соединение прямолинейных трубопроводов

Формула изобретения

СОЕДИНЕНИЕ ПРЯМОЛИНЕЙНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ, содержащее один трубопровод с ниппелем на конце, с внутренней уплотнительной поверхностью и проходным каналом, другой трубопровод со штуцером на конце с наружной уплотнительной поверхностью и проходным каналом, соединенные накидной гайкой, отличающееся тем, что штуцер закреплен с возможностью продольного ограниченного перемещения на неподвижном кронштейне, а проходные каналы ниппеля и штуцера выполнены ступенчатыми, причем отношение наименьших площадей поперечных сечений проходных каналов ниппеля и штуцера к наименьшей площади поперечного сечения по месту контакта их уплотнительных поверхностей находится в пределах 1 50, исключая значение, равное 1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению.

Известно соединение прямолинейных трубопроводов, содержащее два трубопровода, проходной штуцер, на внутренней поверхности которого выполнен ряд кольцевых наклонных к оси соединения упругих элементов в виде гребенки, ниппель с упругими уплотняющими и опорными силовыми элементами и накидную гайку, при этом ниппель выполнен с наконечником в виде ступенчатой втулки с уплотняющими элементами на наружной поверхности, взаимодействующими с торцами упругих элементов штуцера [1]

Известно соединение прямолинейных трубопроводов, содержащее один трубопровод с упругим ниппелем на конце, имеющим уплотнительную поверхность, и проходным каналом, другой трубопровод со штуцером на конце, уплотняемым на оголовке ниппеля и проходным каналом, соединенные накидной гайкой. При этом оголовок ниппеля имеет бурт в виде упругой мембраны [2]

Недостатки данного соединения заключаются в недостаточной герметичности, надежности и долговечности соединения, поскольку силы давления рабочей среды, воздействующие на соприкасаемые с рабочей средой поверхности штуцера и ниппеля, способствуют разгерметизации соединения, а суммируясь с силой, возникшей в резьбовом соединении при монтаже гайки с штуцером, нагружают дополнительно это резьбовое соединение, способствуя ускорению потери упругости материалов гайки, штуцера и ниппеля в местах их контакта.

Кроме того, данное соединение не в состоянии компенсировать снижение герметичности и надежности соединения, образовавшееся в результате эксплуатации соединения при частичной потери упругости материалов температурных и вибрационных воздействиях и т.д.

Следствием указанных выше причин является большое постоянное (даже в нерабочем положении) усилие сжатия материалов по месту контакта ниппеля с штуцером, гайки с штуцером и гайки с ниппелем, что требует повышенного веса крепежных элементов соединения (ниппеля, гайки и штуцера) для обеспечения его прочности. В результате этих постоянных больших усилий особенно в соединениях, работающих при больших давлениях рабочей среды и высоких температурах, происходит контактная сварка материалов, вследствие чего соединение становится неразъемным. Кроме того, герметичность соединения нарушается также и при случайном резком повышении давления рабочей среды по причине, например, уменьшения диаметра трубопровода в результате его смятия. В этом случае может произойти вообще разрыв трубопровода в результате перемещения соединения в ту или иную сторону.

Задачей изобретения является устранение вышеописанных недостатков.

На чертеже представлено предлагаемое соединение, общий вид.

Соединение прямолинейных трубопроводов состоит из трубопровода 1 с ниппелем 2 на конце, с внутренней уплотнительной поверхностью 3, например конической, и кольцевой рабочей поверхностью 4 и трубопровода 5, на конце которого закреплен штуцер 6 с наружной уплотнительной поверхностью 7, например конической, и кольцевой рабочей поверхностью 8.

Трубопровод 1 с ниппелем 2 имеет проходной канал 9, а трубопровод 5 с штуцером 6 проходной канал 10. На штуцер 6, закрепленный с возможностью продольного ограниченного перемещения на кронштейне 11, навернута накидная гайка 12, упирающаяся своим заплечиком 13 в торец ниппеля 2.

Кольцевой кронштейн 11 неподвижен, т.е. жестко закреплен любым известным способом вне соединения трубопроводов, и предназначен для принятия усилий, действующих со стороны ниппеля 2 на штуцер 6 и наоборот. Проходные каналы 9 и 10 выполнены ступенчато. Для получения рабочей площади, на которую действует давление рабочей среды, отношение наименьшей площади поперечного сечения 14 проходного канала 9 к наименьшей площади поперечного сечения 15 по месту контакта А внутренней уплотнительной поверхности 3 ниппеля 2 с наружной уплотнительной поверхностью 7 штуцера 6 выбрано больше 1 и может находиться в пределах от 1 до 50, исключая значение отношения, равное 1. При этом отношение наименьшей площади поперечного сечения 14 проходного канала 10 к наименьшей площади поперечного сечения проходного канала 10 к наименьшей площади поперечного сечения 15 по месту контакта А наружной уплотнительной поверхности 7 штуцера 6 с внутренней уплотнительной поверхностью 3 ниппеля 2 также выбрано больше единицы и может находиться в пределах от 1 до 50, исключая значение отношения, равное 1. Указанные пределы отношения упомянутых площадей выбраны в том и в другом случае из условий сочетания диаметров, применяемых в практике трубопроводов. Рабочая площадь 17 заключена между наименьшей окружностью проходного канала 9 и наименьшей окружностью по месту контакта А, а рабочая площадь 16 F заключена между наименьшей окружностью проходного канала 10 и наименьшей окружностью по месту контакта А и определяется по формуле

F где D₁ диаметр наименьшего проходного сечения канала 9;

D₂ диаметр наименьшего проходного сечения канала 10;

d диаметр наименьшего сечения по месту контакта А.

Штуцер 6 расположен относительно кронштейна 11 с зазором 18.

Данное соединение работает следующим образом.

По мере нарастания давления в проходных каналах 9 и 10 рабочая среда, воздействуя на кольцевую рабочую поверхность 4 ниппеля 2 и кольцевую рабочую поверхность 8 штуцера 6, стремится переместить ниппель 2 и штуцер 6 навстречу друг другу, увеличивая силу давления сопрягаемых поверхностей 3 и 7 и повышая тем самым герметичность и надежность соединения трубопроводов 1 и 5 посредством ниппеля 2 и штуцера 6. При этом снижается усилие заплечика 13 гайки 12 на ниппель 2, т.е. разгружается резьбовое соединение.

Сила Р, действующая на кольцевую рабочую поверхность 4 ниппеля 2 и на кольцевую рабочую поверхность 8 штуцера 6, определяется по формуле

P=p + где р давление рабочей среды.

Сила давления рабочей среды, действующая на рабочую поверхность 4 ниппеля 2 и рабочую поверхность 8 штуцера 6, противодействует силе действия накидной гайки 12 на штуцер 6 в резьбовом соединении и на ниппель 2 через заплечик 13 и суммируется с силой, действующей со стороны уплотнительной поверхности 3 ниппеля 2 на уплотнительную поверхность 7 штуцера 6, вызванной усилием предварительной затяжки резьбового соединения. В результате этого резьбовое соединение можно делать облегченной конструкции, т.е. не требуется предварительные большие усилия затяжки гайки 12. В нерабочем положении контактирующие поверхности ниппеля 2 и штуцера 6 разгружены, в результате чего исключается контактная их сварка, что повышает долговечность работы устройства за счет возможности производить неоднократную сборку и разборку.

В случае неравенства наименьших поперечных сечений 14 и 16 проходных каналов 9 и 10 сила, возникшая в результате действия давления рабочей среды на кольцевые рабочие поверхности 4 и 8, уравновешена за счет нежесткого закрепления штуцера 6 на кронштейне 11. Штуцер 6 может ограничено перемещаться в осевом направлении относительно кронштейна 11 за счет зазоров 18.