РАЗЪЕМНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Полезная модель относится к устройствам для соединения труб, а также соединяемых элементов цилиндрической формы (например, крышки с корпусом аппарата, концевых деталей присоединительных устройств) и может быть использована в химической, нефтехимической и в других отраслях промышленности при транспортировании и хранении нефти, газа, воды, а также при работе с агрессивными рабочими средами.
Известно разъемное соединение (авт. свид. SU №1129454, МПК F16L 23/02, опубликовано 15.12.1984 г. в БИ №46), содержащее соединяемые элементы цилиндрической формы с коническими уплотняемыми поверхностями, крепежное приспособление для осевого стягивания соединяемых элементов и удержания их в рабочем положении, стальное уплотнительное кольцо, имеющее осевой упор и кольцевые упругие губки с коническими уплотнительными поверхностями. Осевой упор, имеющих кольцевую форму и выполненный за одно целое с уплотнительным кольцом, одновременно выполняет функцию ребра жесткости и имеет кольцевой паз, в котором размещены сегменты из мягкого металла.
Основной недостаток известного разъемного соединения заключается в следующем. Под действием усилий затяжки или дополнительных внешних изгибающих или тепловых воздействий высота осевого упора из-за наличия в нем кольцевого паза со вставкой из мягкого металла может уменьшиться, и осевой упор не сможет выполнять свою функцию ограничителя осевого сжатия. При этом кольцевые упругие губки могут перейти в пластическое состояние, при котором нарушается форма их уплотнительных поверхностей, что снижает степень герметичности соединения. В этом случае после разборки известного соединения уплотнительное кольцо не может быть использовано повторно и требует замены на новое.
Известно разъемное соединение, принятое за прототип, (патент RU №2280210, МПК F16L 23/02, опубликовано 20.07.2006 г.), содержащее соединяемые элементы с коническими уплотняемыми поверхностями, крепежное приспособление для осевого стягивания соединяемых элементов и удержания их в рабочем положении, стальное уплотнительное кольцо, имеющее радиальное ребро жесткости и кольцевые упругие губки с наружными коническими уплотнительными поверхностями. Разъемное соединение имеет стальной осевой упор, который изготовлен в виде отдельной детали в форме кольца. Ребро жесткости уплотнительного кольца сопряжено с осевым упором по скользящей посадке. При этом осевой упор размещен между кольцевыми проточками, выполненными на торцах соединяемых элементов.
Основной недостаток известного разъемного соединения заключается в снижении степени его герметичности после нескольких циклов его сборки и разборки. Объясняется это тем, что напряжения при определенных соотношениях размеров уплотнительных поверхностей в зоне контакта стального уплотнительного кольца с уплотняемыми поверхностями стальных соединяемых элементов могут иметь уровень, близкий к пределу текучести материала уплотнительного кольца или уровень, превосходящий этот предел. В случае превышения предела текучести материала стального уплотнительного кольца могут произойти пластические деформации его уплотнительных поверхностей, что может быть одной из причин снижения герметичности соединения. Другой причиной снижения герметичности известного разъемного соединения является наличие осевых смещений уплотнительных и уплотняемых поверхностей относительно друг друга при изменении величины усилия затяжки и давления рабочей среды. Высокое значение коэффициента трения между контактирующими поверхностями металлических деталей и наличие их осевого смещения приводит к тому, что после каждой переборки или после определенного количества переборок на контактирующих поверхностях известного соединения образуются дефекты в виде следов пластических деформаций, а также рисок или даже задиров, имеющих осевое направление. Кроме того, при сборке соединения после очередной его разборки уплотнительное кольцо невозможно установить в положение, которое оно занимало до разборки. В результате всех указанных причин по периметру контакта уплотнительных поверхностей кольцевых губок и уплотняемых поверхностей соединяемых элементов накапливается значительное количество дефектов, которые приводят к нарушению герметичности. Поэтому уплотнительные поверхности на уплотнительном кольце и на соединяемых элементах, изготовленных из стали, необходимо периодически восстанавливать или заменять уплотнительное кольцо и соединяемые элементы на новые. Стальное уплотнительное кольцо, применяемое, например, в известном разъемном соединении, имеющем крепежное приспособление бугельного типа, подлежит замене на новое после 20 циклов сборки и разборки. Кроме того, в условиях работы при низких температурах (например, при минус 60°С) окружающей среды радиальные размеры стального уплотнительного кольца уменьшаются, что также может привести к снижению степени герметичности известного соединения.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение степени его герметичности с обеспечением многократного использования уплотнительного кольца до 400 и более циклов сборки и разборки разъемного соединения.
Поставленная задача решается тем, что в разъемном соединении, содержащем соединяемые элементы с коническими уплотняемыми поверхностями, осевой упор, крепежное приспособление для стягивания соединяемых элементов и удержания их в рабочем положении, уплотнительное кольцо, имеющее ребро жесткости и кольцевые упругие губки с коническими уплотнительными поверхностями, согласно полезной модели, уплотнительное кольцо изготовлено из полиамидного материала, например из капролона, и снабжено стальным ограничительным кольцом, расположенным концентрично ему с его внутренней стороны, при этом уплотнительное кольцо установлено на ограничительном кольце с натягом.
Толщина стального ограничительного кольца может составлять не более 0,3 толщины уплотнительного кольца.
Ограничительное кольцо может иметь ширину, не меньшую, чем ширина уплотнительного кольца.
Технический результат предлагаемой полезной модели выражается в уменьшении уровня деформирования уплотнительного кольца, изготовленного из капролона, благодаря уменьшению усилия затяжки и снижению контактного давления на его уплотнительных поверхностях за счет антифрикционных свойств капролона. Кроме того, благодаря своим эластомерным характеристикам, капролон может компенсировать значительно большие деформации, чем сталь, эффективно перераспределяя нагрузки.
Сущность предлагаемой полезной модели представлена на чертежах, где на фиг.1 показан общий вид разъемного соединения в сборе с частичным продольным разрезом; на фиг.2 - вид Б фиг.1 на уплотнительное, ограничительное кольца и осевой упор после затяжки соединения; на фиг.3 - вид сбоку на разъемное соединение с дугообразными бугелями.
Предлагаемое разъемное соединение содержит соединяемые элементы, выполненные в виде стальных ниппелей 1 и 2 с внутренними коническими уплотняемыми поверхностями 3 и 4. К ниппелям 1 и 2 могут быть присоединены трубопроводы или другие устройства, например задвижки. С внешней стороны ниппелей 1 и 2 выполнены кольцевые выступы 5 и 6 с коническими поверхностями 7 и 8. Между ниппелями 1 и 2 установлено уплотнительное кольцо 9, изготовленное из полиамидного материала, например из капролона марки «А». Уплотнительное кольцо 9 имеет ребро жесткости 10 и кольцевые упругие губки 11 и 12 с коническими уплотнительными поверхностями 13 и 14, сопряженными с коническими уплотняемыми поверхностями 3 и 4 ниппелей 1 и 2. Уплотнительное кольцо 9 снабжено стальным ограничительным кольцом 15, расположенным концентрично уплотнительному кольцу 9 с его внутренней стороны, при этом уплотнительное кольцо 9 установлено на ограничительном кольце 15 с натягом. Толщина ограничительного кольца 15 составляет не более 0,3 толщины уплотнительного кольца 9. Ограничительное кольцо 15 имеет ширину, не меньшую, чем ширина уплотнительного кольца или ширину, одинаковую с ним. Ребро жесткости 10 уплотнительного кольца 9 сопряжено по скользящей посадке со стальным осевым упором 16, имеющим форму кольца и ограничивающим осевое сближение ниппелей 1 и 2. Таким образом, уплотнительное кольцо 9 расположено между стальным осевым упором 16 и стальным ограничительным кольцом 15, которые обеспечивают соответственно его осевую и радиальную жесткость. На внешних кольцевых выступах 5 и 6 ниппелей 1 и 2 установлено крепежное приспособление для стягивания ниппелей 1 и 2 и для удержания их в рабочем положении. В состав конструкции крепежного приспособления входят два дугообразных бугеля - верхний бугель 17 и нижний бугель 18. Каждый дугообразный бугель 17 и 18 имеет по две пары крепежных выступов 19 и 20 с отверстиями (на чертежах не показаны) под резьбовые шпильки 21, на концах которых навинчены гайки 22. На внутренней поверхности бугелей 17 и 18 выполнены конические проточки (на чертежах не обозначены), которые имеют боковые поверхности с конусностью, равной конусности конических поверхностей 7 и 8, выполненных на выступах 5 и 6 ниппелей 1 и 2.
Предложенное разъемное соединение работает следующим образом.
После установки уплотнительного кольца 9 в комплекте со стальным ограничительным кольцом 15 и осевым упором 16 в разъеме между ниппелями 1 и 2 производят их сближение с осевым упором 16. Затем на внешние кольцевые выступы 5 и 6 ниппелей 1 и 2 устанавливают дугообразные бугели 17 и 18, совмещают между собой две пары выступов 19 и две пары выступов 20, вставляют шпильки 21 в отверстия этих выступов и производят затяжку гаек 22 на шпильках 21. В процессе затяжки дугообразные бугели 17 и 18 смещаются в радиальном направлении к центральной оси соединения и зажимают кольцевые выступы 5 и 6 ниппелей 1 и 2, стягивая их в осевом направлении за счет конусности поверхностей 7 и 8, имеющихся на кольцевых выступах 5 и 6, и конусности боковых поверхностей внутренних проточек, выполненных на бугелях 17 и 18. Затяжка гаек 22 производится до создания расчетного усилия затяжки, величина которого определяет величину предварительного контактного давления, создаваемого на конических уплотняемых поверхностях 3 и 4 ниппелей 1 и 2 и на уплотнительных поверхностях 13 и 14 уплотнительного кольца 9, изготовленного из капролона. Благодаря антифрикционным свойствам капролона конические уплотнительные поверхности 13 и 14 уплотнительного кольца 9 не оказывают большого сопротивления осевому смещению конических уплотняемых поверхностей 3 и 4 при стягивании ниппелей 1 и 2 в осевом направлении. Наличие стального внутреннего ограничительного кольца 15 позволяет уплотнительному кольцу 9 выдерживать необходимые для обеспечения герметичности соединения контактные давления на уплотнительных поверхностях 13 и 14 его кольцевых упругих губок 11 и 12. Необходимое контактное давление на уплотняемых поверхностях 3 и 4 достигается при значительно меньшем усилии затяжки, чем в случае использования стального уплотнительного кольца. Под воздействием давления рабочей среды, подаваемой во внутреннее пространство трубопровода и ниппелей 1 и 2, контактное давление на уплотняемых поверхностях 3 и 4 ниппелей 1 и 2 и на уплотнительных поверхностях 13 и 14 уплотнительного кольца 9 может увеличиваться по отношению к контактному давлению, созданному предварительным усилием затяжки. При этом ограничительное кольцо 15, благодаря своей меньшей радиальной толщине относительно толщины уплотнительного кольца 9 и одинаковой с ним ширине, передает на его кольцевые упругие губки 11 и 12 усилие, создаваемое давлением внутренней рабочей среды. В результате этого за счет некомпенсированных площадей происходит самоуплотнение названных уплотняемых 3, 4 и уплотнительных 13, 14 поверхностей, что существенно повышает герметичность соединения. Прочность уплотнительного кольца 9 от воздействия давления рабочей среды обеспечивается за счет увеличения его жесткости при вступлении в плотный радиальный контакт с осевым упором 16.
В случаях, когда предлагаемое соединение работает при низких температурах окружающей среды, ограничительное кольцо 15 препятствует уменьшению диаметра уплотнительного кольца 9, которое могло бы произойти вследствие его температурной «усадки». Учитывая, что капролон, особенно капролон марки «А», например, имеет температурный коэффициент, сравнимый с металлом, но все же больше, чем у него, предлагаемое соединение сохраняет высокую герметичность и в период его работы при низких температурах окружающей среды вплоть до минус 60°С.
По сравнению с прототипом предлагаемое разъемное соединение позволяет повысить степень его герметичности, значительно увеличить срок службы уплотнительного кольца и увеличить количество циклов сборки и разборки соединения до 400 циклов с использованием одного и того же уплотнительного кольца. Другим его преимуществом является безотказная работа в условиях низких температур окружающей среды.
Заявитель: Открытое акционерное общество «Иркутский научно-исследовательский и конструкторский институт химического и нефтяного машиностроения» (ОАО «ИркутскНИИхиммаш»).
Авторы: Погодин В.К., Хабуев В.О., Кузнецов К.А., Михайлюк Э.А., Балакирев В.А., Фесюк Е.В., Сулейманов Р.Ш.