СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ДВУХ КОНЦОВ ТРУБ
CONNECTION ELEMENT FOR CONNECTION OF TWO ENDS OF PIPES

Изобретение относится к соединительному элементу для соединения двух концов труб, в частности, циркуляционного контура охлаждающей среды механического транспортного средства, содержащему корпус, имеющий первый соединительный конец и второй соединительный конец, между которыми образован соединительный канал, включающий воздуховыпускной канал.
Такие соединительные элементы (RU 2015443) применяют при изготовлении систем трубопроводов для соединения между собой концов труб, а также для того, чтобы, например, выполнить ответвления или установить в систему исполнительные элементы, такие как клапаны или закрываемые отверстия. При этом под концами труб понимают не только концы жестких труб, но и концы трубопроводов любого типа, а также присоединительные патрубки.
Системы трубопроводов, например, циркуляционный контур охлаждающей среды механического транспортного средства, часто заполняют жидкостью, при этом, как правило, требуется удаление воздуха из системы. В циркуляционном контуре охлаждающей среды механического транспортного средства удаление воздуха осуществляют, например, посредством снятия закрывающего колпачка с воздуховыпускного канала, который снова закрывают лишь тогда, когда из него выступает охлаждающая жидкость. Благодаря применению закрывающего колпачка можно герметично закрыть воздуховыпускной канал, что требуется, в частности, в процессе заполнения жидкостью путем ее всасывания.
Однако использование закрывающего колпачка требует определенных действий со стороны обслуживающего персонала.
В основу изобретения положена задача создать соединительный элемент, который обеспечивает возможность полностью автоматического и вакуумплотного удаления воздуха.
Согласно изобретению, эта задача решена посредством того, что проходное отверстие воздуховыпускного канала закрыто гигроскопичным уплотнением, а последовательно с гигроскопичным уплотнением и проходным отверстием расположен воздуховыпускной клапан, содержащий седло и клапанный элемент, установленный с возможностью подъема от седла под действием давления в соединительном канале.
Под проходным отверстием можно понимать отверстие воздуховыпускного канала, расположенное вне соединительного канала, т.е. выходящее в окружающее пространство. Благодаря применению гигроскопичного уплотнения можно обеспечить, чтобы выпуск воздуха был возможен, но жидкость вытекать не могла. Гигроскопичное уплотнение способно впитывать жидкость и при необходимости снова ее отдавать. Однако одно гигроскопичное уплотнение не обеспечивает герметичного закрывания воздуховыпускного канала. При этом под герметичным уплотнением следует понимать такое уплотнение, которое допускает возникновение разрежения в соединительном канале, т.е. обладает достаточной герметичностью. Эта герметичность обеспечена при помощи воздуховыпускного клапана, клапанный элемент которого может подниматься от седла клапана под действием давления в соединительном канале или может присасываться к седлу в результате разрежения, плотно прилегая к нему. Таким образом, благодаря этому возможно создание разрежения в соединительном канале, а удаление воздуха достигается путем подъема клапанного элемента от седла и прохождения через гигроскопичное уплотнение. Действий обслуживающего персонала для этого не требуется. Благодаря последовательному расположению воздуховыпускного клапана и гигроскопичного уплотнения, т.е. их расположению друг за другом, среда, которая будет протекать через воздуховыпускной канал из соединительного канала, должна проходить как через воздуховыпускной клапан, так и через гигроскопичное уплотнение.
Особенно предпочтительно, чтобы клапанный элемент был нагружен усилием, действующим в направлении закрывания, например, усилием пружины. Благодаря этому воздуховыпускной клапан удерживается в нормально закрытом положении. Клапанный элемент может опускаться на седло под действием силы тяжести. Благодаря применению пружины, которая нагружает клапанный элемент в направлении закрывания, могут быть относительно точно установлены усилия, требующиеся для открывания воздуховыпускного клапана, в частности, требуемое избыточное давление в соединительном канале. Одновременно благодаря пружине повышается надежность прилегания клапанного элемента к седлу клапана, что выгодно для тех вариантов применения, когда имеет место вибрация.
Гигроскопичное уплотнение предпочтительно расположено в полой цилиндрической вставке, установленной в патрубке корпуса. Благодаря этому не требуется изготовление корпуса с высокой точностью. Достаточно сравнительно точно разместить гигроскопичное уплотнение во вставке. Вставка может быть запрессована, ввинчена или вварена в корпус. В другом варианте выполнения вставка установлена в корпусе с возможностью перемещения. Между вставкой и корпусом может быть предусмотрено дополнительное уплотнение, которое расположено, например, на торцевой стороне вставки и при установленной вставке находится между ее торцевой стороной и корпусом. Уплотнение может быть также радиальным уплотнением. При вваривании вставки в корпус соединительного элемента дополнительное уплотнение не требуется.
Особенно предпочтительно, чтобы одна торцевая сторона вставки была закрыта колпачком. Таким образом, полая цилиндрическая вставка закрыта колпачком на своей стороне, обращенной от корпуса. Благодаря этому удаление воздуха происходит только через проходное отверстие. Перед надеванием колпачка можно беспрепятственно установить гигроскопичное уплотнение, при этом вставка на том конце, которым она вставляется в корпус, может иметь выступающий внутрь фланец, к которому прилегает гигроскопичное уплотнение. Вставка вместе с уплотнением и колпачком представляет собой компактный узел, удобный в обращении.
Выпускное отверстие предпочтительно расположено в периферийной стенке вставки. Таким образом, выпуск воздуха осуществляется не просто в прямом направлении, а происходит изменение направления примерно на 90°. Благодаря этому затрудняется проникновение жидкости.
Гигроскопичное уплотнение предпочтительно содержит несколько уплотнительных дисков. Поскольку уплотнительных дисков несколько, можно сравнительно точно согласовать размеры гигроскопичного уплотнения с внутренним пространством полой цилиндрической вставки. При этом благодаря свободному поперечному сечению уплотнительных дисков достигается длинение воздуховыпускного канала.
Воздуховыпускной канал предпочтительно имеет входной участок, ведущий в соединительный канал. Входной участок может быть выполнен, например, в форме дросселирующего участка, т.е. его внутренний диаметр может быть меньше диаметра примыкающего воздуховыпускного канала. Благодаря этому отверстие, ведущее в соединительный канал, может быть относительно малым, вследствие чего предотвращается чрезмерное вытекание жидкости. Для выпуска воздуха требуется относительно малое отверстие.
Клапанный элемент предпочтительно имеет выступ, который проходит через входной участок, причем при необходимости длина выступа больше, чем рабочий ход клапанного элемента. Благодаря выступу клапанный элемент направляется также и на входном участке. Выступ закрывает большую часть поперечного сечения входного участка, так что в итоге открытое поперечное сечение и, таким образом, отверстие соединительного канала, будет сравнительно малым. Поэтому может вытекать лишь сравнительно малое количество жидкости, которая без проблем может впитываться гигроскопичным уплотнением.
Воздуховыпускной канал предпочтительно имеет направляющий участок, при этом диаметр входного участка меньше диаметра направляющего участка, а седло клапана образовано уступом между направляющим участком и входным участком. Диаметр направляющего участка может быть достаточно большим, чтобы по нему мог беспрепятственно перемещаться клапанный элемент. Благодаря уменьшению диаметра входного участка ослабление корпуса, и в частности, отверстие, ведущее в соединительный канал, будет малым. Это благоприятно в отношении создания хорошего уплотнения. Благодаря выполнению седла клапана посредством уступа между направляющим участком и входным участком оно может быть интегрировано в корпус без больших затрат. При этом уступ образован в результате уменьшения диаметра входного участка по сравнению с диаметром направляющего участка.
Целесообразно, что клапанный элемент направляется на направляющем участке. В этом случае клапанный элемент может быть просто вставлен в направляющий участок воздуховыпускного канала, а во время движения он направляется посредством направляющего участка. Например, клапанный элемент опирается в радиальном направлении на периферийные стенки на направляющем участке. Благодаря соответствующей нерегулярности клапанного элемента может быть обеспечена возможность удаления воздуха между клапанным элементом и периферийными стенками направляющего участка. Возможно также изготовление клапанного элемента с таким большим люфтом, что между ним и периферийными стенками направляющего участка всегда имеется достаточный воздушный зазор.
Седло клапана предпочтительно имеет форму воронки, а клапанный элемент имеет коническую поверхность прилегания. Таким образом, между седлом и клапанным элементом при их прилегании друг к другу образуется поверхность контакта. Это благоприятно в отношении достигаемой герметичности. Достигаемая герметичность может быть дополнительно увеличена в результате того, что клапанный элемент и/или корпус изготовлены из относительно мягкого или упругого материала и при прилегании клапанного элемента к седлу происходит упругая деформация.
Вторая торцевая сторона вставки предпочтительно образует упор для клапанного элемента. В этом случае рабочий ход клапанного элемента в направлении открывания ограничен с помощью вставки. Благодаря этому возможно относительно простое выполнение воздуховыпускного канала. Одновременно, вставкой определяется рабочий ход и благодаря ней предотвращается утеря клапанного элемента.
Соединительные концы расположены друг относительно друга предпочтительно под углом более 0°, в частности под углом 90°. Благодаря этому соединительный элемент можно установить так, что воздуховыпускной клапан будет находиться в наиболее высоком месте.
Один из соединительных концов может быть выполнен в виде вставного элемента, а другой соединительный конец - в виде приемного элемента. Это упрощает соединение соединительного элемента с концами труб.
Воздуховыпускной канал предпочтительно проходит в направлении, параллельном одному из соединительных концов. При этом установка воздуховыпускного канала и вставки возможна относительно простым образом, посредством фиксации соединительного конца. Усилия, требующиеся для установки, непосредственно передаются на проходящий параллельно соединительный конец.
Воздуховыпускной канал предпочтительно смещен относительно соединительного конца. Благодаря этому клапанный элемент, даже если его толкатель проходит через воздуховыпускной канал вплоть до соединительного канала, не подвергается обтеканию основным потоком жидкости в соединительном канале, что могло бы привести к нежелательному открыванию воздуховыпускного клапана. Таким образом, благодаря смещению воздуховыпускного канала повышается надежность.
Клапанный элемент предпочтительно образован колпачком. В результате уменьшается количество отдельных элементов. Путем перемещения колпачка относительно патрубка корпуса осуществляется открывание или закрывание воздуховыпускного клапана. Благодаря этому уже снаружи можно легко определить, открыт или закрыт Воздуховыпускной клапан. В этом варианте выполнения седло, которое вместе с клапанным элементом или с колпачком, образует Воздуховыпускной клапан, расположено, по ходу потока, за гигроскопичным уплотнением и проходным отверстием. Таким образом, среда, вытекающая из соединительного канала через воздуховыпускной канал, должна сперва пройти через гигроскопичное уплотнение, а затем через воздуховыпускной клапан.
Особенно предпочтительно, чтобы вставка была соединена с колпачком и установлена в корпусе с возможностью линейного перемещения, а между вставкой и корпусом было расположено радиальное уплотнение. При этом проходное отверстие может быть выполнено, например, в месте соединения вставки с корпусом. Благодаря вставке осуществляется направление колпачка или клапанного элемента, а благодаря указанному радиальному уплотнению среда не может обойти гигроскопичное уплотнение между вставкой и корпусом даже при их перемещении друг относительно друга.
Колпачок предпочтительно выполнен в виде стакана и имеет дно и периферийную стенку, а между наружной стенкой патрубка и внутренней стороной стенки расположено кольцевое уплотнение. Периферийная стенка колпачка окружает патрубок корпуса, в котором направляется вставка. Проходное отверстие защищено стенкой от воздействия окружающей среды. Одновременно направление колпачка может осуществляться путем взаимодействия стенки с наружной стенкой патрубка.
Когда клапанный элемент находится в положении открытия, кольцевое уплотнение предпочтительно прилегает либо к внутренней стороне, либо к наружной стенке, а когда клапанный элемент находится в положении закрытия, оно прилегает как к внутренней стороне, так и к наружной стенке. Таким образом, в положении открытия кольцевое уплотнение не выполняет функцию уплотнения, а в положении закрытия обеспечивается дополнительное уплотнение. То есть в положении закрытия обеспечивается герметичное закрывание.
В стенке предпочтительно выполнены прорези, которые при необходимости плотно закрыты в положении закрытия посредством кольцевого уплотнения. В положении открытия прорези кольцевым уплотнением не закрыты. Благодаря прорезям может осуществляться контролируемое вытекание воздуха из воздуховыпускного канала, а кольцевое уплотнение обеспечивает возможность герметичного закрывания.
Ниже со ссылками на чертежи описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения. На чертежах:
фиг.1 изображает поперечный разрез первого варианта выполнения соединительного элемента, содержащего воздуховыпускной клапан,
фиг.2 - поперечный разрез второго варианта выполнения соединительного элемента с воздуховыпускным клапаном в положении закрытия,
фиг.3 - соединительный элемент согласно фиг.2 в аксонометрии,
фиг.4 - соединительный элемент согласно фиг.2 в положении открытия и
фиг.5 - соединительный элемент согласно фиг.4 в аксонометрии.
На фиг.1 показан поперечный разрез соединительного элемента 1, который имеет первый соединительный конец 2 и второй соединительный конец 3, между которыми образован соединительный канал 4. Таким образом, через соединительный элемент 1 или через соединительный канал 4 могут проходить жидкости. Соединительный конец 2 выполнен в виде приемного конца, в который может быть вставлен конец трубы. Соединительный конец 3 выполнен в виде вставного конца, который может быть вставлен в конец трубы, выполненный соответствующим образом, например, в шланг.
Для надежного соединения с концом трубы соединительный конец 3 на своей наружной стороне снабжен пилообразной структурой 5. Соединительный конец 2 на своей внутренней стороне снабжен пружинным стопорным кольцом 6 и уплотнительным кольцом 7. На наружной стороне соединительного конца 2 имеется фиксирующий выступ 8. Эти элементы известным образом служат для герметичного присоединения конца трубы к соединительному элементу 1.
В показанном варианте выполнения соединительные концы 2, 3 расположены друг относительно друга под углом 90°. Возможны также другие варианты расположения, например, соединительные концы 2, 3 могут быть ориентированы параллельно друг другу, в частности соосно друг другу.
В корпусе 9 соединительного элемента 1 предусмотрен воздуховыпускной канал 10, который входит в соединительный канал 4 и соединяет его с окружающей средой. Воздуховыпускной канал 10 имеет входной участок 11 и направляющий участок 12. Входной участок 11 расположен вблизи соединительного канала 4, а диаметр входного участка 11 меньше диаметра направляющего участка 12.
В воздуховыпускном канале 10 установлен воздуховыпускной клапан 13, содержащий клапанный элемент 14 и седло 15. В данном варианте выполнения седло 15 образовано уступом, который получается вследствие уменьшения диаметра входного участка 11 относительно направляющего участка 12. Клапанный элемент 14 в данном варианте выполнения нагружен в направлении закрывания силой тяжести. Клапанный элемент 14 направляется на направляющем участке 12 воздуховыпускного канала 10, причем он подпирается в радиальном направлении и может перемещаться в осевом направлении относительно воздуховыпускного канала 10.
Клапанный элемент 14 имеет выступ 17, который проходит через входной участок 11 вплоть до соединительного канала 4.
Седло 15 клапана имеет форму воронки, а клапанный элемент 14 имеет соответствующую поверхность прилегания для контакта с седлом. Таким образом, в частности, если клапанный элемент и корпус выполнены из разных материалов, один из которых более мягкий, достигается очень хорошая герметичность.
Проходное отверстие 18 воздуховыпускного канала 10 выполнено в периферийной стенке 19 полой цилиндрической вставки 20, которая ввинчена в патрубок корпуса 9. Воздуховыпускной канал 10 проходит через эту вставку. Во внутренней полости вставки 20 находится гигроскопичное уплотнение 21, закрывающее проходное отверстие 18. Гигроскопичное уплотнение 21 образовано несколькими уплотнительными дисками 21a-21f. Центральные круглые отверстия уплотнительных дисков 21a-21f служат для удлинения воздуховыпускного канала 10. Воздуховыпускной клапан 13 расположен в направлении потока перед проходным отверстием 18 и гигроскопичным уплотнением 21.
Первая торцевая сторона 22 вставки 20 закрыта герметично для жидкости колпачком 23, который навинчен на вставку 20 или приварен к ней. Колпачок 23 имеет форму стакана и закрывает периферийной стенкой проходное отверстие 18, что предотвращает загрязнение проходного отверстия 18 снаружи.
На второй торцевой стороне 24 вставки 20, вставленной в корпус 9, установлено уплотнительное кольцо 25, которое уплотняет соединение между вставкой 20 и корпусом 9 в осевом направлении.
Корпус 9 может быть выполнен из пластмассы или из металла. Вставка 20 и клапанный элемент 14 тоже могут быть выполнены из металла или из пластмассы. Гигроскопичное уплотнение может, например, содержать целлюлозу.
При возникновении в соединительном канале 4 разрежения или вакуума клапанный элемент 14 всасывается и плотно прилегает к седлу 15, герметично закрывая воздуховыпускной канал 10. Клапанный элемент 14 может подниматься от седла 15 под действием небольшого избыточного давления, так что находящийся воздух может вытекать через воздуховыпускной канал и проходное отверстие 18, так как гигроскопичное уплотнение 21 представляет собой лишь относительно небольшое препятствие для воздуха. Однако для жидкости, которая могла бы вытекать вместе с воздухом, гигроскопичное уплотнение 21 является значительным препятствием. Так как благодаря малым воздушным зазорам между клапанным элементом и направляющей участком или между выступом и входным участком имеется лишь сравнительно малое свободное поперечное сечение, то до гигроскопичного уплотнения 21 может доходить лишь малое количество жидкости, которая беспрепятственно поглощается этим уплотнением. Таким образом, надежно предотвращается вытекание жидкости через соединительный элемент и в то же время обеспечивается автоматический выпуск воздуха. Одновременно обеспечивается вакуумплотное закрывание воздуховыпускного канала.
На фиг.2 показан другой предпочтительный вариант выполнения соединительного элемента 1. Вставка 20 вставлена в патрубок 26 корпуса 9 с возможностью перемещения. Клапанный элемент 14 и колпачок 23 выполнены как единый конструктивный элемент. Первая торцевая сторона патрубка 26 образует седло 15 клапана. Таким образом, воздуховыпускной клапан 13, содержащий клапанный элемент 14 и седло 15, установлен последовательно за гигроскопичным уплотнением 21 и проходным отверстием 18. Между внутренней стороной 28 периферийной стенки 27 колпачка 23, имеющего форму стакана, и наружной стенкой 29 патрубка 26 расположено кольцевое уплотнение 30. В показанном положении закрытия кольцевое уплотнение 30 прилегает как к внутренней стороне 28, так и к наружной стенке 29, и таким образом, создает уплотнение между патрубком 26 и колпачком 23.
Проходное отверстие 18 выполнено в месте соединения торцевой стороны 22 вставки 20 с дном 31 колпачка 23. Например, для этого между вставкой 20 и колпачком 23 предусмотрено соединение, не являющееся непроницаемым для жидкости.
На фиг.3 показан соединительный элемент 1 в аксонометрии с воздуховыпускным клапаном 13 в положении закрытия. Колпачок 23 или его стенка 27 почти прилегает к наружной оболочке 32 соединительного канала 4 или к корпусу 9. Таким образом, визуально можно легко определить, что воздуховыпускной клапан находится в положении закрытия.
В стенке 27 выполнены прорези 33, через которые может выходить воздух из воздуховыпускного канала 10.
На фиг.4 показан соединительный элемент 1 согласно фиг.3 в положении открытия. Колпачок 23 и вставка 20, в которой расположено гигроскопичное уплотнение 21, выдвинуты из корпуса 9 или из патрубка 26, так что между дном 31 колпачка 23, образующего клапанный элемент 14, и седлом 15 клапана освобождается проходное поперечное сечение. Поэтому воздух, который поступает через гигроскопичное уплотнение 21 и проходное отверстие 18, может вытекать через зазор между клапанным элементом 14 и седлом 15 и прорези 33 наружу, в окружающую среду. Кольцевое уплотнение 30 этому не препятствует, так как оно прилегает только к наружной стенке 29 патрубка 26. Перемещение кольцевого уплотнения 30 в результате перемещения колпачка 23 предотвращается тем, что оно находится в кольцевой канавке 34.
Для ограничения линейного перемещения колпачка 23 относительно корпуса 9 в патрубке 26 выполнен упор 35, который взаимодействует с соответствующими зацепами 36 стенки 27.
Прорези 33 расположены в области выемки 38 внутренней стороны 28, так что в положении открытия они доступны, а в положении закрытия они закрыты кольцевым уплотнением 30.
На фиг.5 показан соединительный элемент 1 в положении открытия. Видно, что колпачок 23 находится на расстоянии от наружной оболочки 32. Таким образом, снаружи легко определить, что воздух еще не полностью удален из соединительного канала 4.