СОЕДИНИТЕЛЬ ДЛЯ ТРУБОПРОВОДА ДЛЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ И ТРУБОПРОВОД ДЛЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
CONNECTOR FOR PIPELINE FOR FLUID MEDIUM AND PIPELINE FOR FLUID MEDIUM

Изобретение относится к соединителю для трубопровода для текучей среды, содержащему корпус с соединительным патрубком для соединения с трубой и соединительный геометрический элемент для соединения с сопряженным элементом.
Кроме того, изобретение относится к трубопроводу для текучей среды, содержащему такой соединитель.
Изобретение описано ниже применительно к механическому транспортному средству, однако оно может использоваться для других трубопроводов для текучей среды и для других соединителей.
В механическом транспортном средстве часто требуется транспортировать текучую среду, в частности жидкость, из накопительной емкости к месту потребления. Примером жидкости может служить мочевина, которую применяют в дизельных двигателях, чтобы уменьшить количество оксидов азота. Трубопровод для текучей среды соединяет бак с местом потребления. Часто по меньшей мере на обоих концах трубопровод снабжен соединителями для его соединения с баком или насосом. Бак и насос имеют сопряженный элемент, например патрубок, который может быть соединен с соединительным геометрическим элементом. Труба, которая может быть также выполнена в виде шланга, соединена с корпусом соединителя при помощи соединительного патрубка.
В некоторых областях применения внутри трубопровода для текучей среды желательно иметь определенное устройство. Разумеется, это устройство должно сообщаться с окружающей средой, так что необходимо вывести из трубопровода вспомогательный элемент, который соединен с указанным устройством или сам образует это устройство. Примером такого устройства является нагревательное устройство. Таким устройством также может быть датчик для определения давления, температуры, скорости потока, вязкости или других параметров текучей среды в трубопроводе.
Текучая среда в трубопроводе часто находится под давлением, превышающим давление в окружающем его пространстве. Это может вызвать протечку в месте, где вспомогательный элемент выходит из трубопровода.
Известен соединитель для трубопровода для текучей среды, содержащий корпус, имеющий соединительный патрубок для соединения с трубой и соединительный геометрический элемент для соединения с сопряженным элементом (см. ЕР 1070642 А2, 24.01.2001). В трубе расположен вспомогательный элемент в виде нагревательного проводника, который выходит из корпуса наружу через коническое выходное отверстие выходного патрубка. В выходное отверстие вставлен соответствующий ему по форме конический уплотнительный элемент, через который проходит нагревательный проводник. Уплотнительный элемент может сжиматься, расширяясь в радиальном направлении, посредством крышки, насаженной на выходной патрубок, в результате чего уплотнительный элемент герметично прилегает к нагревательному проводнику и к стенкам выходного отверстия, предотвращая вытекание находящейся в трубопроводе текучей среды через место выхода из него нагревательного проводника.
Недостаток этого соединителя состоит в том, что уплотнение, которое обеспечивается уплотнительным элементом, при увеличении давления текучей среды в трубопроводе может оказаться недостаточным, т.е. существует риск того, что уплотнительный элемент может несколько выдавиться из выходного отверстия наружу, что приведет к ухудшению герметичности и возможному вытеканию текучей среды из трубопровода.
В основе изобретения лежит задача вывести вспомогательный элемент из трубопровода для текучей среды так, чтобы риск протечки был мал.
Эта задача решена для соединителя описанного выше типа посредством того, что корпус имеет выходное отверстие, через которое из него выходит наружу по меньшей мере один вспомогательный элемент, причем вспомогательный элемент проходит через эластомерное тело, которое при нагружении давлением параллельно направлению прохода через него вспомогательного элемента расширяется перпендикулярно этому направлению.
Сначала выбирают соединитель в качестве элемента, через который вспомогательный элемент выводится из внутреннего пространства трубопровода для текучей среды наружу. В связи с этим корпус соединителя должен быть достаточно прочным, чтобы можно было приложить необходимые уплотняющие усилия. Корпус имеет выходное отверстие, через которое герметично проходит вспомогательный элемент. Для уплотнения служит специфическое эластомерное тело, которое благодаря собственному напряжению уже прилегает с определенной герметичностью как к краю выходного отверстия, то есть, к окружающему выходное отверстие участку корпуса, так и к вспомогательному элементу. Чтобы обеспечить герметичность даже при большом давлении внутри трубопровода, эластомерное тело, образующее уплотнение, имеет свойство расширяться в радиальном направлении при «осевом» сжатии, то есть, сжатии, параллельном направлению прохода. Таким образом, эластомерное тело расширяется и в направлении к участку корпуса, окружающему выходное отверстие, и в направлении к вспомогательному элементу. Чем больше давление внутри трубопровода, тем больше силы, которые прижимают эластомерное тело к краю выходного отверстия и к вспомогательному элементу. Таким образом, герметичность увеличивается с увеличением давления. Поэтому риск протечки даже при высоких давлениях остается малым.
Эластомерное тело удерживается в выходном отверстии предпочтительно при помощи удерживающего устройства. Удерживающее устройство воспринимает силы, действующие на эластомерное тело при высоком давлении внутри трубопровода для текучей среды, так что эластомерное тело фактически может сжиматься параллельно направлению прохода и не расширяться наружу. Функция уплотнения эластомерного тела и функция удерживания разъединены. Эластомерное тело может прижиматься к удерживающему устройству и в результате еще лучше расширяться в радиальном направлении внутрь и наружу, что улучшает герметичность.
Эластомерное тело предпочтительно выполнено из материала с постоянным объемом. В таком материале сжатие в одном направлении не приводит к уменьшению объема или приводит к незначительному уменьшению объема, а приводит к расширению тела в других направлениях. Так как в данном случае сжатие может осуществляться практически лишь параллельно направлению прохода, расширение может происходить лишь в обоих радиальных направлениях - наружу и внутрь, то есть, к краю выходного отверстия и к вспомогательному элементу.
Диаметр эластомерного тела в выходном отверстии предпочтительно больше, чем внутри корпуса. Преимущество такого выполнения в том, что уплотнение может осуществляться уже внутри корпуса. Если внутри корпуса на эластомерное тело действует давление, то это давление практически непосредственно преобразуется в силу, обеспечивающую герметичное прилегание эластомерного тела к стенке выходного отверстия и к вспомогательному элементу.
Эластомерное тело предпочтительно имеет расширяющийся участок в форме конуса. Этот участок может использоваться для создания определенного предварительного напряжения в радиальном направлении уже при установке эластомерного тела, так что вставленное в выходное отверстие эластомерное тело будет уже уплотнено путем определенного предварительного напряжения в радиальном направлении наружу благодаря его герметичному прилеганию к стенке выходного отверстия, и в радиальном направлении внутрь благодаря герметичному прилеганию к вспомогательному элементу.
Целесообразно, чтобы эластомерное тело имело ступеньку. Ступенька препятствует введению эластомерного тела в корпус слишком глубоко.
Выходное отверстие предпочтительно расположено в выходном патрубке. Поэтому в корпусе в распоряжении имеется достаточная длина для размещения эластомерного тела, и не требуется слишком большого количества материала для изготовления корпуса. Например, выходной патрубок может быть образован трубчатым участком корпуса.
Длина выходного патрубка в направлении, параллельном направлению прохода, предпочтительно больше длины эластомерного тела в этом направлении. В этом случае эластомерное тело не выступает в сквозной канал соединителя и не создает препятствий потоку текучей среды, протекающей через трубопровод.
Удерживающее устройство предпочтительно содержит нажимное кольцо. Нажимное кольцо может действовать на эластомерное тело по плоскости, так что может воспринимать давление, действующее на эластомерное тело. Таким образом, нажимное кольцо надежно удерживает эластомерное тело в корпусе соединителя и служит в качестве контропоры при сжатии эластомерного тела давлением в трубопроводе.
Нажимное кольцо удерживается в выходном отверстии предпочтительно посредством поднутрения. Нажимное кольцо может быть вдавлено в выходное отверстие, причем при вдавливании выходное отверстие ненадолго увеличивается, а затем возвращается к исходному размеру, упруго стягиваясь в радиальном направлении внутрь. В этом случае нажимное кольцо надежно удерживается в корпусе без дополнительного усложнения конструкции.
Удерживающее устройство предпочтительно имеет колпачок, который по меньшей мере частично закрывает выходное отверстие и который навинчен, насажен, напрессован на корпус, приклеен к нему или приварен к нему. Если колпачок навинчен на корпус, то на колпачке и на корпусе имеется резьба. При насаживании требуется другой соединительный геометрический элемент, который обеспечивает возможность геометрического замыкания. При этом колпачок должен иметь свойство расширяться в радиальном направлении на короткое время, а затем упруго сжиматься над соединительным геометрическим элементом. Если колпачок напрессован, то он удерживается в основном посредством трения. При приклеивании или приваривании между колпачком и корпусом образуется неразъемное соединение. В любом случае колпачок в состоянии прикладывать необходимые удерживающие усилия, чтобы, во-первых, эластомерное тело не выдавилось из корпуса, если давление в трубопроводе повышено, а во-вторых, создавать контропору, чтобы выполнять желательное сжатие эластомерного тела. Колпачок может использоваться с нажимным кольцом или без него.
Удерживающее устройство предпочтительно имеет экструдированную облицовку корпуса. Если вспомогательный элемент выступает из выходного отверстия, а эластомерное тело вставлено в выходное отверстие, то можно поместить соединитель в форму для литья под давлением и впрыскивать полимер, чтобы получить облицовку экструзией. Это также позволяет удерживать эластомерное тело (с нажимным кольцом или без него) в выходном отверстии и прикладывать ответные усилия, необходимые для сжатия.
При этом предпочтительно, чтобы экструдированная облицовка покрывала корпус на стороне, расположенной напротив выходного отверстия. При этом образуется геометрическое замыкание экструдированного полимера, который удерживает эластомерное тело в выходном отверстии даже при больших усилиях.
Экструдированная облицовка предпочтительно по меньшей мере частично покрывает соединительный патрубок. Эту облицовку можно использовать для того, чтобы закрывать снаружи также и трубу, надетую на соединительный патрубок, при этом труба будет еще лучше удерживаться на соединительном патрубке.
Вспомогательный элемент предпочтительно представляет собой электрический кабель. Электрический кабель может, например, подводить электрическую энергию к нагревательному устройству, расположенному в трубопроводе для текучей среды. Электрический кабель может также использоваться для передачи наружу данных измерений от датчика, установленного в трубопроводе. При использовании электрического кабеля часто бывает целесообразно провести две его жилы через раздельные сквозные отверстия в эластомерном теле, чтобы обеспечить надежную герметичность.
Изобретение относится также к трубопроводу для текучей среды, содержащему описанный выше соединитель и прикрепленную на соединительном патрубке трубу. При этом вспомогательный элемент, например электрический кабель, может проходить через соединитель далеко внутрь трубы.
Ниже описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения со ссылками на чертежи, на которых:
фиг.1 изображает продольный разрез первого варианта выполнения соединителя,
фиг.2 - продольный разрез второго варианта выполнения соединителя,
фиг.3 - соединитель согласно фиг.1 в аксонометрии,
фиг.4 - вариант выполнения соединителя, измененный по сравнению с фиг.3, и
фиг.5 - продольный разрез упрощенного варианта выполнения соединителя.
На фиг.1 показан соединитель 1 для трубопровода для текучей среды, содержащий корпус 2, имеющий соединительный патрубок 3, на который надета труба 4. Могут быть предусмотрены средства (не показаны) для фиксации трубы 4 на соединительном патрубке 3. Труба 4 может быть также выполнена в виде гибкого трубопровода или шланга. Уплотнительное кольцо 5 обеспечивает дополнительное уплотнение между соединительным патрубком 3 и трубой 4. Соединительный патрубок 3 имеет ступенчатую структуру.
Через соединительный патрубок 3 до противоположного ему конца корпуса 2 проходит сквозной канал 6. На этом конце корпуса имеется показанный лишь схематично соединительный геометрический элемент 7, при помощи которого соединитель 1 может быть соединен с сопряженным элементом (не показан). Сопряженным элементом может быть, например, патрубок бака или насоса. Соединительный геометрический элемент 7 должен обеспечивать механически прочное и герметичное соединение. Конкретное выполнение элемента 7 имеет для настоящего изобретения второстепенное значение.
Корпус 2 имеет выходной патрубок 8, окружающий выходное отверстие 9, через которое проходят две жилы 10, 11 электрического провода, идущие через сквозной канал 6 внутрь трубы 4. Жилы 10, 11 электрического провода могут вести, например, к датчику, определяющему температуру, давление, скорость потока и подобные параметры текучей среды, протекающей через трубу 4 и соединитель 1. Жилы 10, 11 могут также служить для подвода электрической энергии к нагревательному устройству (не показано), расположенному в трубе 4.
Для герметичного вывода жил 10, 11 из внутреннего пространства корпуса 2 наружу в выходном патрубке 8 предусмотрено эластомерное тело 12, которое выполняет функцию уплотнения.
Эластомерное тело 12 имеет сквозное отверстие 13, 14 для каждой жилы 10, 11 (см. также фиг.3). Для упрощения дальнейшего описания продольное направление сквозных отверстий 13, 14 названо «направление прохода». В данном случае направление прохода совпадает с осью выходного патрубка 8.
Эластомерное тело 12 имеет цилиндрический участок 15, который расположен вблизи обращенного от корпуса 2 конца выходного патрубка 8 и переходит в конический участок 16. За коническим участком 16 следует маленькая ступенька 17, к которой примыкает следующий цилиндрический участок 18, имеющий меньший диаметр, чем цилиндрический участок 15.
Когда эластомерное тело 12 находится вне выходного патрубка 8, оно всегда имеет небольшой избыточный размер в области цилиндрического участка 15 большого диаметра. Для вставки в соединитель 1 эластомерное тело 12 насаживают на обе жилы 10, 11, выступающие из выходного отверстия 9, а затем вдавливают в выходное отверстие 9. Конический участок 16 облегчает вдавливание эластомерного тела 12 в выходной патрубок 8. В процессе вдавливания эластомерное тело слегка сжимается в радиальном направлении, то есть перпендикулярно к направлению прохода, и в результате оно герметично прилегает к периферийной стенке выходного отверстия 9. Благодаря сжатию в радиальном направлении оно также герметично прилегает к поверхностям жил 10, 11. Ступенька 17 не позволяет вдавить эластомерное тело 12 в выходной патрубок 8 слишком далеко.
Для удерживания эластомерного тела 12 в выходном патрубке 8 предусмотрено нажимное кольцо 19, которое может входить в канавку за поднутрением 20. Нажимное кольцо 19 тоже имеет два сквозных отверстия для двух жил 10, 11.
В дополнение к геометрическому замыканию, которое образовано посредством поднутрения 20, нажимное кольцо 19 удерживается в выходном патрубке 8 также при помощи колпачка 21. Колпачок 21 может иметь резьбу 22 для крепления на выходном патрубке 8. Альтернативно могут использоваться другие способы закрепления. Например, колпачок 21 может быть напрессован на выходной патрубок 8, то есть удерживаться на нем с фрикционным замыканием. Можно образовать геометрическое замыкание путем насадки колпачка 21 на выходной патрубок 8. Выступы и углубления, которые требуются для этого, на фиг.1 не показаны. Колпачок можно также приклеить или приварить к выходному патрубку 8, то есть, образовать неразъемное соединение.
Как описано выше, в результате вдавливания эластомерного тела 12 в выходной патрубок 8 уже достигается определенная герметичность, которая все же может оказаться недостаточной для давления, имеющего место в сквозном канале 6. Это давление показано стрелками 23.
Материал эластомерного тела 12 имеет свойство при сжатии в одном направлении расширяться в других возможных направлениях. В крайнем случае эластомерное тело 12 может быть выполнено из материала с постоянным объемом, у которого сжатие в одном направлении не приводит к уменьшению объема, а соответствующее уменьшение размера в этом направлении приводит к увеличению размеров в других направлениях.
В данном случае это дает следующие результаты. Если эластомерное тело 12 нагружается давлением 23 внутри корпуса 2, то оно прижимается к нажимному кольцу 19, что вначале приводит к сжатию в направлении прохода. Это сжатие, в свою очередь, приводит к расширению в радиальном направлении, то есть, перпендикулярно к направлению прохода. Другими словами, эластомерное тело 12 стремится расшириться в радиальном направлении наружу, вследствие чего оно еще плотнее прилегает к стенке выходного отверстия 9. Одновременно эластомерное тело 12 также расширяется в радиальном направлении внутрь, вследствие чего оно плотнее прилегает к поверхностям жил 10, 11. Чем плотнее прилегает эластомерное тело 12 к соответствующим поверхностям, то есть, чем больше силы, с которыми оно прилегает к этим поверхностям, тем лучше герметичность. Таким образом, герметичность практически увеличивается с давлением внутри корпуса 2, так что даже при большом давлении внутри корпуса достигается достаточная герметичность.
Длина выходного патрубка 8 в направлении прохода больше длины эластомерного тела 12 в этом направлении. Благодаря этому эластомерное тело 12 не будет выступать в сквозной канал 6 и препятствовать протеканию по нему текучей среды.
На фиг.2 показан измененный вариант выполнения соединителя, в котором одинаковые и функционально одинаковые элементы снабжены одинаковыми цифровыми позициями.
Здесь выходной патрубок 8 тоже расположен под углом а к сквозному каналу 6. Угол а может находиться в диапазоне от 20° до 80°.
В варианте выполнения согласно фиг.2 эластомерное тело 12 доходит до конца выходного патрубка 8. Чтобы удержать эластомерное тело 12 в выходном отверстии 9, корпус 2 соединителя 1 снабжен экструдированной облицовкой 24. Это облицовка 24 полностью закрывает эластомерное тело 12 до областей его поверхности, через которые выступают жилы 10, 11.
Экструдированная облицовка 24 покрывает также соединительный патрубок 3 и, соответственно, часть надетой на него трубы 4. Экструдированная облицовка охватывает корпус 2 по периферии вокруг сквозного канала 6 и имеет участок 25, который расположен на стороне корпуса 2, находящейся напротив выходного патрубка 8. Таким образом, эластомерное тело 12 удерживается в корпусе 2 также посредством геометрического замыкания.
Экструдированная облицовка 24 можно также использоваться в сочетании с нажимным кольцом 19 или с колпачком 21, однако в большинстве случаев это не является необходимым.
На фиг.3 показан соединитель 1, изображенный на фиг.1, снаружи (без трубы 4). Видно, что соединительный патрубок 3 и соединительный геометрический элемент 7 расположены как бы по одной прямой линии, так что сквозной канал не имеет участков поворота и т.п.Такой соединитель обозначают как «°°-соединитель». Выходной патрубок 8 расположен под углом 20°-80° к сквозному каналу 6
На фиг.4 показан измененный вариант выполнения соединителя, в котором одинаковые и функционально одинаковые элементы имеют одинаковые цифровые позиции.
Соединитель, показанный на фиг.4, обозначают как «90°-соединитель», так как соединительный патрубок 3 и соединительный геометрический элемент 7 расположены под углом 90° друг к другу.
В этом случае выходной патрубок 8 может иметь ту же ось, что и соединительный патрубок 3, так что жилы 10, 11 могут проходить через сквозные отверстия 13, 14 прямолинейно.
Разумеется, вместо жил 10, 11 могут использоваться другие вспомогательные элементы.
На фиг.5 показан соединитель, упрощенный по сравнению с представленными на фиг.1 и 2. Элементы, соответствующие элементам на фиг.1, имеют те же цифровые позиции.
Эластомерное тело 12 вставлено в выходное отверстие 9 выходного патрубка 8 без удерживающего устройства. Чтобы обеспечить необходимые удерживающие силы, целесообразно, чтобы эластомерное тело 12 при такой установке сжималось в радиальном направлении больше, чем в варианте согласно фиг.1. Когда после установки эластомерное тело 12 стремится расшириться, оно удерживается в выходном отверстии 9 соответственно большей силой трения. При определенных обстоятельствах может быть выгодно, чтобы поверхность, ограничивающая выходное отверстие 9, была слегка шероховатой или структурированной, которая хотя и позволяет вставить эластомерное тело 12 в выходной патрубок 8, но затрудняет его выдавливание из выходного патрубка 8.
В этом случае силы, вызванные повышенным давлением внутри корпуса 2, также создают силу, действующую на эластомерное тело 12. Эта сила сжимает эластомерное тело 12 в направлении прохода, так как оно удерживается в выходном патрубке 8. По меньшей мере в области цилиндрического участка 18 с меньшим диаметром возникает желательное сжатие в радиальном направлении с достижением соответствующей герметизации.