фланцевое соединение трубопроводов

Формула изобретения

Фланцевое соединение трубопроводов, включающее стыкуемые трубопроводы с установленными на их концах фланцами, сопряженными между собой по выполненным на их торцах сферическим поверхностям, внешней (выпуклой) на одном из фланцев и внутренней (вогнутой) на другом (ответном), и уплотнительное кольцо из эластичного материала, например резины, размещенное в кольцевом пазу на внешней сферической поверхности одного фланца и взаимодействующее с внутренней сферической поверхностью ответного фланца, отличающееся тем, что соосно ответному фланцу на его внутренней сферической поверхности выполнена кольцевая проточка, в которой установлено опорное кольцо, например, прямоугольного профиля, из твердого пластически деформируемого материала, например алюминия, выступающее относительно сферической поверхности этого фланца и охватывающее в сборе уплотнительное кольцо.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гидравлического машиностроения, а именно к соединениям трубопроводов.

Известно шарнирное трубопроводное соединение (заявка ФРГ N 3039911 от 23.10.80, N P3039911.2-12, опубл. 13.05.82, кл. F 16 L 27/06), содержащее концевые участки двух трубопроводов, развальцованные под сферу, между которыми установлено промежуточное кольцо с осевых отверстием и наружной сферической поверхностью, взаимодействующей с концевыми участками трубопроводов. На сферической поверхности кольца выполнены кольцевые канавки, в которых размещены уплотнительные кольца. Кольцевые участки трубопроводов и промежуточное кольцо охватываются двумя полускобами, скрепляемыми болтами. Конструкция рекомендована для тонкостенных труб диаметром до 150 мм на давление до 10 МПа.

Недостатком конструкции являются ограниченная область применения, в частности невозможность использования для трубопроводов, работающих под давлением порядка 100 МПа, а также технологические сложности формирования сферических участков труб, соответствующих по размерам сфере промежуточного кольца.

Известно также фланцевое соединение трубопроводов (прототип), содержащее один фланец, установленный на трубопроводе с упором в приваренный ниппель, на котором выполнена наружная сферическая поверхность. Аналогичная сферическая поверхность образована другим комбинированным составным фланцем второго трубопровода. В кольцевой канавке, выполненной на внутренней сферической поверхности, размещено эластичное уплотнительное кольцо круглого поперечного сечения (См. патент N 4530526, США оп. 23.07.85, кл. F 16 L 27/06).

Недостатком указанного соединения является невысокая надежность герметизации в связи с необходимостью размещения между деталями комбинированного фланца дополнительных уплотнений.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является устранение отмеченных недостатков, усовершенствование конструкции фланцевого соединения.

Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности герметизации при высоком давлении в трубопроводе, например 100 МПа.

Средство достижения указанного технического результата состоит в том, что в известном устройстве, включающем стыкуемые трубопроводы с установленными на их концах фланцами, сопряженными между собой по выполненным на их торцах сферических поверхностях, внешней (выпуклой) на одном из фланцев и внутренней (вогнутой) на другом (ответном), и уплотнительное кольцо из эластичного материала, например резины, размещенное в кольцевом пазу на внешней сферической поверхности одного фланца и взаимодействующее с внутренней сферической поверхностью ответного фланца, соосно ответному фланцу из его внутренней сферической поверхности выполнена кольцевая проточка, в которой установлено опорное кольцо, например, прямоугольного профиля из твердого пластически деформируемого материала, например алюминия, выступающее относительно сферической поверхности этого фланца и охватывающее в сборе уплотнительное кольцо.

Конструкция устройства представлена на фиг. 1 (до сборки) и фиг. 2 (после сборки), продольные сечения.

Устройство состоит из участков двух трубопроводов (на фиг. 1 и 2 не показаны), каждый из которых заканчивается фланцами 1 и 2, сопряженными между собой (фиг. 2) по выполненным на их торцах сферическим поверхностям 3 и 4. На внешней сферической поверхности 3 фланца 1 выполнен кольцевой соосный паз 5, в котором размещено уплотнительное кольцо 6 из эластичного материала, например резины. На внутренней сферической поверхности 4 фланца 2 выполнена кольцевая соосная проточка 7. В проточке 7 установлено выступающее относительно поверхности 4 опорное кольцо 8 из твердого пластически деформируемого материала (алюминий, медь, свинец и др. металлы или сплавы, а также полимерные материалы типа фторопластов и др.). Диаметральные размеры проточки 7 и опорного кольца 8 таковы, что кольцо 8 в сборе (фиг. 2) охватывает уплотнительное кольцо 6. При больших механических нагрузках (например, при давлении рабочей среды 100 МПа) выполнение проточки 7 и размещение кольца 8 непосредственно за уплотнительным кольцом 6 на поверхности 3 невозможно вследствие снижения прочности фланца 1 двумя проточками и его деформации под нагрузкой.

Устройство работает следующим образом.

Как известно, при взаимодействии сферических поверхностей 3 и 4 между ними имеет место зазор 9 (фиг. 2) даже при строгих допусках на радиусы сфер, что обусловлено технологическими трудностями их изготовления. При высоком давлении рабочей среды в трубопроводе (например, 100 МПа) уплотнительное кольцо 6 вытесняется в зазор 9 и частично срезается кромкой 10 паза 5, что приводит к разгерметизации соединения трубопроводов. Этому может способствовать агрессивная рабочая среда и ее температура.

В предлагаемой конструкции при сборке кольцо 8 контактирует с поверхностью 3 фланца 1, деформируется и полностью перекрывает зазор 9, например, так, как изображено на фиг. 2. При этом кольцо 5 не защемляется в зазоре 9, не разрушается и обеспечивает высокую степень герметичности соединения.