БИНАРНОЕ РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ РОМАНОВА

Заявленное техническое решение относится к области машиностроения, а именно, к устройствам и деталям для закрепления и соединения конструктивных элементов или деталей машин резьбовыми соединениями.
Известны монопарные резьбовые соединения, выполняемые по международным, государственным и отраслевым стандартам, содержащие одну пару сопрягаемых резьб, с выполнением на одной из соединяемых деталей внутренней резьбы, а на другой наружной резьбы.
Они классифицируются по возможности или непосредственного скручивания соединяемых деталей с выполнением резьбы на этих деталях для диаметров до 600 мм по российским ГОСТ или ОСТ и для соединения габаритных плоских или цилиндрических узлов и деталей при помощи дополнительных соединительных деталей: фланцев, болтов, шпилек, винтов, гаек, шайб и прокладок.
Известные фланцевые соединения содержат два фланца, изготовленные из отдельных заготовок, а так же, болты или шпильки и гайки, содержащие одну резьбу, и шайбы и прокладки.
Их герметичность достигается или за счет сжатия плоской уплотнительной прокладки, установленной между двумя фланцами, или заполнением герметизирующим веществом, с обеспечением равномерности затяжки резьбовых соединений по определенным схемам.
Для шпилечного соединения используются одна деталь с внутренней резьбой для шпилек, другая, цилиндрическая с фланцем или плоская поверхность с отверстиями для шпилек, шпильки с наружной резьбой на двух концах, гайки, шайбы и прокладка.
Известно, что осевое усилие от нагрузки в резьбовом монарном соединении воспринимается лишь рабочими поверхностями трех-четырех витков сопрягаемых резьб, при этом остальные витки резьб, выполненные на соединяемых деталях, не повышают прочность и надежность соединения.
Все известные разъемные соединения характеризуются большим количеством входящих деталей, большой материалоемкостью, трудоемкостью и стоимостью изготовления, низкой надежностью, прочностью и низкой степенью герметичности.
Заявляемое техническое решение решает задачи повышения надежности и прочности соединений, герметичности, снижения номенклатуры деталей входящих в соединения, материалоемкости, габаритов соединения, трудоемкости и стоимости изготовления.
Решение указанных задач обеспечивается тем, что бинарное резьбовое соединение содержит на соединяемых деталях две пары сопрягаемых резьб, выполненные концентрично оси резьбового соединения, одна из которых выполнена внутри цилиндрического канала на цилиндрических стенках охватывающей детали, а вторая пара выполнена на кольцевом цилиндрическом выступе охватываемой детали и содержит наружную и внутреннюю резьбы.
Каждая из двух монарных пар, входящих в бинарную пару выполняется с параметрами, обеспечивающими сопрягаемость резьб, для чего все резьбы, одной или нескольких бинарных пар, образующих резьбовое соединение, которых может быть выполнено несколько, имеют одно направление, один шаг, середины профилей резьб, образующих сопрягаемые пары, совпадают с линией пересечения осевой диаметральной плоскости соединения с перпендикулярной ей плоскостью и располагаются по одну сторону от оси соединения или диаметрально противоположно, при этом, соответственно, заходы резьб на торцах соединяемых деталей располагаются по одну сторону от оси соединения или диаметрально противоположно.
Бинарное резьбовое соединение, по существу являющееся удвоенным аналогом известных монарных сопрягаемых резьб и может выполняться по действующим на них стандартам с дополнительными требованиями на допуски сопрягаемых резьб, входящих в бинарные пары, что требует стандартизации указанных допусков, введения обозначений для бинарных соединений и наименований деталей, содержащих их.
Бинарные резьбовые соединения могут выполняться непосредственно на соединяемых деталях, а так же на болтах, рымболтах, гайках, муфтах с параметрами профилей и диаметрами резьб, превышающими установленные действующими стандартами.
Каждая из двух монопар, входящих в одно или несколько бинарных соединений, может выполняться с одинаковыми или различными, стандартизованными ГОСТ 11708-82, профилями резьб и их размерами, а так же с профилями, не предусмотренными стандартами.
Выполнение в соединении всех резьб с одной длиной, с одним шагом и с идентичными размерами профилей, приводит на уменьшающихся диаметрах к постепенному снижению их рабочей площади, воспринимающей осевую нагрузку, и к неравномерности ее распределения на отдельные рабочие поверхности профилей резьбового соединения. Равномерность несущей способности профилей соединения можно обеспечить постепенным увеличением их высоты или увеличением длины резьбы.
При соединении двух деталей с использованием одного или нескольких бинарных соединений, они могут быть выполнены многозаходными, имея, при этом, равное количество заходов во всех резьбах, входящих в бинарные соединения.
Бинарное резьбовое соединение, включающее несколько пар, может содержать отдельные резьбы бинарных пар и их заходы, смещенные (разнесенные) относительно друг друга по оси соединения с соблюдением условия их смещения на равное количество шагов или полушагов резьбы в соединяемых деталях.
На фиг.1 (а, б, в, г, д, е) изображены варианты выполнения бинарных резьбовых пар; на фиг.2 - бинзаглушка с ниппелем в резьбовом канале; на фиг.3 - бинзаглушка с ниппелем на торце; на фиг.4 - бингайка с отверстием для трубопровода с ниппелем; на фиг 5 - соединение деталей бинболтом; на фиг 6 - соединение цилиндрических деталей; на фиг.7 - варианты: одновременное соединение нескольких цилиндрических деталей; герметизация нескольких одной бинзаглушкой; соединение нескольких цилиндрических деталей одной бинмуфтой.
При использовании бинарного соединения для соединения габаритных обечаек или трубопроводов, при толщине их стенок, допускающих выполнение бинарного соединения, обеспечивается выполнение соединения только за счет материала соединяемых деталей, при этом, при меньшей в два раза длине резьб, обеспечиваются более высокие надежность, прочность и герметичность соединения и оно выполняется без выхода за габариты сечения соединяемых деталей.
При повышенных требованиях к соединению тонкостенных деталей бинарное соединение выполняется на концах обоих деталей после создания на них местных утолщений холодной или горячей высадкой или в приваренных раструбах.
Для многих сборок, соединяемых в настоящее время только болтовыми или и сварочными соединениями, при переходе на бинарную резьбу обеспечится резкое снижение номенклатуры деталей, материалоемкости, трудоемкости изготовления, сборки-разборки соединений и общей стоимости работ.
Для равномерного распределения осевой нагрузки на бинарное соединение целесообразно его выполнять со средними диаметрами каждой из двух пар сопрягаемых резьб на диаметрах, равномерно распределенных между минимальным и максимальным диаметрами сечения соединяемых трубопроводов или цилиндрических деталей.
Нарезание бинарной внутренней резьбы в цилиндрическом канале на охватывающей детали обеспечивается гребенками - метчик-плашками, содержащими два резца, один из которых выполняет функцию метчика, другой плашки, спозицированных на линии пересечения диаметральной плоскости с перпендикулярной ей плоскостью.
Нарезание идентичной бинарной резьбы на охватываемой детали обеспечивается гребенками плашка-метчиками, содержащими так же два резца, и так же, спозицированных на линии пересечения диаметральной плоскости с плоскостью перпендикулярной ей, один из которых выполняет функцию плашки, другой метчика.
Нарезание бинарных резьб на соединяемых деталях возможно с использованием ручного или механизированного инструмента (клуппами) или на станках с ЧПУ.
Усилие затяжки бинарных соединений выше, чем монарных, и поэтому для их сборки и затяжки потребуется создание большего крутящего момента.
При малом количестве бинарных пар в соединении и выполняемых на малых диаметрах, свинчивание и затяжка может производиться ручными известными приспособлениями.
При большом количестве бинарных резьбовых пар в соединяемых деталях и выполненных их на больших диаметрах, свинчивание и затяжка соединения осуществляется с использованием механизированного инструмента.
Требуется введение обозначений для резьб бинарных соединений, включающих:
- количество бинарных пар,
- направление резьб,
- прямоугольная или коническая,
- тип и параметры профилей резьб, входящих в каждую монарную пару,
- номинальные диаметры сопрягаемых пар, входящих в бинарное соединение,
- размер смещения бинарных пар при разнесении их по оси соединения.
Внедрение отдельных видов бинарных соединений, включающих сопрягаемые резьбовые соединения, выполняемые в соответствии с действующими международными и российскими ГОСТ и ОСТ, возможно с использованием станков с ЧПУ и существующего режущего инструмента до появления государственных и отраслевых стандартов, которые лишь определят соответствующие допуски на выполнение одной или нескольких бинарных резьбовых пар в соединении.
Внедрение бинарных соединений для сборки магистральных нефте и газопроводов вместо фланцевых и сварных соединений обеспечит более высокую прочность и надежность, эквивалентную основному металлу трубопроводов и высокую степень герметичности. Процесс сборки сведется только к свинчиванию и затяжке соединения вращением одного из соединяемых трубопроводов или к свинчиванию и затяжке с вращением только бинарных муфт с помощью механизированных устройств.
При замене монарных резьбовых соединений бинарными, обеспечивается несколько синергетических эффектов. С повышением прочности, надежности и герметичности в 2 раза, одновременно обеспечивается улучшение основных показателей:
- снижается количество деталей образующих соединение,
- снижается материалоемкость деталей образующих соединение,
- снижается машинное время изготовления элементов соединения,
- снижается время сборки и разборки соединения,
- снижаются габариты соединения,
- уменьшается длина резьб и длина свинчивания,
- осевая прочность, эквивалентная многоболтовым соединениям с монарной резьбой, достигается при меньшем количестве болтов и меньшей длине резьбы,
- исключается необходимость обеспечения равномерности затяжки отдельных болтов и гаек по схеме.