СОЕДИНЕНИЕ ФЛАНЦЕВО-ХОМУТОВОЕ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к соединению трубопроводов, используемых в системе охлаждения двигателей внутреннего сгорания для очистки жидкости.
Известно быстроразъемное соединение напорных труб, содержащее трубы с фланцами на концах, стянутый крепежным элементом уплотнительный элемент, установленный между внутренними коническими поверхностями фланцев, при этом эластичный элемент выполнен в виде трехлучевого эластичного кольца, контактирующего одним лучом со стыком фланцев, а двумя другими - с их внутренней конической поверхностью (см. авт.св. №1252600, МПК 4F16L 37/00, 4F16L 19/03, опубликовано 23.08.1986).
Известно соединение трубопроводов для систем летательного аппарата, содержащее фланцы с U-образными законцовками, фиксирующие кольца, контактирующие друг с другом в плоскости разъема трубопроводов, и стяжной хомут, фиксирующие кольца установлены на внешней поверхности фланцев и выполнены на внутренней поверхности хомута (см. авт.св. №701204А1, МПК F16L 23/04 (1995.01), B64D 13/00 (1995.01), опубликовано 27.10.1996).
Известно фланцевое соединение двух труб системы выпуска отработавших газов ДВС, содержащее на концах труб фланцы, где один из фланцев имеет соединительную секцию, входящую в контакт с внутренней поверхностью второго фланца, причем между фланцами установлено уплотнительное кольцо, а фланцы закреплены между собой в осевом направлении при помощи стяжного хомута (см. патент на изобретение WO3067047A1, МПК F01L 7/18, F01N 7/18, F16L 37/12, F16L 37/12, опубликовано 14.08.2003).
Известно фланцевое соединение, содержащее, по крайней мере, два кольцевых упругих фланца с продольным сечением в форме крюка, загнутого внутрь трубопровода, контактирующих наружными поверхностями и стянутых хомутом, внутреннее центрирующее кольцо с бортиками и междуфланцевую прокладку, установленную в центрирующее кольцо, при этом фланцы установлены на бортики внутреннего кольца (см. патент на полезную модель №128694U1, МПК F16L 23/16 (2006.01), опубликовано 27.05.2013).
10
Известно хомутовое соединение труб с затяжными клиновыми скобами, обжимающими контактные поверхности концевых частей труб, между которыми установлено уплотнительное кольцо (см. авт.св. SU№263338, МПК F16L 33/06, опубликовано 04.11.1970).
Известно соединение быстроразъемное пластиковых труб, состоящее из двух фланцев, резинового уплотнительного кольца, устанавливаемого в канавке по торцам фланцев, хомута, собранного из двух шарнирно соединенных обечаек с ушками для клина, стягивающего обечайки, и стопорного пружинного кольца для шплинтовки клина, при этом к наружным торцам обоих фланцев жестко прикреплены конические патрубки с внешней резьбой (см. патент на полезную модель №77386U1, МПК F16L 37/15 (2006.01), опубликовано 20.10.2008).
Известно разъемное устройство для соединения тонкостенных труб, включающее муфту с резьбой, стяжные кольца и кольцевые твердые прокладки, поджатые стяжными кольцами навстречу одна другой, снабжено предохранительными шайбами, а на внутренней поверхности муфты выполнен упорный буртик, расположенный между тонкостенными трубами, причем предохранительные шайбы размещены со стороны стяжных колец и сопряжены с кольцевыми твердыми прокладками (см. патент на изобретение №2099625 С1, МПК F16L 49/00 (1995.01), опубликовано 20.12.1997).
Известно фланцевое трубное соединение, включающее фланцы, соединяемые трубы, эластичное уплотнение, устанавливаемое между фланцами, и средство для стягивания фланцев, при этом соединение снабжено дополнительным звеном, выполненным в виде трубы с большим диаметром, чем соединяемые трубы, на которых установлены плавающие фланцы с центральным отверстием и эластичные уплотнения (см. патент на изобретение №2280806 С1, МПК F16L 23/02 (2006.01), опубликовано 27.07.2006).
Известно соединение трубопроводов, содержащее втулки с выступами, жестко закрепленные на концах трубопроводов, эластичное кольцо, установленное между втулками, фланцы в виде соединенных между собой полуколец, насаженные на втулки с возможностью перемещения, упертые в выступы втулок и стянутые болтовыми соединениями, средство центрирования трубопроводов соединением типа шип-паз, при этом втулки выполнены с цилиндрическим выступом, образующим упор под фланцы, торец одной из втулок снабжен канавкой, в которой установлено эластичное кольцо, фланцы, выполненные в виде полуколец, насажены на втулки с возможностью центрирования трубопроводов и соединения полуколец между собой, кроме того, полукольца одного фланца выполнены с пазом в торце, полукольца второго фланца снабжены взаимодействующим с пазом шипом, причем полукольца одного фланца повернуты относительно полуколец другого фланца на шаг расположения болтовых соединений, стягивающих фланцы трубопроводов (см. патент на изобретение RU №2488733С1, МПК F16L 23/00 (2006.01), опубликовано 27.07.2013).
Известно устройство для подвижного соединения трубопроводов, содержащее гибкий трубопровод, например сильфон, соединенный с фланцами и расположенными снаружи гибкого трубопровода демпфирующими элементами, где демпфирующий элемент выполнен в виде укрепленной на одном из фланцев пластины с отверстием в центральной части, в котором с возможностью свободного перемещения установлена втулка, укрепленная на другом фланце, при этом к пластине прикреплен канат в виде петли, огибающей втулку, снабженную крыльями (см. патент на изобретение RU №2177580С1, МПК F16L 51/02 (2000.01), F01N 7/08 (2000.01), опубликовано 27.12.2001).
Известно соединение фланцево-хомутовое, содержащее два фланца, закрепленных на концах патрубков трубопровода, уплотнительный элемент в виде кольца, установленный в конических проточках, выполненных на сопрягаемых поверхностях фланцев, крепежный элемент в виде V-образного хомута, стягивающий фланцы по наружной поверхности, центрирующий элемент, расположенный в ступенчатых проточках, выполненных на внутренней поверхности фланцев, кроме того, дополнительно снабжено фильтрующим элементом, выполненным из перфорированного материала в виде полого корпуса, вершина которого направлена навстречу потоку фильтруемой жидкости и в сторону входной трубы, зону уловителя, образованную между фланцами, при этом центрирующий элемент выполнен в виде втулки, на которую опирается уплотнительный элемент (см. патент на полезную модель RU №185846U1, МПК F16L 19/02 (2006.01), F16L 23/02 (2006.01), B01D 35/02 (2006.01), опубликовано 19.12.2018).
Прототипом к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является соединение фланцево-хомутовое, содержащее закрепленные на концах труб фланцы, уплотнительный элемент, установленный в конических проточках, выполненных на сопрягаемых поверхностях фланцев, крепежный элемент в виде V-образного хомута, стягивающий фланцы по наружной поверхности, кроме того, дополнительно содержит центрирующее кольцо, установленное в ступенчатых проточках, выполненных на внутренней поверхности фланцев, где уплотнительный элемент контактирует с указанным кольцом (см. патент на полезную модель №160908 U1, МПК F16L 19/00 (2006.01), опубликовано 10.04.2016).
Известные решения в большинстве случаев сложны в исполнении и не обеспечивают достаточной надежности.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение надежности при эксплуатации трубопровода с фланцево-хомутовым соединением, работающего в условиях высоких температур.
Поставленная задача решается тем, что соединение фланцево-хомутовое, содержащее трубы с фланцами на концах трубопровода, уплотнительный элемент, выполненный в виде кольца и установленный в конических проточках, выполненных на сопрягаемых поверхностях фланцев, крепежный элемент в виде V-образного хомута, стягивающий фланцы по наружной поверхности, центрирующий элемент в виде кольца, установленный в ступенчатых проточках, выполненных на внутренней поверхности фланцев, и контактирующий с уплотнительным элементом, дополнительно содержит центральную втулку и тонкостенный компенсатор в виде гофрированной трубки, при этом концы центральной втулки сопрягаются по внутренней цилиндрической поверхности фланцев с концами труб трубопровода, а тонкостенный компенсатор сопрягается концами по наружной поверхности фланцев упомянутого компенсатора.
Совокупность отличительных признаков, заключающаяся в том, что соединение фланцево-хомутовое дополнительно содержит центральную втулку и тонкостенный компенсатор в виде гофрированной трубки, при этом концы центральной втулки сопрягаются по внутренней цилиндрической поверхности фланцев с концами труб трубопровода, а тонкостенный компенсатор сопрягается концами по наружной поверхности фланцев упомянутого компенсатора, фланцы трубопровода выполнены за одно целым с трубами, позволяет повысить надежность при эксплуатации трубопровода.
Суть полезной модели поясняется следующими чертежами:
фиг. 1 - соединение фланцево-хомутовое в продольном разрезе, общий вид;
фиг. 2 - то же, поперечный разрез А-А фиг. 1.
Соединение фланцево-хомутовое содержит фланцы 1 и 2, которые закреплены на концах труб 3 и 4 трубопровода, а также уплотнительный элемент 5, выполненный в виде кольца и установленный в конических проточках, выполненных на сопрягаемых поверхностях фланцев 1 и 2. Фланцы 1 и 2 трубопровода выполнены за одно целым с трубами 3 и 4, из одного и того же материала без создания дополнительного составного соединения, что значительно повышает надежность и технологичность узла при эксплуатации. Соединение имеет крепежный элемент 6, который выполнен в виде V-образного хомута. Крепежный элемент 6 содержит обечайку 7, имеющую законцовки 8, сегменты 9, стяжной винт 10 с резьбовым наконечником 11 и упорным наконечником 12. Соединение, кроме того содержит тонкостенный компенсатор 16, выполненный в виде гофрированной трубки, концы которого сопрягаются посредством контактной сварки по наружной поверхности фланцев 17 и 18 упомянутого компенсатора. При этом фланцы 1 и 17, 2 и 18 стягиваются между собой по наружной поверхности при помощи крепежного элемента 6. Также для позиционирования фланцев в соединении имеется центрирующий элемент 13, выполненный в виде кольца. Центрирующий элемент 13 установлен в ступенчатых проточках, выполненных на внутренней поверхности фланцев 1 и 2, и контактирует с уплотнительным элементом 5. Соединение снабжено центральной втулкой 14, на концах которой выполнены контактные сферические поверхности 15. Центральная втулка 14 своими концами сопрягается по внутренней цилиндрической поверхности фланцев 1 и 2 с трубами 3 и 4 трубопровода. Центральная втулка 14 воспринимает воздействие транспортируемой среды (температуру, давление), позволяя повысить надежность соединения, кроме того, препятствует передаче усилий на тонкостенный компенсатор 16 при установке трубопровода с подсобранным соединением, таким образом также повышая надежность. Тонкостенный компенсатор 16 позволяет обеспечить восприятие линейных перемещений, сохранение герметичности соединения и препятствует созданию значительных усилий в соединении, что повышает надежность соединения, а его гофрированная часть, деформируясь, за счет своей податливости позволяет обеспечить прочность, герметичность и подвижность, которые необходимы для компенсации тепловых линейных перемещений, возникающих между частями трубопровода при эксплуатации, что в свою очередь обеспечивает и надежность при эксплуатации трубопровода. Предлагаемая конструкция работает следующим образом. При использовании в системе выпуска отработавших газов, выходящих из цилиндров двигателей внутреннего сгорания, температура отработавших газов может достигать 850°С, при этом давление их не постоянно и имеет пульсирующий характер. В данном случае заявляемое соединение используется в конструкции составного выпускного коллектора и предназначено для восприятия переменных тепловых нагрузок и переменного давления при направленном движении 19 отработавших газов, сопровождающихся линейной деформацией частей коллектора, закрепленных на головке цилиндров. При этом линейные деформации частей тонкостенного коллектора воспринимаются соединением за счет деформации тонкостенного компенсатора 16, и не передаются на крепление коллектора, что повышает его надежность, а для повышения его надежности и долговечности, поток отработавших газов находится в непосредственном контакте с центральной втулкой 14. В качестве материала уплотнительного элемента 5 применяется пластинчатый графит в тонкой металлической окантовке, при этом в процессе сборки соединения заполняется объем между центрирующим элементом 13 и сопрягаемыми фланцами 1 и 17, 2 и 18.
При сборке частей коллектора перед установкой на двигатель центральная втулка 14 устанавливается с небольшим осевым и радиальным зазорами, исключающих ее заклинивание при работе узла, которая также позволяет сориентировать и удерживать относительно друг друга с небольшим угловым отклонением трубы 3 и 4. Для надежности создаваемого стыка между фланцами 1 и 17, 2 и 18 центрирующий элемент 13 облегчает их ориентацию при сборке. При затяжке определенным моментом стяжных винтов 10 V-образного хомута 6 через резьбовой наконечник 11 и упорный наконечник 12, а также через выполненные на концах обечайки 7 законцовки 8, происходит натяжение обечайки 7, которая в свою очередь воздействует на сегменты 9. Наличие конических поверхностей на сегментах 9 и фланцах 1,2,17 и 18, а также наличие натяжения обечайки 7 приводит к созданию прижимающего усилия, воздействующего на соответствующие фланцы 1 и 17, 2 и 18, а также и к обжатию уплотнительного элемента 5 для создания герметичности и надежности соединения.
Техническое решение позволяет повысить надежность при эксплуатации трубопровода с фланцево-хомутовым соединением, работающего в условиях высоких температур.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применяемости, его реализация возможна на стандартном технологическом оборудовании.