УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ РЕЗЬБОВОГО СОЕДИНЕНИЯ ФЛАНЦЕВ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к области резьбовых соединений, а именно к устройствам для фиксации резьбового соединения фланцев вращающегося трубопровода и может быть использовано при монтаже фланцевых соединений трубопроводов большого диаметра, работающих в условиях высокой частоты вращения изделий.
Известно устройство для фиксации резьбового соединения фланцев, содержащее болты, установленные в отверстиях, расположенных по окружности фланцев, гайки и фиксаторы положения головок болтов и гаек (патент RU №64721, кл. F16B 39/10, 2007 г.). Фиксаторы в известном устройстве выполнены в виде U-образных пружинных скоб, огибающих фланцы с их внешней стороны и входящих своими концами в соответствующие отверстия гаек на гаечной стороне фланцев и головок болтов на болтовой стороне фланцев. Фиксаторы обеспечивают достаточно высокую надежность фиксации при больших вибрациях и ударных нагрузках.
Известно устройство для фиксации резьбового соединения фланцев, включающее в себя болты, установленные в отверстиях, расположенных по окружности фланцев, гайки и фиксаторы положения головок болтов и гаек (патент RU №65855, кл. B62K 19/24, 2007 г.). Фиксаторы выполнены в виде стопорного элемента, представляющего собой П-образную скобу, концевые участки которой перпендикулярны среднему участку и направлены в одну и ту же сторону от него. Один концевой участок предназначен для взаимодействия с головкой болта, накрывает и сжимает лапками последнюю. Второй концевой участок зажат между нижней поверхностью гайки и поверхностью детали, заменяя собой стопорную шайбу под соответствующей гайкой. Устройство позволяет упростить процесс сборки фланцевого соединения и обеспечивает надежность крепления при работе в условиях вибраций со взаимными поступательными и вращательными микроперемещениями соединяемых деталей относительно друг друга. Общим недостатком известных технических решений является ненадежность фиксации резьбового соединения в условиях высокой частоты вращения изделия.
Известно устройство для фиксации резьбового соединения фланцев, включающее в себя болты, установленные по средней окружности фланцев, шайбы, гайки и фиксаторы положения головок болтов и гаек, представляющих собой стопорные пластины, каждая из которых выполнена в виде полного концентрического кольца с фигурными сквозными отверстиями под гайки и головки болтов (патент RU 2226625, кл. F16B 39/10, 2003 г.). При монтаже стопорные пластины устанавливают таким образом, чтобы головки болтов вошли в соответствующие отверстия в пластине, затягивают гайки и аналогичным образом устанавливают стопорную пластину на гайки. При этом пластины выполняются из материала, способного прижиматься к поверхности фланцев под действием магнитных сил. Недостатком известного технического решения является необходимость применения для изготовления пластин материала, обладающего высокими магнитными характеристиками, позволяющими обеспечить надежность фиксации соединения в условиях высокой частоты вращения изделия.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемой полезной модели является известное устройство для фиксации резьбового соединения фланцев, включающее в себя болты, установленные в отверстиях, расположенных по окружности фланцев, фиксатор положения головок болтов, выполненный в виде кольцевого цилиндрического выступа, расположенного на внутренней относительно отверстий опорной поверхности фланца со стороны головок, высота которого не менее высоты последних и лысок, выполненных на головках болтов и предназначенных для взаимодействия с цилиндрической поверхностью выступа, гайки, фиксатор положения последних, выполненный в виде бурта, расположенного на внешней относительно отверстий опорной поверхности фланца со стороны гаек и содержащего радиальные прорези, расположенные напротив соответствующих отверстий, стопорные пластины в виде шайб с центральными отверстиями для размещения болтов, предназначенных для установки между опорной поверхностью фланца и соответствующей гайкой, и с двумя лапками, одна из которых предназначена для размещения в соответствующей прорези бурта, а другая лапка предназначена для отгибания относительно пластины и взаимодействия с гранями соответствующей гайки (Ю.М. Никитин «Конструирование элементов деталей и узлов авиационных двигателей», М., «Оборонгиз», 1961 г., стр. 184, фиг. 7.11, фиг. 7.12, стр. 211, фиг. 7.57). Недостатком известного технического решения является необходимость применения для изготовления пластин материала, обладающего достаточной для отгибания пластичностью. В условиях работы изделия с частотой вращения свыше 10000 об/мин возникают центробежные силы, действующие на отогнутую лапку пластины, вызывающие ее смятие, ослабление резьбового соединения и последующее разъединение деталей.
В основу предлагаемого технического решения положена задача повышения надежности фиксации соединения изделия в условиях высокой частоты вращения.
Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого технического решения, заключается в исключении смятия лапок стопорной пластины при вращении изделия с частотой свыше 10000 об/мин.
Заявленный технический результат достигается тем, что устройство для фиксации резьбового соединения фланцев вращающегося трубопровода включает в себя болты, установленные в отверстиях, расположенных по окружности фланцев, фиксаторы положения головок болтов и гаек. Фиксатор положения головок болтов выполнен в виде кольцевого цилиндрического выступа, расположенного на внутренней относительно отверстий опорной поверхности фланца со стороны головок. Высота выступа не менее высоты головок, а на последних выполнены лыски, предназначенные для взаимодействия с цилиндрической поверхностью выступа. Фиксатор положения гаек выполнен в виде бурта, расположенного на внешней относительно отверстий опорной поверхности фланца со стороны гаек и содержит радиальные прорези, расположенные напротив соответствующих отверстий. Устройство включает стопорные пластины, выполненные в виде шайб с центральными отверстиями для размещения болтов, предназначенью для установки между опорной поверхностью фланца и соответствующей гайкой, которые содержат две лапки, одна из которых предназначена для размещения в соответствующей прорези бурта, а другая лапка предназначена для отгибания относительно пластины и взаимодействия с гранями соответствующей гайки. Согласно предлагаемому техническому решению устройство содержит дополнительные прижимные элементы, предназначенные для размещения между гайками и соответствующими стопорными пластинами. Каждый из прижимных элементов выполнен аналогично стопорной пластине в виде шайбы с одной лапкой, предназначенной для размещения в соответствующей прорези бурта. На боковой поверхности шайбы выполнен вырез, причем диаметр шайбы выбирают из условия размещения в вырезе отгибаемой лапки стопорной пластины, а толщину h прижимного элемента определяют по формуле:
где n - число оборотов трубопровода, рад/сек;
m - масса лапки прижимного элемента, размещенной в прорези бурта, кГ;
R - радиус точки приложения центробежных сил, м;
b
2
σ - предел прочности материала прижимного элемента, н/м
b - ширина прорези бурта, м.
Глубину прорезей в бурте принимают равной сумме толщин стопорной пластины и прижимного элемента.
Указанные существенные признаки обеспечивают решение поставленной задачи с достижением заявленного технического результата, так как:
- дополнительные прижимные элементы, предназначенные для размещения между гайками и соответствующими стопорными пластинами, каждый из которых выполнен аналогично стопорной пластине в виде шайбы с одной лапкой, предназначенной для размещения в соответствующей прорези бурта. Выполнение на боковой поверхности шайбы выреза, и выбор диаметра шайбы из условия размещения в вырезе отгибаемой лапки стопорной пластины исключает возможность смятия лапок в процессе вращения изделия;
- толщина h прижимного элемента, определяется по формуле:
где n - число оборотов трубопровода, рад/сек;
m - масса лапки прижимного элемента, размещенной в прорези бурта, кГ;
R - радиус точки приложения центробежных сил, м;
b
2
σ - предел прочности материала прижимного элемента, н/м
b - ширина прорези бурта, м.
Глубина прорезей в бурте, равна сумме толщин стопорной пластины и прижимного элемента, что определяет геометрические размеры прижимного элемента в соответствии с требованиями прочности стопорной пластины при вращения изделия.
Настоящая полезная модель поясняется следующим описанием со ссылкой на иллюстрации, представленные на фиг. 1, фиг. 2, и фиг. 3, где:
на фиг. 1 изображена схема фиксации фланцевого соединения предлагаемой полезной модели;
на фиг. 2 изображена схема фиксации головки болта;
на фиг. 3 изображена схема фиксации гайки стопорной пластиной;
на фиг. 4 изображена схема фиксации гайки прижимным элементом.
Устройство для фиксации резьбового соединения фланцев выполнено следующим образом. Во фланцах 1 и 2 стягиваемых деталей выполнены расположенные по окружности отверстия. Крепежные элементы включают болты 3, на головках 4 которых выполнены лыски 5, гайки 6, и стопорные пластины 7. Фиксатор положения головок 4 выполнен в виде кольцевого цилиндрического выступа 8, расположенного на внешней относительно опорной поверхности фланца 1 со стороны головок 4. При этом высота выступа 8 не менее высоты головок 4 болтов 3. Фиксатор положения гаек 6 выполнен в виде бурта 9, расположенного на внешней относительно отверстий опорной поверхности фланца 2 со стороны гаек 6. Бурт 9 содержит радиальные прорези 10, расположенные напротив соответствующих отверстий. Каждая стопорная пластина 7 выполнена в виде шайбы 11 с центральным отверстием для размещения соответствующего болта 3, с лапкой 12, и предназначенной для размещения в соответствующей прорези 10 и с лапкой 13,предназначенной для отгибания относительно шайбы 11. Устройство содержит дополнительные прижимные элементы, каждый из которых выполнен аналогично соответствующей стопорной пластине в виде шайбы 14 с центральным отверстием и одной лапкой 15. На боковой поверхности шайбы 14 элемента выполнен вырез 16, соответствующий положению отгибаемой лапки 13 шайбы 11. При этом диаметр шайбы 14 выбирают из условия размещения в вырезе 16 лапки 13 стопорной пластины, а толщину h прижимного элемента определяют по формуле:
где n - число оборотов трубопровода, рад/сек;
m - масса лапки прижимного элемента, размещенной в прорези бурта, кГ;
R - радиус точки приложения центробежных сил, м;
b
2
σ - предел прочности материала прижимного элемента, н/м;
b - ширина прорези бурта, м.
Глубину прорезей в бурте 8 принимают равной сумме толщин стопорной пластины и прижимного элемента.
Устройство работает следующим образом. В соответствии с техническими требованиями собирают стягиваемые детали и последовательно устанавливают болты 3 в отверстиях фланцев 1 и 2 таким образом, чтобы лыски 5 головок 4 сопрягались с кольцевым цилиндрическим выступом 8 на фланце 1. Со стороны фланца 2 на болтах 3 устанавливают последовательно соответствующие стопорные пластины 7 и прижимные элементы. При этом каждая лапка 12 стопорной пластины и лапка 15 соответствующего прижимного элемента размещается в соответствующей прорези 10 бурта 9. После стягивания фланцев 1 и 2 крепежными элементами необходимым усилием гайки 6 дотягивают до положения, при котором грань каждой из гаек 6 располагается относительно выреза 16 соответствующего прижимного элемента или ребро каждой из гаек 6 располагается по центру последнего. После этого лапки 13 стопорных пластин 7 отгибаются таким образом, что каждая из них располагается в соответствующем вырезе 16 и сопрягается с поверхностями соответствующей гайки 6 и выреза 16, причем каждая из лапок 13 полностью размещается в последнем. Готовое фланцевое соединение подвергают испытаниям с заданной частотой вращения. При этом размещение лапок 12 стопорных пластин 7 и лапок 15 прижимных элементов в радиальных прорезях 10 бурта 9, лапок 13 в вырезах 16 прижимных элементов, и сопряжение лысок 5 головок 4 болтов 3 с кольцевым цилиндрическим выступом 8 с одной стороны исключает смятие кромок лапок 12 и отгибание лапок 13 стопорных пластин 7, а с другой стороны исключает возможность ослабления крепления со стороны головок болтов.
Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает повышение надежности фиксации резьбового соединения фланцев.