устройство для резьбового соединения трубопроводов с врезающимся кольцом

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗЬБОВОГО СОЕДИНЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ С ВРЕЗАЮЩИМСЯ КОЛЬЦОМ, содержащее штуцер, накидную гайку и обжимаемое или врезающееся в трубопровод кольцо, отличающееся тем, что в передней части врезающегося кольца со стороны стыка выполнена кольцевая внутренняя проточка, а в задней части кольца выполнены диаметрально расположенные прорези, глубина которых не превышает половины ширины кольца.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при выполнении разборного резьбового соединения металлических трубопроводов с врезающимся кольцом для осевого монтажа.

Известны соединения трубопроводов с применением врезающихся колец.

Одно из известных устройств - трубная муфта, состоящая из двух взаимодействующих деталей, аксиально перемещающихся одна относительно другой. Между этими деталями расположена нажимная гильза с двумя внутренними заплечиками одинакового диаметра.

Передний заплечик выполнен в виде режущей кромки, вращающейся в трубу. Плотное соединение между нажимной гильзой и трубой осуществляется за счет образования набегающего перед режущей кромкой кольцевого выступа из материала трубы. Однако в связи с большой радиальной жесткостью кольца надежное герметичное соединение может быть осуществлено только при минимальном радиальном зазоре между наружным диаметром трубы трубопровода и внутренним диаметром врезающегося кольца.

Известно также винтовое трубное соединение, соединительные элементы которого аксиально ввинчиваются один в другой. Между этими элементами предусмотрена кольцевая выемка для конца трубы, на который надето уплотнительное кольцо. Торцы соединительных элементов, расположенные с обеих сторон уплотнительного кольца, расширяются один относительно другого в форме полого конуса. На одной стороне уплотнительного кольца предусмотрен стыкующийся конец с радиальным утолщением. К этой концевой поверхности при завинчивании прижимается подвижный внутренний торец, вдвигающий уплотнительное кольцо. С другой стороны уплотнительное кольцо имеет цилиндрический режущий конец, который радиально сжимается при набегании другой, неподвижный, внутренний торец. Режущий конец имеет две уплотнительные кромки, врезающиеся в поверхность трубы. Однако в связи с тем, что контакт торцовой поверхности конца кольца с поверхностью гайки происходит по окружной кромке, необходима высокая твердость прижимной гайки для обеспечения возможности последующей разборки резьбового соединения.

В нашей стране действует ГОСТ 23354-87 "Соединения трубопроводов резьбовые. Кольца врезающиеся".

Врезающееся кольцо, выполненное в соответствии с этим стандартом, применяется при выполнении резьбовых соединений трубопроводов. На одном конце соединяемого трубопровода имеется штуцер. На конец другого трубопровода, предназначенного для соединения, надеваются врезающееся кольцо и накидная гайка (ГОСТ 23353-87).

Известное кольцо имеет переднюю кромку, врезающуюся в тело трубы при выполнении соединения, и утолщенную заднюю часть в виде кольцевого выступа. Выступ имеет приемный конус с углом 90^о с торцовой части для улучшения контакта с буртом накидной гайки. Однако такое выполнение врезающегося кольца налагает определенные ограничения на условия его применения: надежное соединение возможно только для холоднотянутых труб повышенной точности, т.е. калиброванных труб, при условии, что зазор между наружным диаметром трубы и внутренним диаметром кольца не превышает 0,10-0,15 мм; для выполнения соединения требуется предварительное обжатие врезающегося кольца на трубе трубопровода в специальном технологическом приспособлении, выполненном в виде специальных штуцеров, закаленных до твердости HRC42-45 и с контролем повышенного момента затяжки гайки. Таким образом, отсутствие калиброванных труб не позволяет выполнить резьбовое соединение с врезающимся кольцом.

Цель изобретения - повышение надежности соединения стальных труб любого класса точности.

Поставленная достигается за счет того, что в устройстве для резьбового соединения трубопроводов с врезающимся кольцом, содержащем штуцер на конце одного из соединяемых трубопроводов и гайку на подсоединяемом конце трубы другого трубопровода, врезающееся кольцо выполнено с кольцевой внутренней проточкой в передней части и диаметрально расположенными прорезями в задней части кольца, глубина которых не превышает половины ширины кольца. Целесообразно выбирать глубину и длину проточки в зависимости от наружного диаметра подсоединяемой трубы из соотношения:

= 0.02...0.05 (I)

=0.4...0.1 (II) (IV) где h - глубина проточки;

l - длина проточки;

d - наружный диаметр кольца в его передней части;

d_вн - внутренний диаметр кольца в его передней части;

d_тр - наружный диаметр подсоединенной трубы.

Таким образом предлагается существенно иное выполнение врезающегося кольца, обеспечивающее необходимую радиальную податливость передней части кольца с сохранением осевой жесткости кольца в целом.

В указанных выше соотношениях значения 0,05 (из первого соотношения) и 0,4 (из второго соотношения) выбираются для труб меньшего диаметра, значения 0,02 и 0,1 выбираются для труб наибольшего диаметра. Такое выполнение кольца позволяет осуществить надежное резьбовое соединение любых труб, в том числе некалиброванных и труб со сварным продольным швом, а также труб, имеющих некруглость, и в случае большого, до 1 мм, зазора между внутренним диаметром кольца и наружным диаметром трубы.

Сопоставление заявляемого устройства для резьбового соединения трубопроводов с врезающимся кольцом с выбранным в качестве прототипа, показывает, что предлагаемое решение обладает совокупностью новых отличительных признаков, изложенных в отличительной части формулы изобретения и, следовательно, соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого устройства не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники, не позволило выявить в них новые свойства признаков и новые признаки, отличающие заявляемое устройство от устройства - прототипа, несмотря на широкое использование врезающихся колец.

Предлагаемое выполнение кольцевой проточки, выбор оптимального в отношении податливости соотношения глубины и ширины проточки позволяет под действием натяга резьбы реализовать клиновое уплотнение, обеспечить надежное соединение трубопроводов и решить проблему выполнения резьбовых соединений с врезающимся кольцом, сняв ограничения по точности на трубы. Предлагаемое решение гарантирует надежное соединение при использовании труб в широком диапазоне диаметров и при давлении в трубопроводе 6,0 МПа и выше. Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Ниже приведен конкретный пример реализации предлагаемого устройства для резьбового соединения трубопроводов.

На фиг. 1 показано устройство для резьбового соединения трубопроводов с врезающимся кольцом, разрез; на фиг. 2 - врезающееся кольцо; на фиг. 3 - узел I на фиг. 2.

На конце трубопровода 1, предназначенном для соединения, имеется штуцер 2. На конце подсоединяемой трубы 3 другого трубопровода имеются врезающееся кольцо 4 и накидная гайка 5. Штуцер 2 и гайка 5 - стандартные детали и подбираются по параметрам резьбы с возможностью выполнения резьбового соединения. Штуцер 2 имеет приемный конус с углом 24^о. Врезающееся кольцо - оригинальная деталь. Передняя часть кольца 4 - рабочая часть и выполнена утоненной с внутренней кольцевой проточкой и, следовательно, обладает меньшей жесткостью по сравнению с задней частью кольца - опорной. Ширина кольца выбирается с учетом наружного диаметра подсоединяемой трубы трубопровода для труб с наружным диаметром 6-16 мм достаточно кольцо шириной 9 мм; для труб диаметром 18-42 мм ширина кольца выбирается в пределах 10-13 мм. Глубина и длина проточки выбираются также с учетом наружного диаметра подсоединяемой трубы, а именно, из следующих соотношений:

<sup>=0.02...0.05 (III)

=0.4...0.1</sup>

Стенка проточки, примыкающая к передней кромке кольца, выполнена со скосом 35^о.

Наружная сторона передней кромки имеет технологический радиус закругления. Таким образом, утоненная часть кольца заканчивается передней кромкой толщиной 0,3-0,5 мм, внутренний диаметр которой равен номинальному наружному диаметру подсоединяемого трубопровода. Задняя часть кольца 4, обращенная вовнутрь гайки 5, имеет четыре диаметрально противоположные прорези. Глубина прорезей по величине близка ширине наружного выступа кольца. Ширина прорезей в 2,0-2,5 раза меньше длины. Наличие прорезей на врезающемся кольце для труб с наружным диаметром более 16 мм позволяет повысить радиальную податливость задней части кольца с целью обеспечения дополнительного контакта врезающегося кольца с трубой трубопровода и центрирования кольца на трубе при больших радиальных зазорах. Для обеспечения хорошего контакта кольца 4 с внутренним буртом гайки 5 задняя торцовая поверхность кольца имеет приемный конус 43^о.

Устройство работает следующим образом.

На свободный конец трубы 3 трубопровода, подлежащий подсоединению, надевают наружную гайку 5 и кольцо 4. Свободный конец трубы 3 трубопровода вводят в штуцер 2 трубопровода 1 и продвигают до тех пор, пока он своим торцем не упрется в бурт штуцера 2. Затем начинают навинчивать гайку 5 на штуцер 2. Гайка 5 давит на заднюю кромку кольца 4. Кольцо начинает перемещаться и своей передней кромкой входит в приемный конус штуцера 2. При дальнейшем вращении гайки 2 происходит продвижение кольца 4 вовнутрь приемного кольца штуцера 2. При этом начинается обжатие кольца 4 по диаметру. Передняя кромка кольца 4 прижимается к наружной поверхности трубы 3. При дальнейшем затягивании гайки 5 продолжается осевое смещение кольца 4 в направлении к штуцеру 2, происходит деформация утоненной части кольца 4 и врезание передней кромки кольца 4 в тело трубы 3.

Процесс завершится тогда, когда край приемного конуса штуцера 2 совместится с прямым краем внутренней канавки кольца 4, т.е. будет пройдена утоненная часть кольца. Поскольку жесткость кольца в указанной зоне выше, деформация кольца в этой зоне не происходит. При углублении передней кромки кольца 4 в тело трубы 3 происходит выдавливание металла, и на поверхности трубы образуется уступ, препятствующий вырыванию кольца и нарушению соединения. Кольцо может проворачиваться при отжатой гайке в этой, образованной в теле трубы канавке, но удалить кольцо можно только разрезав трубу.

Таким образом, в окончательном виде в соединении трубопроводов с врезающимся кольцом под действием усилия натяга резьбы образуется своеобразный клин, существенно повышающий надежность соединения. Имеет место уплотнение: внутренний конус штуцера 2 - врезающееся кольцо 4. Размеры врезающегося кольца при известности размеров подсоединяемой трубы определяются в соответствии с соотношениями (III) и (IV) (см. таблицу).