разъемное соединение трубопроводов

Формула изобретения

Разъемное соединение трубопроводов, содержащее муфту с внутренней конической поверхностью, накидную гайку, ниппель, эластичное кольцо круглого сечения, размещенное в канавке, выполненной на наружной конической поверхности ниппеля, и контактирующее с внутренней конической поверхностью муфты, отличающееся тем, что угол конусности внутренней конической поверхности муфты больше угла конусности наружной конической поверхности ниппеля, причем коническая поверхность ниппеля, примыкающая к его торцу, выполнена с занижением по отношению ко второму участку наружной конической поверхности ниппеля, при этом кромка, образованная задней боковой поверхностью канавки и второй наружной конической поверхностью ниппеля, контактирует с внутренней конической поверхностью муфты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для соединения труб между собой и соединения трубами агрегатов и элементов гидропривода при выполнении трубопроводной разводки.

Известны соединения трубопроводов по наружному конусу ГОСТ 13954-74 - 13977-74, ГОСТ 20188-74 - 20200-74, применяемые для соединения труб между собой, а также присоединения их к агрегатам гидроприводов, содержащие муфту, ниппель, накидную гайку.

Недостатками соединений с наружным конусом являются:

- необходимость развальцовки концов труб для обеспечения герметизации стыка и закрепления труб, что увеличивает трудоемкость изготовления соединения,

- необходимость изготовления деталей соединений с высокой точностью, что также увеличивает трудоемкость изготовления,

- ограниченная область применения, т.к. это соединение связано с применением только тонкостенных труб,

- низкое качество уплотнения, т.к. качество уплотнения зависит от шероховатости контактируемых поверхностей, и при этом необходимо создать высокое давление контакта стыкуемых поверхностей, что требует большого усилия затяжки соединений, а в процессе эксплуатации, из-за резкого колебания давления рабочей среды и вибрации трубопроводов, происходит ослабление затяжки, что приводит к наружным утечкам масла.

Известно соединение трубопроводов, содержащее муфту с внутренней конической резьбой, накидную гайку, ниппель, эластичное кольцо круглого сечения, размещенное в канавке, выполненной на наружной конической поверхности ниппеля и контактирующее с внутренней конической поверхностью муфты, принятое авторами и заявителем в качестве прототипа (SU, N 491804, кл. F 16 L 15/00, 15.11.75 г.).

Недостатками прототипа являются:

1. Низкая надежность, поскольку уплотнение является одноступенчатым, т. е. герметизация будет происходить только по пояску контакта эластичного кольца с внутренней конической поверхности муфты и внутренней поверхностью канавки ниппеля.

Низкая надежность известного соединения обусловлена и тем, что очень трудно изготовить углы конусности муфты и ниппеля абсолютно одинаковыми, соответственно за канавкой всегда будет существовать кольцевой зазор, в который при достаточно высоких давлениях рабочей среды (и в особенности при пульсирующих давлениях) будет выдавливаться эластичное кольцо, что в конечном итоге приведет к потере герметичности соединения.

На фиг. 1 изображен вариант (относительно прототипа), когда угол конусности ниппеля больше угла конусности муфты. На фиг. 2 изображен вариант, когда угол конусности ниппеля меньше угла конусности муфты. В обоих вариантах отсутствует занижение конической поверхности, примыкающей к торцу ниппеля.

Таким образом, как явствует из фиг. 1 и 2, за канавкой всегда существует кольцевой зазор, к тому же при варианте, изображенном на фиг. 2, будет значительно затруднен подвод давления рабочей среды к эластичному кольцу для обеспечения мгновенной герметизации соединения.

2. Повышенная трудоемкость в изготовлении соединения трубопроводов.

Для обеспечения одинаковых углов конусности ниппеля и муфты необходимо осуществить такую операцию, как "притирание", что влечет за собой следующие операции: термообработка (чтобы придать необходимую твердость притираемых поверхностей), контроль углов конусности, подгонка, что влечет неоднократную сборку и разборку соединения. При неперпендикулярности торца накидной гайки и уступа трубы (ниппеля) при затяжке накидной гайки, произойдет перекос осей ниппеля и муфты и соответственно будет невозможным плотное прилегание по конусу муфты и ниппеля, что повлечет появление за канавкой ненужных кольцевых зазоров с вышеописанными последствиями.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение технологических возможностей соединения, снижение трудоемкости изготовления деталей соединения и повышение надежности соединения при достаточно высоких давлениях рабочей среды.

Для решения поставленной задачи в разъемном соединении трубопроводов, содержащем муфту с внутренней конической поверхностью, накидную гайку, ниппель, эластичное кольцо круглого сечения, размещенное в канавке, выполненной на наружной конической поверхности ниппеля, и контактирующее с внутренней конической поверхностью муфты, угол конусности внутренней конической поверхности муфты больше угла конусности наружной конической поверхности ниппеля, причем коническая поверхность ниппеля, примыкающая к его торцу, выполнена с занижением по отношению к другому участку наружной конической поверхности ниппеля, при этом кромка, образованная задней боковой поверхностью канавки и наружной конической поверхностью ниппеля, контактирует с внутренней конической поверхностью муфты.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что угол конусности внутренней конической поверхности муфты больше угла конусности наружной конической поверхности ниппеля, причем коническая поверхность ниппеля, примыкающая к его торцу, выполнена с занижением по отношению к другому участку наружной конической поверхности ниппеля, при этом кромка, образованная задней боковой поверхностью канавки и наружной конической поверхностью ниппеля, контактирует с внутренней конической поверхностью муфты.

Эластичное кольцо круглого сечения установлено в указанную канавку на конической поверхности ниппеля с предварительным сжатием сечения в радиальном направлении, для обеспечения надежной герметизации соединения, поэтому для небольших значений давлений рабочей среды в системе большие затяжки накидной гайки не требуются в силу достаточной податливости и упругости эластичного кольца. Для лучшей деформации эластичного кольца при воздействии давления на последнее, конусная поверхность ниппеля, примыкающая к его торцу, выполнена с занижением, т.е. с образованием концентрической диффузорной щели, по которой будет подводиться давление к эластичному кольцу. Внутренняя коническая поверхность муфты выполнена с несколько большим углом конусности, чем наружная коническая поверхность ниппеля - это предполагает лучшие условия для сборки муфты с ниппелем, а также для исключения зазора между кромкой (образованной задней боковой поверхностью канавки и наружной конической поверхностью ниппеля) и внутренней конической поверхностью муфты, т. к. при достаточно больших давлениях эластичное кольцо может выдавливаться в зазор, что приведет к его разрушению, и в конечном итоге, к потере герметичности соединения.

Таким образом, заявляемое разъемное соединение трубопроводов соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволило сделать вывод о соответствии решения изобретательскому уровню.

На чертеже изображено предлагаемое разъемное соединение трубопроводов, фиг.3.

Разъемное соединение трубопроводов содержит муфту 1 с внутренней конической поверхностью 2, накидную гайку 3, ниппель 4 с наружной конической поверхностью 5, на теле которого выполнена канавка 6 с ближней 7 и дальней 8 боковыми поверхностями. Угол конусности внутренней конической поверхности 2 муфты 1 равен А, а угол конусности наружной конической поверхности 5 ниппеля 4 равен Б, при этом А больше Б. Величина занижения конической поверхности 9 ниппеля 4 на участке от торца 10 до ближней боковой поверхности 7 канавки 6 равна В. В канавке 6 размещено эластичное кольцо круглого сечения 11. Дальняя боковая поверхность 8 канавки 6 и наружная коническая поверхность 5 ниппеля 4 образуют кромку 12, которая при достаточной затяжке накидной гайки 3 плотно контактирует с внутренней конической поверхностью 2 муфты 1.

Разъемное соединение трубопроводов работает следующим образом.

В канавку 6 ниппеля 4 устанавливается эластичное кольцо круглого сечения 11. На ниппель 4 одевается накидная гайка 3 и производится навинчивание последней на муфту 1. В процессе навинчивания накидная гайка 3 перемещает ниппель 4 до упора эластичного кольца 11 во внутреннюю коническую поверхность 2 муфты 1. В результате этого эластичное кольцо 11 получает предварительное сжатие (деформацию) сечения в радиальном направлении - происходит герметизация внутренней конической поверхности 2 муфты 1 (до появления в ней давления P), исключительно за счет предварительного сжатия сечения эластичного кольца в радиальном направлении.

При дальнейшем навинчивании накидной гайки 3 на муфту 1 будет происходить деформация эластичного кольца 11 и перемещение ниппеля 4 до упора кромки 12 ниппеля 4 во внутреннюю коническую поверхность 2 муфты 1.

Таким образом, происходит надежная герметизация указанной конической поверхности 2 с помощью эластичного кольца круглого сечения 11 и с помощью кромки 12 ниппеля 4, которая плотно контактирует с уплотняемой конической поверхностью 2, т. е. происходит двухступенчатая герметизация уплотняемого стыка. При возникновении давления P во внутренней полости соединения дополнительно к предварительному сжатию эластичного кольца круглого сечения 11 появляется усилие, перемещающее указанное кольцо 11 в канавке 6 до упора в дальнюю боковую поверхность 8.

Под воздействием давления P эластичное кольцо 11 деформируется, что вызывает дальнейшее увеличение радиальных усилий эластичного кольца 11 на уплотняемую коническую поверхность 2 - происходит увеличение уплотняемого эффекта герметизируемого стыка муфта 1 - ниппель 4.

Для лучшего подвода давления P в полость канавки 6 со стороны торца 10 ниппеля 4 выполнена коническая поверхность 9 с занижением, равным В. Данное обстоятельство также гарантирует (при достаточной затяжке накидной гайки 3) полное исключение возможного зазора, образованного кромкой 12 и конической поверхностью 2, что предотвратит выдавливание эластичного кольца 11 в зазор и что при наличии пульсирующего давления P опасно разрушением последнего и в конечном итоге - потерей герметичности соединения.

Таким образом, предлагаемое соединение трубопроводов дает возможность повысить надежность соединения при достаточно высоких давлениях рабочей среды, снизить трудоемкость изготовления деталей соединения, а также расширить технологические возможности соединения.