УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ СЕКЦИЙ ВОЗДУХОВОДА

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области вентиляции и кондиционирования воздуха, и может быть использована при монтаже воздушных магистралей и вентиляционных систем, в частности для соединения секций прямолинейных участков воздуховодов. Преимущественное применение - для соединения профилированных по наружной поверхности труб, в том числе для спирально-навивных воздуховодов.
Уровень техники
Для разъемного соединения труб прямолинейных участков воздуховодов, составляющих до 70% от общей сети, в настоящее время наиболее широко используют фланцевые и бесфланцевые соединения.
К недостаткам фланцевых соединений (например, таких как в патенте на изобретение №2087786, опуб. 1997.08.20 или в патенте №1831642, опуб. 30.07.93 г.), в которых болты вставляются в отверстия по периметру фланцев и посредством гаек затягиваются до упора, относится утяжеление конструкции, а также трудоемкость и сложность монтажа, за счет наличия большого числа крепежных элементов. Проблема монтажа упомянутых воздуховодов особенно проявляется в случаях большого диаметра воздуховода и размещения последнего вдоль стен помещения, когда особенно затруднен подступ к местам соединения.
Бесфланцевые соединения требуют меньше металла, воздуховоды с использованием упомянутых соединений имеют облегченные конструкции. Так известно бесфланцевое соединение двух выровненных по торцам секций воздуховодов посредством хомутов. Хомуты охватывают смежные секции по наружной поверхности и закрепляются посредством крепежных элементов, разнесенных по периметру стягиваемых поверхностей. Однако при этом также не решается упомянутая выше проблема монтажа, кроме того указанное соединение не обеспечивает полной герметичности, т.к. периметру стягиваемых поверхностей образуется волна из-за неравномерного растяжения последних.
Указанный недостаток, а также проблема трудности монтажа решены в бесфланцевом соединении участков трубопроводов по патенту №1585631, МПК: F 24 F 13/02, опуб. 15.08.90, включающем бандаж, натягиваемый на отбортовки стыкуемых концов труб, и уплотнитель для герметизации соединения.
Упомянутые проблемы решены и в устройстве для соединения секций воздуховода круглого сечения (см. патент на изобретение №2000522, МПК: F 24 F 13/02, опубл.
1993.09.07), содержащее эластичную манжету, контактирующую со смежными секциями воздуховода, и охватывающий их стяжной элемент в виде цилиндрического хомута, установленного с возможностью поворота. Однако в обоих упомянутых выше случаях, используются бандажи, хомуты и манжеты, охватывающие и радиальное сжимающие смежные секции воздуховода по наружным поверхностям, что не применимо в случаях, когда необходимо стыковать трубы профилированные по наружной поверхности, в частности спирально-навивные, а также ребристые, рифленые и т.п..
Наиболее близким к заявляемому решению является устройство для соединения секций трубопровода (см. патент US №6.709.021, МПК: F 16 L 021/02, 15.10.2002 г), позволяющее осуществить соединение труб с любой формой наружной поверхности и включающее листовой элемент из гибкой стали, выполненный с продольным зигом по середине листа. Листовой элемент свернут по кольцу с нахлестом (наложением) друг на друга концевых участков и с образованием упомянутым зигом кольцевого выступа по наружной поверхности полученной кольцеобразной детали. Устройство содержит также разжимной механизм, включающий звено «винт-гайка», смонтированное на одном концевом участке, и упор с глухим отверстием, неподвижно закрепленный на другом концевом участке листового элемента. Концевая часть винта заходит в отверстие упора. Гайка разжимного механизма закреплена посредством шарнира, что обеспечивает возможность ее относительного вращения вокруг оси шарнира и позволяет выдерживать соосность винта и отверстия упора, разнесенных по окружности.
Соединение секций воздуховода осуществляется в результате разжима кольцеобразной детали внутри приторцовых участков соединяемых секций, надетых на деталь по обе стороны от кольцевого выступа, а прочность и герметичность соединения обеспечивается за счет распорного усилия, регулируемого посредством винта разжимного механизма, и наличия эластичных уплотнений, охватывающих свернутый листовой элемент и заполняющих зазор между внутренними поверхностями соединяемых секций и наружной поверхностью листового элемента. Устройство простое в изготовлении и удобное в монтаже, однако имеет следующие недостатки:
- В конструкции устройства имеет место большая вероятность отрыва шарнирного звена разжимного механизма, закрепленного на небольшой площадке на верхней поверхности кольцевого выступа и испытывающего максимальные нагрузки от распорного усилия между винтом и упором.
- усилие разжима сосредоточено в одной точке по середине разжимаемой кольцеобразной детали, что обуславливает недостаточное усилие распора периферийных участков по ширине детали и, как следствие, плохую герметичность соединения;
- ограниченный угол поворота шарнира, что ограничивает возможности использования устройства по отношению к трубам малого диаметра.
Раскрытие полезной модели
Задачей заявляемой полезной модели является повышение надежности устройства. Поставленная задача решена за счет того, что в устройстве для соединения секций воздуховода, содержащем деталь, выполненную из листового элемента с продольным зигом, свернутого по кольцу с наложением друг на друга концевых участков и с образованием упомянутым зигом кольцевого выступа на наружной поверхности детали, эластичные уплотнения, охватывающие упомянутую деталь по обеим сторонам от кольцевого выступа, и разжимной механизм, выполненный в виде шарнирно смонтированного на одном из упомянутых концевых участков звена «винт-гайка» и упора, закрепленного на втором из упомянутых концевых участков и контактирующего с концевой частью винта, согласно заявляемой полезной модели, гайка разжимного механизма выполнена в виде стержня со сквозным резьбовым отверстием, перпендикулярным оси стержня, концы которого установлены с возможностью свободного вращения в соосных сквозных отверстиях боковых стенок кронштейна арочной формы, смонтированного с охватом своей нижней частью кольцевого выступа.
В отличие от прототипа шарнирная связь звена разжимного механизма с поверхностью детали, которая по своей сути является распорной деталью, реализована в виде цилиндрического шарнира, стержень-ось которого установлена с возможностью свободного вращения в опорах, выполненных в виде соосных сквозных отверстий боковых стенок кронштейна. При этом кронштейн выполнен арочной формы, которая согласно известным толкованиям понятия «арка» предполагает наличие двух опор и перекрытия между ними. Кронштейн размещен таким образом, что его опоры (боковые стенки) расположены на поверхности детали по обе стороны от кольцевого выступа, т.е. с охватом последнего.
Распорное усилие от винта передается на стержень-гайку и далее через боковые стенки кронштейна - на части поверхности разжимаемой детали, расположенные по сторонам от кольцевого выступа, т.е. ближе к периферийным участкам последней.
Вышеприведенная совокупность существенных признаков устройства является «новой» неизвестной из уровня техники и позволяет получить новый положительный
технический результат, а именно разделить воздействующие на шарнир нагрузки от распорного усилия между винтом и упором на две составляющие и разнести их по ширине разжимаемой детали, по обеим сторонам от кольцевого выступа, за счет чего, во-первых, уменьшить нагрузки, приходящиеся на связь шарнира с деталью, а во-вторых, более равномерно распределить разжимные усилия по ширине упомянутой детали, что обеспечивает более надежную фиксацию заявляемого устройства и соединяемых с ним секций воздуховода.
Заявляемое решение позволяет значительно увеличить распорные усилия разжимного механизма, за счет чего дополнительно повысить надежность и герметичность соединения.
Кроме того, предложенное решение позволяет исключить воздействие на шарнир растягивающих нагрузок, которым подвержен кольцевой выступ, и которые тем значительнее, чем больше длина и вес секций воздуховода и чем больше скорость движения потока среды. Упомянутые нагрузки воспринимает кронштейн, имеющий определенную подвижность боковых стенок. Под воздействием упомянутых нагрузок стенки кольцевого выступа смещаются, раздвигая при этом боковые стенки кронштейнов под некоторым углом в противоположные стороны. Воздействие растягивающих нагрузок осуществляется вдоль оси шарнира, однако последний свободно установлен в соосных сквозных отверстиях боковых стенок кронштейна, и потому растягивающих нагрузок не испытывает. Таким образом, за счет арочной формы кронштейнов, к которой можно отнести П-образную и трапецеидальную формы, и предложенного исполнения шарниров происходит компенсация растягивающих нагрузок.
За счет переноса места крепления шарнира с верхней поверхности кольцевого выступа к его основанию и исключения влияния формы выступа на работу шарнира расширяются возможности изготовления устройства, конкретнее - профилированной продольной складки или зига, образующего кольцевой выступ.
Предпочтительным является выполнение упора в виде второго стержня с глухим отверстием, перпендикулярным оси этого стержня, концы которого установлены с возможностью свободного вращения в соосных отверстиях боковых стенок второго кронштейна арочной формы, смонтированного с охватом своей нижней частью кольцевого выступа.
В этом случае и звено «винт-гайка» и упор выполнены аналогичным образом с образованием двух цилиндрических шарниров. Стержни, свободно установленные в сквозных отверстиях боковых стенок кронштейнов имеют большую подвижность, что
позволяет компенсировать значительно больший угол расхождения осей, чем в устройстве-прототипе, что в свою очередь позволяет использовать заявляемое устройство для соединения труб воздуховодов малого диаметра.
Целесообразно осуществить закрепление кронштейнов посредством отгибов концевых участков их боковых стенок с размещением упомянутых отгибов по обе стороны от кольцевого выступа. Предложенное с одной стороны позволяет увеличить площадь соединения кронштейнов с поверхностью детали, а с другой стороны способствует более рациональному распределению нагрузки от усилия разжима по ширине последней.
Предпочтительной реализацией арочной формы кронштейнов является исполнение их П-образной формы (т.е. формы, сходной с П-профилем) или с поперечным сечением в форме трапеции.
Предпочтительным является выполнение по продольным краям листового элемента отбортовки. Отбортовка выполняется под углом, соответствующим толщине эластичных уплотнений, что обеспечивает минимальное сопротивление воздушному потоку, проходящему через образуемое соединение.
Разжимаемая (распорная) деталь может быть снабжена элементами, фиксирующими ее положение в объеме концевой части секции воздуховода во время монтажа, что особенно важно в случае осуществления последнего одним человеком. В простейшем случае это может быть выполнение поверхностей детали, образованных по сторонам от кольцевого выступа, с шириной, соответствующей диаметру воздуховода при небольшом диаметре последнего. При больших диаметрах воздуховода целесообразнее выполнить элементы фиксации в виде полосок, прикрепленных к продольным краям листового элемента и увеличивающих ширину поверхностей, образованных по сторонам от кольцевого выступа.
Трубы для воздуховодов обычно тонкостенные и потому подвержены в процессе их хранения и транспортировки деформациям, в особенности концевых участков. При разжиме детали «изнутри» происходит распрямление полученных деформаций, что невозможно при соединении с обхватом «снаружи».
Краткое описание чертежей
Устройство для соединения секций воздуховода и его работа поясняются чертежами, где
На фиг.1 - устройство, общий вид;
На фиг.2 - фрагмент с фиг.1;
На фиг.3 - показан листовой элемент (деталь в развернутом виде);
На фиг.4 - сечение А-А с фиг.2, показаны некоторые возможные формы реализации кронштейнов и профиля кольцевого выступа;
На фиг.5 - приведена схема монтажа соединения, аксонометрическая проекция.
На фиг.6 - приведена схема распределения распорных нагрузок в заявляемом устройстве (а), в прототипе (б);
Осуществление полезной модели
Устройство для соединения секций воздуховода (см. фиг.1, фиг.2) содержит деталь 1, эластичные уплотнения 2 и разжимной механизм, включающий винт 3, кронштейны 4 и 5 П-образной формы, в боковых стенках которых выполнены соосные сквозные отверстия, и стержни 6 и 7, установленные в упомянутых отверстиях кронштейнов 4 и 5 соответственно, с возможностью свободного вращения. Стержень 6 имеет сквозное резьбовое отверстие, выполненное перпендикулярно оси стержня, в котором установлен винт 3. Концевая часть винта 3 упирается в стенку глухого отверстия стержня 7, выполненного перпендикулярно оси последнего.
Деталь 1 выполнена из листового элемента (см. фиг.3) гибкого материала, например, гибкой стали, свернутого по кольцу с наложением друг на друга концевых участков 8 и 9. Листовой элемент включает продольный зиг 10, выполненный по середине поверхности листового элемента и образующий на наружной поверхности детали 1 кольцевой выступ. Зиг 10, представляющий собой профилированную складку, обеспечивает жесткость тонкой детали 1, необходимую для исключения смятия последней в процессе монтажа.
По продольным краям листового элемента выполнена отбортовка 11. Отбортовка 11 прикрывает эластичные уплотнения 2, охватывающие свернутый листовой элемент (он же деталь 1) по поверхностям 12 и 13, образованным по сторонам от зига 10 (он же кольцевой выступ). По продольным сторонам листового элемента прикреплены полоски 14, увеличивающие ширину поверхности 13 детали 1.
Стержень 6 и винт 3 представляют собой кинематическую пару (звено) «винт-гайка» шарнирно смонтированную посредством кронштейна 4 на концевом участке 8.
Стержень 7 представляет собой упор для винта 3 и шарнирно закреплен на концевом участке 9 посредством кронштейна 5. Кронштейны 4 и 5 смонтированы каждый с охватом нижней частью своих боковых стенок кольцевого выступа 10.
Кронштейны 4 и 5 могут быть выполнены различной арочной формы. На фиг.4 приведено несколько возможных реализации такой формы, однако приведенные примеры не исчерпывают все возможные случаи. На фиг.4. показаны также некоторые возможные профили кольцеобразного выступа 10 (он же зиг). От формы последнего не зависит работа устройства, поэтому варианты выполнения зига также не ограничены приведенными примерами. Кронштейны 4 и 5 могут быть выполнены с отгибами 15 концевых участков
своих боковых стенок и закреплены посредством последних на поверхностях 12 и 13 детали 1, образованных по обе стороны от кольцевого выступа 10.
Уплотнения 2 выполнены в виде кольцеобразных полос из эластомера или резины, прямоугольного сечения, шириной 40-60 мм и толщиной 2-3 мм.
Устройство работает следующим образом.
Деталь 1 (см. фиг.5) в сжатом состоянии вставляют в секцию 16 воздуховода до упора торца трубы 16 в кольцевой выступ 10. С другой стороны на деталь 1 надевают секцию 17 воздуховода, при этом полоски 14 обеспечивают удержание детали 1 в объеме концевой части трубы 16. Вращением винта 3 разжимают деталь 1, находящуюся внутри приторцовых участков труб 16 и 17, увеличивая ее диаметр. Распорное усилие передается (см. фиг.6а) от винта 3 стержню 6, далее на кронштейн 4 и через отгибы 15 боковых стенок последнего на поверхности 12 и 13 детали 1, т.е. по обе стороны от кольцевого выступа 10. Деталь 1 прижимается поверхностями 12 и 13 к внутренним стенкам соединяемых секций 16 и 17 воздуховода, обеспечивая фиксированное соединение последних. Уплотнение соединения в зонах контакта детали 1 и внутренних поверхностей труб 16 и 17 осуществляют за счет эластичных колец 2.
Для сравнения на фиг.6б приведена схема распределения действующих распорных усилий в устройстве-прототипе, где разжим детали 1 осуществляется по центру детали, при этом периферийные по ширине детали 1 участки испытывают противоположное действие сил, направленных на отгибание поверхностей 12 и 13 детали 1 от внутренних поверхностей соединяемых секций 16 и 17, что снижает герметичность соединения.
Таким образом заявляемое устройство обеспечивает надежное и герметичное по отношению к газовым средам соединение участков (секций) жестких воздуховодов, в том числе спирально-навивных.
Достоинствами устройства являются простота изготовления и монтажа соединения, надежность и ремонтопригодность, небольшие массо-габаритные характеристики.
В приведенном примере работы устройства осуществляли соединение труб круглого сечения, однако возможности устройства позволяют использовать его для соединения труб с другим поперечным сечением, например овальными, и даже в форме многоугольника, за счет выполнения устройства из тонкого гибкого листового материала, который принимает форму внутреннего объема труб.