RU130661U1

RU130661U1 - PIPELINE CONNECTOR

Info

Publication number: RU130661U1
Application number: RU2012154215/06U
Authority: RU
Inventors: Усман Хасьянов; Али Юсупович Албагачиев; Динара Усмановна Хасьянова; Борис Олегович Голованов; Эмися Аллиуловна Абидуллина
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2013-07-27

Abstract

1. Устройство для соединения трубопроводов, содержащее муфту из сплава, обладающего эффектом памяти формы, и внешнюю компенсирующую оболочку, выполненную из материала с коэффициентом термического расширения, отличающимся от коэффициента термического расширения сплава, обладающего эффектом памяти формы, при этом наружная поверхность муфты и внутренняя поверхность оболочки выполнены конусными с одинаковым углом самоторможения в пределах 4-8°, причем в передней части оболочки по кольцевой образующей имеются прямоугольные прорези, образующие упругие лепестки для фиксации внешней оболочки, а на внутренней поверхности муфты в зоне контакта муфты с соединяемыми участками трубопровода выполнены кольцевые уплотнительные пояски.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на уплотнительных поясках муфты имеются радиальные участки, симметрично расположенные по кольцевой образующей муфты.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между кольцевыми уплотнительными поясками выполнены шипообразные выступы, симметрично расположенные по кольцевой образующей муфты, причем высота выступов не превышает высоту поясков.1. A device for connecting pipes containing a sleeve made of an alloy having a shape memory effect, and an external compensating shell made of a material with a thermal expansion coefficient different from the thermal expansion coefficient of an alloy having a shape memory effect, while the outer surface of the coupling and the inner surface the shells are conical with the same angle of self-braking within 4-8 °, and in the front of the shell along the annular generatrix there are rectangular slots, the image guides for fixing the resilient petals of the outer shell and the inner surface of the coupling sleeve in the zone of contact with the joined pipe sections formed annular sealing poyaski.2. The device according to claim 1, characterized in that the sealing belts of the coupling have radial sections symmetrically located along the annular generatrix of the coupling. The device according to claim 1, characterized in that between the annular sealing belts there are spike-shaped protrusions symmetrically arranged along the annular generatrix of the coupling, the height of the protrusions not exceeding the height of the belts.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения и предназначена для соединения трубопроводов специального назначения, которые эксплуатируются в особых условиях, в частности, в криогенных, в химических и энергетических установках, в которых в качестве рабочего тела могут быть использованы азот, водород, гелий, как в жидком, так и в газообразном состоянии, в условиях высоких давлении и различных температурных режимах, где соединения трубопроводов являются объектами повышенного внимания.The utility model relates to the field of mechanical engineering and is intended for connecting special-purpose pipelines that are operated in special conditions, in particular, in cryogenic, chemical and power plants, in which nitrogen, hydrogen, helium can be used as a working fluid, as in liquid , and in a gaseous state, under high pressure and various temperature conditions, where the pipe connections are objects of increased attention.

В заявленной полезной модели реализован термомеханический способ соединения деталей с использованием сплавов, обладающих эффектом памяти формы, способных после деформации в мартенситном состоянии при нагреве переходить в аустенитное состояние и восстанавливаться в первоначальных размерах.The claimed utility model implements a thermomechanical method of joining parts using alloys with a shape memory effect, which, after deformation in the martensitic state, when heated, go into the austenitic state and recover in their original size.

Метод пластического самоформирования сложных внутренних поверхностей с высокой точностью, основан на перемещении предварительного деформированного материала до рельефной поверхности оправки, имеющей форму зеркального отражения внутреннего профиля готовой детали. Формирование поверхности осуществляется путем восстановления предварительно деформированного материала при нагреве за счет фазовых превращений материала соединительной муфты, выполненной из обладающего эффектом памяти формы сплава, последующей термической обработке материала в заневоленном состоянии при температурах выше температуры рекристаллизации.The method of plastic self-formation of complex internal surfaces with high accuracy is based on the movement of the pre-deformed material to the embossed surface of the mandrel, which has the form of a mirror image of the internal profile of the finished part. The surface formation is carried out by restoring the pre-deformed material during heating due to phase transformations of the material of the coupling made of a memory-shaped alloy shape, subsequent heat treatment of the material in a non-stressed state at temperatures above the recrystallization temperature.

Известен способ формирования поверхности деталей из сплава, обладающего эффектом памяти формы (Патент RU 2375467, МПК C21D 7/00, 2007 г.), который включает в себя изготовление заготовки цилиндрической формы из сплава с эффектом памяти формы, охлаждение ее до температуры ниже мартенситного превращения, установку заготовки в матрицу с рельефной поверхностью, пластическое деформирование заготовки, нагрев заготовки совместно с матрицей до температуры выше температуры мартенситного превращения с обеспечением заполнения впадин на матрице заготовкой и последующую стабилизирующую термообработку полученной детали путем выдержки совместно с матрицей при температуре выше температуры рекристаллизации.A known method of forming the surface of parts of an alloy having a shape memory effect (Patent RU 2375467, IPC C21D 7/00, 2007), which includes the manufacture of a cylindrical billet from an alloy with a shape memory effect, cooling it to a temperature below the martensitic transformation installation of the workpiece in a matrix with a relief surface, plastic deformation of the workpiece, heating the workpiece together with the matrix to a temperature above the temperature of the martensitic transformation, ensuring filling the depressions on the matrix with the workpiece and subsequent stabilizing heat treatment of the obtained part by exposure together with the matrix at a temperature above the recrystallization temperature.

Целью данной полезной модели является создание надежных термомеханических соединений трубопроводов, в том числе криогенных и высокотемпературных систем, предлагается устройство для соединения трубопроводов на основе способа формирования поверхности деталей из сплава, обладающего эффектом памяти формы.The purpose of this utility model is to create reliable thermomechanical connections of pipelines, including cryogenic and high-temperature systems, a device for connecting pipelines based on the method of forming the surface of parts from an alloy having a shape memory effect is proposed.

Поставленная техническая задача решается за счет применения комбинированной соединительного устройства, включающего в себя муфту из сплава, обладающего эффектом памяти формы, и внешнюю компенсирующую оболочку из материала с коэффициентом термического расширения (КТР) отличающимся от коэффициента термического расширения сплава, обладающего эффектом памяти формы.The stated technical problem is solved through the use of a combined connecting device, including a sleeve made of an alloy having a shape memory effect, and an external compensating shell made of a material with a thermal expansion coefficient (CTE) different from the thermal expansion coefficient of an alloy having a shape memory effect.

На фиг.1 изображена конструкция соединения трубопровода с компенсирующей оболочкой в разрезе;Figure 1 shows the construction of the connection of the pipeline with the compensating shell in the context;

На фиг.2 узел А в увеличенном масштабе;In figure 2, node A on an enlarged scale;

На Фиг.3 и 4 показан вариант конструктивного выполнения внутреннего профиля муфты в продольном и поперечном разрезах;Figures 3 and 4 show an embodiment of the internal profile of the coupling in longitudinal and transverse sections;

На фиг.5 и 6 показан вариант выполнения шипообразных выступов на внутренней поверхности муфты.5 and 6 show an embodiment of tenon-shaped protrusions on the inner surface of the coupling.

Устройство для соединения трубопроводов 1 (фиг.1) состоит из муфты 2, изготовленной из сплава, обладающего эффектом памяти формы, и внешней компенсирующей оболочки 3, выполненной из материала с коэффициентом термического расширения отличающимся от коэффициента термического расширения сплава, обладающего эффектом памяти формы, при этом внешняя поверхность муфты 2 и внутренняя поверхность оболочки 3 выполнены конусными с углом самоторможения равным 4-8°, причем в передней части оболочки 3 (показано на фиг.2) по кольцевой образующей имеются прямоугольные прорези, образующие упругие лепестки для фиксации внешней оболочки 3 при установке ее на муфте 2, а на внутренней поверхности муфты 2 имеются кольцевые уплотнительные пояски 4 в зоне контакта муфты 2 с соединяемыми участками трубопроводов 1. Для усиления соединения трубопроводов 1 уплотнительные пояски 4 (фиг.3) могут иметь радиальные участки 5, симметрично расположенные по кольцевой образующей муфты 2, либо шипообразные выступы 6 (фиг.5), которые расположены между кольцевыми уплотнительными поясками 4 и по высоте не превышают высоту поясков. На фиг.4 показан поперечный разрез муфты по сеч. А-А с расположением участков 5 по образующей, а на фиг. показан местный вырез муфты в увеличенном масштабе, на котором показаны примерные размеры шипообразных выступов 6.A device for connecting pipelines 1 (Fig. 1) consists of a sleeve 2 made of an alloy having a shape memory effect and an external compensating shell 3 made of a material with a thermal expansion coefficient different from the thermal expansion coefficient of an alloy having a shape memory effect this, the outer surface of the coupling 2 and the inner surface of the shell 3 are made conical with a self-braking angle of 4-8 °, and in the front part of the shell 3 (shown in figure 2) along the annular generatrix there are straight the angular slots forming elastic lobes for fixing the outer shell 3 when installing it on the sleeve 2, and on the inner surface of the sleeve 2 there are annular sealing bands 4 in the contact zone of the sleeve 2 with the connected sections of pipelines 1. To strengthen the connection of the pipelines 1, the sealing belts 4 (Fig. .3) can have radial sections 5 symmetrically located along the annular generatrix of the coupling 2, or tenon-shaped protrusions 6 (Fig. 5), which are located between the annular sealing bands 4 and do not exceed the height in height belts. Figure 4 shows a cross section of the coupling section. AA with the arrangement of sections 5 along the generatrix, and in FIG. shows a local cutout of the coupling in an enlarged scale, which shows the approximate dimensions of the tenon-shaped protrusions 6.

Соединение трубопроводов с применением предлагаемого устройства производиться следующим образом.The connection of pipelines using the proposed device is as follows.

Муфта 2 изготавливается из сплава, обладающего эффектом памяти формы, например, из титано-никелевого сплава ТН1-К, и свойством фазовых превращений при температуре от -20° до -160°, а компенсирующая оболочка 3 изготавливается из материала, например, стали 08Х18Н10Т, коэффициент термического расширения которой равен 15,7, в то время как для сплава ТН1-К этот коэффициент составляет 9,6. За счет разности КТР этих материалов обеспечивается значительно большее сжатие материала оболочки при фазовых превращениях, чем термическое сжатие сплава TiNi в интервале температур 0÷70°К. Внутренние размеры муфты и компенсирующей оболочки выбираются с учетом этих условий такими, чтобы обеспечить под поясками гарантированную пластическую деформацию соединяемых труб 1 в рабочем состоянии после релаксации. Наружная поверхность муфты 2 и внутренняя поверхность оболочки 3 выполнены конусными с одинаковым углом самоторможения в пределах 4-8°. Конкретный угол самоторможения выбирается в зависимости от диаметра соединяемого трубопровода, для труб с большим размером целесообразно устанавливать больший угол, т.к. при больших размерах в процессе релаксации муфты деформационные напряжения действуют на рабочие элементы больше, чем в соединениях с меньшими размерами. Предварительно охлажденная до температур фазовых превращений муфта 2 после радиальной деформации свободно устанавливается на место стыка соединяемых труб. В результате естественного нагрева муфты до нормальной температуры окружающей среды материал муфты сокращается в радиальном направлении, плотно обжимает и пластически деформирует элементы труб 1 в зоне уплотнительных поясков, образуя плотное и герметичное соединение. При нормальной температуре оболочка 3 принудительно с усилием устанавливается на поверхность муфты 2 и фиксируется на ней за счет подпружинивания лепестков. В процессе эксплуатации трубопроводов 1 при условии понижения температур ниже области фазовых превращений в муфте 2 происходят фазовые превращения, приводящие к падению напряжений термомеханического возврата и разупрочнению соединений. В этом случае внешняя оболочка 3 препятствует процессам разупрочнения. Разность КТР оболочки 3 и муфты 2 при криогенных температурах способствует к созданию сжимающих напряжений на поверхность муфты, что влечет к упрочнению соединения. Для трубопроводов, эксплуатация которых предполагается при высоких температурах (более 300°С), материал внешней оболочки выбирается с КРТ меньшим, чем у сплава муфты.The coupling 2 is made of an alloy having a shape memory effect, for example, of titanium-nickel alloy TH1-K, and the property of phase transformations at temperatures from -20 ° to -160 °, and the compensating shell 3 is made of a material, for example, steel 08Kh18N10T, the coefficient of thermal expansion of which is 15.7, while for the TN1-K alloy this coefficient is 9.6. Due to the KTP difference of these materials, a much greater compression of the shell material during phase transformations is ensured than the thermal compression of the TiNi alloy in the temperature range 0–70 ° K. The internal dimensions of the coupling and the compensating shell are selected taking into account these conditions so as to ensure guaranteed plastic deformation of the pipes 1 to be connected under the belts in working condition after relaxation. The outer surface of the coupling 2 and the inner surface of the shell 3 are conical with the same angle of self-braking in the range of 4-8 °. The specific angle of self-braking is selected depending on the diameter of the connected pipeline, for pipes with a large size it is advisable to set a larger angle, because at large sizes, during the relaxation of the coupling, strain stresses act on the working elements more than in joints with smaller sizes. Pre-cooled to temperatures of phase transformations, the sleeve 2 after radial deformation is freely installed at the junction of the pipes to be joined. As a result of the natural heating of the coupling to a normal ambient temperature, the coupling material is reduced in the radial direction, tightly compresses and plastically deforms the elements of the pipes 1 in the zone of the sealing belts, forming a tight and tight joint. At normal temperature, the casing 3 is forcedly mounted on the surface of the coupling 2 with force and is fixed on it due to spring-loaded petals. During operation of the pipelines 1, provided that the temperature drops below the region of phase transformations in the sleeve 2, phase transformations occur, leading to a drop in the thermomechanical return stresses and softening of the joints. In this case, the outer shell 3 interferes with the softening processes. The difference between the KTP of the shell 3 and the coupling 2 at cryogenic temperatures contributes to the creation of compressive stresses on the surface of the coupling, which leads to hardening of the connection. For pipelines, the operation of which is supposed to be carried out at high temperatures (more than 300 ° C), the material of the outer shell is selected with a CMT less than that of the coupling alloy.

Claims

1. A device for connecting pipes containing a sleeve made of an alloy having a shape memory effect, and an external compensating shell made of a material with a thermal expansion coefficient different from the thermal expansion coefficient of an alloy having a shape memory effect, while the outer surface of the coupling and the inner surface the shells are conical with the same angle of self-braking within 4-8 °, and in the front of the shell along the annular generatrix there are rectangular slots, the image guides for fixing the resilient petals of the outer shell and the inner surface of the coupling sleeve in the zone of contact with the joined pipe sections formed annular sealing belts.

2. The device according to claim 1, characterized in that on the sealing girdles of the coupling there are radial sections symmetrically located along the annular generatrix of the coupling.

3. The device according to claim 1, characterized in that between the annular sealing belts there are spike-shaped protrusions symmetrically located along the annular generatrix of the coupling, the height of the protrusions not exceeding the height of the belts.