РАЗЪЕМНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Полезная модель относится к быстроразъемным соединениям сосудов, трубопроводов и оборудования, а так же для соединения других элементов цилиндрической формы, работающих под высоким давлением, и может быть использована в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, энергетической и в других отраслях промышленности.
Известно разъемное соединение (патент России №2280209 С1 от 11.07.2005 г.), содержащее соединяемые элементы цилиндрической формы, а именно трубы, расположенные на общей центральной оси и имеющие на соединяемых концах специальные фланцы с коническими уплотнительными поверхностями, уплотнительное кольцо с ребром жесткости, объединенные между собой с помощью зажимного приспособления. Зажимное приспособление состоит по меньшей мере из двух дугообразных бугельных элементов. На внутренней поверхности каждого дугообразного бугельного элемента выполнена проточка с коническими боковыми поверхностями.
Известное разъемное соединение имеет недостатки, основным из которых является ограниченность применения данного разъемного соединения и то, что оно не может обеспечить надежность герметизации соединения при больших диаметрах соединяемых элементов цилиндрической формы, работающих при высоких давлениях. Причиной этого недостатка является сложность в изготовлении заготовки с радиально расположенными крепежными выступами. Удаление мест установки крепежных деталей (резьбовых шпилек) между собой создает условия для возникновения напряжений в месте сопряжения основания крепежного выступа и дугообразных бугельных элементов. Наличие длинных торцовых выступов создает высокий изгибающий момент, который влияет на надежность соединения.
Другим недостатком известного разъемного соединения является наличие отверстий в торцовых крепежных выступах, которые ослабляют прочность (жесткость) этих выступов. Кроме того, при затягивании шпилек, установленных на противоположных сторонах разъема соединения, сложно обеспечить одинаковую степень их затяжки. В результате чего возникает вероятность перегрузки одной из шпилек и недогрузки другой шпильки. Что может привести к неравномерности распределения усилия предварительной затяжки на конических поверхностях дугообразных бугельных элементов и конических поверхностях фланцев соединяемых элементов. Указанная неравномерность может стать причиной неравномерного распределения контактного давления на уплотнительных поверхностях соединяемых элементов, что может привести к нарушению герметичности разъемного соединения.
Известно разъемное соединение, наиболее близкое предлагаемому по конструкции и назначению (см. проспект фирмы GALPERTI ENGINEERING, 2000 г., стр.6-7, сайт фирмы: www.galperti.com.), содержащее соединяемые элементы цилиндрической формы, в частности две стальные трубы одинакового диаметра, снабженные специальными фланцами, стальное уплотнительное кольцо с осевым упором и коническими уплотнительными поверхностями, крепежные детали, как минимум два дугообразных бугельных элемента, имеющих на своих концах радиально направленные крепежные выступы, на каждом из которых выполнено по два отверстия под крепежные детали.
Основным недостатком известного разъемного соединения является то, что оно не позволяет обеспечить высокую надежность работы из-за возможного нарушения герметичности соединения. Это связано с трудностями обеспечения равномерного распределения контактного давления на уплотнительные поверхности самоуплотнительного кольца. Причина указанного недостатка заключается в особенностях конструкции известного разъемного соединения. Размер между соединенными дугообразными бугельными элементами имеет значительную величину, что приводит к увеличению размера самого уплотнительного кольца и отсутствию равномерного контактного давления на уплотнительные поверхности по всей окружности уплотнительного кольца из-за неравномерности прижатия дугообразных бугельных элементов по всей окружности стягиваемых фланцев.
Другой недостаток известного разъемного соединения заключается в меньшей степени прочности самой конструкции дугообразных бугельных элементов, при неравномерной затяжки крепежных элементов и нагружении известного разъемного соединения рабочим давлением среды появляется вероятность разрушения крепежных выступов или образование трещин у его основания.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности работы и обеспечение надежной герметичности быстроразъемного соединения, а также упрощение его изготовления.
Поставленная задача решается тем, что в разъемном соединении, содержащем соединяемые элементы цилиндрической формы, самоуплотнительное кольцо, крепежные детали, как минимум два дугообразных бугельных элемента, имеющих на своих концах радиально направленные крепежные выступы, на каждом из которых выполнены отверстия под крепежные детали, внутренняя поверхность крепежного выступа выполнена с усечением под углом 20-45 градусов относительно общей центральной оси соединения, а внешняя поверхность крепежного выступа - перпендикулярно общей центральной оси соединения, при этом в радиальной плоскости крепежный выступ выполнен с плавным сопряжением.
Технический результат полезной модели выражается в снижении вероятности разгерметизации разъемного соединения за счет равномерного распределения контактного давления и снижения изгибающих напряжений, а так же надежного стягивания дугообразных бугельных элементов в осевом направлении и равномерном распределении усилия затяжки элементов за счет технической проработки комплекта размеров между углом наклона крепежного выступа дугообразного бугельного элемента и геометрической осью разъемного соединения, что определяет необходимые размеры поверхности крепежного выступа, а так же размерами проточки с коническими боковыми поверхностями.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид в изометрии разъемного соединения в сборе; на фиг.2 - разрез данного соединения; фиг.3 - вид с торца на зажимное приспособлении с двумя дугообразными бугельными элементами с крепежными элементами.
1
2
Предлагаемое разъемное соединение содержит соединяемые между собой элементы цилиндрической формы, например трубопроводы 1 и 2, расположенные на общей центральной оси и имеющие на соединяемых концах специальные фланцы 3 и 4, которые расположены симметрично относительно поперечной плоскости разъема соединения. Внутри трубопроводов 1 и 2 между фланцами 3 и 4 установлено самоуплотнительное кольцо 5, выполненное с осевым упором 6 и коническими кольцевыми поверхностями 12 и 13 (фиг.2). По окружности фланцев 3 и 4 установлено зажимное приспособление для стягивания соединяемых трубопроводов 1 и 2 и удержания их в рабочем положении. Зажимное приспособление состоит из двух дугообразных бугельных элементов - верхнего элемента 7 и нижнего бугельного элемента 8. Каждый дугообразный бугельный элемент 7 и 8 имеет на каждом своем конце радиально направленный крепежный выступ 9, расположенный на торцевых сторонах дугообразных бугельных элементов 7 и 8. При этом крепежный выступы 9 радиально направлен и расположен перпендикулярно общей центральной оси соединения (фиг.1, 3), а внутренняя поверхность крепежного выступа выполнена с усечением под углом 20-45 градусов относительно общей центральной оси соединения. В крепежном выступе 9 выполнены два отверстия под крепежные детали -резьбовые шпильки 10, на концах которых навинчены гайки 11. На внутренней поверхности каждого дугообразного бугельного элемента 7, 8 выполнена проточка 14 с коническими боковыми поверхностями 15 и 16. Внешние боковые поверхности 17 и 18 каждого фланца 3 и 4 имеют конусность, равную конусности боковых поверхностей 15 и 16 проточки 14 на каждом дугообразном бугельном элементе 7, 8 (фиг.1, 3). На торцевых стенках с внутренней стороны дугообразных бугельных элементов 7 и 8 выполнены компенсационные пазы 19. Радиальное расстояние L от центральной оси соединения до геометрических осей крепежных деталей - шпилек 10 выполнено меньшим, чем радиальное расстояние L от центральной оси соединения до внешней стороны кольцевой части дугообразных бугельных элементов 7, 8 (фиг.3).
1
Предложенное разъемное соединение работает следующим образом. После установки внутри трубопроводов 1 и 2 самоуплотнительного кольца 5 и сближения их до стыковки с его осевым упором 6 на фланцы 3 и 4 устанавливают зажимное приспособление и производят затяжку гаек 11 на шпильках 10. В процессе затяжки крепежных деталей дугообразные бугельные элементы 7 и 8 смещаются в радиальном направлении к центральной оси соединения и зажимают фланцы 3 и 4, стягивая их между собой в осевом направлении за счет конусности своих поверхностей 15 и 16 и конусности поверхностей 12 и 13 на фланцах 3 и 4 до создания расчетного усилия затяжки, которое распределяется равномерно по крепежному выступу 9. Геометрические оси шпилек 10 и сопрягаемые поверхности 15 и 16, 12 и 13 находятся почти на одинаковом радиальном расстоянии L от центральной оси соединения, благодаря чему обеспечивается равномерное прижатие дугообразных бугельных элементов 7, 8 к боковым поверхностям 12 и 13 по всей окружности фланцев 3 и 4. В результате легко обеспечиваются равномерные и одинаковые значения предварительных контактных давлений на сопрягаемых торцевых поверхностях осевого упора 6 уплотнительного кольца 5 и на конических поверхностях трубопроводов 1 и 2.
Под воздействием рабочего давления внутренней среды, подаваемой в трубопроводы 1 и 2, контактное давление на уплотнительных поверхностях 12 и 13 уплотнительного кольца 5 возрастает относительно его значений, которые созданы заданным предварительным усилием затяжки. При этом равномерность распределения контактного давления на всех уплотнительных поверхностях по всей окружности кольца 5 сохраняется за счет достигнутой при затяжке равномерности прижатия дугообразных бугельных элементов 7 и 8 к фланцам 3 и 4. Вследствие чего повышается надежность работы и снижается вероятность разгерметизации соединения.
Из вышесказанного следует, преимуществами предлагаемой конструкции быстроразъемного соединения по сравнению с прототипом является его высокая надежность работы и высокая степень герметизации. А так же снижение трудоемкости при изготовлении дугообразных бугельных элементов.