Устройство для герметичного соединения подвижных относительно друг друга элементов в форме труб, расположенных одна в другой
Владельцы патента RU 2310790:
Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро специального машиностроения" (RU)
Изобретение относится к устройствам для герметичного соединения труб. Изобретение обеспечивает возможность повышения эксплуатационных характеристик узла герметичного соединения труб, а также снижение трудоемкости работ при установке узла на штатное место и при обслуживании в процессе эксплуатации. Устройство содержит диафрагменную резинокордную оболочку, внутренний и внешний борта которой установлены каждый между соответствующими опорным и установочным кольцевыми элементами и посредством последних с помощью резьбовых элементов закреплены на опорных площадках подвижных относительно друг друга элементов в форме труб, расположенных одна в другой. Каждый опорный кольцевой элемент установлен на опорной площадке соответствующего подвижного элемента посредством герметизирующего уплотнения из упругоэластичного материала. Резинокордная оболочка, опорные и установочные кольцевые элементы выполнены таким образом, что образуют единый неразъемный узел, в котором смежные кольцевые элементы жестко соединены между собой с образованием соосных центрального и наружного кольцевых элементов. Последние связаны между собой посредством первых упругих демпфирующих звеньев с заданной жесткостью, которые с помощью соответствующих переходников шарнирно закреплены соответственно на центральном и наружном кольцевых элементах, установлены горизонтально и расположены по окружности вокруг общей геометрической оси центрального и наружного кольцевых элементов. Последние смещены один относительно другого вдоль упомянутой оси. Центральный кольцевой элемент посредством вторых упругих демпфирующих звеньев связан с упомянутым подвижным элементом, соединенным с наружным кольцевым элементом. Каждое из вторых упругих демпфирующих звеньев одним концом жестко закреплено на последнем упомянутом подвижном элементе, а другим концом подвижно соединено с центральным кольцевым элементом с возможностью обеспечения перемещения центрального кольцевого элемента в плоскости, ортогональной упомянутой оси, и восприятия инерционных нагрузок, действующих вдоль последней. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к устройствам для герметичного соединения подвижных относительно друг друга элементов в форме труб посредством уплотнения без подвижных относительно друг друга поверхностей, в частности к устройствам, включающим резинокордные оболочки, работающие в условиях постоянно действующих нагрузок. Изобретение может быть использовано в машиностроении при изготовлении узлов уплотнения крупногабаритных взаимоподвижных элементов в форме труб (в частности, цилиндрических контейнеров), устанавливаемых в устройствах, доступ к которым в процессе эксплуатации затруднен или невозможен.
Известно устройство для герметичного соединения подвижных относительно друг друга элементов в форме труб, расположенных одна в другой, содержащее резинокордную оболочку, борта которой с помощью резьбовых элементов закреплены на опорных площадках упомянутых подвижных элементов посредством соответствующих установочных кольцевых элементов (авт. св. SU №1733762 A1, F16F 9/04, 1992). Внутри резинокордной оболочки размещен упругий демпфирующий кольцевой элемент, имеющий в продольном сечении U-образный профиль. Упомянутый упругий демпфирующий элемент одним концом совместно с внутренним бортом резинокордной оболочки закреплен на центральной (внутренней) трубе. Причем узел соединения подвижных относительно друг друга элементов выполнен таким образом, что опорные площадки упомянутых подвижных элементов разнесены по высоте.
Однако известное техническое решение, по существу, касается имеющего относительно небольшие габариты узла уплотнения упругого пневматического элемента, т.е. известное устройство для герметичного соединения подвижных относительно друг друга элементов имеет ограниченную область использования.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для герметичного соединения подвижных относительно друг друга элементов в форме труб, расположенных одна в другой, приведенное в описании изобретения по патенту RU №2150657 (F41F 3/04, 3/042, 3/07, 2000). Известное устройство содержит резинокордную оболочку, борта которой с помощью резьбовых элементов (прижимных болтов) закреплены на фланцах (опорных площадках) упомянутых подвижных элементов посредством соответствующих опорного и установочного кольцевых элементов. Каждый опорный кольцевой элемент установлен на опорной площадке соответствующего подвижного элемента посредством герметизирующего уплотнения из упругоэластичного материала.
Однако необходимость герметизации двухконтурного кольцевого периметра достаточно большой протяженности требует большого значения усилия поджатая бортов резинокордной оболочки, которое осуществляют при монтаже посредством относительно большого количества прижимных болтов, что усложняет процесс монтажа и требует значительного времени. Кроме того, изменение с течением времени характеристик резинокордной оболочки при применении резинокордной оболочки в ответственных узлах и механизмах обуславливает необходимость дополнительного обслуживания узла уплотнения с целью поджатая бортов. Вместе с этим необходимость учета возможных внешних воздействий в процессе эксплуатации известного устройства предполагает принятие конструктивных мер, обеспечивающих силовое соединение подвижных относительно друг друга элементов. Однако в известном устройстве решение этой задачи не раскрыто.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства (узла герметичного соединения) для герметичного силового соединения подвижных относительно друг друга элементов в форме труб, обеспечивающего повышение эксплуатационных характеристик.
Указанная задача решается благодаря тому, что устройство для герметичного соединения подвижных относительно друг друга элементов в форме труб, расположенных одна внутри другой, содержащее резинокордную оболочку, борта которой с помощью резьбовых элементов закреплены на опорных площадках упомянутых подвижных элементов (труб) посредством соответствующих опорного и установочного кольцевых элементов, причем каждый опорный кольцевой элемент установлен на опорной площадке соответствующего подвижного элемента посредством герметизирующего уплотнения из упругоэластичного материала, согласно изобретению снабжено первыми и вторыми упругими демпфирующими звеньями с заданной (организованной) жесткостью. Резинокордная оболочка, опорные и установочные кольцевые элементы выполнены таким образом, что образуют единый неразъемный узел, в котором смежные кольцевые элементы жестко соединены между собой с образованием соосных центрального и наружного кольцевых элементов. Последние связаны между собой посредством первых упругих демпфирующих звеньев с заданной жесткостью, которые с помощью соответствующих переходников шарнирно закреплены соответственно на центральном и наружном кольцевых элементах, установлены горизонтально и расположены по окружности вокруг общей геометрической оси (продольной оси) центрального и наружного кольцевых элементов. Последние смещены один относительно другого вдоль упомянутой оси. Центральный кольцевой элемент посредством вторых упругих демпфирующих звеньев связан с упомянутым подвижным элементом, соединенным с наружным кольцевым элементом. Каждое из вторых упругих демпфирующих звеньев одним концом жестко закреплено на последнем упомянутом подвижном элементе (т.е. на наружной трубе), а другим концом подвижно соединено с центральным кольцевым элементом с возможностью обеспечения перемещения центрального кольцевого элемента в плоскости, ортогональной упомянутой оси (т.е. в поперечном направлении), и воспринятая инерционных нагрузок, действующих вдоль последней (т.е. в продольном направлении).
Вместе с этим центральный и наружный кольцевые элементы с помощью упомянутого герметизирующего уплотнения образуют каждый с соответствующей опорной площадкой герметизирующие контуры с образованием полости, которая выполнена с каналом для сообщения с устройством для контроля герметичности.
Кроме того, центральный и наружный кольцевые элементы имеют направляющие центрирующие элементы, взаимодействующие с ответными элементами соответствующих упомянутых подвижных элементов.
Технический результат использования изобретения состоит в том, что оно обеспечивает возможность повышения эксплуатационных характеристик устройства для герметичного соединения (узла герметичного соединения) подвижных относительно друг друга элементов в форме труб, расположенных одна в другой, а также обеспечивает снижение трудоемкости работ при установке узла герметичного соединения на штатное место и при обслуживании в процессе эксплуатации. Вместе с этим изобретение позволяет минимизировать массогабаритные характеристики устройства и при том же диаметре наружной трубы позволяет увеличить диаметр проходного сечения внутренней трубы.
На фиг.1 схематично показано устройство для герметичного соединения подвижных относительно друг друга элементов в форме труб, расположенных одна внутри другой, общий вид, продольный разрез в плоскости расположения упругих демпфирующих звеньев, выполненных в виде пружинных элементов; на фиг.2 - упругие демпфирующие звенья, шарнирно закрепленные с помощью переходников между центральным и наружным кольцевыми элементами, вид по А на фиг.1; на фиг.3 - резинокордная оболочка, упругие демпфирующие звенья, закрепленные между центральным и наружным кольцевыми элементами, и устройство крепления наружного кольцевого элемента к опорной площадке наружной трубы, разрез по Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - герметизирующее уплотнение стыкового соединения между кольцевым элементом, связанным с резинокордной оболочкой, и трубой, элемент В на фиг.3.
В варианте осуществления изобретения предлагаемое устройство реализуется в узле герметичного соединения (уплотнения) подвижных относительно друг друга крупногабаритных элементов 1 и 2 в форме труб, расположенных одна в другой (по существу - в узле уплотнения расположенных один в другом, подвижных относительно друг друга цилиндрических контейнеров). Узел герметичного соединения включает диафрагменную резинокордную оболочку 3, внутренний и внешний борта «а» и «b» которой установлены каждый между опорным и установочным кольцевыми элементами соответственно 4, 5 и 6, 7. Опорные кольцевые элементы и соответствующие им (смежные с ними) ответные установочные кольцевые элементы неразъемно соединены посредством кольцевых сварных швов «с» и «d». Причем перед производством сварки внутренний и внешний борта «а» и «b» резинокордной оболочки нагружают с усилием, соответствующим нагрузке, действующей на борт в рабочем положении опорного и установочного кольцевых элементов каждого борта. Таким образом, в процессе эксплуатации в течение длительного периода времени обеспечивается сохранение поджатая бортов резинокордной оболочки и возможность воспринятая резинокордной оболочкой давлений высокого значения с обеспечением герметичности по двойному контуру достаточно большой протяженности. Благодаря особенности конструктивного выполнения резинокордная оболочка 3, опорные кольцевые элементы 4, 5 и установочные кольцевые элементы 6, 7 образуют единое целое, где смежные кольцевые элементы жестко соединены между собой с образованием соосных центрального и наружного кольцевых элементов 8 и 9. Таким образом, образуют достаточно простой компактный неразъемный узел, обладающий относительно небольшими массогабаритными характеристиками. Благодаря этому достигается снижение материалоемкости узла уплотнения между подвижными относительно друг друга трубами достаточно большого диаметра. Вместе с этим снижается трудоемкость работ при установке уплотнения на штатное место и при обслуживании в процессе эксплуатации.
Резинокордная оболочка 3 в сборе с центральным и наружным кольцевыми элементами 8, 9 закреплена на опорных площадках «е» и «f» подвижных элементов 1 и 2 через опорные кольцевые элементы 4, 5 и герметизирующее уплотнение 10 из упругоэластичного материала с помощью резьбовых элементов 11. Узел соединения подвижных относительно друг друга крупногабаритных элементов 1 и 2 выполнен таким образом, что опорные площадки «е» и «f» подвижных элементов 1, 2 разнесены по высоте и центральный и наружный кольцевые элементы 8 и 9 смещены один относительно другого вдоль их общей геометрической оси 12. В варианте осуществления изобретения центральный кольцевой элемент выполнен выступающим из наружного кольцевого элемента. Благодаря такому исполнению обеспечивается повышение компактности узла соединения элементов 1 и 2. Вместе с этим в сравнении с наиболее близким аналогом такое исполнение при том же, как у известного устройства диаметре наружной трубы (проходном сечении наружной трубы) позволяет увеличить диаметр внутренней трубы, т.е. обеспечивается возможность увеличения диаметра проходного сечения внутренней трубы. При этом центральный и наружный кольцевые элементы 8 и 9 динамически связаны между собой посредством упругих демпфирующих звеньев (связей) 13 с заданной (организованной) жесткостью. В варианте осуществления изобретения упругие демпфирующие звенья 13 представляют собой, например, пневмогидравлические пружинные демпферы. Упругие демпфирующие звенья 13 с помощью переходников 14 и 15 шарнирно закреплены соответственно на центральном и наружном кольцевых элементах 8 и 9. При этом звенья 13 установлены горизонтально и расположены по окружности вокруг оси 12. При внешних возмущениях (например, при воздействии ударной волны) упругие демпфирующие звенья 13 воспринимают инерционные нагрузки, действующие в поперечном направлении (т.е. в плоскости, ортогональной оси 12), и не ограничивают относительное перемещение (обеспечивают «развязку») кольцевых элементов 8 и 9 в продольном направлении (т.е. вдоль оси 12). Вместе с этим центральный кольцевой элемент 8 посредством упругих демпфирующих звеньев 16 связан с подвижным элементом 2, соединенным с наружным кольцевым элементом 9. В варианте осуществления изобретения упругие демпфирующие звенья 16 выполнены, например, в виде пружинных элементов (пластинчатых пружин) Г-образной формы. Каждое упругое демпфирующее звено 16 одним концом жестко (например, с помощью резьбовых элементов) закреплено на подвижном элементе (наружной трубе) 2, а другим концом подвижно соединено с центральным кольцевым элементом 8 с возможностью обеспечения перемещения центрального кольцевого элемента 8 в плоскости, ортогональной оси 12 (т.е. в поперечном направлении). При внешних возмущениях упругие демпфирующие звенья 16 воспринимают инерционные нагрузки, действующие в продольном направлении (т.е. вдоль оси 12), и не ограничивают относительное перемещение кольцевых элементов 8 и 9 в поперечном направлении.
В варианте осуществления изобретения центральный и наружный кольцевые элементы 8 и 9 с помощью герметизирующего уплотнения 10 образуют каждый с опорной площадкой соответствующего подвижного элемента герметизирующие контуры с образованием полости «g», которая выполнена с каналом для сообщения с устройством для контроля (проверки) герметичности (не показано). Благодаря наличию упомянутого канала обеспечивается возможность упрощения проверки герметичности стыковых соединений кольцевых элементов 8, 9 с подвижными элементами 1, 2. В варианте осуществления изобретения проверку герметичности осуществляют путем подачи в полость «g» воздушного давления, которое контролируют по манометру подсоединяемого устройства для контроля герметичности.
Вместе с этим центральный и наружный кольцевые элементы 8 и 9 имеют направляющие центрирующие элементы, взаимодействующие с ответными элементами подвижных элементов 1 и 2, обеспечивающие упрощение монтажа (не показано). Упомянутые направляющие центрирующие элементы и ответные им элементы могут быть выполнены, например, в виде имеющих заходные части выступов, буртиков, отверстий, канавок, а также пазов под шпонки. В варианте осуществления изобретения также предусмотрены технологические средства для фиксации взаимного положения центрального и наружного кольцевых элементов 8, 9, а также для приведения подвижного элемента 1 в исходное положение в случае смещения центрального кольцевого элемента 8 относительно наружного кольцевого элемента 9 при эксплуатации (не показано).
Устройство для герметичного соединения подвижных относительно друг друга элементов в форме труб, расположенных одна внутри другой, работает следующим образом.
В штатном рабочем положении устройства резинокордная оболочка 3 воспринимает силовое давление окружающей среды, обеспечивая герметичность соединения центрального и наружного кольцевых элементов 8, 9, также возможность смещения кольцевых элементов 8, 9 относительно друг друга. Герметичность стыковых соединений кольцевых элементов 8, 9 с элементами 1, 2 обеспечивается с помощью герметизирующего уплотнения 10 и резьбовых элементов 11. При внешних возмущениях упругие демпфирующие звенья 13 воспринимают инерционные нагрузки, действующие в поперечном направлении (т.е. в плоскости, ортогональной оси 12), и не ограничивают относительное перемещение кольцевых элементов 8 и 9, а следовательно, и связанных с ними элементов 1 и 2 в продольном направлении (т.е. вдоль оси 12). При этом упругие демпфирующие звенья 16 воспринимают инерционные нагрузки, действующие в продольном направлении, и не ограничивают относительное перемещение кольцевых элементов 8 и 9 в поперечном направлении. Таким образом, обеспечиваются заданное геометрическое положение элементов 1 и 2 относительно друг друга в штатных условиях эксплуатации, а также шесть степеней свободы перемещения внутреннего элемента 1 относительно наружного элемента 2 при внешних возмущениях.
Таким образом, благодаря особенности исполнения узла герметичного соединения изобретение позволяет создать устройство для герметичного силового соединения подвижных относительно друг друга элементов в форме труб достаточно большого диаметра, расположенных одна внутри другой, обеспечивающее возможность повышения эксплуатационных характеристик узла герметичного соединения, а также снижение трудоемкости работ при установке узла герметичного соединения на штатное место и при обслуживании в процессе эксплуатации. Вместе с этим изобретение позволяет минимизировать массогабаритные характеристики узла герметичного соединения и при том же диаметре наружной трубы позволяет увеличить диаметр проходного сечения внутренней трубы.
1. Устройство для герметичного соединения подвижных относительно друг друга элементов в форме труб, расположенных одна внутри другой, содержащее резинокордную оболочку, борта которой с помощью резьбовых элементов закреплены на опорных площадках упомянутых подвижных элементов посредством соответствующих опорного и установочного кольцевых элементов, причем каждый опорный кольцевой элемент установлен на опорной площадке соответствующего подвижного элемента посредством герметизирующего уплотнения из упругоэластичного материала, отличающееся тем, что оно снабжено первыми и вторыми упругими демпфирующими звеньями с заданной жесткостью, при этом резинокордная оболочка, опорные и установочные кольцевые элементы выполнены таким образом, что образуют единый неразъемный узел, в котором смежные кольцевые элементы жестко соединены между собой с образованием соосных центрального и наружного кольцевых элементов, последние связаны между собой посредством первых упругих демпфирующих звеньев с заданной жесткостью, которые с помощью соответствующих переходников шарнирно закреплены соответственно на центральном и наружном кольцевых элементах, установлены горизонтально и расположены по окружности вокруг общей геометрической оси центрального и наружного кольцевых элементов, причем последние смещены один относительно другого вдоль упомянутой оси, при этом центральный кольцевой элемент посредством вторых упругих демпфирующих звеньев связан с упомянутым подвижным элементом, соединенным с наружным кольцевым элементом, причем каждое из вторых упругих демпфирующих звеньев одним концом жестко закреплено на последнем упомянутом подвижном элементе, а другим концом подвижно соединено с центральным кольцевым элементом с возможностью обеспечения перемещения центрального кольцевого элемента в плоскости, ортогональной упомянутой оси, и восприятия инерционных нагрузок, действующих вдоль последней.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что центральный и наружный кольцевые элементы с помощью упомянутого герметизирующего уплотнения образуют каждый с соответствующей опорной площадкой герметизирующие контуры с образованием полости, которая выполнена с каналом для сообщения с устройством для контроля герметичности.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что центральный и наружный кольцевые элементы имеют направляющие центрирующие элементы, взаимодействующие с ответными элементами соответствующих упомянутых подвижных элементов.
