УСТРОЙСТВО СИГНАЛИЗАЦИИ ОСЛАБЛЕНИЯ ЗАТЯЖКИ И БЛОКИРОВКИ САМООТВИНЧИВАНИЯ РЕЗЬБОВОГО СОЕДИНЕНИЯ
DEVICE FOR SIGNALLING TORQUE RETENSION LOSS AND BLOCKING THREADED CONNECTION SELF-UNSCREWING

Устройство относится к средствам индикации растягивающей нагрузки в крепежных деталях, учитывающим возможность разрушения от усталости материала, а также к средствам стопорения гаек.
При эксплуатации групповых резьбовых соединений, подверженных действию переменных нагрузок, наблюдается со временем ослабление затяжки отдельных болтов или шпилек вследствие пластических деформаций деталей соединения. Причиной этого может быть неравномерность затяжки при монтаже, неоднородность химического состава материала крепежных деталей, неравномерность распределения рабочей нагрузки между болтами. В результате, менее затянутые болты (шпильки) оказываются менее нагруженными, а более затянутые - перегруженными. В менее нагруженных резьбовых соединениях может произойти самоотвинчивание гаек. В перегруженных болтах при переменных нагрузках со временем появляются усталостные трещины, приводящие к полному разрушению болта. Практика эксплуатации групповых болтовых соединений показывает, что болты разрушаются поочередно в течение длительного периода времени, и когда суммарная площадь прочного сечения болтов достигнет критического значения, происходит внезапное разрушение последних рабочих болтов. Последствия таких внезапных разрушений катастрофичны. Наиболее ярким примером является катастрофа на Саяно-Шушенской ГЭС в 2009 году. Непосредственной причиной аварии явился обрыв шпилек крепления крышки гидротурбины.
К серьезным последствиям также может привести разрушение болтов крепления крышек цилиндров мощных судовых две и других крышек сосудов, находящихся под переменным давлением. Известны случаи падения стреловых поворотных грузоподьемных кранов из-за усталостного разрушения болтов крепления опорно-поворотного устройства.
Для предупреждения аварий, инструкциями по эксплуатации опасных промышленных объектов, предусматривается периодический контроль за состоянием затяжки ответственных резьбовых соединений и ультразвуковая диагностика материала болтов и шпилек. Однако эти меры не всегда эффективны из-за нарушений правил эксплуатации и технического обслуживания. Кроме того, усталостное разрушение может произойти и в период между плановыми ремонтами или ТО. Поэтому необходимы устройства, обеспечивающие непрерывный контроль за состоянием затяжки ответственных резьбовых соединений во время эксплуатации.
Известны способы контроля затяжки с помощью динамометрических ключей и упругих шайб. Однако эти методы не обеспечивают непрерывного контроля затяжки во время эксплуатации. Известно также устройство индикации нагрузки по патенту WO 2014106752. Недостатком этого устройства является сложная конструкция гайки с датчиком деформации, а также наличие дополнительных факторов концентрации напряжений в теле гайки. Кроме того, названное устройство не препятствует самоотвинчиванию гайки.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство блокирования и индикации ослабления затяжки по патенту US 2015/0078855. Недостатком этого устройства является визуальная индикация самоотвинчивания по положению флагов (flags), установленных на гайки, а установка фиксирующей полосы с двумя зубчатыми кольцами на концах на соседние гайки требует дополнительного подкручивания или отвинчивания гаек после нормированной затяжки динамометрическим ключом, что неизбежно приведет к различным уровням затяжки соседних шпилек (болтов).
Целью изобретения является создание простого и надежного устройства электрической сигнализации ослабления затяжки резьбового соединения и блокирования самоотвинчивания гаек, обеспечивающего непрерывный контроль во время эксплуатации путем подачи электрического сигнала на панель аварийно-предупредительной сигнализации.
Поставленная цель достигается путем применения устройства, содержащего два зубчатых кольца с флагами, установленных на соседние гайки, пружинный натяжитель, состоящий из пружины сжатия и болта с шайбой и гайкой, а также микровыключатель, включенный в цепь аварийно-предупредительной сигнализации. При этом оси флагов установлены в положение, близкое к параллельному, и направлены встречно, а на концах флагов имеются отверстия, в которые вставлен болт пружинного натяжителя, а на одном из флагов установлен микровыключатель так, что между кнопкой микровыключателя и вторым флагом образуется небольшой зазор. Кроме того, флаги зубчатых колец взаимно расположены так, что векторы сил, приложенных со стороны натяжителя к флагам, создают моменты на гайках, направленные по часовой стрелке для правых резьб (или против часовой - для левых), а между зубчатыми кольцами и гайками установлены переходные шлицевые втулки, имеющие наружные треугольные шлицы, взаимодействующие со шлицами (зубцами) колец, и отверстия с шестью или двенадцатью гранями для взаимодействия с гранями гаек.
На фиг. 1 изображен общий вид устройства;
на фиг. 2 изображен вид устройства сбоку (вид А);
на фиг. 3 изображен разрез устройства В-В.
Устройство состоит из зубчатого кольца 1 с флагом 2, установленного на одну гайку резьбового соединения и зубчатого кольца 3 с флагом 4, установленного на соседнюю гайку, причем флаги 2 и 4 установлены навстречу друг другу и приблизительно параллельно, а между зубчатым кольцом 1 и гайкой установлена переходная шлицевая втулка 5, имеющая снаружи треугольные шлицы для взаимодействия со шлицами (зубьями) кольца, а отверстие втулки 5 имеет 6 или 12 граней для взаимодействия с гранями гаек. Аналогичная переходная шлицевая втулка 6 установлена между зубчатым кольцом 3 и гайкой, на которую это кольцо установлено. На концах флагов 2 и 4 имеются отверстия, в которые с зазором установлен болт пружинного натяжителя 7. Зазор между болтом и отверстиями допускает небольшие перекосы оси болта относительно флагов. Пружина сжатия 8 натяжителя упирается одним концом во флаг 4, а другим концом - в шайбу 9, удерживаемую регулировочной гайкой 10.
Применение переходных многошлицевых втулок позволяет уменьшить отклонение от параллельности флагов. Так при количестве шлицев z=80, отклонение от параллельности флагов не превысит 360°/z=4.5, что вполне достаточно для выполнения почти параллельного расположения флагов, которое исключает перекос натяжителя и обеспечивает максимальный момент затяжки на гайках. При этом блокирование самоотвинчивания возможно только при таком взаимном расположении флагов, при котором векторы сил, приложенных со стороны натяжителя к флагам, будут создавать моменты на гайках, направленные по часовой стрелке (для правых резьб). На флаге 2 неподвижно закреплен микровыключатель 11 с кнопкой 12 и электрическими контактами 13, включенными в сеть аварийно-предупредительной сигнализации (не показана). Между кнопкой 12 микровыключателя и упорной частью флага 4 при монтаже обеспечивается небольшой зазор.
Устройство работает следующим образом. При ослаблении затяжки, вследствие пластических деформаций или усталостного разрушения деталей соединения, под действием пружины 8 натяжителя происходит сближение флагов 2 и 4, в результате чего флаг 4 нажимает на кнопку 12 микровыключателя. При замыкании контактов 13 микровыключателя, через электрическую цепь подается сигнал на панель аварийно-предупредительной сигнализации. Устройство исключает самоотвинчивание гаек благодаря постоянному действию моментов затяжки на гайках создаваемых пружинным натяжителем. Величина момента затяжки регулируется гайкой 10.