СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНИЧЕСКОГО ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ И КОНИЧЕСКОЕ ФЛАНЦЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ
COUPLING DEVICE FOR TAPER FLANGED CONNECTION AND TAPER FLANGED CONNECTION

Изобретение относится к соединительному устройству для конического фланцевого соединения, содержащему изогнутое в форме кольца стяжное устройство, внутренний диаметр которого может изменяться, и выступающие от стяжного устройства в радиальном направлении внутрь плечи, между которыми в осевом направлении образовано проемное пространство.
Кроме того, изобретение относится к коническому фланцевому соединению, содержащему такое соединительное устройство.
Коническое фланцевое соединение служит для соединения друг с другом двух конструктивных элементов, например двух труб.
Для этого каждый конструктивный элемент на том конце, на котором должно осуществляться соединение, имеет выступающий в радиальном направлении наружу фланец, который скошен на своей задней стороне, обращенной от свободного конца конструктивного элемента. Соединительное устройство часто выполнено в виде так называемого профильного хомута, в котором выступающие в радиальном направлении внутрь плечи имеют наклон, соответствующий углу наклона конических фланцев. При стягивании профильного хомута его внутренний диаметр уменьшается и плечи поджимают друг к другу конические фланцы в осевом направлении.
Такой профильный хомут известен, например, из DE 198 18 562 С1.
Профильный хомут такого типа вполне себя оправдал. Однако он требует сравнительно жестких допусков как для конических фланцев, так и для поперечного сечения профильного хомута. Это делает практически невозможным применение одинаковых профильных хомутов для различных диаметров соединяемых конструктивных элементов. Профильный хомут практически уже не может компенсировать даже малые различия величиной 1 или 2 мм. Поэтому для каждого диаметра соединяемых конструктивных элементов требуется индивидуальный профильный хомут. Для изготовления такого профильного хомута, в свою очередь, требуется соответствующий инструмент, а чем больше количество инструментов, тем выше затраты на изготовление профильных хомутов и, таким образом, фланцевого соединения.
В основе изобретения лежит задача создать фланцевое соединение, требующее меньших затрат.
Эта задача решается тем, что в соединительном устройстве указанного типа, согласно изобретению, плечи выполнены на вставке, которая расположена внутри стяжного устройства и имеет спинку, соединяющую плечи, причем спинка прилегает изнутри к стяжному устройству, а плечи имеют в окружном направлении несколько разрывов.
Такое соединительное устройство может быть изготовлено с малыми затратами. Плечи расположены на вставке. Вставка может быть изготовлена из ленты, как бы бесконечной. В этой ленте нужно отогнуть только плечи, что целесообразно выполнять после образования разрывов. Ленту можно отрезать по размеру и формировать вставку путем изгиба ленты в форме кольца таким образом, чтобы она могла входить в стяжное устройство. До тех пор, пока соединительное устройство еще не стянуто, между концами вставки может быть большое расстояние. Когда при стягивании стяжного устройства его внутренний диаметр уменьшается, концы вставки приближаются друг к другу и при этом плечи воздействуют на конические фланцы соединяемых конструктивных элементов и соединяют их. Так как одну и ту же ленту можно использовать для соединительных устройств, предназначенных для разных номинальных диаметров, производственные затраты существенно уменьшаются. При разных номинальных диаметрах нужны лишь отрезки ленты разной длины, образующие вставку. Однако одна и та же лента может применяться для различных соединительных устройств. Разрывы предпочтительно распределены таким образом, что могут быть реализованы определенные ступени значений диаметра. Эти ступени диаметров могут, например, соответствовать стандартизованному ряду.
Плечи предпочтительно упруго соединены со спинкой. Когда стяжное устройство стягивают на конических фланцах, плечи отжимаются друг от друга, создавая упругое усилие, которое сжимает фланцы. Это упругое усилие зависит от выбора материала плеч и их геометрической формы.
Разрывы предпочтительно имеют в радиальном направлении снаружи скругленное основание. Поэтому отсутствуют острые углы, которые могли бы надорвать ленту, образующую вставку. Благодаря скругленному основанию вставка может изгибаться, при этом она может иметь определенное сопротивление изгибу. Посредством разрывов это сопротивление изгибу можно регулировать, так что стягивание стяжного устройства может обеспечиваться даже усилием, создаваемым человеком.
Спинка предпочтительно имеет в поперечном сечении изгиб. Этот изгиб обеспечивает определенное предварительное напряжение, которым могут нагружаться плечи в осевом направлении внутрь. Поэтому плечи не обязательно должны иметь наклон, соответствующий наклону конических фланцев; достаточно, если они перемещаются своими концами по коническим фланцам. Изгиб спинки создает стягивающее усилие, достаточное для прижатия конических фланцев друг к другу.
Вставка предпочтительно закреплена на стяжном устройстве и по меньшей мере один ее конец может перемещаться относительно стяжного устройства. Закрепление вставки на стяжном устройстве может быть выполнено, например, с помощью точечной сварки. Если по меньшей мере один конец вставки является подвижным относительно стяжного устройства, то несмотря на закрепление вставки на стяжном устройстве возможно его стягивание с уменьшением его внутреннего диаметра. Вставка удерживается в стяжном устройстве без возможности выпадения.
Плечи предпочтительно имеют вершинные участки, которые выступают в приемное пространство. Благодаря этому при использовании соединительного устройства вершинные участки прилегают к коническим фланцам. Таким образом, уже не требуется соблюдение жестких допусков, чтобы плечи могли прилегать по поверхности к коническим фланцам. Напротив, контакт между коническими фланцами и плечами осуществляется по линии.
Также целесообразно, чтобы по меньшей мере один вершинный участок имел скругленный конец. Это облегчает монтаж. Скругленный конец легко выполнить, например, путем гибки.
Вершинные участки плеч, находящиеся друг против друга в осевом направлении, предпочтительно расположены в одинаковом положении в радиальном направлении. Это позволяет избежать опрокидывающих моментов, действующих на конические фланцы. В окружном направлении смещение допустимо.
Вершинные участки предпочтительно имеют поверхности скольжения, расположенные наклонно к радиальному направлению стяжного устройства.
Благодаря этому облегчается стягивание. Вершинные участки могут скользить по боковым коническим поверхностям в радиальном направлении внутрь, не испытывая большого трения. При скольжении вершинные участки отжимаются друг от друга. Чем больше это отжимание, тем больше возвратное упругое усилие, которое удерживает конические фланцы прижатыми друг к другу в осевом направлении.
Плечи предпочтительно имеют в поперечном сечении изгиб, образующий вогнутость, если смотреть в направлении от приемного пространства. Это дает два эффекта. Во-первых, благодаря изгибу к коническим фланцам прилегают лишь вершинные участки плеч, а их остальная часть не имеет контакта с коническими фланцами. Во-вторых, при помощи такого изгиба можно обеспечить достаточно большое предварительное напряжение плеч, так что к коническим фланцам могут быть приложены желательные удерживающие усилия.
Особенно предпочтительно, чтобы вставка имела в поперечном сечении C-образный или O-образный изгиб. Это понятие здесь следует понимать широко. Вставка в общем выполнена вогнутой, например скругленной. Она может, разумеется, иметь плоские поверхности, например, в области прилегания к стяжному устройству. Благодаря такой форме поперечного сечения, в частности, благодаря изгибу поперечного сечения, можно установить желательное предварительное напряжение, которое впоследствии создает желательное удерживающее усилие.
Стяжное устройство выполнено предпочтительно в виде червячного резьбового хомута. Червячный резьбовой хомут обеспечивает возможность охвата диаметров, сравнительно сильно отличающихся один от другого. Когда стяжное устройство раскрывают, то есть устанавливают наибольший диаметр червячного хомута, становится возможным прохождение плеч над коническими фланцами. После этого диаметр червячного резьбового хомута можно уменьшить до достижения желательного стягивающего усилия.
Задача изобретения решена также тем, что в коническом фланцевом соединении используют соединительное устройство, описанное выше.
При этом предпочтительно, чтобы высота конических фланцев в радиальном направлении была больше, чем размер вставки в радиальном направлении. Благодаря этому можно ввести вставку в контакт с наружными в радиальном направлении областями конических фланцев и одновременно обеспечить, чтобы внутренние в радиальном направлении концы плеч все еще прилегали к коническим боковым поверхностям. Если стяжное устройство стягивают настолько, что спинка вставки прилегает к коническим фланцам, то дальнейшее стягивание автоматически ограничивается, что свидетельствует о том, что достигнут конец процесса стягивания. Благодаря этому возможен визуальный контроль монтажа.
Изобретение описано ниже на примере предпочтительного варианта его осуществления. В описании даны ссылки на чертежи, на которых:
фиг.1 схематично изображает коническое фланцевое соединение,
фиг.2 - вид сбоку конического фланцевого соединения,
фиг.3 - вид спереди конического фланцевого соединения,
фиг.4 - вид сверху конического фланцевого соединения,
фиг.5 - коническое фланцевое соединение в аксонометрии,
фиг.6 - модифицированный по сравнению с фиг.1 вариант выполнения вставки,
фиг.7 - следующую модификацию вставки,
фиг.8 - модифицированный по сравнению с фиг.7 вариант выполнения вставки,
фиг.9 - модифицированный вариант выполнения вставки, и
фиг.10 - еще одну модификацию вставки.
На фиг.1 схематично показан разрез части конического фланцевого соединения 1, предназначенного для соединения первого конструктивного элемента 2, например трубы, со вторым конструктивным элементом 3, например соединительным патрубком. С этой целью первый конструктивный элемент 2 имеет ориентированный в радиальном направлении наружу выступ 4, наружная сторона 5 которого, обращенная от второго конструктивного элемента 3, расположена наклонно к радиальному направлению 6. Второй конструктивный элемент 3 тоже имеет ориентированный в радиальном направлении наружу выступ 7, наружная сторона 8 которого, обращенная от первого конструктивного элемента 2, тоже расположена наклонно к радиальному направлению 6. В принципе достаточно, если наклонной или скошенной является одна из двух наружных сторон 5, 8.
Соединительное устройство 9 содержит изогнутое в форме кольца стяжное устройство 10, которое в данном варианте выполнено в виде червячного резьбового хомута (см. фиг.2-4). Стяжное устройство 10 содержит стяжную ленту 11, снабженную на одном конце резьбовой дорожкой 12, а на другом конце стяжной головкой 13. В стяжной головке 13 установлен стяжной винт 14, который находится в зацеплении с резьбовой дорожкой. При вращении стяжного винта 14 изменяется внутренний диаметр стяжного устройства 10, точнее говоря, внутренний диаметр стяжной ленты 11.
Внутри стяжного устройства 10 расположена вставка 15, имеющая в данном варианте поперечное сечение C-образной формы. Вставка 15 предпочтительно соединена в одной области в окружном направлении со стяжной лентой 11, например с помощью точечной сварки, заклепок, механических стыков, навешивания или закрепления серьгой. Благодаря этому вставка 15 удерживается внутри стяжного устройства без возможности выпадения. Однако по меньшей мере один конец вставки 15 может перемещаться относительно стяжного устройства 10 в окружном направлении, когда его стягивают и его внутренний диаметр уменьшается.
Вставка 15 имеет спинку 16, соединенную со стяжной лентой 11. От спинки 16 с обеих сторон в осевом направлении отходят два плеча 17, 18, проходящие внутрь в радиальном направлении 6. Как видно из фиг.2, каждое плечо имеет в окружном направлении несколько разрывов 19, каждый из которых имеет в радиальном направлении снаружи скругленное основание 20. Основание 20 может также иметь другую форму, например форму трапеции.
Как видно на фиг.2, вставка 15 имеет два конца 21, 22, между которыми предусмотрено расстояние 23. Это расстояние 23 минимально, когда стяжное устройство 10 стянуто. Когда стяжное устройство 10 полностью ослаблено, расстояние 23 максимально. В этом состоянии плечи 17, 18 на своих внутренних в радиальном направлении сторонах имеют диаметр, который позволяет провести соединительное устройство 9 над выступами 4, 7.
На внутренней в радиальном направлении стороне плеча 17 имеется вершинный участок 24, а на внутренней в радиальном направлении стороне плеча 18 имеется вершинный участок 25. Оба вершинных участка 24, 25 изогнуты внутрь и, таким образом, выступают в приемное пространство 26, находящееся между плечами 17, 18.
Вершинные участки 24, 25 имеют поверхности 27, 28 скольжения, расположенные наклонно к радиальному направлению 6. Эти поверхности 27, 28 могут скользить по наружным сторонам 5, 8 выступов 4, 7, не зацепляясь за них. Вершинные участки 24, 25 изогнуты по дуге окружности.
Плечи 17, 18 упруго соединены со спинкой 16, или вставка выполнена в целом упругой. Когда стяжное устройство 10 стягивают, плечи 17, 18 отжимаются друг от друга и воздействуют упругим усилием на выступы 4, 7. Это позволяет компенсировать допуски, например, при различии диаметров или при различных расстояниях в осевом направлении между наружными сторонами 5, 8.
Расстояние в радиальном направлении между вершинными участками 24, 25 и спинкой 16 меньше, чем размер выступов 4, 7 в радиальном направлении. Благодаря этому можно стягивать спинку 16 вплоть до прилегания ее внутренней в радиальном направлении стороны к наружной в радиальном направлении стороне выступов 4, 7, без контакта вершинных участков 24, 25 с конструктивными элементами 2, 3 вне выступов 4, 7. Когда спинка 16 прилегает к наружной стороне выступов 4, 7, дальнейшее стягивание стяжного устройства 10 уже невозможно. Когда монтажник, который устанавливает соединительное устройство 9 на коническое фланцевое соединение 1, отмечает значительное увеличение усилия стягивания, он знает, что затянул соединительное устройство достаточно сильно.
Как видно из фиг.1, спинка 16 имеет закругление или изгиб. Это закругление или изгиб переходит в закругление или изгиб плеч 17, 18. Благодаря этому можно придать плечам 17, 18 предварительное напряжение, чтобы они воздействовали достаточным усилием на выступы 4, 7 и сжимали их в осевом направлении. Это усилие тем больше, чем дальше перемещаются вершинные участки 24, 25 в радиальном направлении внутрь, так как благодаря скошенным наружным сторонам 5, 8 при увеличении перемещения в радиальном направлении внутрь происходит раздвигание плеч 17, 18. Преимущество этого раздвигания в том, что не требуется соблюдение жестких допусков. Как выступы 4, 7, так и вставка 15 могут быть изготовлены с большими допусками, не оказывая отрицательного влияния на крепежное усилие соединительного устройства 9.
Крепежное усилие соединительного устройства 9 может быть установлено различным образом. Например, можно выбрать большее или меньшее расстояние между разрывами 19 в окружном направлении. При большем расстоянии требуется несколько большее усилие при стягивании стяжного устройства 10. Для этого плечам 17, 18 можно придать большее предварительное напряжение. Можно также выполнить вставку 15 из более толстого материала, который обеспечивает повышенное сопротивление изгибу. Это также способствует увеличению стягивающего усилия.
Вставка 15 может быть изготовлена относительно просто. Для этого берут плоскую ленту, в которой выполняют разрывы 19, например путем высечки. Затем изгибают плечи 17, 18 и вершинные участки 24, 25. На последней рабочей операции сформированная таким образом лента должна быть «свернута», чтобы получить кольцевую форму, которая показана на фиг.2.
Вершинные участки 24, 25, расположенные друг против друга в осевом направлении, предпочтительно имеют одинаковое положение в радиальном направлении. Благодаря этому предотвращается действие опрокидывающего момента на выступы 4, 7 в соединительном устройстве 9.
Поверхности наружных сторон 5, 8 выступов 4, 7 могут быть относительно шероховатыми, что дополнительно уменьшает производственные затраты. Геометрия профиля, из которого изготавливают вставку 15, может быть как бы бесконечной. Согласование длин профиля с желательным диаметром может быть достигнуто соответствующим отрезанием по размеру сегментов, из которых потом образуют вставки 15. Отрезание сегментов определенной длины дает возможность применения вставки для определенного ряда диаметров.
Вместо показанного на чертежах червячного резьбового хомута 10 могут применяться стяжные хомуты или хомуты с шарнирным пальцем. В принципе возможно также применение пружинного ленточного хомута. Необходимо, чтобы эти хомуты допускали изменение диаметра, чтобы, с одной стороны, плечи 17, 18 могли проходить над выступами 4, 7, а с другой стороны, хомут можно было стянуть достаточно сильно, чтобы передавать необходимые осевые усилия между вершинными участками 24, 25 на выступы 4, 7.
На фиг.6-10 показаны различные варианты выполнения вставки 15. Одинаковые и одинаково функционирующие элементы обозначены такими же цифровыми позициями, как на фиг.1-5.
На фиг.6 показана вставка 15, у которой вершинные участки 24, 25 плеч 17, 18 имеют отогнутый наружу конец. Таким образом, вершинные участки 24, 25, как и ранее, отогнуты в приемное пространство 26, но вставка 15 имеет в поперечном сечении форму буквы Ω. Благодаря этому облегчается скольжение вершинных участков 24, 25 по наружным сторонам 5, 8 выступов 4, 7.
На фиг.7 показана вставка 15, которая отличается от вставки 15 согласно фиг.1 тем, что спинка 16 имеет по существу плоскую поверхность. Плечи 17, 18, вплоть до вершинных участков 24, 25, тоже выполнены по существу плоскими. Упругое воздействие плеч 17, 18 на выступы 4, 7 обеспечивается путем соответствующего выбора материала.
На фиг.8 показан вариант, аналогичный фиг.7, но в котором концы вершинных участков 24, 25 отогнуты наружу.
На фиг.9 показана несимметричная вставка, у которой один вершинный участок 24 отогнут внутрь, а другой вершинный участок 25 отогнут наружу. В этом варианте наклон имеет только наружная стенка 8, а наружная стенка 5 проходит по существу вертикально.
На фиг.10 показана несимметричная вставка 15, спинка которой имеет небольшое закругление и наклон. В соответствии с этим стяжная лента 11 воздействует на вставку 15 в области, расположенной радиальном направлении снаружи плеча 18. Плечо 17, вершинный участок 24 которой отогнут в приемное пространство 26, расположено в пазу 27, то есть оно не может перемещаться в сторону от выступа 4.