Соединение трубопровода

 

Соединение трубопровода относится к резьбовым соединениям трубопроводов (Т) с врезающимся кольцом (ВК). В соединении Т, посредством труб (Т), содержащем штуцер (Ш) с внутренней уплотняющей поверхностью, накидную гайку (НГ) с нажимной поверхностью, ВК с рабочей кромкой (РК) в передней части, наружная и внутренняя поверхности которого выполнены криволинейными с образованием переменного относительно трубопровода зазора по всей длине ВК. Задняя часть ВК содержит замыкающую кромку (ЗК). Свободный конец Т с НГ и ВК вводят в Ш до соприкосновения с его буртом. При навинчивании НГ на Ш, ВК начинает перемещаться в осевом и обжиматься в радиальном направлениях и последовательно врезаться РК и ЗК в тело Т, создавая надежное герметичное уплотнение как в рабочем, так и в нерабочем состояниях в четырех зонах: в зоне врезки РК в Т, в зоне контакта поверхностей ВК с Ш, в зоне контакта поверхностей задней части ВК и НГ и в зоне врезки ЗК в Т. Весь объем ВК работает как пружина, накапливающая при монтаже потенциальную энергию и обеспечивающая необходимые аксиальные и радиальные усилия в Т как с давлением, так и без него. Врезание РК и ЗК объединяют ВК, НГ, Ш и участок Т, ограниченный этими кромками в единую компесационную систему, которая при возрастании нагрузок согласует упругопластические деформации этого участка Т и упругие деформации ВК. Изобретение упрощает монтаж соединения. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к резьбовым соединениям трубопроводов с врезающимся кольцом для осевого монтажа, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где применяются гидро- и пневмосистемы, работающие под высоким давлением.

Известны аналоги заявляемого изобретения. Одним из них является действующий ГОСТ 23354-87 "Соединения трубопроводов резьбовые. Кольца врезающиеся. " Данное соединение на одном конце соединяемого трубопровода имеет штуцер. На конец другого соединяемого трубопровода надевается врезающееся кольцо и накидная гайка. Врезающееся кольцо имеет переднюю кромку, врезающуюся в трубопровод при выполнении соединения, и утолщенную заднюю часть в виде кольцевого выступа, который имеет приемный конус с углом 90^o с торцевой части для улучшения контакта с брусом накидной гайки. Однако такое выполнение врезающегося кольца налагает определенные ограничения на условия его применения, так как надежное соединение возможно только для холоднотянутых труб повышенной точности, то есть калиброванных труб при условии, что зазор между наружным диаметром трубы и внутренним диаметром кольца не превышает 0,10-0,15 мм; для выполнения соединения требуется предварительное обжатие врезающегося кольца на трубе трубопровода в специальном технологическом приспособлении, выполненном в виде специальных штуцеров, закаленных до твердости HRC 42-45 и с контролем повышенного момента затяжки гайки.

Другим аналогом является изобретение "Соединение трубопроводов" (А.с. N 1634931, кл. F 16 L 19/08, 1987), содержащее штуцер, уплотнительное кольцо и накидную гайку. В передней части уплотнительного кольца выполнена наружная коническая поверхность, сопрягающаяся с конической поверхностью штуцера, причем угол конуса штуцера выполнен больше чем угол конуса передней части уплотнительного кольца на величину его упругой деформации при врезании и составляет не менее одного и не более двух градусов. К недостаткам аналога относится большая радиальная жесткость уплотнительного кольца, что увеличивает аксиальные усилия и снижает эффективность его врезания. Разность углов конусности внутренней конической поверхности штуцера и наружной конической поверхности передней части уплотнительного кольца приводит к врезанию в штуцер, что тоже увеличивает аксиальное усилие и выводит штуцер из строя или требует его термообработки.

За прототип заявляемого изобретения принято "Устройство для резьбового соединения трубопроводов с врезающимся кольцом". (Патент РФ N 2015442, кл. F 16 L 19/08, 1991). Известное устройство для соединения трубопроводов содержит штуцер, накидную гайку и обжимное или врезающееся кольцо, в передней части которого, со стороны стыка, выполнена кольцевая внутренняя проточка, а в задней части кольца выполнены диаметрально расположенные прорези, глубина которых не превышает половины ширины кольца. К недостаткам прототипа относится возникающая при взаимодействии цилиндрической части кольца и трубопровода относительно большая радиальная жесткость, увеличивающая аксиальные усилия и снижающие эффективность врезания или обжатия кольца. При незначительном износе рабочей части врезающегося кольца, штуцер вступает в контакт с жесткой зоной - средней и задней частями врезающегося кольца, а через нее и с участком трубопровода, что приводит к увеличению радиальной жесткости и, соответственно, радиальных усилий, что приводит к снижению долговечности узла. Другим недостатком, приводящим к конструктивной ненадежности устройства, является существование ступенчатого перехода от одной поверхности к другой в проточке передней части кольца, что приводит к концентрации напряжений как при изготовлении, так и при эксплуатации, поскольку передняя часть кольца работает в режиме упругих деформаций, которые могут привести к разрушению кольца в зоне ступенчатого перехода. Прорези в задней части кольца снижают прочностные характеристики кольца, в целом.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является оптимизация величины врезки кольца и упрощение монтажа соединения трубопровода.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в снижении радиальной жесткости кольца и уменьшении аксиальных усилий при затяжке накидной гайки.

Сущность заявляемого изобретения - соединение трубопровода, содержащее штуцер, накидную гайку и обжимное или врезающееся кольцо с зазором относительно трубопровода в передней части и рабочей кромкой, и задней частью, состоит в том, что наружная и внутренняя поверхность кольца выполнены криволинейными с переменным относительно трубопровода зазором по всей длине врезающегося кольца, а задняя часть врезающегося кольца содержит замыкающую кромку.

Диаметр рабочей кромки передней части врезающегося кольца выполнен меньше диаметра замыкающей кромки задней части врезающегося кольца.

Максимальный относительно трубопровода зазор передней части врезающегося кольца в области контакта со штуцером не превышает упругой деформации.

Замыкающая кромка задней части врезающегося кольца образована пересечением его торцевой поверхности с его внутренней поверхностью.

Наименьший угол конусности касательной поверхности к поверхности задней части, обращенной к накидной гайке, выполнен не менее 50^o.

В заявляемом техническом решении криволинейные поверхности, наружная и внутренняя, и переменный зазор по всей длине врезающегося кольца при затяжке соединения обусловливают распределение деформаций врезающегося кольца равномерно по всему его объему. Это позволяет увеличить при монтаже упругие деформации средней и задней частей врезающегося кольца и сообщить за счет них высокую потенциальную энергию, поддерживающую напряженное (упругодеформированное) состояние врезающегося кольца как в нерабочем, так и в рабочем состояниях трубопровода или резких изменениях давления в нем, что обеспечивает герметичное и надежное уплотнение в четырех зонах: в зоне врезки рабочей кромки врезающегося кольца в трубу, в зоне контакта поверхностей передней части врезающегося кольца и штуцера, в зоне контакта поверхностей задней части врезающегося кольца накидной и гайки и в зоне врезки замыкающей кромки врезающегося кольца в трубу. Причем это осуществляется за счет уменьшения аксиальных усилий, так как при монтаже практически полностью исключается деформирование участка трубы между рабочей и замыкающей кромками. Одновременно увеличивается рабочий ресурс врезающегося кольца, и, соответственно, ответственного и дорогого соединения за счет более равномерных упругих деформаций по всему объему врезающегося кольца, отсутствия резких переходов и знакопеременных нагрузок на врезающееся кольцо. Врезание рабочей кромки передней части и замыкающей кромки задней части врезающегося кольца объединяет его, накидную гайку, штуцер и участок трубы трубопровода, ограниченный этими кромками, в единую компенсационную систему, которая при возрастании нагрузок согласует (автоматически регулирует) упругопластические деформации этого участка трубы и упругие деформации врезающегося кольца.

Заявляемое изобретение соответствует условию патентоспособности - "новизна", так как из уровня техники неизвестно техническое решение того же назначения с заявляемой совокупностью существенных признаков независимого пункта формулы изобретения.

Заявляемое изобретение соответствует условию патентоспособности - "изобретательский уровень" - так как из уровня техники не выявлены технические решения с признаками, совпадающими с его отличительными признаками независимого пункта формулы изобретения.

На фиг. 1 представлено соединение трубопровода до врезания врезающегося кольца в трубу; на фиг. 2 - то же, после врезания врезающегося кольца в трубу.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем. Соединение трубопровода, включающее трубы 1 и 2, содержат штуцер 3, с внутренней уплотняющей поверхностью 4, накидную гайку 5, с нажимной поверхностью 6. Штуцер 3 и накидная гайка 5 - стандартные детали, подбираемые по параметрам резьбы, с возможностью выполнения резьбового соединения. Соединение содержит врезающееся кольцо 7, которое является оригинальной деталью. Наружная и внутренняя, соответственно, поверхности 8 и 9 выполнены криволинейной формы с образованием при соединении трубопровода переменного относительно трубопровода зазора 10 по всей длине врезающегося кольца 7. Наибольший диаметр наружной криволинейной поверхности 8 врезающегося кольца 7 ограничен параметрами резьбы накидной гайки 5 и штуцера 3. Передняя часть врезающегося кольца 7 имеет рабочую кромку 11 и контактную поверхность 12 для взаимодействия ее с уплотняющей поверхностью 4 штуцера 3. Задняя часть врезающегося кольца 7 содержит замыкающую кромку 13 и контактную поверхность 14 для взаимодействия с нажимной поверхностью 6 накидной гайки 5. Замыкающая кромка 13 задней части врезающегося кольца 7 образована пересечением его торцевой поверхности 15 с его внутренней поверхностью 9. Наименьший угол конусности касательной поверхности к контактной поверхности задней части, обращенной к накидной гайке 5, выполнен не менее 50^o. Диаметр рабочей кромки 11 передней части врезающегося кольца 7 выполнен меньше диаметра замыкающей кромки 13 его задней части. Наружная и внутренняя поверхность 8 и 9 криволинейной формы образованы гладкими функционально-взаимосвязанными образующими, описываемые уравнениями, которые решают задачу оптимизации формы и размеров врезающегося кольца 7, обеспечивая равномерное упругодеформированное состояние врезающегося кольца 7 и его прочностные характеристики для заданных условий. Форма и размеры наружной и внутренней криволинейных поверхностей 8 и 9 врезающегося кольца 7 могут варьироваться в зависимости от материала трубопровода и рабочего давления в нем. Врезающееся кольцо такой формы может быть использовано, например, и для соединения пластмассовых трубопроводов. Максимальный относительно трубопровода зазор передней части врезающегося кольца 7 в области контакта со штуцером 3 не превышает упругой деформации.

Заявляемое устройство работает следующим образом. На свободный конец трубы 1 трубопровода, подлежащей подсоединению, сначала надевают накидную гайку 5 и затем врезающееся кольцо 7. Свободный конец этой трубы 1 вводят в штуцер 3 и продвигают до тех пор, пока он своим торцом не коснется бурта штуцера 3. Затем начинают навинчивать накидную гайку 5 на штуцер 3. Накидная гайка 5 давит на контактную поверхность 14 задней части врезающегося кольца 7. Врезающееся кольцо 7 начинает перемещаться и своей контактной поверхностью 12 передней части входит в приемный конус штуцера 3. При дальнейшем вращении накидной гайки 5 происходит продвижение врезающегося кольца 7 внутрь приемного конуса штуцера 3. При этом начинается обжатие врезающегося кольца 7 по диаметру. Рабочая кромка 11 передней части врезающегося кольца 7 прижимается к наружной поверхности трубы 1. При дальнейшем затягивании накидной гайки 5 продолжается аксиальное смещение врезающегося кольца 7 в направлении к штуцеру 3, происходит его упругая деформация и врезание рабочей кромки 11 передней части врезающегося кольца 7 в тело трубы 1, формируя рабочей кромкой 11 буртик в трубе 1, фиксирующий дальнейшее осевое движение врезающегося кольца 7 и создающий уплотнение. При воздействии аксиальных усилий зазор переменный 10 между трубой 1 и врезающимся кольцом 7 в средней части и задней части обусловливает их одновременное упругое деформирование в аксиальном и радиальном направлениях. При дальнейшем воздействии на накидную гайку 5 происходит одновременное упругое деформирование врезающегося кольца 7 в аксиальном и радиальном направлениях и создается уплотнение в зоне контакта штуцера 3 с врезающимся кольцом 7 и в зоне контакта задней части врезающегося кольца 7 и нажимной поверхности накидной гайки 5. В конечной стадии монтажа замыкающая кромка 13 вступает в контакт с трубой 1 и врезается в нее, увеличивая тем самым уплотнение и надежность соединения. Переменный зазор, образованный криволинейными, наружной и внутренней, поверхности 8 и 9 врезающегося кольца 7, создает надежное герметичное уплотнение как в рабочем, так и в нерабочем состояниях в четырех зонах: в зоне врезки рабочей кромки 11 в трубу 1, в зоне контакта поверхностей передней части врезающегося кольца 7 и штуцера 3, в зоне контакта поверхностей задней части врезающегося кольца 7 и накидной гайки 5 и в зоне врезки замыкающей кромки 13 в трубу 1. Весь объем врезающегося кольца 7 работает как пружина, накапливающая при монтаже потенциальную энергию, которая обеспечивает необходимые аксиальные и радиальные усилия как при наличии давления в трубопроводе, так и при его отсутствии. Врезание обеих, рабочей и замыкающей, кромок 11 и 13 врезающегося кольца 7 объединяет его, накидную гайку 5, штуцер 3 и участок трубы 1, ограниченный этими кромками - рабочей 11, замыкающей 13, в единую компенсационную систему, которая при возрастании нагрузок согласует (автоматически регулирует) упругопластические деформации этого участка трубы 1 и упругие деформации врезающегося кольца 7.

Формула изобретения

1. Соединение трубопровода, содержащее штуцер, накидную гайку и обжимное или врезающееся кольцо с зазором относительно трубопровода в передней части и рабочей кромкой, и задней частью, отличающееся тем, что наружная и внутренняя поверхности врезающегося кольца выполнены криволинейными, с образованием переменного относительно трубопровода зазора по всей длине врезающегося кольца, а задняя часть врезающегося кольца содержит замыкающую кромку.

2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что диаметр рабочей кромки передней части врезающегося кольца выполнен меньше диаметра замыкающей кромки части врезающегося кольца.

3. Соединение по п.1, отличающееся тем, что максимальный относительно трубопровода зазор передней части врезающегося кольца в области контакта со штуцером не превышает упругой деформации.

4. Соединение по п.1, отличающееся тем, что замыкающая кромка задней части врезающегося кольца образована пересечением его торцевой поверхности с его внутренней поверхностью.

5. Соединение по п.4, отличающееся тем, что наименьший угол конусности касательной поверхности к поверхности задней части, обращенной к накидной гайке, выполнен не менее 50^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2