PL209079B1 - Połączenie nastawne stalowych rur instalacyjnych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest połączenie nastawne stalowych rur instalacyjnych umożliwiające zmianę kątów między łączonymi rurami.

W znanych złączach gwintowych takich rur są: trójniki do połączenia trzech rur i czwórniki, czyli krzyżaki do połączenia czterech rur w jednej płaszczyźnie. Przedłużają one jedną z rur drugą rurą w tym samym kierunku i dołączają do nich prostopadłe rury, jedną lub dwie współosiowe. Większość takich złączek pozwala łączyć ze sobą bezpośrednio rury o takiej samej średnicy nominalnej. Istnieją jednak trójniki umożliwiające takie połączenia teowe, gdy jedna z rur ma inną średnicę niż obie pozostałe. Istnieje także odmiana niepłaska zwana trójnikiem narożnym do połączenia trzech rur z których każda jest prostopadła do obu pozostałych. Wszystkie te znane trójniki mają gwinty wewnętrzne walcowe RG do skojarzenia z gwintem zewnętrznym zwykle stożkowym RC końcówki rury o tej samej średnicy nominalnej. Podczas łączenia trójnik lub czwórnik może być początkowo nakręcony na końcówkę jednej nieruchomej rury, natomiast pozostałe rury muszą być następnie wkręcone do unieruchomionej już złączki.

Przy łączeniu trójnikiem lub czwórnikiem rur niespełniających tych koniecznych warunków stosuje się:

- doginanie rur w przypadku złącz z ką tami nieprostymi mię dzy rurami,

- wkrętkę zwężkową (zwana potocznie „redukcją) do trójnika przy dołączaniu do niego rury cieńszej lub przedłużkę zwężkową nakręconą na rurę grubszą,

- dwuzłączkę nakrętko-wkrętną (tzw. „śrubunek WZ) lub dwuzłączkę zwykłą i skrętkę (inaczej: „nypel) do dołączenia rury nieobracalnej.

Przy zgłaszanym zespole zwanym roboczo trójnikiem nastawnym te środki umożliwiające montaż są zbędne wskutek pewnej rozbudowy złącza polegającej na zastosowaniu w nim elementów tworzących przegub kulisty do podłączenia każdej z rur. Rurę tę można dzięki temu przy montażu do złącza odchylić w dowolnym kierunku od jej położenia prostopadłego względem sąsiedniej rury. Wielkość tej odchyłki może być przy tym nastawiana bezstopniowo do około 15°, wskutek czego kąt między obu odchylonymi do siebie lub od siebie rurami może przybierać wartości od 60° do 120°. Jest to jednak wynikiem rozbudowy złącza, bowiem zamiast pojedynczego trójnika zwykłego trójnik nastawny jest zespołem złożonym z około dziesięciu elementów. Niektóre z nich mają wprawdzie dość duże wymiary, ale łączone rury mogą być odpowiednio do tego krótsze. Części składowe opisywanego dalej zespołu są - poza jedną częścią - łatwe do wykonania, zwłaszcza przy wykorzystaniu jako półfabrykatów typowych prętów: sześciokątnego i okrągłego.

Poza nastawialnością kątów między rurami trójnik nastawny umożliwia łączenie rur o niejednakowej średnicy, która może przybierać trzy różne wartości. Jest to wynikiem wymienności jednego z elementów złącza, od którego to elementu uzależniona jest też wychylność rur.

Istotą wynalazku jest połączenie nastawne stalowych rur instalacyjnych, w postaci wielodrożnego kadłuba z końcówkami zewnętrznie nagwintowanymi do nakręcania nakrętek kołpakowych, mocujących element doszczelniający końcówki rury, charakteryzujące się tym, że każda rura ma nałożoną nakrętkę kołpakową z gwintem wewnętrznym i stożkową powierzchnią zamykającą, mającą otwór o średnicy większej od ś rednicy zewnętrznej rury, zaś na końcówkę gwintową rury nakręcona jest nakrętka kulowa z otworem wewnętrznym, której powierzchnia sferyczna po zaciśnięciu opiera się z jednej strony o powierzchnię stożkową, zaś z drugiej o stożkową przylgnie pierścienia uszczelniają cego, opartego na powierzchniach czołowych kadłuba.

Otwór wewnętrzny nakrętki kulowej poza strefą gwintu do nakręcania na końcówkę rury ma kształt odpowiadający końcówce narzędzia wkręcającego, natomiast nakrętka kulowa, w strefie poza otworem nakrętki kołpakowej ma cylindryczny występ.

Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty techniczno-użytkowe:

- moż liwość łączenia rur o niejednakowej ś rednicy.

- możliwość odchylania rury w dowolnym kierunku od jej położenia prostopadłego względem sąsiedniej rury, przy czym wielkość tej odchyłki może być przy tym nastawiana bezstopniowo do około 15°, wskutek czego kąt między obu odchylonymi do siebie lub od siebie rurami może przybierać wartości od 60° do 120°,

- ł atwość wykonania.

PL 209 079 B1

Przedmiot wynalazku w przykładowym wykonaniu został uwidoczniony w schemacie na rysunkach, gdzie na fig. 1, 2 i 3 przedstawia połączenie nastawne w przekrojach A-A, B-B i C-C, fig. 4 a, b, c i d przedstawia w przekroju nakrętki kulowe, fig. 5 a, b, c i d przedstawiają połączenia płaskie trzech rur, fig. 6 przedstawia w schemacie połączenie przestrzenne trzech rur.

Przedmiotem wynalazku jest połączenie nastawne stalowych rur instalacyjnych o niejednakowych średnicach:

- rura nominalna 11 dla tego trójnika nastawnego S-15 z końcówką gwintową _RC ¹Λ,

- rura grubsza 12 dla trójnika S-20 z końcówką gwintową _RC %,

- rura cieńsza 13 dla trójnika S-10 z końcówką gwintową _RG %.

Wszystkie te rury 11, 12 i 13 tworzą złącze płaskie, bowiem ich osie leżą w jednej pionowej płaszczyźnie, którą jest płaszczyzna rzutu głównego na rysunku (fig. 1). W płaszczyźnie tej rura nominalna 11 jest rurą górną i jest od pionu odchylona w lewo o kąt α=15° - największy możliwy. Odchylenie to jest skierowane ku sąsiedniej rurze 13, tj. bocznej, która jest pozioma, zatem obie rury 11 i 13 tworzą ze sobą kąt 75°. Rura 13 jest cieńsza od rury nominalnej 11, natomiast dolna rura 12 jest od rury nominalnej 11 grubsza i jest skierowana pionowo. Takie położenia rur 11, 12 i 13 są przypadkowe, bowiem rura nominalna 11 może być założona także z boku lub z dołu trójnika i to bez kątowego odchylenia od poziomu lub pionu. Rura cieńsza 13 i rura grubsza 12 mogą być założone także w dwóch innych niż swoje obecne położeniach, ale nie mogą być odchylone od kierunku pionowego albo poziomego.

Podstawowym elementem łączącym te trzy rury 11, 12 i 13 trójnika nastawnego wielkości nominalnej jest kadłub 1. Ma on - podobnie jak kadłub znanych trójników - dwie płaszczyzny symetrii, którymi są płaszczyzna przekroju A-A z rzutu głównego (fig. 1) i płaszczyzna przekroju B-B z rzutu poziomego (fig. 2). Kadłub i różni się natomiast od kadłuba znanych trójników tym, że zamiast walcowego gwintu rurowego wewnętrznego RG w trzech swoich końcówkach jest na nich walcowy gwint zewnętrzny RG i że końcówki te mają większą średnicę. Dla trójnika znamionowego 15 jest to więc zewnętrzny gwint R_G!A zamiast gwintu wewnętrznego R_G ¹/?. Poza tym zamiast nieobrabianych wiórowo czół wszystkich trzech końcówek ma on te czoła gładko obrabiane skrawaniem, bowiem od ich jakości zależy szczelność złącza. Do czół kadłuba i przylegają mianowicie czoła trzech pierścieni uszczelniających 2 mających na obwodzie zewnętrznym powierzchnię walcową i centralny otwór stożkowy stanowiący przylgnie stożkową 3 o półkącie wierzchołkowym 30°. O przylgnię 3 tych pierścieni 2 opierają się trzy nakrętki kulowe 4, 5 i 6, w które wkręcone są końcówki gwintowe RC ¹/?, RC RC % trzech rur 11, 12 i 13. Nazwa tych nakrętek 4, 5 i 6 pochodzi od ich kształtu, bowiem zewnętrznie stanowią one przeważającą część powierzchni kuli. Do połączenia rur o jednakowej średnicy wystarczą trzy jednakowe nakrętki kulowe. Żeby natomiast połączyć rurę nominalną 11 z rurami o innej średnicy nakrętki te muszą mieć różne gwinty. Na fig. 1 pokazane są nakrętki kulowe 4, 5 i 6 trzech takich wariantów. Jest więc: nakrętka kulowa nominalna 4 dla rury nominalnej 11, nakrętka kulowa większa 5 dla rury grubszej 12 i nakrętka kulowa mniejsza 6 dla rury cieńszej 13. Te trzy warianty nakrętki kulowej 4, 5 i 6 mają przelotowy otwór centralny 15 (fig. 2 i fig. 4 a, b, c i d), którego długość w nakrętkach 4 i 5 podzielona jest na trzy części, zaś w nakrętce 6 jest jeszcze część dodatkowa - czwarta. Podstawową - najdłuższą - część otworu centralnego 15 stanowi wewnętrzny walcowy gwint rurowy RG odpowiadający wymiarowo zewnętrznemu gwintowi rury (zwykle stożkowemu RC), z którą będzie tworzyć złącze. Są to więc gwinty: RG ¹Λ” w nakrętce kulowej nominalnej 4, RG % w nakrętce kulowej większej 5 i R_G %” w nakrętce kulowej mniejszej 6. Te nagwintowane części otworu znajdują się na skraju nakrętek kulowych 4 i 5, w nakrętce kulowej 6 otwór gwintowy jest pogłębiony walcowo na średnicę zewnętrzną rury cieńszej 13, tj. na około φ17. Pogłębienie to ułatwi początkowe wkręcanie rury 13 S-10 do tej nakrętki 6 wykorzystując okoliczność, że długość gwintu w nakrętce 6 jest większa od długości wymaganej dla gwintowej końcówki tej najcieńszej rury 13. Przyczynia się do tego także to, że nakrętka kulowa mniejsza 6 jest w rzeczywistości najdłuższa z nakrętek 4 i 5, co jest wynikiem zaopatrzenia jej we występ cylindryczny 7 mający ograniczyć wychylność rury 13 do kąta 15°. W przeciwnym skraju wszystkich trzech nakrętek kulowych 4, 5 i 6 znajduje się jednakowy otwór pod klucz trzpieniowy do obracania nakrętki 4, 5 i 6. Jest to otwór walcowy zaopatrzony w dwa bliźniacze rowki wzdłużne 8 rozmieszczone przeciwległe jak w piaście osadzonej na czopie z dwoma wypustami pryzmatycznymi. Przekrój poprzeczny rowków 8 jest jednak większy od rowków na dwa wpusty - co najmniej taki, jak dla piasty z pojedynczym wpustem. Kluczem do obracania nakrętek mających taki otwór może być płaskownik o grubości równej szerokości rowków 8 i o szerokości równej odstępowi den tych rowków. Zamiast otworu z rowkami wzdłużnymi 8 może być otwór sześciograniasty lub czworograniasty dla typowych

PL 209 079 B1 kluczy sztorcowych. Otwór do klucza i otwór gwintowany oddzielone są rowkiem obwodowym stanowiącym wybieg zarówno dla narzędzi dłutujących jak i dla narzędzia gwintującego. Nakrętki kulowe 4, 5 i 6 nie mają być obracane za pomocą cęgów do rur i jakichkolwiek kluczy zaciskanych na gładkiej zewnętrznej powierzchni nakrętki 4, 5 i 6. Powierzchnią tą jest pas kulisty, ograniczony z jednej strony otworem kluczowym, a drugiej strony otworem gwintowym (przy nakrętkach 4 i 5) lub występem cylindrycznym 7 (przy nakrętce 6). Nakrętka kulowa 4, 5 lub 6 i pierścień uszczelniający 2 objęte są nakrętką kołpakową 9 nakręconą na końcówkę kadłuba 1. (fig. 1). Nakrętka kołpakowa 9 jest sześciokątna na całej swej dużej długości lub tylko w okolicy gwintu wewnętrznego. Gwint ten w złączu sięga poza końcówkę gwintową kadłuba i, a poza nim jest walcowy, w którym mieści się pierścień uszczelniający 2 i jedna z trzech nakrętek kulowych 4, 5 lub 6. Przelotowy otwór zakończony jest dnem nakrętki, w środku którego znajduje się otwór stożkowy 10, o półkącie wierzchołkowym 30°. Otwór stożkowy 10 oraz przylgnia stożkowa 3 w pierścieniu uszczelniającym 2 obejmują z obu stron nakrętkę kulową 4, 5 lub 6 i wraz z nią tworzą przy lekko dokręconej nakrętce kołpakowej 9 przegub kulisty. Przegub ten umożliwia wychylenie wkręconej w nakrętkę kulową 4, 5 i 6 rury 11, 12 i 13 od jej położenia współosiowego z końcówką kadłuba 1. Wychylenie to może być w dowolnej płaszczyźnie osiowej, a wielkość jego jest ograniczona otworem stożkowym 10 oraz średnicą rury nominalnej 11, rury grubszej 12 lub występem cylindrycznym 7. Dla rury nominalnej 11 i dla rury cieńszej 13 największy kąt wychylenia jest równy około 15°, dla rury grubszej 12 około 0°. W nakrętce kulowej mniejszej 6 pozbawionej występu cylindrycznego 7 kąt ten byłby dużo większy od 15°, czego wynikiem mogłyby być przy silnie wychylonej rurze 13 przecieki ośrodka miedzy nakrętką kulową mniejszą 6 a pierścieniem uszczelniającym 2 poprzez jeden z obu rowków wzdłużnych 8. Konieczny ze względu na szczelność występ cylindryczny 7 ułatwia przy tym połączenie rury cieńszej 13 z nakrętką kulową mniejszą 6. Żeby natomiast pierścień 2 dobrze uszczelniał, jego materiał musi być dobrze dobrany do rodzaju i temperatury ośrodka. W zwykłych instalacjach wodociągowych może to być guma, dla cieczy gorących odpowiednie tworzywo sztuczne lub aluminium. Przylgnia stożkowa 3 sztywnego pierścienia uszczelniającego 2 powinna być współosiowa z otworem stożkowym 10, do czego korzystnym jest luźne osadzenie tego pierścienia 2 w nakrętce kołpakowej 9. Luz średnicowy musi być szczególnie duży dla pierścienia aluminiowego ze względu na jego rozszerzalność cieplną - większą niż dla stalowej nakrętki. Natomiast podatny pierścień uszczelniający gumowy nie potrzebuje żadnego luzu, przeciwnie - lekki wcisk ułatwi montaż złącza.

Przystępując do montażu połączenia trzech rur 11, 12 i 13 za pomocą trójnika nastawnego z fig. 1 należy najpierw zespół ten rozebrać na dziesięć jego części składowych. Następnie należy przygotować każdą z trzech rur 11, 12 i 13 do połączenia jej z kadłubem i z obu pozostałymi rurami. W tym celu trzeba nałożyć nakrętkę kołpakową 9 jej dnem z otworem stożkowym 10 na rurę 13 i przesunąć ją tak daleko, aż gwint stożkowy rury 13 wystawać będzie poza koniec gwintowy nakrętki 9. Umożliwi to nakręcenie na końcówkę tej rury 13 odpowiedniej nakrętki kulowej, a więc nakrętki kulowej nominalnej 4 na rurę nominalną 11, nakrętki kulowej większej 5 na rurę grubszą 12 i nakrętki kulowej mniejszej 6 na rurę cieńszą 13. Wykorzystywać przy tym należy otwór okrągły z rowkami 8 lub zastępujący go otwór graniasty, nie używając narzędzi mogących uszkodzić zewnętrzną powierzchnię kulistą. Uszczelnienie przez jednorazowe silne dokręcenie nakrętki 4, 5 i 6 na gwincie stożkowym rury 11, 12 i 13 jest łatwe znanymi sposobami: za pomocą taśmy uszczelniającej lub konopi oraz pasty uszczelniającej, smaru stałego lub pokostu. Pastą uszczelniającą należy też posmarować zewnętrzne powierzchnie nakrętek kulowych 4, 5, 6 oraz końcówki kadłuba 1. Zesunąwszy wystarczająco z rur nakrętki kołpakowe 9 włożyć do nich pierścienie uszczelniające 2 opierając ich przylgnie stożkowe 3 o nakrętki kulowe 4, 5 i 6. Przystępując następnie do przyłączenia wszystkich trzech rur 11, 12 i 13 do kadłuba i zwrócić należy uwagę na to, żeby żaden z pierścieni 2 nie wypadł z nakrętki kołpakowej 9. Jest to zbędne przy pierścieniach gumowych, które nie wypadną nawet z nakrętki górnej. Kolejność dokręcania trzech nakrętek kołpakowych 4, 5 i 6 jest zasadniczo dowolna, ale powinno być ono przeprowadzone w dwóch lub trzech etapach oddzielonych poprawianiem położenia rur 11, 12 i 13. Przy właściwym materiałowo i wykonawczo pierścieniu uszczelniającym 2 i po prawidłowym montażu nie powinno być wycieków cieczy z nakrętki kołpakowej 9 ani przez otwór stożkowy 10, ani przez otwór gwintowy.

Niektóre, szczególne połączenia trzech rur nominalnych pokazane są na fig. 5 a, b i c. Są to połączenia płaskie, tzn. takie, w których osie wszystkich rur 11, 12 i 13 leżą w płaszczyźnie osi końcówek trójnika. Dwie lub wszystkie trzy rury są przy tym maksymalnie odchylone od kierunku osi przynależnej im końcówki trójnika. Na fig. 5 a w połączeniu rur 11, 12 i 13 dolna rura 12 nie jest odchylona od pioPL 209 079 B1 nu, górna rura 11 jest odchylona od pionu o maksymalny kąt 15° w lewo, rura boczna 12 jest odchylona o kąt 15° w prawo w górę. Kąty między rurą boczną 13 a pozostałymi dwiema rurami 11 i 12 są zatem równe 60° i 105°. W połączeniu z fig. 5 b wszystkie rury 11, 12 i 13 odchylone są w prawo o kąt 15° od osi końcówek trójnika, wskutek czego rura dolna 12 i rura górna 11 są do siebie równoległe w odstępie „e, zaś rura boczna 12 jest do nich obu prostopadła. Odstęp „e jest równy e = 2 · α · sin15° « 0,5176 · α, gdzie a jest odległością środków nakrętek kulowych 4, 5, 6 od środka trójnika, tj. punktu przecięcia się osi jego końcówek. W połączeniu z fig. 5 c rura dolna 12 jest odchylona o kąt 15° w prawo, zaś rura górna 11 i rura boczna 12 o tenże kąt w lewo. Rura boczna 13 tworzy więc kąty: 60° z rurą dolną 12 i 90° z rurą górną 11, a rura dolna 12 i rura górna 11 z sobą kąty: rozwarty 150° i ostry 30°. Widać z tych trzech szczególnych połączeń, że rura boczna 12 może tworzyć z rurą sąsiednią dowolny kąt w zakresie od 60° do 150°, a nie wyłącznie kąt prosty jak przy trójniku znanym od dawna.

Schemat połączenia przestrzennego trzech rur przedstawiony jest na fig. 6. Rura górna 11 jest tu rurą nominalną, może więc być odchylona od pionu o dowolny kąt niewiększy od 15° i to w dowolnym kierunku. Pozostałe rury 12 i 13 nie są odchylone od końcówek gwintowych trójnika, zatem mogą być grubsze lub cieńsze od rury nominalnej 11. Kierunek odchylenia rury górnej 11 od pionowej końcówki trójnika przedstawiony jest w trzech rzutach i jednym kładzie. Rzut główny A-A rysunku jest płaszczyzną osiową trójnika i na tym rzucie a_g jest kątem odchylenia w płaszczyźnie trójnika, e_g jest strzałką odchylenia w płaszczyźnie trójnika rury 11 na wysokości „h nad środkiem kadłuba 1 i na wzniosie „w nad środkiem nakrętki kulowej nominalnej 4. Na rzucie bocznym B-B: a_b jest kątem odchylenia w płaszczyźnie pionowej prostopadłej do płaszczyzny rysunku, e_b jest strzałką odchylenia bocznego rury 11 na tejże wysokości „h i tymże wzniosie „w. Rzut poziomy jest przekrojem C-C rury górnej 11 na wysokości „h i wzniosie „w'. Kład K na płaszczyznę rysunku pokazuje kąt α i strzałkę „e odchylenia na wysokości „h i wzniosie „w. Z rzutu głównego A-A wynika, że w = h - a, e_g = w · tga_g, z rzutu bocznego B-B wynika, że eb = w · tgab, z rzutu poziomego C-C wynika, że

2 2 e² = e²g + e²b, z kładu K wynika, że e = w · tga.

Z wszystkich tych równości otrzymuje się po przekształceniach zależność między kątami a_g i a_b odchylenia rury 11 w dwóch prostopadłych do siebie płaszczyznach osiowych:

= tga < tg15°* 0,2679;

0,0718 - tg, < 15°

Przy bocznym odchyleniu rury 11 kąt jej odchylenia w płaszczyźnie trójnika musi być więc odpowiednio mniejszy od 15°.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Połączenie nastawne stalowych rur instalacyjnych, w postaci wielodrożnego kadłuba z końcówkami zewnętrznie nagwintowanymi do nakręcania nakrętek kołpakowych, mocujących element doszczelniający końcówki rury, znamienne tym, że każda rura (11), (12) i (13) ma nałożoną nakrętkę kołpakową (9) z gwintem wewnętrznym i stożkową powierzchnią zamykającą (14), mającą otwór (10) o średnicy większej od średnicy zewnętrznej rury (11), (12) i (13), zaś na końcówkę gwintową rury (11), (12) i (13) nakręcona jest nakrętka kulowa (4), (5) i (6) z otworem wewnętrznym (8), której powierzchnia sferyczna po zaciśnięciu opiera się z jednej strony o powierzchnię stożkową (14), zaś

   PL 209 079 B1 z drugiej o stożkową przylgnię (3) pierścienia uszczelniającego (2), opartego na powierzchniach czołowych kadłuba (1).
2. 2. Połączenie nastawne stalowych rur instalacyjnych według zastrz. 1, znamienne tym, że otwór wewnętrzny (8) nakrętki kulowej (4), (5) i (6) poza strefą gwintu do nakręcania na końcówkę rury (11), (12) i (13) ma kształt odpowiadający końcówce narzędzia wkręcającego.
3. 3. Połączenie nastawne stalowych rur instalacyjnych według zastrz. 1, znamienne tym, że nakrętka kulowa (6), w strefie poza otworem (10) nakrętki kołpakowej (9) ma cylindryczny występ (7).