ФИТИНГ С ПОКРЫТИЕМ, СИСТЕМА ТРУБОПРОВОДОВ И ПРИМЕНЕНИЕ ФИТИНГА ИЛИ СИСТЕМЫ ТРУБОПРОВОДОВ
COATED FITTING, PIPING SYSTEM AND FITTING OR PIPING SYSTEM OPERATION

Изобретение относится к фитингу для герметичного неразъёмного соединения, содержащему основную часть для размещения, по меньшей мере, одной присоединяемой трубы и, по меньшей мере, одну пресс-втулку, при этом основная часть фитинга и пресс-втулка содержат соответствующие друг другу прессовые поверхности, причём основная часть фитинга имеет прессовую поверхность, которая в полностью собранном состоянии обращена в сторону присоединяемой трубы и соответствует краевому участку основной части фитинга, при этом соответствующие друг другу прессовые поверхности основной части фитинга и пресс-втулки выполнены таким образом, что осевое надвигание пресс-втулки на основную часть фитинга вызывает радиальное сужение краевого участка этой основной части. Также изобретение относится к системе трубопроводов с таким фитингом и к применению фитинга согласно изобретению или системы трубопроводов в оборудовании для обогрева, кондиционирования воздуха, санитарно-технического назначения или в оборудовании для подготовки питьевой воды или в оборудовании для транспортировки технических или медицинских текучих сред.
Фитинги указанного выше типа применяются обычно в системах трубопроводов для герметичного неразъёмного соединения металлических труб между собой. Типовой фитинг известен, например, из WO 2014/000897 A1. Согласно WO 2014/000897 А1 для обеспечения герметичного неразъёмного соединения металлических труб сначала в отверстие основной части фитинга заводится конец присоединяемой трубы, в результате чего основная часть фитинга охватывает конец трубы по периферии. С помощью обжимного штампа пресс-втулку надвигают на основную часть фитинга в осевом направлении, при этом «осевое направление» проходит вдоль продольного расположения конца трубы и следовательно перпендикулярно поперечному сечению трубы. Диаметр внутренней боковой поверхности пресс-втулки задан с возможностью уменьшения по длине пресс-втулки в осевом направлении, в результате чего при осевом надвигании пресс-втулки край или краевой участок основной части фитинга отгибается и прижимается к присоединяемому концу трубы. Другими словами, диаметр края или краевого участка основной части фитинга сужается в радиальном направлении. Поэтому посредством предусмотренной, предпочтительно сужающейся на конус боковой поверхности пресс-втулки осевое надвигание последней преобразуется в радиальную деформацию основной части фитинга. «Радиальное направление» - это направление, перпендикулярное продольному расположению присоединяемого конца трубы и осевому направлению. Таким образом основная часть фитинга и конец трубы пластически деформируются и запрессовываются между собой в результате осевого надвигания пресс-втулки.
Опыты, проводившиеся с учётом международных стандартов для холодильной техники, газового и трубопроводного оборудования, практические испытания и моделирование на строительных площадках показали, что у описанных в WO 2014/000897 А1 фитингов, в зависимости от возникающих рабочих нагрузок или свойств соединяемых труб, в отдельных местах могут образоваться неплотности. Так, например, изгибающие или скручивающие нагрузки или также поверхностные повреждения (например, бороздки) на соединяемых трубах могут служить причиной недостаточной герметичности на участке трубного соединения.
Для того, чтобы выполнить пресс-фитинги устойчивыми к нагрузкам на изгиб или скручивание, необходимо, как известно, такие соединения дополнительно механически обезопасить. Также известно, что дефекты на поверхности соединяемых концов труб исправляют с помощью клеящих веществ, обеспечивая при этом герметизацию. Однако эти оба варианта увеличивают материальные затраты на соединение труб и кроме того делают более трудоёмким монтаж фитингов.
Фитинги с покрытием из мягкого металла известны из US 5 560 661 А, при этом толщина металлического слоя составляет 2,5 мкм или менее. Покрытие должно увеличить герметичность.
В основу настоящего изобретения положена техническая задача по созданию фитинга и системы трубопроводов упомянутого выше типа, а также по их применению, которым не присущи или присущи, по меньшей мере, в меньшей степени, упомянутые выше недостатки, и которые, в частности, упрощают оборудование.
Эта техническая задача решается согласно изобретению посредством фитинга, охарактеризованного признаками пункта 1 формулы изобретения, снабжённой таким фитингом системы трубопроводов, охарактеризованной признаками пункта 10 формулы изобретения и применения фитинга и системы трубопроводов по пункту 12 формулы изобретения, при этом фитинг характеризуется тем, что, по меньшей мере, на одной из прессовых поверхностей имеется покрытие из материала более мягкого, чем материал пресс-втулки и/или основной части фитинга и/или трубы.
Понятие «более мягкий» в данном контексте означает, что соответственно более мягкий материал обладает по сравнению с другим материалом меньшей твёрдостью.
В основе изобретения лежит знание о том, что покрытие, по меньшей мере, одной из прессовых поверхностей, выполненное из более мягкого материала по сравнению с пресс-втулкой и/или основной частью фитинга, снижает трение скольжения во время обжатия между пресс-втулкой и основной частью фитинга и/или между основной частью
фитинга и присоединяемой трубой. Покрытие создаёт в процессе обжатия фитинга и трубы эффект смазки. Благодаря этому эффекту покрытия стыковочные осевые усилия в процессе обжатия, необходимые в целом для радиальной деформации основной части фитинга и соединяемой трубы, уменьшаются. Вследствие уменьшения осевых стыковочных усилий в осевом направлении основная часть фитинга осаживается в меньшей степени. Уменьшение осаживания обеспечивает более ровную, возросшую поверхность прилегания между основной частью фитинга и присоединяемой трубой, в результате чего в целом улучшается герметичность трубного соединения. В зависимости от материала покрытия последнее служит кроме того коррозионной защитой на участке прессовой поверхности с покрытием. Помимо этого из материала покрытия в результате стыкования или рабочих нагрузок между основной частью фитинга и присоединяемой трубой может образоваться пробка, дополнительно герметизирующая место соединения.
Согласно изобретению покрытие может быть предусмотрено на участке между соответствующими друг другу прессовыми поверхностями пресс-втулки и основной частью фитинга. В качестве альтернативы или дополнения покрытие согласно изобретению может располагаться, в полностью смонтированном состоянии, на прессовой поверхности основной части фитинга, соответствующей присоединяемой трубе.
Если покрытие предусмотрено, в полностью смонтированном состоянии, на прессовой поверхности основной части фитинга, соответствующей присоединяемой трубе¸ то материал покрытия может исправлять при необходимости поверхностные дефекты на концевом участке трубы, соответствующем основной части фитинга, причём, например, неровности, бороздки, отслоения и прочие дефекты трубной поверхности заполняются и следовательно уплотняются материалом покрытия в процессе обжатия. Согласно предпочтительному варианту выполнения фитинга материал покрытия мягче материала присоединяемой трубы.
Фитинг и пресс-втулка выполнены по существу вращательно-симметричными и, в частности, для соединения труб имеют круглое сечение. Наряду, по меньшей мере, с одним цилиндрическим участком предусмотрен также, по меньшей мере¸ один участок с переменным диаметром, в частности, конический участок.
Таким образом создан фитинг, монтаж которого упрощён благодаря необходимым пониженным стыковочным усилиям. Кроме того вследствие меньшего осаживания основной части фитинга и в результате уплотнения при необходимости во время обжатия поверхностных дефектов соединяемой трубы улучшается существенное для герметизации прилегание основной части фитинга к присоединяемой трубе. Поэтому фитинг согласно изобретению позволяет просто и не дорого создать прочное герметичное трубное соединение.
При этом покрытие может быть выполнено из мягкого металла или мягкого металлического сплава. Оно может состоять, например, по меньшей мере, из одного из следующих металлов: олово, цинк, висмут, свинец, кадмий, сурьма, алюминий, медь, индий, или их сплавов. Согласно другому варианту выполнения, по меньшей мере, одна из прессовых поверхностей покрыта оловом.
Такой фитинг с покрытием из мягкого металла или мягкого металлического сплава может применяться в системе трубопроводов в качестве металлического уплотняющего соединителя, при этом уплотняющие металлические соединители отвечают жёстким требованиям, часто предъявляемым к герметичности, например, в области техники кондиционирования воздуха и холодильной техники или также в медицинской технике. Так, например, такой фитинг применим в установках для транспортировки медицинских текучих сред, в частности, медицинских газов, или в установках для транспортировки хладагентов. Кроме того металлические соединения устойчивы к температурным колебаниям и высоким давлениям.
Пресс-втулка и/или основная часть фитинга и/или присоединяемая труба могут быть выполнены, например, из стали, в частности, качественной стали, или меди, в частности, латуни, красной латуни, кремнистовой бронзы или алюминия или алюминиевых сплавов, при этом соответствующий материал обладает более высокой твёрдостью по сравнению с материалом покрытия. В качестве материала для присоединяемой трубы дополнительно могут применяться комбинированные трубы из качественной стали/пластмассы или меди/пластмассы, а также волокнистые композитные материалы. При этом твёрдость материалов определяют известными методами измерения твёрдости металлических материалов, например, твёрдости по Бринеллю, Виккерсу или Роквеллу.
Особенно рентабельное производство фитингов возможно в том случае, когда покрытие наносится гальваническим способом. Так, например, одна из прессовых поверхностей может иметь гальванически нанесённое оловянное покрытие. Согласно другим вариантам выполнения покрытие может в принципе наноситься любым способом. Так, в зависимости от материала подложки и материла наносимого покрытия могут применяться известные способы покрытия, как, например, погружение в расплав или нанесение порошковых покрытий.
При нанесении покрытия на конструктивные детали могут применяться выборочно следующие способы. Газофазными способами именуются химическое газофазное осаждение (CVD), физическое газофазное осаждение (PVD) или ионно-плазменное нанесение катодным напылением. Жидкофазными способами являются, например, лакирование, термическая металлизация, погружение в расплав или напыление, а также при использовании растворов, например, гальванизация или горячее лужение. В качестве способов с применением твёрдых веществ могут быть названы термическая металлизация, нанесение порошкового покрытия, поверхностное паяние, плазменно-порошковая наплавка, наплавка, вихревое напыление или механическое плакирование.
Покрытие может быть также выполнено из органической уплотнительной массы. В зависимости от требований к трубному соединению органические уплотнительные массы представляют собой экономичную альтернативу по отношению к описанным выше металлическим покрытиям. Так, например, в покрытии могут содержаться силиконы, полиуретаны, политетрафторэтилен или полисульфиды, которые способны наноситься напылением, погружением, посредством кисти, ракли или тиснением. При этом твёрдость применяемых материалов определяют известными способами измерения твёрдости металлических и органических веществ, например, твёрдость по Бринеллю, Виккерсу, Роквеллу или, в случае органических уплотнительных масс, по Шору или методом IRHD (International Hardness Degree – международный метод определения твёрдости).
Кроме того покрытие, в частности, металлическое, имеет толщину в диапазоне от 1 до 20 мкм, предпочтительно от 3 до 10 мкм, более предпочтительно от 4 до 7 мкм. Практические испытания показали, что оптимальный смазочный и/или герметизирующий эффект покрытия проявляется уже при таких относительно малых толщинах, в частности, у покрытия из мягкого металла. Толщины у пластмасс составляют предпочтительно от 1 до 200 мкм.
Пресс-втулка и/или основная часть фитинга могут иметь покрытие только на участке, локально ограниченном соответствующей прессовой поверхностью. Так, например, во время нанесения покрытия с материалом покрытия может приводиться в контакт лишь ограниченный участок фитинга или же часть покрываемого компонента изымается из покрытия путём маскирования. Лишь частичное покрытие может потребоваться в том случае, когда вероятные, смежные с покрытым участком функциональные поверхности должны оставаться свободными от материала покрытия. Кроме того основная часть фитинга и/или пресс-втулка могут быть полностью покрыты. Таким способом покрытие наносится особенно эффективно и без больших затрат.
В частности, в том случаен, когда основная часть фитинга полностью покрыта, достигается то преимущество, что покрытыми оказываются как прессовая поверхность, соответствующая в полностью смонтированном состоянии присоединяемой трубе, так и прессовая поверхность основной части фитинга, соответствующая пресс-втулке. В результате во время обжатия фитинга снижается трение между соединяемой трубой и основной частью фитинга, с одной стороны, и между пресс-втулкой и основной частью фитинга, с другой стороны.
Согласно другому варианту выполнения фитинга диаметр пресс-втулки уменьшается на участке её прессовой поверхности по измеряемой в осевом направлении длине пресс-втулки. При этом шириной служит замеренная в осевом направлении ширина пресс-втулки. Следовательно для преобразования осевого движения пресс-втулки в радиальное сужение основной части фитинга, по меньшей мере, на отдельных участках прессовая поверхность пресс-втулки ориентирована перпендикулярно осевому направлению. Так, в результате уменьшения диаметра пресс-втулки может задаваться степень деформации основной части фитинга и присоединяемой трубы. Пресс-втулка может иметь, в частности, сужающийся конический, круглый или выпуклый внутренний профиль.
Так, например, пресс-втулка может содержать приёмное отделение, соответствующее по существу наружному диаметру основной части фитинга, благодаря чему она может с зазором вводиться в приёмное отделение. С этого диаметра приёмное отделение переходит в прессоваю поверхность. На участке прессовой поверхности пресс-втулка сужается до внутреннего диаметра, который меньше наружного диаметра основной части фитинга в недеформированном состоянии. Переход приёмного отделения в прессовая поверхность пресс-втулки может происходить, в частности, плавно, в результате чего приёмное отделение переходит по существу по устойчивой касательной или кривой в прессовая поверхность для обеспечения по возможности плавного процесса обжатия. При этом устойчивость касательной или кривой означает, что уклоны касательных смежных поверхностных элементов не имеют скачков. Следовательно устойчивость касательных или кривых создаёт положение, при котором отсутствуют или присутствуют только закругленные рёбра или кромки между приёмным отделением и прессовой поверхностью.
Согласно другим вариантам выполнения фитинга также возможно предусмотреть соответствующую наклонную или искривленную поверхность для преобразования осевого смещения между пресс-втулкой и основной частью фитинга в радиальное сужение диаметра основной части фитинга на самой этой части.
Также изобретение относится к системе трубопроводов, содержащей, по меньшей мере, один фитинг согласно изобретению и, по меньшей мере, одну присоединяемую с помощью фитинга трубу.
Согласно варианту выполнения системы трубопроводов покрытие может быть предусмотрено на прессовой поверхности, соответствующей трубе, причём покрытие может состоять из материала более мягкого по сравнению с материалом трубы. В этом случае материал покрытия особенно пригоден для исправления поверхностных дефектов, таких, как неровности, бороздки, отслоения или прочие дефекты на поверхности трубы, для их заполнения и герметизации во время обжатия фитинга и трубы. В результате система трубопроводов при монтаже повреждённых или не оптимально приготовленных труб является устойчивой против неплотностей, создаваемых названными поверхностными дефектами.
Описанные выше фитинг и система трубопроводов особенно пригодны благодаря прочной и не дорогостоящей конструкции для применения в оборудовании для отопления, кондиционирования воздуха, санитарно-технического назначения или в оборудовании для подготовки питьевой воды или в оборудовании для транспортировки технических или медицинских текучих сред.
Ниже изобретение подробнее поясняется с помощью примеров своего выполнения. При этом на чертежах представлено следующее:
фиг. 1 – выполненный согласно изобретению фитинг с двумя соединяемыми трубными концами с видом в перспективе;
фиг. 2 – фитинг на фиг. 1 в поперечном сечении перед обжатием;
фиг. 3 – фитинг на фиг. 1 в поперечном сечении после обжатия;
фиг. 4а – 4d - разные варианты выполнения внутреннего профиля пресс-втулки согласно изобретению;
фиг. 5а – фитинг без покрытия с трубой после обжатия;
фиг. 5b – выполненный согласно изобретению фитинг с покрытием вместе с трубой после обжатия;
фиг. 5с – другой выполненный согласно изобретению фитинг с покрытием вместе с трубой после обжатия.
На фиг. 1 показан выполненный согласно изобретению фитинг 2 для герметичного неразъёмного соединения трубы с видом в перспективе. Фитинг 2 содержит основную часть 4 и две пресс-втулки 6, 8. В основной части 4 фитинга находятся два конца 10, 12 двух соединяемых труб 14, 16. Основная часть 4 фитинга и пресс-втулки 6, 8 выполнены по существу цилиндрическими. Основная часть 4 фитинга, пресс-втулки 6, 8 и концы 10, 12 труб расположены соосно к оси А. Фитинг 2 выполнен симметричным, поэтому ниже в качестве примера описывается трубное соединение со ссылкой на пресс-втулку 6 и трубный конец 10, причём эти варианты выполнения в одинаковой степени действительны для расположенного напротив трубного конца 12 и соответствующей ему пресс-втулки 8.
На фиг. 2 показан фитинг на фиг. 1 в поперечном сечении перед обжатием. Основная часть 4 фитинга и пресс-втулка 6 содержат соответствующие друг другу прессовые поверхности 18, 20, которые при обжатии скользят друг по другу. Кроме того основная часть 4 фитинга содержит прессовую поверхность 22, соответствующую краевому участку основной части 4 фитинга, которая в изображённом здесь смонтированном состоянии фитинга 2 обращена в сторону присоединяемой трубы 14. Пресс-втулка 6 выполнена с возможностью надвигания на основную часть 4 фитинга для радиального сужения основной части 4 фитинга в осевом направлении по оси А.
В показанном здесь предварительно смонтированном положении основная часть 4 фитинга располагается на торце в приёмном отделении 24 пресс-втулки 6. Начиная от приёмного отделения 24, пресс-втулка 6 выполнена на участке её прессовой поверхности 18 сужающейся по ширине, замеренной в осевом направлении. Начиная с диаметра приёмного отделения 24, соответствующего по существу наружному диаметру основной части 4 фитинга, прессовая поверхность 18 пресс-втулки 6 сужается на конус, в результате чего диаметр пресс-втулки 6 уменьшается по существу до наружного диаметра трубного конца 10. Следует учесть, что между приёмным отделением 24 и основной частью 4 фитинга, а также между трубным концом 10 и сужающейся на конус прессовой поверхностью 18 предусмотрен монтажный зазор.
Труба 14, основная часть 4 фитинга и пресс-втулка 6 выполнены, например, из медного сплава или стали/качественной стали. Основная часть 4 фитинга снабжена покрытием 26. Покрытие 26 представляет собой нанесённое гальваническим способом оловянное покрытие. Толщина покрытия 26 составляет около 5 мкм. Основная часть 4 фитинга имеет сплошное покрытие. На фиг. 2 этот материал покрытия отдельно не показан из-за относительно малой толщины.
При обжатии фитинга 2 вместе с трубным концом 10 пресс-втулка 6 надвигается на основную часть 4 фитинга в осевом направлении. Для этого применяется не показанный здесь, известный из WO 2014/000897 А1 обжимной штамп. Прессовая поверхность 20 основной части 4 фитинга скользит при осевом смещении по прессовой поверхности 18 пресс-втулки 6. При этом концевой участок основной части 4 фитинга отгибается радиально в направлении внутрь. Другими словами, пресс-втулка 6 образует матрицу, причём прессовая поверхность 20 основной части фитинга во время обжатия прилегает к конической прессовой поверхности 18 прресс-втулки 6, в результате чего концевой участок основной части 4 фитинга скользит по внутреннему контуру пресс-втулки 6 и в результате пластически деформируется. Форма пресс-втулки 6 остаётся по существу неизменной.
На фиг. 3 показан фитинг 2 на фиг. 1 в поперечном сечении после обжатия. Труба 14 также деформирована на участке деформированного концевого участка основной части 4 фитинга и посредством пресс-втулки 6 закреплена основной частью 4 фитинга. Обращённые друг к другу торцы концевых участков 10, 12 труб 14, 16 расположены внутри основной части 4 фитинга на расстоянии друг от друга благодаря упору 28. Концевой участок 12 трубы 16 обжат аналогичным образом, что и концевой участок 10 трубы 14.
На фиг. 4 представлено несколько возможностей выполнения сужающегося внутреннего профиля пресс-втулок 6, 8.
На фиг. 4а показано, что профиль изображённой в поперечном сечении пресс-втулки 6 содержит цилиндрическое приёмное отделение 24. Начиная от приёмного отделения 24, профиль сужается на конус.
На фигурах 4b - 4d показаны соответственно формы профиля, при которых приёмное отделение 24 плавно переходит в соответствующую прессовую поверхность 18. С одной стороны, благодаря этим формам профиля на участке (плавного) перехода приёмного отделения 24 в прессовую поверхность 18 может производиться посредством имеющегося на этом участке плоского наклона предварительный монтаж пресс-втулки 6 на основной части 4 фитинга, причём пресс-втулка 6 удерживается на основной части 4 фитинга за счёт самоторможения. Кроме того в начале процесса обжатия, начиная с этого положения предварительного монтажа, упрощается надвигание пресс-втулки 6 в результате плавного перехода.
На фиг. 4b показан внутренний контур или внутренний профиль с коническим сужением при том же наклоне. Приёмное отделение 24 и прессовая поверхность 18 плавно переходят друг в друга. На фиг. 4с приёмное отделение 24 цилиндрической формы переходит в выпукло сужающуюся прессовую поверхность 18. Наконец на фиг. 4d показана пресс-втулка 6 с внутренним контуром, непрерывно изгибающимся в зоне приёмного отделения 24 и прессовой поверхности 18.
С помощью фиг. 5 ниже будет показано влияние покрытия 26 на трубное соединение. В частности, на отдельных фигурах 5а – 5c соответственно показаны увеличенные вырезы трубных соединений в поперечном сечении, причём на этих фигурах отображены схематически результаты, полученные при тестировании трубных соединений. Изображённые трубные соединения нагружали после обжатия фитинга 2, 30 скручиванием. Соответственно изображён в увеличении участок “Z” трубного соединения.
На фиг. 5а показано неразъёмное герметичное трубное соединение, произведённое с помощью фитинга 30 без покрытия в соответствии с уровнем техники. Как можно видеть на увеличенном изображении, вследствие стыковки образовались зазоры 32 между пресс-втулкой 8, основной частью 34 фитинга и соединяемым концом 12 трубы. Кроме того вследствие нагрузки скручиванием и/или в результате обжатия образовалось ребро 36, которое основной частью 34 фитинга сместилось к присоединяемому концу 12 трубы.
На фиг. 5b показано неразъёмное герметичное трубное соединение, полученное с помощью фитинга 2 согласно изобретению. Основная часть 4 фитинга имеет оловянное покрытие толщиной около 5 мкм. За счёт смазывающего эффекта покрытия 26 заметно уменьшились зазоры 32 между обжатыми компонентами пресс-втулки 8, основной частью 4 фитинга и концом 12 трубы по сравнению с описанным ранее состоянием без покрытия. Кроме того между основной частью 4 фитинга и концом 12 трубы не произошло смещения ребра вследствие нагрузки скручиванием. По сравнению с вариантом без покрытия отмечается существенно более ровное и в целом возросшее прилегание между обжатыми компонентами, в частности, между основной частью 4 фитинга и концом 12 трубы.
На фиг. 5с также показано неразъёмное герметичное трубное соединение , изготовленное с использованием фитинга 2 согласно изобретению. Основная часть 4 фитинга имеет оловянное покрытие толщиной 10 мкм. Снова можно видеть, что имеется по сравнению с фитингом 30 без покрытия значительно более ровное и в целом возросшее прилегание между обжатыми компонентами. Благодаря большей по сравнению с фиг. 5b толщине оловянного покрытия зазоры 32 между пресс-втулкой 8, основной частью 4 фитинга и концом 12 трубы были дополнительно уменьшены.
Между пресс-втулкой 8 и основной частью 4 фитинга и/или основной частью 6 фитинга и концом 12 трубы могут образовываться в результате монтажа или рабочих нагрузок оловянные пробки 38, которыми соединение дополнительно герметизируется.