Врезное кольцо

Предлагаемая полезная модель относится к резьбовым трубным соединениям с врезным кольцом и предназначена для применения в области машиностроения и других отраслях промышленности, где применяются трубопроводные соединения в гидро- и пневмосистемах, работающих под высоким давлением.
Производители врезных колец ориентируются на стандарты DIN 3861 и DIN 2353 и ISO 8434-1. Основные размеры стандартов выдерживаются всеми производителями. Но в отношении внутренней геометрии врезных кромок кольца особых ограничений нет. Поэтому производители разработали собственные варианты решения врезных кромок, которые являются их интеллектуальной собственностью.
Известен аналог заявляемой полезной модели - это действующий ГОСТ 23354-87 «Соединения трубопроводов резьбовые. Кольца врезающиеся». Данное соединение на одном конце соединяемого трубопровода имеет штуцер с внутренней уплотнительной конической полостью с углом 24°. На конец соединяемого трубопровода надеваются накидная гайка и врезное кольцо. Врезное кольцо имеет утолщенную заднюю часть в виде кольцевого выступа, который имеет приемный конус с углом 90° (с торцевой части для улучшения контакта с ответной конической полостью накидной гайки, а в своей передней части рабочую кромку, врезающуюся в трубопровод под воздействием рабочей (герметизирующей) конической полости штуцера при выполнении соединения.
Недостатками данного соединения являются наличие только одной кромки врезания в трубу, увеличение аксиального усилия зажима при сборке, а также относительно слабый эффект самоторможения. Это может привести к более низкой герметизации соединения, ослаблению зажима соединения (особенно при наличии вибрации или циклических пульсациях давления, т.е. возможно возникновение ситуации разгерметизации и, как следствие, “подтягивания” соединения).
Известно соединение трубопроводов по патенту №2180067 (F16L 19/08, опубл. 27.02.2002 Бюл. №6). Устройство содержит штуцер, накидную гайку и врезное кольцо с рабочей кромкой в передней части, выполненной с криволинейными внешней и внутренней поверхностями, связанными между собой переходной поверхностью, с рабочей кромкой, образованной в месте пересечения внешней поверхности врезающегося кольца и переходной поверхности. Задняя часть кольца выполнена с бандажом, в качестве которого использована отбортованная наружу часть кольца.
Недостатками данного решения являются наличие только одной кромки врезания и технологическая сложность изготовления бандажной части.
Задача предлагаемой полезной модели - повышение герметичности и эксплуатационной надежности соединения трубопроводов в гидравлических трубопроводных соединениях.
Технический результат заключается в равномерном распределении сил, действующих на врезное кольцо при затяжке.
Указанный технический результат достигается тем, что врезное кольцо включает режущие кромки и стопорный профиль, угол режущей поверхности передней режущей кромки выполнен меньшим, чем угол режущей поверхности последующей режущей кромки, разница углов режущих поверхностей передней и последующей режущих кромок составляет по большей мере 2 градуса, при этом стопорный профиль выполнен с возможностью ограничения врезания режущих кромок, а врезное кольцо выполнено карбонитрированным.
Режущие кромки обеспечивают возрастающий момент при затяжке врезного кольца. Ощутимая точка конечной сборки содействует безопасности сборки, а мультифункциональная геометрия кольца предотвращает чрезмерную затяжку.
Благодаря пружинному эффекту кольца отпадает необходимость в повторном подтягивании гайки. По завершении сборки достигается упругое напряжение врезного кольца, которое компенсирует зазоры резьбы и врезного кольца в месте его врезания.
Предлагаемое устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано врезное кольцо, на фиг. 2 - в сборе с фитингом, на фиг. 3 - схемы фитинга до зажатия гайки и после, на фиг. 4 - эпюра нагрузок на врезное кольцо (в том числе на уплотняющие поверхности).
Врезное кольцо имеет по меньшей мере две режущие кромки А и В, а также стопорный профиль С. Для антикоррозионной стойкости и поверхностной твердости до 600 HV кольцо подвергают карбонитрированию.
Устройство работает следующим образом.
Накидная гайка и врезное кольцо последовательно надеваются на конец трубы (фиг. 1). Режущие кромки А и В врезного кольца должны быть обращены в сторону конца трубы. Конец трубы плотно вставляется в корпус соединения (фитинга) до упора. Закручивается накидная гайка вручную до тех пор, пока она не станет плотно прилегать к врезному кольцу. При помощи соответствующего гаечного ключа затягивается накидная гайка на 1,25 оборота. При этом врезное кольцо равномерно врезается в трубу благодаря тому, что угол режущей поверхности режущей кромки А выполнен меньшим, чем угол режущей поверхности режущей кромки В, поэтому передняя режущая кромка A врезается в трубу до того, как начинает врезаться последующая режущая кромка В. Например, угол режущей поверхности режущей кромки А может составлять 76 градусов, а угол режущей поверхности режущей кромки В - 78 градусов. Диапазон углов режущих поверхностей передней режущей кромки А и следующей режущей кромки В составляет ±2 градуса. После этого накидная гайка откручивается для проведения визуального осмотра после сборки - перед режущей кромкой А врезного кольца должно четко просматриваться поднятие материала трубы - буртик G. Затем происходит окончательная сборка. Во время повторной сборки накидная гайка затягивается с такой же силой, как и во время первоначальной сборки. Собранный конец трубы вставляется в конус 24° корпуса соединения (фитинга). Затягивается накидная гайка до заметного увеличения прилагаемого усилия, затем завершается сборка, накидная гайка затягивается еще на 1/4 оборота. Как только обе режущие кромки А и В врежутся в трубу на необходимую глубину, дальнейшее движение прекращается стопорным профилем С. Благодаря конструкции режущих кромок А, В и стопорного профиля С все возникающие силы распределяются равномерно. Стопорный профиль С - это цилиндрическая поверхность, образующаяся в зоне плотного «пятна» контакта наружной поверхности трубы и упругодеформированного врезного кольца (без врезания в тело трубы). Равномерное распределение сил, действующих на врезное кольцо при затяжке, гарантирует повышенную безопасность, особенно при вибрации и нагрузках на сгибание. В местах врезки врезного кольца в трубу отсутствует вибрационная нагрузка.
После сборки видимый буртик G из материала трубы заполняет пространство перед передней режущей кромкой А. После сборки вследствие упругой деформации возникает небольшой радиальный изгиб наружу врезного кольца в точке F. Это дает эффект пружины, обеспечивающий постоянную компенсацию изгибных колебаний и усадочного эффекта резьбы фитинга (штуцера).
Материалом для изготовления врезных колец на данный момент выбран Сталь 20 ГОСТ 1050-88. По результатам моделирования нагрузок данная сталь удовлетворяет требованиям. Сталь должна иметь достаточную степень упругости для обеспечения эффекта пружины, но одновременно должна быть достаточно пластичной для принятия формы после врезки. По технологии изготовления предусмотрено покрытие колец - карбонитрирование. При этом обеспечивается хорошая антикоррозионная стойкость и поверхностная твердость до 600 HV (толщина слоя до 25 мкм).
Благодаря применению улучшенных материалов вкупе со специальной обработкой отдельных деталей фитинги могут быть использованы для рабочих давлений до 800 бар (тяжелая серия S) и 500 бар (легкая серия L).