RU121336U1

RU121336U1 - Pluggable Connection

Info

Publication number: RU121336U1
Application number: RU2011125669/06U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Дмитриевич Гридин; Кирилл Анатольевич Кузнецов; Вячеслав Олегович Хабуев
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2012-10-20

Abstract

Разъемное соединение, содержащее соединяемые элементы с уплотняемыми поверхностями, упругое уплотнительное кольцо, установленное между металлическими кольцами, крепежное приспособление для стягивания соединяемых элементов в осевом направлении и удержания их в рабочем положении, отличающееся тем, что упругое уплотнительное кольцо имеет круглое сечение и изготовлено из эластомерного материала, например резины, металлические кольца выполнены в виде осевых упоров, при этом толщину h металлических колец выбирают по зависимости ! h=(1,4…1,6)r, ! где r - радиус сечения упругого уплотнительного кольца, мм. A detachable joint containing connecting elements with sealing surfaces, an elastic sealing ring installed between the metal rings, a fastening device for tightening the connected elements in the axial direction and holding them in a working position, characterized in that the elastic sealing ring has a circular section and is made of elastomeric material , for example rubber, metal rings are made in the form of axial stops, while the thickness h of the metal rings is chosen according to the dependence! h = (1.4 ... 1.6) r,! where r is the radius of the section of the elastic sealing ring, mm.

Description

Полезная модель относится к уплотнительной технике и может быть использована в химической, нефтехимической и в других отраслях промышленности, в частности, во фланцевых разъемных соединениях для трубопроводов и в трубопроводной арматуре.The utility model relates to sealing equipment and can be used in chemical, petrochemical and other industries, in particular, in flange detachable joints for pipelines and in pipe fittings.

Известно разъемное соединение торцового типа (патент RU №2305219, МПК F16L 23/00, опубликовано 27.08.2007 г.), содержащее соединяемые элементы (ниппели с фланцами), установленную в зазоре между плоскими уплотняемыми поверхностями фланцев герметизирующую прокладку из упругого материала с помещенным в ее кольцевой канавке ограничительным кольцом из более твердого материала, крепежные элементы.Known mechanical type end connection (patent RU No. 2305219, IPC F16L 23/00, published August 27, 2007) containing connected elements (nipples with flanges) installed in the gap between the flat sealing surfaces of the flanges, a gasket made of elastic material placed in its annular groove is a restrictive ring of harder material, fasteners.

Из-за отсутствия жестких осевых упорных элементов между фланцами известного разъемного соединения имеется вероятность снижения его герметичности вследствие остаточных деформаций упругой прокладки при изгибных нагрузках на трубопровод, а также при динамических нагрузках, создаваемых рабочей средой.Due to the lack of rigid axial thrust elements between the flanges of a known detachable connection, it is possible to reduce its tightness due to residual deformations of the elastic gasket under bending loads on the pipeline, as well as under dynamic loads created by the working medium.

Известно разъемное соединение торцового типа (Уплотнения и уплотнительная техника / Справочник. М.: «Машиностроение». 1994, стр.115-117, рис.3.19, в), содержащее соединяемые элементы с плоскими уплотняемыми поверхностями, кольцевую канавку, в которую помещено резиновое уплотнительное кольцо круглого сечения. При этом резиновое кольцо установлено в кольцевой канавке с натягом, но с образованием радиального зазора между ним и противоположной стороной канавки. Поэтому требуется, чтобы объем кольцевой канавки (места установки) был больше на 5-10% объема уплотнительного кольца. Кроме того, согласно ГОСТу, в известном соединении предусмотрен обязательный осевой зазор, расположенный между уплотняемыми поверхностями и сообщенный с рабочей средой для обеспечения эффекта самоуплотнения резинового кольца под действием давления рабочей среды. Величина осевого зазора должна составлять не менее 0,02 мм.Known detachable end-face type connection (Seals and sealing technique / Handbook. M .: "Mechanical Engineering". 1994, pp. 115-117, Fig. 3.19, c) containing connected elements with flat sealing surfaces, an annular groove in which the rubber is placed O-ring. In this case, the rubber ring is installed in the annular groove with interference, but with the formation of a radial clearance between it and the opposite side of the groove. Therefore, it is required that the volume of the annular groove (installation location) be 5-10% more than the volume of the o-ring. In addition, according to GOST, in the known connection provides a mandatory axial clearance located between the sealing surfaces and communicated with the working medium to ensure the effect of self-sealing of the rubber ring under the influence of the working medium pressure. The axial clearance should be at least 0.02 mm.

Недостаток известного разъемного соединения заключается в том, что рабочая среда, проходящая через обязательный осевой зазор в свободное пространство кольцевой канавки, оказывает непосредственное химическое и динамическое воздействие на материал резинового кольца, что и приводит к его ускоренному старению и, как следствие, - к снижению его герметизирующих свойств. В связи с тем, что резиновое кольцо известного разъемного соединения может находиться под действием высокого давления рабочей среды (например 40…50 МПа), величина его относительной деформации сжатия может достигать 35% и более, что резко ускоряет процесс его старения и накопления в нем необратимых остаточных деформаций. При повышенных параметрах давления и температуры рабочей среды, например при гидроударах, может произойти частичное выдавливание резинового кольца в пространство обязательного осевого зазора, что ускоряет его разрушение. Кроме того, в случаях быстрого сброса давления рабочей среды резиновое кольцо может разрушиться вследствие «кессонного эффекта». В связи с этим надежность работы известного соединения и его циклическая долговечность значительно снижаются.A disadvantage of the known detachable connection is that the working medium passing through the mandatory axial clearance into the free space of the annular groove has a direct chemical and dynamic effect on the material of the rubber ring, which leads to its accelerated aging and, as a result, to a decrease in it sealing properties. Due to the fact that the rubber ring of a known detachable joint can be exposed to high pressure of the working medium (for example, 40 ... 50 MPa), the value of its relative compressive deformation can reach 35% or more, which dramatically accelerates the process of aging and the accumulation of irreversible residual deformations. With increased parameters of pressure and temperature of the working medium, for example, with water hammer, a partial extrusion of the rubber ring into the space of the mandatory axial clearance may occur, which accelerates its destruction. In addition, in cases of rapid depressurization of the working fluid, the rubber ring may collapse due to the "caisson effect". In this regard, the reliability of the known compounds and its cyclic durability are significantly reduced.

Известно разъемное соединение торцового типа, наиболее близкое предлагаемому по технической сущности (Уплотнения и уплотнительная техника / Справочник. М.: «Машиностроение». 1994, стр.128-129, рис.3.30), содержащее соединяемые элементы (фланцы) с плоскими уплотняемыми поверхностями, крепежное приспособление для стягивания соединяемых элементов в осевом направлении и удержания их в рабочем положении. В зазоре между соединяемыми элементами установлено упругое уплотнительное кольцо, представляющее собой спирально навитую металлическую ленту, между витками которой размещен неметаллический наполнитель в виде ленты из паронита или асбестовой бумаги. Уплотнительное кольцо, зафиксированное от радиального смещения между ограничительными металлическими кольцами, устанавливают в открытых фланцах между их плоскими уплотняемыми поверхностями и зажимают его между фланцами.Known end-face type detachable closest closest to that proposed by technical nature (Seals and sealing technique / Handbook. M: "Mechanical Engineering". 1994, p.128-129, Fig.3.30) containing connected elements (flanges) with flat sealing surfaces , a fixture for tightening the connected elements in the axial direction and holding them in the working position. In the gap between the connected elements, an elastic sealing ring is installed, which is a spirally wound metal tape, between the turns of which there is a non-metallic filler in the form of a tape made of paronite or asbestos paper. A sealing ring, fixed from radial displacement between the restrictive metal rings, is installed in open flanges between their flat sealing surfaces and clamped between the flanges.

При этом между уплотняемыми поверхностями фланцев и плоскими поверхностями ограничительных металлических колец предусмотрен обязательный осевой зазор, сообщенный с рабочей средой для обеспечения эффекта самоуплотнения уплотнительного кольца под действием давления рабочей среды.In this case, between the sealing surfaces of the flanges and the flat surfaces of the restrictive metal rings, a mandatory axial clearance is provided, communicated with the working medium to ensure the effect of self-sealing of the sealing ring under the action of the working medium pressure.

В известном разъемном соединении из-за наличия осевого зазора и отсутствия осевых упоров имеется вероятность значительных отклонений от нормированной величины усилия герметизации в сторону ее превышения при его сборке в процессе затяжки крепежного приспособления. При сборке прототипа требуется создание на его уплотнительном кольце высоких значений начального контактного давления, составляющих 16…60 МПа с учетом его использования для различных рабочих сред. Кроме того, в процессе эксплуатации известного разъемного соединения его уплотнительное кольцо работает в режиме самоуплотнения, то есть на его уплотнительной поверхности создается высокое контактное давление, соразмерное величине давления рабочей среды. Это может приводить к превышению предельной величины относительной деформации сжатия упругой стальной ленты и, следовательно, к снижению ее упругих свойств и к ускоренному ее износу. Наличие обязательного осевого зазора, сообщенного с рабочей средой, также способствует снижению его упругих свойств и ускоренному износу материала уплотнительного кольца из-за непосредственного химического и динамического воздействия на него рабочей среды, свободно проходящей через обязательный осевой зазор между плоскими поверхностями внутреннего ограничительного кольца и торцовыми поверхностями фланцев. Указанные недостатки в значительной мере снижают надежность работы и циклическую долговечность известного разъемного соединения.In the known detachable connection, due to the presence of axial clearance and the absence of axial stops, there is a possibility of significant deviations from the normalized amount of the sealing force towards its excess when it is assembled during the tightening of the fastening device. When assembling the prototype, it is required to create high initial contact pressure values of 16 ... 60 MPa on its o-ring, taking into account its use for various working environments. In addition, during the operation of the known detachable connection, its sealing ring operates in a self-sealing mode, that is, a high contact pressure is created on its sealing surface, commensurate with the pressure of the working medium. This can lead to exceeding the limit value of the relative compression strain of the elastic steel strip and, consequently, to a decrease in its elastic properties and to accelerated wear. The presence of a mandatory axial clearance in communication with the working medium also contributes to a decrease in its elastic properties and accelerated wear of the material of the sealing ring due to the direct chemical and dynamic effects of the working medium on it, freely passing through the mandatory axial clearance between the flat surfaces of the inner restrictive ring and the end surfaces flanges. These disadvantages significantly reduce the reliability and cyclic durability of the known detachable connection.

Задачей и одновременно техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение надежности работы и увеличение циклической долговечности разъемного соединения.The task and at the same time the technical result of the proposed utility model is to increase the reliability of the work and increase the cyclic durability of the detachable connection.

Поставленная задача решается тем, что в разъемном соединении, содержащем соединяемые элементы с уплотняемыми поверхностями, упругое уплотнительное кольцо, установленное между металлическими кольцами, крепежное приспособление для стягивания соединяемых элементов в осевом направлении и удержания их в рабочем положении, согласно полезной модели упругое уплотнительное кольцо имеет круглое сечение и изготовлено из эластомерного материала, например резины, металлические кольца выполнены в виде осевых упоров, при этом толщину h металлических колец выбирают по зависимостиThe problem is solved in that in a detachable connection containing connected elements with sealing surfaces, an elastic sealing ring installed between the metal rings, a fastening device for compressing the connected elements in the axial direction and keeping them in working position, according to a utility model, the elastic sealing ring has a round the cross section is made of an elastomeric material, for example rubber, metal rings are made in the form of axial stops, while the thickness h is metallic FIR rings are selected depending on the

h=(1,4…1,6)r,h = (1.4 ... 1.6) r,

где r - радиус сечения упругого уплотнительного кольца, мм.where r is the radius of the cross section of the elastic sealing ring, mm

Благодаря тому, что в заявленной конструкции разъемного соединения исключен обязательный осевой зазор между торцовыми поверхностями фланцев и контактирующими с ними плоскими поверхностями металлических упорных колец, рабочая среда не может свободно проникнуть к резиновому уплотнительному кольцу, которое оказывается защищенным от ее прямого воздействия. Это означает, что полная герметизация предлагаемого разъемного соединения для всех режимов его эксплуатации обеспечивается уже при его сборке, и резиновое кольцо работает при заданной в процессе сборки величине контактного давления, а не в режиме самоуплотнения, когда на резиновом кольце создается более высокое контактное давление под действием высокого давления рабочей среды. Этим самым исключается вероятность его быстрого старения и разрушения. Кроме того, благодаря наличию упорных металлических колец, толщину h которых рассчитывают в заданных пределах (1,4…1,6)r, на резиновом уплотнительном кольце при сборке заявленного разъемного соединения обеспечивается минимально необходимая величина контактного давления, так как упорные металлические кольца предохраняют резиновое кольцо от его запредельного деформирования полным усилием затяжки крепежного приспособления. Расчеты показывают, что величина относительной деформации сжатия резинового кольца при сборке предложенной конструкции разъемного соединения составляет 20…30%, то есть находится в пределах ее нормативных значений, обеспечивающих на резиновом кольце гарантированную величину контактного давления, находящуюся, соответственно, в пределах 1,5…3,0 МПа во всех режимах эксплуатации. При этом не происходит накопления необратимых остаточных деформаций в резиновом кольце, благодаря чему его упругие свойства не снижаются длительное время. Механизм герметизации предлагаемого разъемного соединения основан на том, что уплотнительное резиновое кольцо и место его установки имеют почти одинаковый объем. В процессе сборки предлагаемого разъемного соединения происходит сжатие уплотнительного кольца плоскими торцовыми поверхностями фланцев, и круглая форма его сечения принудительно изменяется и принимает прямоугольную форму, то есть форму сечения места его установки. Вследствие этого его материал переходит в напряженно-упругое состояние, оказываясь в условиях, близких к условиям всестороннего сжатия. Одновременно увеличивается и площадь контакта резинового кольца с уплотняемыми поверхностями фланцев. Эксперименты показали, что в процессе сборки предлагаемого разъемного соединения при минимальной заданной толщине h упорных колец, соответствующей заявленному пределу {h=1,4r) и, следовательно, наибольшему значению относительной деформации сжатия резинового кольца, составляющему 30%, не происходит выдавливания резинового кольца из места его установки. При этом резиновое кольцо не испытывает запредельных деформаций, благодаря чему у предлагаемого разъемного соединения сохраняется большой резерв циклической долговечности. В случае же выбора меньшей толщины h (например h=1,3r) по отношению к ее минимальному расчетному значению (h=1,4r) значение относительной деформации сжатия резинового кольца превысит 30% и может произойти выдавливание резинового кольца в не закрывшийся зазор между сопрягаемыми поверхностями фланцев и упорных металлических колец до момента их стыковки. Кроме того, даже если не произойдет выдавливания резинового кольца, в нем будут накапливаться необратимые остаточные деформации, снижающие потенциал циклической долговечности предлагаемого разъемного соединения. На резиновом кольце при сборке предлагаемого соединения с максимальным значением толщины h упорных колец, соответствующей заявленному пределу (h=1,6r) и, следовательно, наименьшему нормативному значению относительной деформации сжатия, составляющему 20%, также обеспечивается гарантированная величина контактного давления (не менее 1,5 МПа). В случае выбора большей толщины h (например h=1,7r) по отношению к ее максимальному заявленному значению (h=1,6r) значение относительной деформации сжатия резинового кольца уменьшится (будет менее 20%,), а следовательно, величина контактного давления на резиновом кольце также уменьшится и может оказаться ниже 1,5 МПа, что приведет к снижению степени герметизации, а следовательно, к проникновению рабочей среды к месту установки резинового кольца, а значит, - к снижению надежности работы предлагаемого соединения, а также к снижению его циклической долговечности вследствие разрушающего воздействия рабочей среды. Так как известно, что у резины при ее деформациях практически не изменяется объем, то при всестороннем сжатии упругие свойства резин и других эластичных материалов приближаются к свойствам низкомолекулярных твердых или жидких веществ, которые проявляют свойство несжимаемости. Поэтому резиновое кольцо, находящееся в условиях, близких к всестороннему сжатию, которое строго ограничено заявленными пределами относительной деформации сжатия, выраженными зависимостью h=(1,4…1,6)r, надежно препятствует проникновению рабочей среды к месту его установки и защищает себя от ее химического воздействия и от возможных резких пульсаций давления. Именно потому, что резиновое кольцо заключено уже при сборке предлагаемого соединения в условия, близкие к условиям всестороннего сжатия, механизм его герметизации становится аналогичным механизму герметизации, связанному с эффектом самоуплотнения, но без вредного воздействия рабочей среды на уплотнительное кольцо. Поэтому предлагаемое разъемное соединение надежно работает при высоких давлениях рабочих сред, но при сравнительно невысоких контактных давлениях на уплотнительном резиновом кольце. Испытания предложенного разъемного соединения показали высокую степень его герметичности и высокую надежность работы при давлении рабочей среды до 50 МПа, а также при пульсирующем давлении рабочей среды. После проведения многократных сборок-разборок при произвольной ориентации резинового кольца предложенное разъемное соединение сохранило свою полную герметичность, чем подтверждается наличие значительного запаса его циклической долговечности.Due to the fact that the claimed design of the detachable connection eliminates the mandatory axial clearance between the end surfaces of the flanges and the flat surfaces of the metal thrust rings in contact with them, the working medium cannot freely penetrate the rubber o-ring, which is protected from its direct impact. This means that the complete sealing of the proposed detachable joint for all modes of its operation is ensured already during its assembly, and the rubber ring operates at the contact pressure set during the assembly process, and not in the self-sealing mode, when a higher contact pressure is created on the rubber ring under the action of high pressure working environment. This eliminates the likelihood of its rapid aging and destruction. In addition, due to the presence of thrust metal rings, the thickness h of which is calculated within the specified limits (1.4 ... 1.6) r, the minimum required contact pressure is ensured on the rubber sealing ring when assembling the claimed detachable connection, since the thrust metal rings protect the rubber ring from its extreme deformation by the full tightening force of the fastening device. Calculations show that the value of the relative compression strain of the rubber ring during assembly of the proposed design of the detachable connection is 20 ... 30%, that is, it is within its normative values, providing a guaranteed contact pressure on the rubber ring, which is, respectively, within 1.5 ... 3.0 MPa in all operating modes. In this case, there is no accumulation of irreversible residual deformations in the rubber ring, so that its elastic properties do not decrease for a long time. The sealing mechanism of the proposed detachable connection is based on the fact that the rubber sealing ring and its installation location have almost the same volume. In the process of assembling the proposed detachable connection, the sealing ring is compressed by the flat end surfaces of the flanges, and the round shape of its section is forcibly changed and takes a rectangular shape, that is, the cross-sectional shape of the installation site. As a result of this, its material goes into a stress-elastic state, being in conditions close to the conditions of comprehensive compression. At the same time, the contact area of the rubber ring with the sealing surfaces of the flanges also increases. The experiments showed that during the assembly of the proposed detachable joint with a minimum specified thickness h of the thrust rings corresponding to the declared limit (h = 1.4r) and, consequently, the greatest value of the relative compression deformation of the rubber ring of 30% does not extrude the rubber ring from places of its installation. In this case, the rubber ring does not experience extreme deformations, due to which the proposed detachable connection retains a large reserve of cyclic durability. In the case of choosing a smaller thickness h (for example, h = 1.3r) with respect to its minimum calculated value (h = 1.4r), the value of the relative compression deformation of the rubber ring will exceed 30% and extrusion of the rubber ring into the non-closed gap between the mating surfaces of flanges and thrust metal rings until they join. In addition, even if there is no extrusion of the rubber ring, irreversible residual deformations will accumulate in it, which reduce the potential for cyclic durability of the proposed detachable connection. On the rubber ring, when assembling the proposed compound with a maximum value of the thickness h of the thrust rings corresponding to the declared limit (h = 1.6r) and, therefore, the lowest standard value of the relative compression deformation of 20%, a guaranteed value of contact pressure is also guaranteed (not less than 1 5 MPa). In the case of choosing a larger thickness h (for example, h = 1.7r) with respect to its maximum declared value (h = 1.6r), the value of the relative compression strain of the rubber ring will decrease (it will be less than 20%,), and therefore, the contact pressure will the rubber ring will also decrease and may be below 1.5 MPa, which will lead to a decrease in the degree of sealing, and consequently, to the penetration of the working medium to the place of installation of the rubber ring, and therefore to a decrease in the reliability of the proposed connection, as well as to reduce its cyclic before govechnosti due to the damaging effects of the working environment. Since it is known that the volume of rubber does not change during its deformation, with full compression, the elastic properties of rubbers and other elastic materials approach the properties of low molecular weight solid or liquid substances, which exhibit the property of incompressibility. Therefore, the rubber ring, which is in conditions close to comprehensive compression, which is strictly limited by the stated limits of the relative compression strain, expressed by the dependence h = (1.4 ... 1.6) r, reliably prevents the penetration of the working medium to the place of its installation and protects itself from its chemical effects and from possible sharp pulsations of pressure. Precisely because the rubber ring was already made when the proposed compound was assembled under conditions close to the conditions of comprehensive compression, its sealing mechanism becomes similar to the sealing mechanism associated with the self-sealing effect, but without the harmful effect of the working medium on the sealing ring. Therefore, the proposed detachable connection reliably works at high pressures of the working medium, but at relatively low contact pressures on the rubber sealing ring. Tests of the proposed detachable connection showed a high degree of its tightness and high reliability at a working medium pressure of up to 50 MPa, as well as at a pulsating working medium pressure. After conducting multiple disassembly assemblies with an arbitrary orientation of the rubber ring, the proposed detachable connection retained its complete tightness, which confirms the presence of a significant margin of its cyclic durability.

Сущность предлагаемой полезной модели представлена на чертежах, где на фиг.1 показан общий вид разъемного соединения с резиновым уплотнительным кольцом и металлическими кольцами при затянутом положении его крепежного приспособления, продольный разрез; на фиг.2 - разъемное соединение с резиновым уплотнительным кольцом и металлическими кольцами при незатянутом положении его крепежного приспособления, продольный разрез; на фиг.3 - сечение резинового уплотнительного кольца, установленного между металлическими кольцами, при незатянутом крепежном приспособлении, вид А на фиг.2.The essence of the proposed utility model is presented in the drawings, in which Fig. 1 shows a general view of a detachable connection with a rubber sealing ring and metal rings with the fastened position of its mounting device, a longitudinal section; figure 2 - detachable connection with a rubber sealing ring and metal rings with the loose position of its mounting device, a longitudinal section; figure 3 is a cross-section of a rubber o-ring installed between the metal rings, when the fastening device is loose, view A in figure 2.

Предлагаемое разъемное соединение содержит соединяемые элементы, выполненные в виде стальных ниппелей 1 и 2 и фланцев 3 и 4 с плоскими уплотняемыми поверхностями (на чертежах не обозначены). К ниппелям 1 и 2 могут быть присоединены трубопроводы (на чертежах не показаны). Между плоскими торцовыми уплотняемыми поверхностями фланцев 3 и 4 установлено упругое уплотнительное кольцо 5 круглого сечения, зафиксированное в радиальном зазоре, образованном между двумя концентрично расположенными металлическими (стальными) кольцами 6 и 7 разного диаметра. Металлические кольца 6 и 7 имеют конструкцию осевых упоров, контактные поверхности которых могут иметь соответствующую чистоту обработки. Уплотнительное кольцо 5 изготовлено из эластомерного материала, например из резины соответствующей группы. Радиальное расстояние в зазоре между металлическими кольцами - внутренним 6 и внешним 7 - выполнено равным диаметру сечения уплотнительного кольца 5 (фиг.3) или немного меньшим его диаметра для удобства фиксации уплотнительного кольца 5. Толщину h металлических колец 6 и 7 выбирают по зависимостиThe proposed detachable connection contains connectable elements made in the form of steel nipples 1 and 2 and flanges 3 and 4 with flat sealing surfaces (not shown in the drawings). Pipes can be connected to nipples 1 and 2 (not shown in the drawings). Between the flat end faces of the sealing surfaces of the flanges 3 and 4, an elastic o-ring 5 of circular cross section is installed, fixed in a radial clearance formed between two concentrically arranged metal (steel) rings 6 and 7 of different diameters. The metal rings 6 and 7 have a design of axial stops, the contact surfaces of which can have an appropriate processing cleanliness. O-ring 5 is made of an elastomeric material, for example, from rubber of the corresponding group. The radial distance in the gap between the metal rings — inner 6 and outer 7 — is made equal to the diameter of the cross section of the sealing ring 5 (Fig. 3) or slightly smaller than its diameter for the convenience of fixing the sealing ring 5. The thickness h of the metal rings 6 and 7 is chosen according to

h=(1,4…1,6)r,h = (1.4 ... 1.6) r,

где r - радиус сечения уплотнительного кольца, мм.where r is the radius of the cross section of the sealing ring, mm

Указанная зависимость обеспечивает равенство площадей круглого сечения уплотнительного кольца 5 и прямоугольного сечения замкнутого кольцевого пространства, образованного радиальным зазором, созданным между цилиндрическими поверхностями металлических колец 6 и 7, и осевым зазором, созданным между плоскими торцовыми уплотняемыми поверхностями фланцев 3 и 4 в собранном положении разъемного соединения. Для стягивания между собой ниппелей 1 и 2 в осевом направлении и для удержания их в рабочем положении, на фланцах 3 и 4 установлено крепежное приспособление 8, которое может относиться к бугельному типу, как показано на фиг.1, или к типу болтового крепежного приспособления (на чертежах не показано). Крепежное приспособление 8 бугельного типа может быть выполнено в виде двух полуколец, охватывающих собой фланцы 3 и 4 по их наружным сторонам, имеющим конический профиль. Полукольца крепежного приспособления 8, также выполненные с коническими внутренними поверхностями (на чертежах не обозначены), имеют возможность радиального перемещения по боковым коническим поверхностям фланцев 3 и 4. Полукольца крепежного приспособления 8 соединены между собой крепежными деталями, например - резьбовыми шпильками и гайками (на чертежах не показаны).This dependence ensures the equality of the circular cross-sectional area of the sealing ring 5 and the rectangular cross-section of the closed annular space formed by the radial clearance created between the cylindrical surfaces of the metal rings 6 and 7 and the axial clearance created between the flat face sealing surfaces of the flanges 3 and 4 in the assembled position of the detachable joint . To tighten the nipples 1 and 2 in the axial direction and to keep them in the working position, fasteners 8 are installed on the flanges 3 and 4, which can be of the yoke type, as shown in Fig. 1, or the type of bolt fastener ( not shown in the drawings). The fastening device 8 of the yoke type can be made in the form of two half rings, covering the flanges 3 and 4 on their outer sides, having a conical profile. The half rings of the mounting fixture 8, also made with conical inner surfaces (not indicated in the drawings), can radially move along the side conical surfaces of the flanges 3 and 4. The half rings of the mounting fixture 8 are interconnected by fasteners, for example, threaded rods and nuts (in the drawings not shown).

Предложенное разъемное соединение работает следующим образом. Резиновое уплотнительное кольцо 5, зафиксированное между металлическими кольцами 6 и 7, устанавливают в осевом разъеме между фланцами 3 и 4. После этого максимально сближают ниппели 1 и 2. Затем на фланцы 3 и 4 устанавливают полукольца крепежного приспособления 8, например бугельного типа, и производят затяжку его крепежных деталей (на чертежах не показаны). В процессе затяжки крепежных деталей крепежного приспособления 8 происходит перемещение его полуколец в радиальном направлении к центральной оси соединения. Под действием этого радиального смещения фланцы 3 и 4 с ниппелями 1 и 2 сближаются между собой в осевом направлении вплоть до соприкосновения с металлическими кольцами 6 и 7, которые выполняют роль осевых упоров. При этом плоские торцовые уплотняемые поверхности фланцев 3 и 4 сжимают между собой резиновое уплотнительное кольцо 5, которое, упруго деформируясь в осевом и радиальном направлениях, равномерно и полностью заполняет пространство, имеющее прямоугольное сечение, между фланцами 3 и 4 и металлическими кольцами 6 и 7. В процессе поперечного сжатия резинового уплотнительного кольца 5 его круглое сечение принимает форму прямоугольного, что обеспечивает увеличение площади его уплотнительного контакта с уплотняемыми поверхностями фланцев 3 и 4 и с поверхностями металлических колец 6 и 7. При этом не происходит выдавливания «лишнего» материала кольца 5, так как площади сечения резинового кольца 5 и прямоугольного сечения пространства, в котором оно заключено, практически равны между собой. Затяжка крепежных деталей крепежного приспособления 8 производится до создания расчетного усилия затяжки, величина которого определяет величину предварительного контактного давления, создаваемого на уплотняемых поверхностях фланцев 3 и 4 и на поверхностях резинового уплотнительного кольца 5. Благодаря особым свойствам эластомерных материалов необходимое контактное давление на уплотняемых поверхностях фланцев 3 и 4 достигается при значительно меньшем усилии затяжки, чем в случае использования уплотнительного кольца по прототипу.The proposed detachable connection works as follows. The rubber o-ring 5, fixed between the metal rings 6 and 7, is installed in the axial connector between the flanges 3 and 4. After that, the nipples 1 and 2 are brought together as close as possible. Then, the half rings of the fastening device 8, for example, the yoke type, are mounted and produced tightening its fasteners (not shown in the drawings). In the process of tightening the fasteners of the mounting fixture 8, its semirings are moved in the radial direction to the central axis of the connection. Under the influence of this radial displacement, the flanges 3 and 4 with the nipples 1 and 2 approach each other in the axial direction until they come into contact with the metal rings 6 and 7, which act as axial stops. In this case, the flat end sealing surfaces of the flanges 3 and 4 compress a rubber sealing ring 5 between themselves, which, having elastically deformed in the axial and radial directions, uniformly and completely fills the space having a rectangular section between the flanges 3 and 4 and the metal rings 6 and 7. In the process of transverse compression of the rubber sealing ring 5, its circular cross section takes the shape of a rectangular one, which ensures an increase in the area of its sealing contact with the sealing surfaces of the flanges 3 and 4 and the surfaces of the metal rings 6 and 7. There is no extrusion of the "excess" material of the ring 5, since the sectional area of the rubber ring 5 and the rectangular section of the space in which it is enclosed are practically equal to each other. The fasteners of the fastening fixture 8 are tightened until the calculated tightening force is created, the value of which determines the value of the preliminary contact pressure created on the sealing surfaces of the flanges 3 and 4 and on the surfaces of the rubber sealing ring 5. Due to the special properties of elastomeric materials, the necessary contact pressure on the sealing surfaces of the flanges 3 and 4 is achieved with significantly less torque than in the case of the use of a sealing ring according to the prototype.

При сборке соединения принудительная деформация круглого резинового кольца 5 в прямоугольном сечении места его установки переводит его в условия, близкие к условиям всестороннего сжатия. Согласно расчетам, величина относительной деформации сжатия резинового кольца 5 при сборке разъемного соединения составляет 20…30%, то есть находится в пределах ее нормативных значений, при которых в материале кольца 5 не происходит необратимых деформаций. При этом обеспечивается необходимая величина контактного давления на резиновом кольце 5, составляющая 1,5…3,0 МПа. Для эксплуатации разъемного соединения при высоких значениях давления рабочей среды выбирают наименьший предел толщины h металлических колец 6 и 7, составляющий 1,4r. А для работы при низких и средних значениях давления рабочей среды выбирают несколько большую толщину h металлических колец 6 и 7, составляющую, например 1,5 или 1,6r. Заявленные пределы толщины h металлических колец 6 и 7, гарантируют надежную герметизацию разъемного соединения в диапазонах низких, средних и высоких давлений рабочей среды. При этом упругие свойства резинового кольца 5 не снижаются, так как оно не сообщается с рабочей средой и поэтому не испытывает ее химического и динамического воздействия. В процессе эксплуатации разъемного соединения в силу разных причин рабочая среда может проникнуть через микроканалы контактирующих между собой поверхностей фланцев 3 и 4 и внутреннего упорного металлического кольца 6 к месту установки резинового кольца 5. В этом случае возможно проявление эффекта самоуплотнения резинового кольца 5, соответственно повышается контактное давление на его уплотнительной поверхности, благодаря чему обеспечивается повышенная герметичность соединения.When assembling the connection, the forced deformation of the round rubber ring 5 in a rectangular section of the place of its installation translates it into conditions close to the conditions of comprehensive compression. According to calculations, the value of the relative compression deformation of the rubber ring 5 during the assembly of the detachable joint is 20 ... 30%, that is, it is within its standard values at which no irreversible deformation occurs in the material of the ring 5. This ensures the necessary value of contact pressure on the rubber ring 5, a component of 1.5 ... 3.0 MPa. For the operation of the detachable joint at high pressure of the working medium, the smallest limit of the thickness h of the metal rings 6 and 7, which is 1.4r, is chosen. And for operation at low and medium pressure values of the working medium, a slightly larger thickness h of the metal rings 6 and 7 is selected, which is, for example, 1.5 or 1.6 r. The declared limits of thickness h of the metal rings 6 and 7, guarantee reliable sealing of the detachable joint in the ranges of low, medium and high pressures of the working medium. Moreover, the elastic properties of the rubber ring 5 are not reduced, since it does not communicate with the working medium and therefore does not experience its chemical and dynamic effects. During operation of the detachable joint, for various reasons, the working medium can penetrate through the microchannels of the contacting surfaces of the flanges 3 and 4 and the internal thrust metal ring 6 to the installation location of the rubber ring 5. In this case, the self-sealing effect of the rubber ring 5 is possible, and the contact pressure on its sealing surface, which ensures increased tightness of the connection.

По сравнению с прототипом предлагаемое разъемное соединение имеет следующие преимущества.Compared with the prototype, the proposed detachable connection has the following advantages.

1. Имеет низкую себестоимость за счет использования типовых уплотнительных колец, изготовленных из резины или из другого эластомерного материала, надежно работающих в различных условиях эксплуатации и пригодных для герметизации различных рабочих сред.1. It has a low cost due to the use of standard o-rings made of rubber or other elastomeric material, working reliably in various operating conditions and suitable for sealing various working environments.

2. Позволяет значительно увеличить срок службы разъемного соединения за счет снижения усилия герметизации уплотнительного кольца.2. It allows to significantly increase the service life of the detachable joint by reducing the sealing force of the sealing ring.

3. Имеет повышенную технологичность за счет упрощения процессов его изготовления, сборки и разборки и за счет возможности его многократного использования.3. It has improved manufacturability by simplifying the processes of its manufacture, assembly and disassembly and due to the possibility of its multiple use.

4. Имеет повышенную ремонтопригодность, так как не требует ремонта уплотнительных поверхностей при его разборке и сборке.4. Has increased maintainability, since it does not require repair of sealing surfaces during disassembly and assembly.

Claims

A detachable connection comprising connecting elements with sealing surfaces, an elastic sealing ring installed between the metal rings, a fastening device for compressing the connected elements in the axial direction and keeping them in the working position, characterized in that the elastic sealing ring has a circular cross section and is made of elastomeric material for example rubber, metal rings are made in the form of axial stops, while the thickness h of the metal rings is selected according to

h = (1.4 ... 1.6) r,

where r is the radius of the cross section of the elastic sealing ring, mm