Разъемное герметичное соединение типа "ласточкин хвост"
DETACHABLE TIGHT CONNECTION OF "DOVETAIL" TYPE

Изобретение относится к области машиностроения, а конкретно к герметичному соединению деталей, в частности труб трубопроводов водоснабжения ЖКХ, технологических трубопроводов машин и оборудования, как правило, небольшого диаметра до Dy25. Применение разъемных герметичных соединений (РГС) сопровождается частой сборкой-разборкой с целью ремонта, подключения и переключения оборудования или монтажа и демонтажа различных приспособлений, например, гидравлических магистралей различных инструментов строительной техники, быстромонтируемых трубопроводов водоснабжения и технологических жидкостей. При этом РГС не только позволяют быстро разбирать-собирать трубопроводы, но и делать это без применения специальных приспособлений и инструментов.
Наиболее широкое применение получили неподвижные РГС (Божко Г.В. Разъемные герметичные соединения. Вестник ТГТУ, 2010, т.16, №2, с. 404-417). В виду статики их работы они обеспечивают высокий уровень герметичности соединения. По механическим свойствам материала уплотнителя все неподвижные РГС могут быть отнесены к РГС с пластическим или упругим уплотнением; по конструкции - к фланцевым, муфтовым и сальниковым; по способу нагружения - к соединениям принудительного типа или самоуплотняющимся (Продан В.Д. Техника герметизации разъемных соединений. -М.: Машиностроение, 1991.-160 с. ).
Известно соединение типа «Ласточкин хвост», содержащее соединяемые детали и средство для предотвращения перемещения, выполненное в виде клина, а для деталей цилиндрической формы в виде втулки, охватывающей трубные детали на участке соединения. При всей простоте конструкции собственно соединения цилиндрических деталей, необходимо дополнительно предусматривать сложные конструкции принудительного типа для обеспечения герметичности соединения типа «ласточкин хвост». Это является одной из причин, что соединение «ласточкин хвост» не нашло широкого применения в неподвижных РГС.
2
Известно соединение типа «Ласточкин хвост» (А.С. 524931, заявка №2162269/27 от 16.07.1975, опубликовано 15.08.1976 г., М.Кл. F16B 2/14), принятое за прототип. Соединение содержит соединяемые детали с буртами, концы деталей охвачены втулкой, соединенной с фланцем и имеющей внутренний кольцевой уступ, в который одним концом упирается пружина, поджимающая через кольцевой уступ к бурту конец одной из деталей, а другим концом упирается в бурт второй детали. Таким образом, втулка препятствует горизонтальному перемещения концов деталей из зацепления, а пружина обеспечивает дополнительное, более плотное, зацепление вдоль оси зацепления за счет уменьшения осевого люфта и увеличения трения между концами деталей. Кроме того, подпружиненная втулка позволяет легко осуществлять монтаж-демонтаж соединяемых деталей без применения инструмента: за счет осевого усилия подпружиненная втулка выводится из зоны соединения концов деталей, последние смещают относительно друг друга поворотом в горизонтальной плоскости, осуществляя разъединение деталей. После чего, втулку освобождают, и она перемещается обратно в исходное положение под действием пружины до упора фланца в бурт детали. Таким образом, фланец предназначен для улучшения центровки соединяемых деталей и обеспечения постоянной готовности к монтажу узла соединения при хранении или транспортировке. К недостаткам этого решения можно отнести - соединение не предназначено для герметичного соединения трубной продукции.
Целью изобретения является создание РГС для соединения трубных деталей на базе соединения типа «ласточкин хвост».
Техническим результатом изобретения является обеспечение герметичности самоуплотняющегося типа соединения «ласточкин хвост» для трубной продукции при одновременной простоте монтажа-демонтажа соединяемых деталей без применения инструментов и специальных приспособлений.
Технический результат достигается тем, что разъемное герметичное соединение типа «ласточкин хвост», содержащее соединяемые детали трубной продукции, выполненные с буртами и средство для предотвращения перемещения, выполненное в виде втулки с внутренним выступом и со съемным фланцем, охватывающей соединяемые детали на участке между буртами, между выступом и буртом одной из соединяемых деталей помещена поджатая пружина, особенностью является то, что между внутренним выступом втулки и буртом второй детали помещена уплотняющая втулка из упругого эластичного материала, охватывающая зону соединения деталей, которая под действием поджатой пружины деформируется от взаимодействия с буртом второй детали и самоуплотняет место соединения, при этом жесткость пружины значительно превышает жесткость упругого материала уплотнения.
На фигуре показано предлагаемое соединение в рабочем состоянии.
Герметичное разъемное соединение типа «ласточкин хвост» состоит из соединяемых трубных деталей 1 и 2 с буртами 3 и 4 соответственно. Соединяемые концы деталей 1 и 2 охвачены втулкой под фланец 5, имеющей внутренний кольцевой выступ 6. Внутри втулки 5, на участке соединения деталей 1 и 2 между буртом 3 и выступом 5, расположена втулка из упругого материала 7, например, из пористой резины с преимущественно закрытыми порами. Между уступом 6 и буртом 4 расположена пружина 8 в поджатом состоянии. К фланцу втулки 5 прикреплен винтами 10 фланец 9 ограничения движения втулки 5 и соответственно упругой втулки 7 в «зоне уплотнения».
В рабочем состоянии герметизации разъемного соединения типа «Ласточкин хвост» трубных деталей малых диаметров осуществляется следующим образом.
Монтажник прикладывает усилие на втулку 5, например, рукой, в направлении, указанном на чертеже стрелкой, и, сжимая пружину 8, освобождает участок соединения деталей 1 и 2. После этого конец детали 1 вводят в зацепление с концом детали 2, смещая его относительного другого конца в направлении перпендикулярном плоскости чертежа. Затем освобождают втулку 5 и она, под действием сжатой пружины. перемещается в сторону соединения. Находясь в поджатом состоянии между буртом 4 и выступом 6, пружина 8 продолжаете давить на упругую втулку 7, сжимая ее между выступом 6 и буртом 3 детали 1 и, за счет упругой деформации, самоуплотняет стык соединения деталей 1 и 2 в «зоне уплотнения», герметизируя его.
1
2
1
2
Для качественного уплотнения стыка жесткость пружины 8 (коэффициент Гука) подбирается таким образом, чтобы значительно превышать жесткость упругого материала втулки 7. При последовательном соединении упруго деформированных тел жесткость пружины k и упругой втулки k подбирается по формуле: k=1/k+1/k=const.
При изготовлении опытного образца устройства, применение пористого резиноподобного материала - эластомера с преимущественно закрытыми порами, позволило гарантированно обеспечить это условие и качественное герметизацию стыка с трубными заготовками деталей Ду15 на давлении опрессовки водой в 10 атм. В качестве эластомера применялась пористая (губчатая) автоклавная резина марки Р-29, ТУ 38105121-91, в склеенном состоянии с толщиной пластин 12-15 мм. С помощью специального инструмента из пластин вырубались втулки 7 и размещались между выступом 5 и буртом 3. Если в деформированном состоянии втулка 7 не охватывала всю зону уплотнения, то помещались дополнительные втулки (шайбы) из того же материала вплоть до выполнения этого условия по герметизации стыка соединяемых деталей.
Для соединения трубных деталей машинного оборудования с рабочим диапазоном температур жидкостей до 250С° следует использовать термостойкий герметизирующий резиноподобный материал типа ВР-32-1 или ФКС, представляющих собой композицию на основе эластомера и минерального наполнителя (сажей, цинковыми белилами и т.п.) не испытывающих воздействие топливных масел.
Одновременно с самоуплотнением стыка соединения, деформируемая упругая втулка 7 поддавливает через бурт 3 на деталь 1, тем самым выбирает люфт в стыке между защепляемыми деталями и увеличивает плотность стыка за счет сил трения.
Разборку соединения осуществляют следующим образом.
Втулку 5 перемещают по направлению, показанному на чертеже стрелкой, пока участок соединения не выйдет за ее пределы. После этого детали 1 и 2 смещают относительно другу друга в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа. Освобожденная втулка 5 под действием пружины 8 возвращается в исходное состояние до тех пор, пока фланец 9 не упрется в бурт 4 соединяемой детали 2. Таким образом, узел крепления остается в собранном состоянии и готов для следующей операции соединения деталей 1 и 2. При этом оба упругих элемента узла соединения остаются в максимально возможном свободном (разжатом) состоянии, что препятствует условиям их старения - росту усталости металла и возникновению остаточной деформации.
Предлагаемое РГС позволяет легко производить монтаж-демонтаж соединения труб небольшого диаметра вручную без применения специальных инструментов.