ТРУБНОЕ РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Полезная модель относится к различным отраслям машиностроения, и может быть использована в трубных резьбовых соединениях.
Известно трубное резьбовое соединение, содержащее охватываемый элемент, имеющий на конце две последовательно расположенные вдоль оси независимые наружные резьбы с одинаковым осевым шагом, и сопрягающийся с ним охватывающий элемент, имеющий две ответные независимые внутренние резьбы, при этом, по крайней мере, наружная резьба охватываемого элемента, расположенная у его конца, и соответственная ей внутренняя резьба охватывающего элемента, расположенная со стороны его корпуса, выполнены коническими с возможностью сопряжения с натягом при свинчивании и имеют треугольный профиль с закругленными вершинами и впадинами (патент на изобретение РФ №2220272, опубл. 27.12.2993).
Известно трубное резьбовое соединение повышенной герметичности, содержащее трубу, имеющую наружную резьбу и расположенный между ней и торцом трубы хвостовик с внешней герметизирующей поверхностью в форме усеченного конуса, и охватывающий элемент с примыкающей к его приемному торцу ответной внутренней резьбой и последовательно расположенной за ней внутренней герметизирующей конической поверхностью, при этом при свинчивании резьб трубы и охватывающего элемента их герметизирующие конические поверхности сопрягаются с диаметральным натягом, при этом в собранном резьбовом соединении перпендикулярная его оси плоскость начала контакта герметизирующих конических поверхностей трубы и охватывающего элемента заглублена относительно торца трубы в направлении к ее наружной резьбе на глубину, превышающую осевую протяженность торцевой технологической фаски на хвостовике трубы (патент на изобретение №2238494, опубл. 20.03.2005).
Наиболее близким техническим решением является дифференциальное резьбовое соединение (см. П.И. Орлов. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие. Т2. «Машиностроение». М. 1988). В известном устройстве для соединения базовой и присоединяемой деталей применяют соединитель - болт с дифференциальной резьбой. На стержне болта выполнены два резьбовых пояса с резьбой одинакового направления. Шаг резьбы одного пояса несколько больше шага резьбы другого пояса. Первым нарезным поясом болт завертывается в одну из стягиваемых деталей, вторым одновременно - в другую деталь. При одном повороте болта стягиваемые детали сближаются на величину разности шагов S2-S1. Болт с дифференциальной резьбой эквивалентен обычному болту с резьбой весьма малого шага ΔS=S2-S1. Затяжка может быть осуществлена с большой силой при ограниченном крутящем моменте.
Недостатки известного технического решения - ограниченные технологические возможности вследствие одновременного перемещения соединяемых деталей на небольшую величину, невысокая точность сопряжения из-за невозможности обеспечения контакта в заданном месте по конструктивным особенностям деталей, а также невысокая надежность вследствие невозможности обеспечения сильной затяжки из-за неопределенности места стыка деталей.
Техническая задача заявляемой полезной модели - повышение надежности резьбового соединения.
Достигаемый технический результат - увеличение жесткости соединения за счет увеличения силы стягивания присоединяемых деталей.
Дополнительный технический результат - повышение герметичности соединения.
Техническая задача достигается тем, что резьбовое соединение содержит базовую трубу с мелким шагом резьбы и присоединяемую трубу с крупным шагом резьбы, соединенные при помощи соединителя, на котором выполнены два резьбовых пояса с резьбой одинакового направления, причем шаг резьбы одного пояса больше шага резьбы другого пояса, при этом, на базовой трубе выполнен внутренний конус, на мелкую резьбу базовой трубы навинчен соединитель в виде муфты, присоединяемая труба, имеющая внешний конус перед участком крупной резьбы, свинчена с соединителем до сопряжения с внутренним конусным базовой трубы.
Так же на конусном участке присоединяемой трубы могут быть выполнены кольцевые канавки для размещения герметизирующих уплотнителей.
Под термином «свинчен» понимается соединение деталей посредством резьбы.
Сравнение заявляемой полезной модели с прототипом показывает, что она отличается следующими признаками:
- на базовой трубе выполнен внутренний конус;
- на мелкую резьбу базовой трубы навинчен соединитель в виде муфты;
- присоединяемая труба имеет внешний конус перед участком крупной резьбы;
- присоединяемая труба, имеющая внешний конус перед участком крупной резьбы, свинчена с соединителем до сопряжения с внутренним конусным базовой трубы.
Поэтому можно предположить, что заявляемая полезная модель соответствует критерию «новизна».
Полезная модель может быть изготовлена на стандартном оборудовании, поэтому она соответствует критерию «промышленная применимость».
На Фиг. 1 показано заявляемое устройство, на Фиг. 2 показано заявляемое устройство с герметизирующим уплотнителем, Фиг. 3 - график зависимости отношения сил окончательного и предварительного затягивания от разности шагов резьбы, Фиг. 4 - график зависимости момента отвинчивания от угла уклона конического сопряжения.
Трубное резьбовое соединение (Фиг. 1) состоит из базовой трубы 1, муфты 2 и присоединяемой трубы 3. Резьбовые пояса соединения представляют резьбовые участки. Так на трубе 1 выполнен резьбовой участок 4 с резьбой мелкого шага S, ограниченной уступом 5, и коническое отверстие 6. Труба 3 имеет резьбовой участок 7 с резьбой крупного шага S1 и внешний конус 8 с конусностью, соответствующей конусности отверстия 6 трубы 1. Резьбовые участки 4 и 7 выполнены с резьбой одинакового направления. Муфта 2 имеет два резьбовых участка: участок с мелкой резьбой шагом S и участок с крупной резьбой шагом S1. Сборку и затяжку трубного резьбового соединения осуществляют следующим способом. На резьбовой участок 4 с мелким шагом S трубы 1 навинчивают муфту 2 до сопряжения торца 9 с соответствующим уступом 5 на трубе 1. Положение уступа 5 на трубе регламентировано заданным расстоянием от торца трубы. Затем ввинчивают трубу 3 в отверстие муфты 2 по резьбовому участку 7 с резьбой крупного шага S1 до плотного сопряжения конусной поверхности 8 трубы 3 с коническим отверстием 6 трубы 1. Производят предварительную затяжку (в направлении завинчивания) моментом M1. Далее, удерживая трубу 3 от поворота, поворачивают муфту 2 в направлении отвинчивания и производят окончательную затяжку моментом М2. Момент окончательной затяжки назначают из условия М2≥М1.
Исследования показывают, что при равенстве крутящих моментов М2=М1, чем меньше разность шагов S1-S=ΔS, тем больше осевое усилие затяжки.
На графиках (Фиг. 3) приведены отношения осевой силы окончательной затяжки Р1 к осевой силе предварительной затяжки Р (Р1/Р) в зависимости от разности шагов ΔS=S1-S резьбы при значениях меньших шагов S=2 мм; S=3 мм и при постоянном моменте затяжки М2=М1. Из графиков видно, что чем меньше разность шагов ΔS, тем больше осевая сила затяжки Р1. Так, при Δs=0,25 мм и равенстве моментов М2=М1 для сочетания шагов резьбы S=2, S1=2,25 мм сила окончательной затяжки по сравнению с предварительной затяжкой возрастает в 8 раз, а для шагов S=3 мм, S=3,25 мм - сила возрастает в 12 раз.
Разборка резьбового соединения может быть произведена отвинчиванием присоединяемой трубы 3 от муфты 2. Крутящий момент на отвинчивание присоединяемой трубы равен:
1
где P - осевая сила окончательной затяжки резьбового соединения,
1
P=k·P.
P - сила предварительной затяжки;
1
k - коэффициент увеличения осевой силы затяжки в зависимости от разности шагов резьб S и S (Фиг. 3);
d - средний диаметр конического сопряжения;
- коэффициент трения в коническом сопряжении;
α - угол уклона конуса.
На графике (Фиг. 4) приведена расчетная зависимость момента отвинчивания присоединяемой трубы 3 при исходных условиях: Р=20 Н, d=50 мм, , k=8 при Δ=0,25 мм. Из графика видно, что при уклоне конуса 45° момент отвинчивания М=500 Нмм, а при угле уклона 5° - М=2500 Нмм, т.е. возрастает в 5 раз. Если учесть момент трения в резьбе, то это отношение будет еще больше. Приведенные данные свидетельствуют о высокой надежности затяжки резьбового соединения.
Коническое соединение труб при окончательной затяжке силой Р1 обеспечивает высокую герметичность соединения.
Дополнительно герметичность обеспечивается размещением герметизирующего уплотнения. Например, в газовых магистралях высокого давления герметичность может быть повышена до абсолютного значения при коническом соединении труб с дополнительной герметизацией уплотнительными элементами. Резьбовое соединение двух труб с конусным герметизированным сопряжением показано на Фиг. 2. Сборка состоит из базовой трубы 1, муфты 2 и присоединяемой трубы 3. На трубе 1 выполнены резьбовой участок 4 с резьбой мелкого шага S, ограниченной уступом 5, и коническое отверстие 6. Труба 3 имеет резьбовой участок 7 с резьбой крупного шага S1 и внешний конус 8 с конусностью, соответствующей конусности отверстия 6 трубы 1. На внешнем конусе 8 выполнены кольцевые канавки 10, в которых размещены герметизирующие уплотнители 11, выполненные из эластичного материала. Муфта 2 имеет резьбу в виде двух резьбовых участков: участка с мелкой резьбой шагом S и участка с крупной резьбой шагом S1.
Сборку и затяжку резьбового соединения труб осуществляют следующим способом. На резьбовой участок 4 с резьбой мелкого шага S трубы 1 навинчивают муфту 2 до сопряжения торца 9 с соответствующим уступом 5 на трубе 1. Затем вставляют герметизирующие уплотнители 11 в кольцевые канавки 10 и ввинчивают трубу 3 в отверстие муфты 2 по крупной резьбе с шагом S1 до плотного сопряжения конусной поверхности 8 трубы 3 с коническим отверстием 6 трубы 1. При этом герметизирующие уплотнители 11 контактируют с коническим отверстием 6 трубы 1 с натягом, создавая герметичность конического соединения. Производят предварительную затяжку (в направлении завинчивания) моментом M1. Далее, удерживая трубу 3 от поворота, поворачивают муфту 2 в направлении отвинчивания и производят окончательную затяжку моментом М2. Момент окончательной затяжки назначают из условия М2≥М1.
В резьбовых соединениях применяют резьбы по ISO треугольного или трапецеидальные профиля, которые могут изготавливаться высоко технологичными способами, например холодным накатыванием специальными резьбонакатными головками или нарезанием резьбы резьбовыми головками.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет повысить надежность трубного резьбового соединения.