного кольца и сопряженного упорному кольцу буртика, выполненного на верхнем полуразъеме, образующих кольцевую полость, заполненную легкоплавким металлом, перемещающейся внутри упорного кольца запирающей втулки, а также фиксаторов, сопряженных с кольцевой канавкой, выполненной на верхнем полуразъеме, и с фиксирующими поверхностями упорного кольца и запирающей втулки, удерживаемых в рабочем положении ограничителем хода фиксаторов. Между упорным кольцом и запирающей втулкой имеется кольцевая полость, образованная обращенными друг к другу кольцевыми выступами на упорном кольце и запирающей втулке и связанная щелевыми каналами с полостью кольцевой чаши.

На наружной поверхности кольцевой чаши может быть выполнено оребрение, с целью ее охлаждения при протекании горячего теплоносителя в трубопроводах и недопущения поднятия температуры легкоплавкого металла до температуры плавления. Для этого же между патрубком нижнего полуразъема и кольцевой чашей имеется теплоизолирующая прокладка. Между переходниками может быть установлена негерметичная тепловая завеса, предназначенная для недопущения конвективных перетечек тепла от теплоносителя к легкоплавкому сплаву.

Придание кольцевой чаше подвижности как в радиальном, так и в осевом направлении и выполнение нижнего полуразъема в виде патрубка с охватывающей насадкой, погруженной в легкоплавкий сплав, дает возможность снизить требования к соосности при сборке соединения, что упрощает автоматизацию процесса сборки и разборки.

Наличие запорного механизма позволяет перенести механические нагрузки с легкоплавкого сплава на конструкционные элементы, выполненные из твердых и прочих материалов. Роль легкоплавкого сплава сводится к герметизации соединения и фиксации элементов запорного механизма при работе соединения, причем фиксирующие свойства определяются невозможностью выдавить легкоплавкий сплав через узкую щель или маленькое отверстие, если только сплав не находится в жидком состоянии.

На чертеже изображен продольный разрез устройства для герметичного соединения трубопроводов.

Устройство для герметичного соединения трубопроводов включает кольцевую чашу 1, заполненную легкоплавким сплавом 2, а также погружаемые в эту чашу насадку 3, прикрепленную к патрубку верхнего полуразъема 4, и насадку 5, прикрепленную к патрубку нижнего полуразъема 6. Снаружи разъемного соединения расположен нагреватель 7. В кольцевой чаше находится запорный механизм 8.

Кольцевая чаша 1 находится вокруг патрубка нижнего полуразъема 6 на упругом элементе (пружине) 9 и может перемещаться как в осевом, так и в радиальном направлении. Это позволяет компенсировать отклонения верхнего полуразъема относительно нижнего при сборке. На наружной поверхности кольцевой чаши выполнено оребрение 10 с целью ее охлаждения при протекании горячего теплоносителя в трубопроводах и недопущения поднятия температуры легкоплавкого сплава 2 до температуры плавления. Для этого же между трубопроводом и кольцевой чашей имеется теплоизолирующая прокладка 11.

В запорный механизм 8 включаются упорное кольцо 12, перемещающаяся внутри него запирающая втулка 13, а также фиксаторы 14, выполненные в виде шариков, находящихся между фиксирующими поверхностями - конусной поверхностью 15 упорного кольца и поверхностью 16 запирающей втулки, причем поверхность 16 удерживает шарики в рабочем состоянии ложбинкой 17, выполняющей роль ограничителя хода фиксаторов, не позволяющего шарикам скатиться вниз и выйти из рабочего положения. Между упорным кольцом и запирающей втулкой имеется кольцевая полость 18, образованная кольцевыми выступами 19 и 20 на упорном кольце и запирающей втулке, причем хотя бы между одним из выступов (19 или 20) и сопряженной этому выступу поверхностью имеется щель для прохода расплава в кольцевую полость 18 и выхода из нее. Движение упорного кольца ограничено кольцевым выступом 21 с конусной поверхностью 22 в верхней части кольцевой чаши.

Насадка 3 выполнена из трубы большего, чем патрубок верхнего полуразъема 4, диаметра и крепится к нему с помощью переходника 23, причем торец насадки имеет вид конусной поверхности 24, а на наружной поверхности насадки имеются кольцевая канавка 25 для входа в зацепление с фиксаторами 14 и буртик 26 для поджатия упорного кольца, являющиеся частью запорного механизма.

Насадка 5 выполнена также из трубы большего, чем патрубок нижнего полуразъема 6, диаметра и крепится к нему с помощью переходника 27, но в отличии от верхнего полуразъема, эта насадка охватывает патрубок нижнего полуразъема 6 снаружи. Этим достигается возможность погружения насадки в кольцевую чашу 1, расположенную вокруг патрубка нижнего полуразъема. Наружный диаметр насадки 5 меньше внутреннего диаметра насадки 3 на величину допустимой несоосности соединения.

Между переходниками верхнего и нижнего полуразъема установлена тепловая завеса 28 (негерметичная), выполненная, например, из сильфонов и теплоизолирующего кольца, и предназначенная для недопущения конвективных перетечек тепла от теплоносителя к легкоплавкому сплаву.

Работа разъемного соединения происходит следующим образом.

В исходном состоянии кольцевая чаша 1 заполнена легкоплавким сплавом 2, в который погружена насадка 5. Для соединения трубопроводов необходимо включить нагреватель 7, перевести легоплавкий сплав 2 в жидкое состояние и опустить насадку 3 в кольцевую чашу с расплавом. При этом конусная поверхность на торце насадки 24 и на кольцевой чаше 22 автоматически отцентрируют их взаимное расположение с учетом несоосности. Далее конусная поверхность на торце насадки 24 отожмет фиксаторы 14 от оси, и они будут "утоплены" между фиксирующими поверхностями 15 и 16 упорного кольца 12 и запирающей втулки 13, при этом из кольцевой полости 18 между упорным кольцом 12 и запирающей втулкой 13, через щель будет выдавлен расплав 2. Насадка 3 беспрепятственно войдет в кольцевую чашу с расплавом до вхождения в зацепление буртика 26 на насадке и упорного кольца 12. После этого дальнейшее опускание верхнего полуразъема приведет к выдавливанию конусной поверхностью 15 шариков-фиксаторов 14 к центру, и "утапливанию" их в кольцевой канавке 25. Кольцевая полость 18 между упорным кольцом 12 и запирающей втулкой 13 вновь через щели заполнится расплавом. После снятия нагрева и затвердевания легкоплавкого металла, разъем готов к работе при нагрузках.

Разъем соединения происходит при расплавленном легкоплавком сплаве в обратном порядке.

Формула изобретения

1. Устройство для герметичного соединения трубопроводов, содержащее заполненную легкоплавким металлом кольцевую чашу с погруженным в нее верхним полуразъемом, нижний полуразъем и нагреватель, отличающееся тем, что нижний полуразъем выполнен в виде патрубка с насадкой, охватывающей последний снаружи и погруженной в легкоплавкий металл, при этом кольцевая чаша установлена упруго с возможностью перемещения вокруг патрубка и зафиксирована относительно верхнего полуразъема запорным механизмом, который погружен в легкоплавкий металл.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что запорный механизм состоит из выполненного в верхней части кольцевой чаши внутреннего кольцевого выступа с конусной поверхностью, расположенного под выступом упорного кольца, образующих совместно с сопряженным упорному кольцу буртиком на верхнем полуразъеме кольцевую полость, заполненную легкоплавким металлом, перемещающейся внутри упорного кольца запирающей втулки, а также фиксаторов, сопряженных с кольцевой канавкой, выполненной на верхнем полуразъеме, и с фиксирующими поверхностями упорного кольца и запирающей втулки, причем фиксаторы удерживаются ограничителем, а между упорным кольцом и запирающей втулкой имеется кольцевая полость, образованная обращенными друг к другу кольцевыми выступами на упорном кольце и запирающей втулке и связанная щелевыми каналами с полостью кольцевой чаши.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на наружной поверхности кольцевой чаши выполнено оребрение.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между патрубком нижнего полуразъема и кольцевой чашей имеется теплоизолирующая прокладка.

РИСУНКИ

Рисунок 1