устройство для соединения тел вращения

Формула изобретения

1. Устройство для соединения тел вращения с помощью резьбового соединения с противоположным направлением резьб, содержащее соединительную резьбовую муфту и уплотнительный элемент, отличающееся тем, что снабжено двумя элементами, имеющими кольцевые опорные поверхности, жестко закрепленные на каждом из соединяемых тел вращения, соединенные между собой элементами, фиксирующими от углового проворота и имеющими возможность продольного перемещения, на муфте установлено не менее одного съемного упора, взаимодействующего с фиксирующим элементом с помощью резьбовой тяги, при этом резьба с противоположным направлением выполнена непосредственно на соединяемых телах вращения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что съемный упор выполнен в виде разъемного кольца, снабженного зацепами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к областям техники, где требуется осуществлять соединение элементов конструкций, места стыков которых представляют собой тела вращения с осуществлением гарантированного усилия сжатия вдоль оси (например, для герметизации стыка). Основным требованием при сборке является исключение взаимного проворота соединяемых элементов в процессе их соединения.

В качестве примера конструкции, в которой может быть применено предлагаемое изобретение, может быть соединение двух полых полусфер с гарантированным сжатием уплотнительных элементов, находящихся между ними.

Известен аналог - резьбовое соединение труб эксплуатационных колон диаметром до 168 мм [1], включающий в себя участок трубы и муфту, сопряженные по конусному резьбовому участку, на внутренней поверхности муфты выполнены цилиндрические заточки.

Недостатками данной конструкции являются:

- необходимость наличия на соединяемых деталях цилиндрической части для захвата инструмента при затяжке гайки;

- отсутствие фиксации положения соединяемых деталей, что допускает взаимный проворот соединяемых деталей относительно друг друга;

- для осуществления больших усилий затяжки соединения необходимо наличия упоров для инструмента, фиксирующего соединяемые элементы. Все это усложняет конструкцию соединения в целом.

В качестве прототипа принято устройство для соединения труб [2], содержащее:

- соединяемые трубы;

- резьбовые элементы, взаимодействующие с муфтой и выполненные с противоположным направлением резьбы, имеющими концевые конические участки;

- расклинивающие кольца;

- уплотнительные элементы;

- дополнительные подвижные втулки, установленные между основными уплотнительными элементами и торцами муфты.

В известной конструкции не обеспечивается исключение взаимного проворота соединяемых деталей и достаточного осевого сжатия соединяемых элементов.

Фиксация соединяемых деталей вдоль оси осуществляется за счет силы трения уплотняющих элементов, что ограничивает прочность соединения на разрыв.

Перечисленные недостатки не позволяют обеспечить необходимые эксплуатационные и технологические свойства устройств, в которых могут быть применены соединения такого типа, что снижает надежность при эксплуатации и делает невозможным их применение в ряде изделий.

Техническая задача заявляемого изобретения - создание конструкции соединения, обеспечивающего возможность герметичного соединения двух деталей, представляющих собой тела вращения, например двух полусфер, с обеспечением максимально возможного усилия затяжки соединительной муфты, причем прочность соединения должна быть равной или близкой прочности соединяемых деталей.

Кроме того, в процессе затяжки должен быть исключен взаимный проворот соединяемых деталей. Все детали соединения, как соединяемые детали, так и стягивающая муфта, не должны иметь элементов, выступающих за габариты исходной, описывающей внешний контур фигуры вращения (например, выступания за поверхность сферы во всех точках, как соединяемых полусфер, так и муфты).

Таким образом, техническим результатом применения заявляемого изобретения является:

- возможность соединения двух деталей, имеющих форму тела вращения, у которых внешняя поверхность каждой из деталей не позволяет осуществить фиксацию универсальным инструментом при затяжке муфты (например, если поверхность представляет собой сферу, эллипсоид, конус и т.д.);

- обеспечение больших моментов затяжки муфты и тем самым обеспечение больших осевых усилий, при существенно меньших усилий, прилагаемых к стыковочному приспособлению;

- возможность осуществлять сборку и разборку стыков в полевых условиях без применения каких-либо дополнительных устройств, машин и механизмов;

- обеспечение общей высокой прочности стыка при различных механических воздействиях (падениях, ударах и т.п.);

- упрощение устройства для соединения.

Технический результат достигается тем, что известное устройство для соединения тел вращения с помощью резьбового соединении с противоположным направлением резьбы, содержащее соединительную резьбовую муфту и уплотнительный элемент, снабжено двумя элементами, имеющими кольцевые опорные поверхности, жестко закрепленные на каждом из соединяемых тел вращения, соединенные между собой элементами, фиксирующими от углового проворота и с возможностью продольного перемещения, на муфте установлено не менее одного съемного упора, взаимодействующего с фиксирующим элементом с помощью резьбовой тяги, при этом резьба с противоположным направлением выполнена непосредственно на соединяемых телах вращения.

Съемный упор в устройстве для соединения тел вращения может быть выполнен в виде разъемного кольца, снабженного зацепами.

Заявляемое устройство фактически является замкнутой силовой системой, обеспечивающей большие усилия затяжки муфты малыми усилиями завинчивания резьбовой тяги за счет передачи усилия через фиксирующий элемент и кольцевые опорные поверхности непосредственно на соединяемые детали. Установление на муфте не менее одного съемного упора, взаимодействующего с элементом, фиксирующим от проворота с помощью резьбовой тяги, дает возможность осуществления соединения тел вращения большого размера без их проворота и без дополнительных опор ни для одного из элементов конструкции устройства и соединяемых деталей, что актуально в полевых условиях. Выполнение резьбы с противоположным направлением непосредственно на соединяемых телах вращения позволяет отказаться от дополнительных деталей (в прототипе резьбовые элементы), что упрощает конструкцию соединения.

На чертеже представлено заявляемое устройство соединения в разрезе, где

1 - кольцевые опорные поверхности;

2 - винты, жестко закрепляющие опорные поверхности на соединяемых телах вращения;

3 - элементы, фиксирующие от углового проворота;

4 - резьбовая тяга;

5 - соединительная резьбовая муфта;

6 - съемный упор;

7 - уплотнительный элемент;

8 - соединяемые тела вращения.

Пример конкретного исполнения устройства представляет собой две полусферы с резьбой с противоположным направлением, двустрннюю резьбовую муфту, кольцевые опорные поверхности, винты, закрепляющие опорные поверхности на соединяемых полусферах, элементы фиксации от угловых поворотов, резьбовую тягу, соединительную муфту, съемный упор и уплотнительный элемент.

Сборка контейнера и затяжка муфты осуществляется в следующем порядке:

1. На одно из соединяемых тел вращения (полусферу 8) устанавливаются кольцевые опорные поверхности в виде обойм (1) и закрепляются на корпусах с помощью винтов (2).

2. На одной из кольцевых опорных поверхностей закрепляются элементы, фиксирующие соединяемые тела вращения от углового проворота (3).

3. Другое соединяемое тело вращения (полусфера 8) надевается на фиксирующие элементы (3) по соответствующим отверстиям, причем предварительно между соединяемыми деталями помещается соединительная резьбовая муфта (5).

4. Вращая от руки соединительную муфту, производится ее одновременное навинчивание на обе соединяемые детали, при этом они сводятся до упора и сжимают уплотнительный элемент (7).

5. Съемный упор (6) закрепляется на соединительной резьбовой муфте в положении, когда гнездо для упора расположено со стороны фиксирующего элемента (3) с резьбовой тягой (4), при этом оно расположено на стороне упора, противоположной вращению.

6. Резьбовая тяга (4) вворачивается в фиксирующий элемент (3), ближайший к съемному упору (6), и заворачивается до упорного гнезда.

7. Вращая резьбовую тягу с помощью гаечного ключа или специального маховичка, производится затяжка соединительной резьбовой муфты (5).

8. После выбора длины резьбы резьбовой тяги (4) или ее упора боковой поверхностью в соединительную муфту (5) резьбовая тяга (4) выворачивается до исходного положения, а съемный упор переставляется на группу отверстий, ближайшую к резьбовой тяге (4).

Заворачивание соединительной муфты (5) осуществляется на угол поворота, обеспечивающий необходимую величину обжатия уплотнительного элемента (7), расположенного между соединяемыми элементами. Величина обжатия назначается из условий обеспечения герметизации стыка, а необходимый угол поворота соединительной муфты определяется расчетно исходя из геометрических характеристик резьбы.

Отворачивание соединительной муфты осуществляется с помощью этого же приспособления после переворота съемного упора на 180° на соединительной муфте.

Съемный упор может быть выполнен в виде разъемного кольца, снабженного зацепами. В этом случае переустановки упора не требуется, а обеспечение усилия при закручивании и откручивании соединительной муфты целесообразно производить с помощью специальной силовой тяги за счет вращения маховичка с гайкой.

Изготовлен опытный образец заявляемого устройства, проведены опыты по соединению полусфер больших диаметров. При проведении опытов подтвердился технический результат, который выражается в создании стыковочного приспособления, обеспечивающего большие осевые усилия при существенно меньших усилиях, прилагаемых к стыковочному приспособлению, за счет чего обеспечивается герметичное соединение.

Источники информации

1. Пат. РФ №2060349 с приоритетом от 28.07.1992 г. Опубл. 20.05.1996. МПК Е 21 В 17/08.

2. Пат. РФ №2062387 с приоритетом от 09.07.1991 г. Опубл. 20.06.1996. МПК F 16 L 21/04.