БЫСТРОСБОРНОЕ ФЛАНЦЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ
SNAP-TOGETHER FLANGE CONNECTION

Предлагаемое изобретение относится к соединительным устройствам для скрепления соединительного стыка и может быть использовано для быстрого соединения (разъединения) труб или цилиндрических корпусов с круглыми фланцевыми элементами для обеспечения герметизации их стыков.
Известен хомут (зажим) для соединения труб, описанный в патенте США [US 7300078 «Pipe joint clamp», Denso Corporation, Kariya (JP), МПК F16L 23/00, - 23/06, опубликовано 23.03.2006 г.]. Он состоит по меньшей мере из двух частей, имеющих кольцевой внутренний паз и охватывающих сомкнутые фланцы соединяемых труб, причем составные части хомута соединены между собой с помощью гибких упругих перемычек, выступающих за габариты труб (в некоторых случаях в виде петель), а крайние концы составных частей хомута имеют удерживающую часть и входящую с ней в зацепление защелку. Хомут за счет наличия упругих перемычек эластичен, что позволяет соединять трубы с различными внешними диаметрами фланцев.
Недостатком этого хомута для соединения труб является невозможность обеспечения равномерного удельного давления на соединяемых поверхностях фланцевых соединений при монтаже, что может привести к появлению деформации в поперечном сечении хомута, что может, в свою очередь, привести к образованию зазора в защелке хомута и нарушению герметичности всего соединения.
Известен также многократный кольцевой зажим для электронно-лучевой трубки, описанный в патенте США [US 7379293 «Multiple split ring cathode ray tube clamp», Richco Inc., Morton Grove, IL (US), МПК F16L 3/22, опубликовано 20.09.2007 г.]. Этот зажим представляет собой кольцо, охватывающее «горло» трубки с жестко закрепленным на нем присоединяемым компонентом (например, печатной монтажной схемой), причем концы зажима снабжены зацеплениями в виде наклонных зубцов.
Такое соединение не предназначено для стыковки цилиндрических частей с фланцами на концах.
Известен также фиксатор для кабелей (трубчатый внутривальный оконный механизм для транспортных средств), описанный в патенте США [US 4452097 Tubular window drive mechanism particulary for motor vehisles, Brose Fahrzeugteile GmbH (DE), МПК F16C 1/00, - 1/26, опубликовано 05.06.1984]. В этом приводном механизме использован зажим с защелкой для соединения проводов, заключенных в трубчатый кабель с фланцевыми выступами. Зажим состоит из двух полуколец, имеющих кольцевой внутренний паз и охватывающих сомкнутые фланцы соединяемых трубчатых кабелей, причем составные части хомута имеют на концах выступы, которые с одной стороны соединены между собой эластичной перемычкой, а с другой стороны снабжены сопрягаемыми частями защелки: фиксатором в виде штыря с пластмассовым конусообразным наконечником и удерживающей частью в виде сквозного отверстия в выступе. При соединении концов зажима происходит смыкание их выступов: наконечник фиксатора на одном из выступов за счет его конусообразной формы и эластичности входит в отверстие в другом выступе, а пройдя его насквозь - фиксируется в этом положении за счет упругости материала, т.к. диаметр наконечника у основания (у штыря) несколько больше диаметра сквозного отверстия удерживающей части, то есть зажим защелкивается. Кроме того, зажим снабжен дренажным отверстием, находящимся в одной из его половин.
Недостатком описанной конструкции является то, что за счет дополнительных крепежных элементов зажима увеличиваются габаритные размеры места соединения.
Известно также шарнирное устройство для соединения труб, описанное в патенте США [US 4915418 «Hinged pipe coupling», URDAN IND USA, Inc., МПК F16L 17/00, - 17/04, опубликовано 10.04.1990 г.].
Шарнирное устройство для соединения труб выполнено в виде нескольких (двух и более) сегментов, шарнирно с помощью крюков и петель соединяемых между собой. Все сегменты устройства имеют кольцевую канавку, с помощью которой они насаживаются на сомкнутые фланцы соединяемых труб. При этом концы крайних сегментов стягиваются посредством крепежных элементов типа болта и гайки. Указанная конструкция позволяет оперативно сформировать соединительное устройство для любого диаметра труб за счет набора необходимого количества сегментов.
Недостатком вышеописанного шарнирного устройства является неудобство его применения в условиях ограниченного пространства, т.к. соединительные и крепежные элементы расположены на выступающих частях на концах составных сегментов устройства. Другим недостатком указанного устройства является трудность определения достаточности стягивания соединительного стыка для обеспечения герметичности.
Известно также изобретение «Соединительное устройство, состоящее из двух половин», описанное в патенте РФ №2295666, зарегистрированном на имя АБА ОФ СВИДЕН АБ [SE], с датой начала отсчета срока действия патента 22.01.2003 г., опубликовано 20.03.2007 г., МПК F16L 21/00, F16L 23/04.
Это соединительное устройство предназначено для скрепления соединительного стыка и включает в себя две половины, соединенные шарнирно друг с другом. Соединительное устройство в рабочем положении устроено так, чтобы входить в зацепление с частями двух соединительных элементов, прилегающих к соединительному стыку. При этом на одном конце соединительного устройства имеется фиксатор в виде по меньшей мере одного выступа, а на другом конце - удерживающая часть в виде по меньшей мере одной выемки. Выступы и выемки способны к взаимодействию друг с другом для приведения соединяющихся половин в положение зацепления. Описанная конструкции обеспечивает надежность соединения за счет расположения фиксатора и удерживающей части. Однако фиксатор (выступы) и удерживающая часть (выемки) соединительного устройства расположены на выступах, перпендикулярных плоскости фланцев, что увеличивает габариты места стыка.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению и принятым за прототип является «Устройство для соединения круглых фланцевых элементов», описанное в материалах к свидетельству на полезную модель РФ № 31428, зарегистрированную на имя ОАО «Пензтяжпромарматура» с приоритетом от 30.01.2003 г., МПК F16L 23/04, опубликовано 10.08.2003 г.
Это устройство содержит стягивающий хомут, выполненный по меньшей мере из двух полуколец с профилированной канавкой на вогнутых поверхностях, соответствующей охватываемому профилю сомкнутых фланцевых элементов, и крепеж для стягивания хомута (шпильки, гайки). При этом радиус кривизны внутренней поверхности профилированной канавки в каждой части хомута в разжатом положении больше радиуса наружных поверхностей кромок соединяемых между собой фланцев.
Указанное соединительное устройство сложно в изготовлении, так как соединительные элементы имеют сложную конфигурацию деталей. Элементы крепежа в виде шпилек с гайками и шайбами увеличивают габариты места стыка. При этом процесс соединения (разъединения) фланцевых элементов с помощью указанных крепежных элементов не позволяет осуществлять его достаточно быстро.
Соединения с применением хомутов удобны в применении, главным образом, по причине быстроты осуществления соединения. Однако их применение ограничено тем, что соединения включают в себя разного рода фиксирующие элементы: болты, винты, шпильки, рукоятки, защелки, которые значительно увеличивают габариты соединения.
Задачей заявляемого изобретения является создание быстросборного фланцевого соединения, не требующего дополнительных элементов крепежа при фиксации соединяемых элементов и не увеличивающего габаритов места стыка.
Поставленная задача решается за счет того, что для соединения цилиндрических элементов с круглыми фланцами на концах, фланцевое соединение, снабженное элементами крепления, состоит из фланцев, расположенных на торцевых поверхностях соединяемых элементов, и соединительного устройства, которое выполнено в виде стягивающего хомута, состоящего по меньшей мере из двух частей с профилированной кольцевой канавкой на вогнутых поверхностях, по размерам и профилю в поперечном сечении соответствующей охватываемым двум сомкнутым фланцам соединяемых элементов, причем согласно изобретению радиус кривизны кольцевой канавки в каждой из частей соединительного устройства равен радиусу наружных поверхностей (кромок) фланцев соединяемых элементов, элементы крепления выполнены в виде удерживающих частей на фланцах и способных к взаимодействию с ними фиксаторов на соединительном устройстве, причем фиксаторы выполнены в виде поперечных торцевых стенок на глубину канавки по концам составных частей соединительного устройства, а удерживающие части выполнены в виде одинаково расположенных относительно друг друга и равных друг другу на соединяемых фланцах пазов, имеющих ширину не менее толщины предназначенных для взаимодействия с ними одного или двух фиксаторов, причем пазы на обоих фланцах выполнены в количестве не менее количества составных частей соединительного устройства, а расстояния между пазами при минимальном их количестве равны по наружной поверхности (кромке) фланцев длине соответствующих составных частей соединительного устройства.
В частном случае составные части соединительного устройства охватывают в сумме не менее половины периметра соединяемых фланцев.
Таким образом, в заявляемом быстросборном фланцевом соединении, новым согласно изобретению является то, что фиксаторы положения стягивающего хомута расположены непосредственно на его составных частях, а предназначенные для взаимодействия с ними удерживающие части в виде пазов расположены на фланцах соединяемых элементов.
Соединение и фиксация цилиндрических элементов с круглыми фланцами на концах осуществляется следующим образом. Сначала фланцы соединяемых элементов совмещаются таким образом, чтобы пазы на них совпадали. Затем одна из составных частей соединительного устройства (например, полукольцо) ориентируется соответствующим образом над кромкой сомкнутых фланцев, один из фиксаторов в виде поперечной торцевой стенки на любом из ее концов вставляется в один из совмещенных пазов, расположенных на сомкнутых фланцах. Потом с использованием внешнего усилия рук человека второй фиксатор с другого конца составной части соединительного устройства за счет ее упругой деформации вводится в другой соответствующий совмещенный паз на сомкнутых фланцах, в результате чего происходит защелкивание этой составной части. Указанные действия проводят со всеми составными частями соединительного устройства, осуществляя соединение сомкнутых фланцев по окружности. То есть сборка заявляемого фланцевого соединения проводится очень быстро, т.к. не требует никаких точных установок, подгонок, завинчиваний.
Причем, так как профилированная кольцевая канавка на вогнутых поверхностях по размерам и профилю в поперечном сечении соответствует двум сомкнутым фланцам, соединительное устройство (составные части хомута) охватывает фланцы соединяемых узлов, фиксируя и удерживая их в осевом направлении.
При этом составные части соединительного устройства в заявляемом быстросборном фланцевом соединении могут отличаться друг от друга по длине, а количество пазов на соединяемых фланцах может быть больше, чем задействовано в собранном фланцевом соединении.
Однако для того, чтобы фланцевое соединение можно было собрать, пазы на обоих фланцах выполнены в количестве не менее количества составных частей соединительного устройства, т.е. минимальное количество пазов соответствует количеству взаимодействующих с ними фиксаторов (одного или двух) составных частей соединительного устройства (хомута), а расстояния между пазами при минимальном их количестве равны по наружной поверхности (кромке) фланцев длине соответствующих составных частей соединительного устройства, причем пазы имеют ширину не менее толщины предназначенных для взаимодействия с ними одного или двух фиксаторов. Поэтому составные части соединительного устройства (хомута) за счет заявляемой конструкции фиксируют и удерживают фланцы соединяемых узлов в поперечном сечении.
При этом осевая и поперечная фиксация взаимно усиливают друг друга, обеспечивая надежное фланцевое соединение.
Таким образом, в конструкции заявляемого быстросборного фланцевого соединения образуется жесткое соединение, не требуя для этого наличия дополнительных элементов фиксации и крепежа, имеющихся в аналогах.
Кроме того, заявляемое быстросборное фланцевое соединение не имеет выступающих частей, в связи с чем не увеличивает габаритов места соединения цилиндрических элементов (трубопроводов, корпусов) с фланцами.
Экспериментально установлено, что для обеспечения надежного соединения оптимальным является выполнение быстросборного фланцевого соединения, когда составные части соединительного устройства охватывают в сумме не менее половины периметра соединяемых фланцев.
В общем случае выполнения быстросборного фланцевого соединения глубина пазов на фланцах может быть любой, а в частном случае выполнения глубина пазов соответствует высоте выступа фланцев над поверхностью соединяемых цилиндрических элементов, что усиливает их фиксацию и надежность соединения.
В общем случае выполнения быстросборного фланцевого соединения фиксаторы соединительного устройства и пазы на фланцах соединяемых элементов могут иметь в поперечном сечении различный профиль (например, трапецеидальный или прямоугольный с утолщением у свободного края), не совпадающий друг с другом, а в частном случае выполнения профили пазов соответствуют профилям взаимодействующих с ними фиксаторов, что усиливает их фиксацию и надежность соединения.
В общем случае выполнения быстросборного фланцевого соединения пазы на фланцах соединяемых элементов могут иметь разную ширину, но не менее толщины предназначенных для взаимодействия с ними одного или двух фиксаторов, а в частном случае выполнения ширина пазов, предназначенных для взаимодействия с одним фиксатором, соответствует его толщине, а предназначенных для взаимодействия с двумя фиксаторами, соответствует толщине стенок фиксаторов двух соседних составных частей соединительного устройства, что усиливает фиксацию и надежность соединения.
В общем случае выполнения быстросборного фланцевого соединения составные части соединительного устройства могут иметь разную длину, а в частном случае все составные части соединительного устройства выполнены одинаковыми, что технологически является наиболее простым.
В общем случае выполнения быстросборного фланцевого соединения пазы на соединяемых фланцах могут быть расположены неравномерно, а в частном случае выполнения пазы на соединяемых фланцах расположены равномерно по наружной поверхности (кромке) фланцев, что усиливает фиксацию и надежность соединения.
В общем случае выполнения быстросборного фланцевого соединения фланцы соединяемых цилиндрических элементов и профилированная кольцевая канавка на вогнутых поверхностях соединительного устройства могут иметь в поперечном сечении различный профиль (например, трапецеидальный), а в частном случае выполнения имеют прямоугольный профиль, что технологически является наиболее простым.
В общем случае выполнения быстросборного фланцевого соединения фиксаторы соединительного устройства в виде торцевых поперечных стенок на концах составных частей, а также удерживающие части в виде пазов, расположенных на фланцах соединяемых элементов, могут иметь в поперечном сечении различный профиль (например, трапецеидальный или прямоугольный с утолщением у свободного края), а в частном случае выполнения имеют прямоугольный профиль, что технологически является наиболее простым.
В частном случае выполнения быстросборного фланцевого соединения количество пазов на соединяемых фланцах соответствует количеству составных частей соединительного устройства, ширина и профиль пазов соответствует толщине и профилю стенок фиксаторов двух соседних составных частей соединительного устройства, а составные части соединительного устройства выполнены одинаковыми. При указанном выполнении составные части соединительного устройства полностью охватывают фланцы по наружной поверхности (кромке), что максимально усиливает фиксацию и надежность соединения.
Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами.
На фиг.1 представлены цилиндрические соединяемые элементы (корпуса узлов для водоочистки) с фланцами и быстросборное фланцевое соединение в сборе.
На фиг.2 представлено быстросборное фланцевое соединение в разрезе:
а) в плоскости, перпендикулярной плоскости фланцев;
б) в плоскости фланцев (в общем случае);
в) в плоскости фланцев (в частном случае).
На фиг.3 представлена развертка составной части соединительного устройства в частных случаях выполнения, расположенной:
а) в плоскости, перпендикулярной плоскости фланцев;
б) в плоскости фланцев (в разрезе).
Быстросборное фланцевое соединение (фиг.2) состоит из фланцев 1, расположенных на торцевых поверхностях соединяемых элементов (фиг.1), снабженных удерживающими частями элементов крепления в виде одинаково расположенных относительно друг друга и равных друг другу пазов 2 на соединяемых фланцах 1, и соединительного устройства 3, которое выполнено в виде стягивающего хомута (фиг.1). При этом соединительное устройство 3 состоит по меньшей мере из двух частей с профилированной кольцевой канавкой 4 на вогнутых поверхностях (фиг.2, 3), по размерам и профилю в поперечном сечении (в частном случае - прямоугольному) соответствующей охватываемым двум сомкнутым фланцам 1 соединяемых элементов, причем радиус кривизны R кольцевой канавки 4 в каждой из частей соединительного устройства 3 равен радиусу R наружных поверхностей (кромок) фланцев 1 соединяемых элементов. Составные части соединительного устройства 3 снабжены элементами крепления - фиксаторами 5, выполненными в виде поперечных торцевых стенок на глубину канавки 4 по концам составных частей соединительного устройства 3 (фиг.2, 3). Удерживающие части элементов крепления в виде пазов 2 на фланцах 1 выполнены так, что они способны к взаимодействию с фиксаторами 5 на составных частях соединительного устройства 3, а именно, фланцы 1 соединяемых элементов имеют одно и то же количество одинаково расположенных относительно друг друга и равных друг другу пазов 2. На обоих соединяемых фланцах 1 пазы 2 выполнены в количестве, не меньшем количества составных частей соединительного устройства 3 (фиг.2б), а расстояния между пазами при минимальном их количестве равны по наружной поверхности (кромке) фланцев 1 длине соответствующих составных частей соединительного устройства 3.
В частном случае выполнения быстросборного фланцевого соединения составные части соединительного устройства 3 охватывают в сумме не менее половины периметра соединяемых фланцев 1, что не влияет на состав элементов заявляемого устройства.
В других частных случаях выполнения быстросборного фланцевого соединения глубина пазов 2 соответствует высоте выступа фланцев 1 над поверхностью соединяемых цилиндрических элементов, профили пазов 2 соответствуют профилям взаимодействующих с ними фиксаторов 5 (в частном случае - прямоугольные профили), размеры пазов 2, предназначенных для взаимодействия с одним фиксатором 5, соответствуют его толщине, а предназначенных для взаимодействия с двумя фиксаторами 5, соответствуют толщине стенок фиксаторов 5 двух соседних составных частей соединительного устройства 3 (фиг.2б), что не влияет на состав элементов заявляемого устройства.
В других частных случаях выполнения быстросборного фланцевого соединения пазы 2 на соединяемых фланцах 1 расположены равномерно по наружной поверхности (кромке) фланцев 1, или составные части соединительного устройства 3 выполнены одинаковой длины (фиг.2в), что не влияет на состав элементов заявляемого устройства.
В частном случае выполнения быстросборного фланцевого соединения количество пазов 2 на соединяемых фланцах 1 соответствует количеству составных частей соединительного устройства 3, ширина и профиль пазов 2 соответствует толщине и профилю стенок фиксаторов 5 двух соседних составных частей соединительного устройства 3, а составные части соединительного устройства 3 выполнены одинаковой длины (фиг.2в), что не влияет на состав элементов заявляемого устройства.
Быстросборное фланцевое соединение используется для соединения и разъединения цилиндрических элементов с круглыми фланцами на концах.
Соединение и фиксация стыка осуществляется следующим образом. Сначала фланцы 1 соединяемых элементов совмещаются таким образом, чтобы пазы 2 на них совпадали. Затем одна из составных частей соединительного устройства 3 (например, полукольцо) ориентируется соответствующим образом над кромкой сомкнутых фланцев 1, один из фиксаторов 5 в виде поперечной торцевой стенки на любом из ее концов вставляется в один из совмещенных пазов 2, расположенных на сомкнутых фланцах 1. После этого с использованием внешнего усилия рук человека второй фиксатор 5 с другого конца составной части соединительного устройства 3 за счет ее упругой деформации вводится в другой соответствующий совмещенный паз 2 на сомкнутых фланцах 1, в результате чего происходит защелкивание этой составной части. С остальными составными частями соединительного устройства 3 производят аналогичные действия, осуществляя соединение сомкнутых фланцев 1 по окружности.
Так как все указанные операции проводятся вручную, которые не требуют точных установок, подгонок, не используют самостоятельных крепежных элементов типа винтов, болтов, гаек, шпилек и т.д., а также не требуют применения специальных инструментов, сборка заявляемого фланцевого соединения проводится очень быстро.
Разъединение фланцевого соединения осуществляется также достаточно просто и быстро: для этого один из фиксаторов 5 любой составной части соединительного устройства 3 с помощью отвертки выводится из совмещенного паза 2 на сомкнутых фланцах 1, в результате чего происходит отщелкивание (отсоединение) этой составной части. Аналогично производят отсоединение остальных составных частей соединительного устройства 3.
При этом как в общем случае выполнения, так и во всех частных случаях использование заявляемого быстросборного фланцевого соединения осуществляется одинаково.
Таким образом, изобретение позволяет получить быстросборное и быстроразъемное фланцевое соединение, простое в изготовлении и использовании, обеспечивающее надежную фиксацию соединяемых элементов и не увеличивающее габаритов места соединения цилиндрических элементов (трубопроводов, корпусов) с круглыми фланцами.
Несмотря на то что настоящее изобретение было описано в связи с теми случаями его осуществления, которые в настоящее время считаются наиболее практически выгодными и предпочтительными, следует понимать, что данное изобретение не ограничено описанными случаями осуществления, а наоборот охватывает различные модификации и варианты в рамках сущности и объема предлагаемой формулы изобретения.
Для осуществления заявляемого изобретения - быстросборного фланцевого соединения как в общем случае, так и в частных случаях выполнения могут быть использованы известные в области водоочистки материалы и элементы.
Так, соединяемые цилиндрические элементы (трубопроводы, корпуса) с круглыми фланцами могут быть выполнены, например, из пластмассы для инжекционного литья, например из полипропилена, либо из любого конструкционного материала, например из полиамида.
Составные части стягивающего хомута (соединительного устройства) могут быть выполнены из упругого материала, например полиоксиметилена (РОМ К500 Kolon Industry), при использовании которого сборка и разборка заявляемого фланцевого соединения осуществляется без остаточных деформаций и разрушений соединительного устройства (хомута).