ФЛАНЦЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Настоящая полезная модель относится к области машиностроения, в частности к способам соединения и фиксации конструктивных элементов друг относительно друга.
Из существующего уровня техники известен способ уплотнения фланцевого соединения (патент RU 2635950 от 27.04.2016) основанный на помещаемой между элементами фланцевого соединения прокладки.
Недостатком данного соединения является низкая несущая способность прокладки при приложении перерезывающей нагрузки к фланцевому соединению, возникающая при необходимости организации развязки осей фланцевого соединения.
Известно уплотнение фланцевого соединения (патент SU 1460493 от 23.02.1989), содержащее уплотнительное кольцо из эластичного материала, установленное в кольцевой камере, образованной кольцевыми канавками трапецеидального профиля на фланцах, при этом канавки на фланцах выполнены с проточками прямоугольного профиля в донной их части, а уплотнительное кольцо - с центрирующими торцевыми участками соответствующего проточкам профиля, причем эти торцевые участки имеют большую жесткость, чем остальная часть кольца.
Такое фланцевое соединение не может обеспечить надежную герметизацию, так как тороидальное уплотнение не вписывается в кольцевые канавки, и для заполнения объема канавок фланцев материалом уплотнения потребуется значительная его деформация, что приведет к ее разрушению.
Как известно, прокладочные материалы должны обладать упругостью, стойкостью к среде, в которой работают, сохранять свои физические свойства при рабочей температуре среды и не подвергаться коррозии. При использовании металлических прокладок, металл не должен пластически деформировать уплотняющие поверхности фланца, поэтому металл прокладок должен иметь твердость и предел текучести ниже, чем металл уплотняемых поверхностей фланцев. Основные материалы, из которых изготавливают такие уплотнения - нержавеющая сталь, углеродистая сталь, алюминий, монель, никель, инконель, титан, медь. Важное требование при выборе материала уплотнительной прокладки - его твердость должна быть ниже твердости фланцев, чтобы не деформировать фланцевые поверхности при сжатии прокладки. При затяжке фланцев под сжимающей нагрузкой болтов фланцевого соединения прокладки пластически деформируются и заполняют микронеровности паза фланца.
Известно разъемное фланцевое соединение (патент SU 1638422 А1 от. 30.03.1991), которое содержит фланцы и две втулки, запрессованные в полость этих фланцев. Наружная поверхность втулок выполнена конической и является внутренней частью пазов под уплотнительное кольцо. Угол наклона конуса втулок выполнен меньше угла наклона конуса наружной части пазов, что обеспечивает равную плотность. Площадь выточек на внутренних торцах втулок выполнена больше площади их торцов со стороны разъема и стыка фланцев. При затяжке соединения это обеспечивает поджим уплотнительного кольца втулками дополнительным усилием от давления среды сверх усилий начальной затяжки.
Указанное фланцевое соединение имеет сложную конструкцию, поскольку для образования паза под уплотнительное кольцо в каждом фланце установлены соответствующие втулки. Такая конструкция может быть применена только в случае ремонта фланцев соединения, когда реставрация паза под уплотнительное кольцо не может быть осуществлена в существующих фланцах соединения.
Известно фланцевое соединение деталей (патент RU 2224941 С2 от 27.02.2004), содержащее стандартную металлическую прокладку и эластичное защитное кольцо, установленное с натягом на внутреннюю поверхность металлической прокладки. Изобретение направлено на защиту металлической прокладки от воздействия рабочей среды.
Однако изобретение имеет ограниченное применение, поскольку защитное кольцо выполнено из эластичного материала, а поэтому использование изобретения напрямую связано с температурой рабочей среды.
Наиболее близкой по своей технической сущности по отношению к заявляемому изобретению является волноводное фланцевое соединение (патент RU 89767 U1 от 10.12.2009), содержащее два соединяемых волновода с волноводными фланцами, уплотняющую металлическую прокладку. При этом торцевая поверхность одного из волноводных фланцев плоская, а на торцевой поверхности другого волноводного фланца выполнена кольцевая канавка, внутри которой размещена уплотняющая прокладка в виде прутка из пластичного металла, причем площадь сечения прутка не больше площади сечения кольцевой канавки.
К недостаткам данного устройства относится недостаточная механическая прочность и надежность торцевого соединения волновода с фланцем и усложнение конструкции дополнительным прутком-прокладкой.
Для заявленного устройства выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: фланцевое соединение, содержащее два элемента конструкции с фланцами, уплотняющую металлическую прокладку.
Техническая проблема, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в реализации конструкции фланцевого соединения, отличающейся своей простотой, обеспечивающей: повышенную надежность и герметичность фланцевого разъемного соединения; возможность ее многократного использования без повреждений соединяемых элементов конструкции; восприятие перерезывающей нагрузки прикладываемой к фланцевому соединению.
Поставленная техническая проблема решается за счет фланцевого соединения, содержащую два элемента конструкции с фланцами, уплотняющую металлическую прокладку, причум на торцевых стыковочных поверхностях фланцев выполнено рифление. Причем рифление выполнено с возможностью деформирования зубцами рифления уплотнительной металлической прокладки при ее обжатии и увеличения площади контакта деформированной уплотнительной металлической прокладки и фланца. При этом зубцы рифления выполнены в виде остроконечных пирамид с прямоугольным или ромбовидным основанием.
Полезная модель поясняется чертежом - фигурой, на котором приведен общий вид фланцевого соединения.
,
Фланцевое соединение состоит из соединяемых элементов конструкции 1 и 2, на торцевых стыковочных поверхностях фланцев которых выполнено рифление 5зубцы которого выполнены, например, в виде остроконечных пирамид, с прямоугольным или ромбовидным основанием, металлической прокладки 3, выполненной, например, из алюминиевого сплава и крепежных элементов 4.
Совмещая соответствующие крепежные отверстия во фланцах 1, 2 обеспечивают посредством крепежных элементов 4 стягивание фланцев 2, 3 до плотного соприкосновения их контактных поверхностей. При затяжке стыка крепежными элементами (фланцами) 1, 2 происходит обжатие прокладки 3 и ее деформирование зубцами рифления 5.
Техническим результатом полезной модели является:
- повышение надежности и герметичности фланцевого разъемного соединения, за счет увеличения площади контакта деформированной прокладки и фланца из-за рифления поверхности;
- обеспечение восприятия перерезывающей нагрузки прикладываемой к фланцевому соединению, за счет использования металлической прокладки, выполненной из материала, способного воспринимать перерезывающую нагрузку и применения рифления на стыковочных поверхностях соединяемых элементов конструкции, которое при затяжке стыка крепежными элементами, обжимает и деформирует зубцами металлическую прокладку, тем самым нагрузка, например, кручения, передается по наклонным поверхностям пиков рифления.