Соединительный узел трубопровода

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в трубопроводах, подверженных высоким температурам и вибрациям, в частности в системах подвода к двигателям внутреннего сгорания воздуха от турбокомпрессора. Узел содержит металлический сильфон с двумя присоединительными концевыми участками. Внутренний диаметр концевых участков больше внутреннего диаметра впадин сильфона, при этом концевые участки сильфонов сопряжены с впадинами соответствующих крайних гофр сильфона с образованием уступа высотой не менее 1 мм. На внутренней поверхности концевых участков выполнены концевые канавки, по крайней мере, по две на каждом участке. Кроме того, на каждом цилиндрическом концевом участке сильфона выполнены, по крайней мере, три продольных прорези, равномерно расположенные по его периметру. Предложенная конструкция позволяет повысить долговечность, надежность и осуществлять ремонт соединительного узла. 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

Настоящее изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в трубопроводах, подверженных высоким температурам и вибрациям, в частности в системах подвода к двигателям внутреннего сгорания наддувочного воздуха от турбокомпрессора.

Известен соединительный узел турбокомпрессора с впускным патрубком двигателя внутреннего сгорания КамАЗ-7403.10, выполненный в виде резинового патрубка, стянутого хомутами. (Автомобиль КамАЗ типа 6х4. Руководство по эксплуатации. М. : Машиностроение, 1988 г., с. 30 - 33, рис. 24.). В двигателях с турбонаддувом воздухоочистители установлены в подкапотном пространстве непосредственно на двигателе. Поэтому резиновый соединительный патрубок испытывает вибрации до 40 Гц, осевые перемещения до ±15 мм, а радиальные перемещения до ±20 мм. Кроме того, по резиновому патрубку под избыточным давлением проходит рабочая среда, представляющая собой очищенный воздух с парами моторного масла при температуре до 175^oC. При высоком требовании к герметичности данного разъемного соединения, исключающем подсос неочищенного воздуха, оно обладает недолговечностью, малой надежностью и неремонтопригодно.

Известно устройство для соединения трубопроводов (а.с. СССР N 436961, МПК F 16 L 51/02; F 02 B 37/02, БИ N 27 от 25.07.1974 г.). Устройство содержит сильфонный компенсатор, жестко соединенный, например, сваркой с соединяемыми трубопроводами. Кроме того, устройство снабжено ограничителем радиальных колебаний, выполненным в виде цилиндрического корпуса, охватывающего компенсатор и закрепленного на одном трубопроводе, а также ограничительного кольца, закрепленного на втором трубопроводе с зазором относительно корпуса. Данное устройство соединения трубопроводов надежно в работе, однако оно является неразъемным и поэтому непригодно для соединения трубопроводов двигателей внутреннего сгорания, требующих свободный доступ к его элементам с целью их ремонта.

Известен соединительный узел трубопроводов, который взят в качестве прототипа (патент US N 3820829 A, МПК F 16 L 51/02, опубл. 28.06.1974 г.). Соединительный узел выполнен в виде металлического сильфона с цилиндрическими присоединительными концевыми участками.

К недостаткам данного соединительного узла можно отнести его недостаточную герметичность в случае эксплуатации в условиях радиальной и осевой вибрации при избыточном давлении горячей рабочей среды.

Задачей настоящего изобретения является повышение долговечности, надежности (герметичности) работы разъемного соединительного узла трубопроводов, эксплуатируемых в условиях радиальной и осевой вибрации, при избыточном давлении горячей рабочей среды. Кроме того, изобретение позволяет осуществлять ремонт соединительного узла.

Поставленная задача решается тем, что в соединительном узле трубопроводов, выполненном в виде металлического сильфона с цилиндрическими присоединительными концевыми участками, на каждом цилиндрическом концевом участке сильфона на внутренней его поверхности выполнены, по крайней мере, две кольцевые канавки на глубину не менее 1 мм и эквидистантные им кольцевые выступы на внешней его поверхности. Узел снабжен также двумя упругими уплотнительными втулками из тепломорозостойкой резины, размещенными внутри цилиндрических концевых участков сильфона и на внешней поверхности которых выполнены кольцевые выступы, количество, профиль и местоположение которых адекватно количеству, профилю и местоположению кольцевых канавок, выполненных на внутренней поверхности цилиндрических концевых участков сильфона. Причем на каждом цилиндрическом концевом участке сильфона выполнены, по крайней мере, три продольных прорези, равномерно расположенные по его периметру. При этом прорези выполнены от торца сильфона на расстояние с пересечением первого кольцевого выступа и, по крайней мере, доходят до второго кольцевого выступа, но без пересечения последнего. Узел снабжен также хомутами, расположенными на цилиндрических концевых участках сильфона между кольцевыми выступами в области продольных прорезей.

С целью обеспечения большей надежности работы соединительного узла по герметичности внутренний диаметр цилиндрических концевых участков сильфона больше внутреннего диаметра впадин сильфона, при этом цилиндрические концевые участки сильфонов сопряжены с впадинами соответствующих крайних гофр сильфона с образованием уступа высотой не менее 1 мм.

С целью обеспечения компенсации неточностей монтажа толщина упругих уплотнительных втулок выбирается из диапазона 1 - 5 мм, а суммарная ширина прорезей на каждом цилиндрическом концевом участке равна не менее 3 мм.

Профиль кольцевых канавок может быть различным, например, он может быть выполнен в виде прямоугольника, полуокружности или трапеции. Ось симметрии профиля канавок может быть перпендикулярна продольной оси цилиндрических концевых участков. Вместе с тем ось симметрии, по крайней мере, одной кольцевой канавки на каждом цилиндрическом концевом участке, преимущественно наиболее удаленной от соответствующего торца, может быть наклонена к нему. При этом угол между продольной осью цилиндрических концевых участков и осью симметрии профиля этих кольцевых канавок целесообразно выбирать из диапазона: α = 50^o - 80^o.

При выполнении профиля кольцевой канавки в виде трапеции целесообразно ее боковую сторону, ближайшую к торцу соответствующего цилиндрического концевого участка, выполнить перпендикулярно его оси.

На фиг. 1 представлен общий вид соединительного узла трубопроводов в сборе; на фиг. 2 - вариант выполнения цилиндрического присоединительного концевого участка соединительного узла.

Соединительный узел трубопроводов содержит металлический сильфон 1 с двумя цилиндрическими присоединительными концевыми участками 2. Внутренний диаметр D_уч цилиндрических концевых участков сильфона больше внутреннего диаметра D_вп впадин сильфона, при этом цилиндрические концевые участки сильфонов сопряжены с впадинами 3 соответствующих крайних гофр сильфона 1 с образованием уступа высотой h_уст не менее 1 мм.

На внутренней поверхности концевых участков 2 выполнены кольцевые канавки 4, по крайней мере, по две на каждом участке. Данные канавки могут быть выполнены, например, раскаткой профильным роликом или раздачей цилиндрических концевых участков 2 в профильной матрице. На внешней поверхности концевых участков 2 выполнены кольцевые выступы 5, конгруэнтные кольцевым канавкам 4. Кроме того, на каждом цилиндрическом концевом участке 2 сильфона выполнены, по крайней мере, три продольных прорези 6 шириной Δ , равномерно расположенные по его периметру. При этом суммарная ширина прорезей на каждом цилиндрическом концевом участке равна не менее 3 мм. Прорези 6 выполнены от торца сильфона на расстояние L с пересечением первого кольцевого выступа 5 и, по крайней мере, доходят до второго кольцевого выступа 5, но без пересечения последнего.

Узел снабжен также двумя упругими уплотнительными втулками 7, выполненными из тепломорозостойкой резины, толщиной t_вт = 1 - 5 мм. Уплотнительные втулки 7 размещаются внутри цилиндрических концевых участков 2 сильфона 1. На внешней поверхности втулок 7 выполнены кольцевые выступы 8, количество, профиль и местоположение которых адекватно количеству, профилю и местоположению кольцевых канавок 4.

Соединительный узел снабжен также хомутами 9, расположенными на цилиндрических концевых участках 2 сильфона 1 между кольцевыми выступами 5 в области продольных прорезей 6.

Монтаж соединительного узла производят в следующей последовательности. Предварительно упругие уплотнительные втулки 7 размещают внутри цилиндрических концевых участков сильфона 1 до совмещения их выступов 8 с канавками 4. Уступ, образованный в месте сопряжения концевых участков 2 с впадиной 3 гофры сильфона 1, а также кольцевые канавки 4, в которых расположены кольцевые выступы 8 втулки 7, надежно фиксируют ее от осевого перемещения. После чего соединительный узел одним концом надевают на патрубок 10, например, трубопровода турбокомпрессора (на чертеже не показан), а вторым концом соответственно надевают на патрубок 11 трубопровода впускного коллектора двигателя внутреннего сгорания (на чертеже не показан). Хомутами 9 соединительный узел фиксируют на соединяемых патрубках 10 и 11. При этом цилиндрические присоединительные концевые участки 2 за счет продольных прорезей 6 и упругодеформируемой втулки 7 обжимаются на соответствующих патрубках 10 или 11. Выбранные размеры толщины t_вт уплотнительных втулок 7 и ширины Δ продольных прорезей 6 компенсируют неточности изготовления соединяемых элементов, что гарантированно обеспечивает герметичность соединительного узла.

В процессе эксплуатации соединительного узла металлический сильфон 1 компенсирует вибрационные нагрузки, а также осевые и радиальные перемещения, воздействующие на соединяемые трубопроводы. Вместе с тем заявленная конструкция соединительного узла позволяет надежно закрепить его на соединяемых трубопроводах, обеспечивая им полную герметизацию, исключающую подсос неочищенного воздуха. Используемые в соединительном узле резиновые уплотнительные втулки 7 изолируются от транспортируемой агрессивной рабочей среды с одной стороны патрубками соединяемых трубопроводов, а с другой стороны - цилиндрическими концевыми участками 2 металлического сильфона 1. Кроме того, резиновые втулки 7 в процессе эксплуатации не испытывают вибрации, а также радиальные и осевые перемещения, что существенно увеличивает срок эксплуатации всего соединительного узла.

Использование заявленной конструкции соединительного узла трубопроводов может найти широкое применение в быстроразъемных соединениях, эксплуатируемых в условиях радиальной и осевой вибрации, при избыточном давлении горячей рабочей среды, к которым предъявляются высокие требования по герметичности, долговечности и надежности их работы, в частности для соединения турбокомпрессора с коллектором двигателя внутреннего сгорания в системе турбонаддува.

Формула изобретения

1. Соединительный узел трубопроводов, выполненный в виде металлического сильфона с цилиндрическими присоединительными концевыми участками, отличающийся тем, что на каждом цилиндрическом концевом участке сильфона на внутренней его поверхности выполнены, по крайней мере, две кольцевые канавки на глубину не менее 1 мм и эквидистантные им кольцевые выступы на внешней его поверхности, узел снабжен также двумя упругими уплотнительными втулками из тепломорозостойкой резины, размещенными внутри цилиндрических концевых участков сильфона, и на внешней поверхности которых выполнены кольцевые выступы, количество, профиль и местоположение которых адекватно количеству, профилю и местоположению кольцевых канавок, выполненных на внутренней поверхности цилиндрических концевых участков сильфона, причем на каждом цилиндрическом концевом участке сильфона выполнены, по крайней мере, три продольных прорези, равномерно расположенные по его периметру, при этом прорези выполнены от торца сильфона на расстоянии с пересечением первого кольцевого выступа и, по крайней мере, доходят до второго кольцевого выступа, но без пересечения последнего, кроме того, узел снабжен хомутами, расположенными на цилиндрических концевых участках сильфона между кольцевыми выступами в области продольных прорезей.

2. Узел по п.1, отличающийся тем, что внутренний диаметр цилиндрических концевых участков сильфона больше внутреннего диаметра впадин сильфона, при этом цилиндрические концевые участки сильфонов сопряжены с впадинами соответствующих крайних гофр сильфона с образованием уступа высотой не менее 1 мм.

3. Узел по п. 1, отличающийся тем, что толщина упругих уплотнительных втулок выбирается из диапазона 1 - 5 мм.

4. Узел по п.1, отличающийся тем, что суммарная ширина прорезей на каждом цилиндрическом концевом участке не менее 3 мм.

5. Узел по п.1, отличающийся тем, что профиль кольцевых канавок выполнен в виде прямоугольника, полуокружности или трапеции, с осью симметрии, перпендикулярной продольной оси цилиндрических концевых участков.

6. Узел по п.5, отличающийся тем, что ось симметрии профиля по крайней мере, одной кольцевой канавки на каждом цилиндрическом концевом участке, преимущественно наиболее удаленной от соответствующего торца, наклонена к нему, при этом угол между продольной осью цилиндрических концевых участков и осью симметрии профиля этих кольцевых канавок лежит в пределах 50-80^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2