RU2150632C1

RU2150632C1 - Detachable joint for pipe lines

Info

Publication number: RU2150632C1
Application number: RU98116186A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Базлов; В.Н. Кулаковский
Original assignee: Акционерное общество "АвтоВАЗ"
Priority date: 1998-08-24
Filing date: 1998-08-24
Publication date: 2000-06-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; interconnection of pipes, connection of units of equipment by means of pipes in laying pipe lines. SUBSTANCE: taper angle of inner taper surface of sleeve exceeds taper angle of outer taper surface of nipple. Taper surface of nipple adjoining its end is undersized relative to second section of outer taper surface of nipple. Edge formed by rear side surface of groove and second outer taper surface of nipple is engageable with inner surface of sleeve. EFFECT: extended technological capabilities of joint; reduced labour consumption; enhanced reliability at high pressures of working medium. 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для соединения труб между собой и соединения трубами агрегатов и элементов гидропривода при выполнении трубопроводной разводки. The invention relates to mechanical engineering and can be used for connecting pipes to each other and connecting pipes to units and hydraulic drive elements when performing piping.

Известны соединения трубопроводов по наружному конусу ГОСТ 13954-74 - 13977-74, ГОСТ 20188-74 - 20200-74, применяемые для соединения труб между собой, а также присоединения их к агрегатам гидроприводов, содержащие муфту, ниппель, накидную гайку. Known pipe connections for the outer cone GOST 13954-74 - 13977-74, GOST 20188-74 - 20200-74, used to connect pipes to each other, as well as connecting them to hydraulic units, containing a sleeve, nipple, union nut.

Недостатками соединений с наружным конусом являются:
- необходимость развальцовки концов труб для обеспечения герметизации стыка и закрепления труб, что увеличивает трудоемкость изготовления соединения,
- необходимость изготовления деталей соединений с высокой точностью, что также увеличивает трудоемкость изготовления,
- ограниченная область применения, т.к. это соединение связано с применением только тонкостенных труб,
- низкое качество уплотнения, т.к. качество уплотнения зависит от шероховатости контактируемых поверхностей, и при этом необходимо создать высокое давление контакта стыкуемых поверхностей, что требует большого усилия затяжки соединений, а в процессе эксплуатации, из-за резкого колебания давления рабочей среды и вибрации трубопроводов, происходит ослабление затяжки, что приводит к наружным утечкам масла.The disadvantages of the connections with the outer cone are:
- the need for expansion of the ends of the pipes to ensure sealing of the joint and fastening of the pipes, which increases the complexity of manufacturing the connection,
- the need to manufacture parts of the joints with high accuracy, which also increases the complexity of manufacturing,
- limited scope, because this connection is associated with the use of thin-walled pipes only,
- low quality of the seal, because the quality of the seal depends on the roughness of the contacted surfaces, and at the same time it is necessary to create a high contact pressure of the abutting surfaces, which requires a great effort to tighten the joints, and during operation, due to a sharp fluctuation in the pressure of the working medium and vibration of the pipelines, the tightening is weakened, which leads to external oil leaks.

Известно соединение трубопроводов, содержащее муфту с внутренней конической резьбой, накидную гайку, ниппель, эластичное кольцо круглого сечения, размещенное в канавке, выполненной на наружной конической поверхности ниппеля и контактирующее с внутренней конической поверхностью муфты, принятое авторами и заявителем в качестве прототипа (SU, N 491804, кл. F 16 L 15/00, 15.11.75 г.). It is known to connect pipelines containing a sleeve with an internal tapered thread, a union nut, a nipple, an elastic O-ring placed in a groove made on the outer conical surface of the nipple and in contact with the inner conical surface of the coupling adopted by the authors and the applicant as a prototype (SU, N 491804, CL F 16 L 15/00, 11/15/75).

Недостатками прототипа являются:
1. Низкая надежность, поскольку уплотнение является одноступенчатым, т. е. герметизация будет происходить только по пояску контакта эластичного кольца с внутренней конической поверхности муфты и внутренней поверхностью канавки ниппеля.The disadvantages of the prototype are:
1. Low reliability, since the seal is single-stage, that is, sealing will occur only along the contact belt of the elastic ring with the inner conical surface of the coupling and the inner surface of the groove of the nipple.

Низкая надежность известного соединения обусловлена и тем, что очень трудно изготовить углы конусности муфты и ниппеля абсолютно одинаковыми, соответственно за канавкой всегда будет существовать кольцевой зазор, в который при достаточно высоких давлениях рабочей среды (и в особенности при пульсирующих давлениях) будет выдавливаться эластичное кольцо, что в конечном итоге приведет к потере герметичности соединения. The low reliability of the known connection is also due to the fact that it is very difficult to make the taper angles of the coupling and nipple exactly the same, respectively, behind the groove there will always be an annular gap into which an elastic ring will be extruded at sufficiently high pressures of the working medium (and especially at pulsating pressures), which ultimately leads to a loss of tightness of the connection.

На фиг. 1 изображен вариант (относительно прототипа), когда угол конусности ниппеля больше угла конусности муфты. На фиг. 2 изображен вариант, когда угол конусности ниппеля меньше угла конусности муфты. В обоих вариантах отсутствует занижение конической поверхности, примыкающей к торцу ниппеля. In FIG. 1 shows a variant (relative to the prototype) when the angle of taper of the nipple is greater than the angle of taper of the coupling. In FIG. 2 shows a variant when the angle of taper of the nipple is less than the angle of taper of the coupling. In both cases, there is no underestimation of the conical surface adjacent to the end of the nipple.

Таким образом, как явствует из фиг. 1 и 2, за канавкой всегда существует кольцевой зазор, к тому же при варианте, изображенном на фиг. 2, будет значительно затруднен подвод давления рабочей среды к эластичному кольцу для обеспечения мгновенной герметизации соединения. Thus, as is apparent from FIG. 1 and 2, there is always an annular gap behind the groove, moreover, with the embodiment shown in FIG. 2, it will be much more difficult to supply a working fluid pressure to the elastic ring to provide instant sealing of the joint.

2. Повышенная трудоемкость в изготовлении соединения трубопроводов. 2. Increased complexity in the manufacture of pipe connections.

Для обеспечения одинаковых углов конусности ниппеля и муфты необходимо осуществить такую операцию, как "притирание", что влечет за собой следующие операции: термообработка (чтобы придать необходимую твердость притираемых поверхностей), контроль углов конусности, подгонка, что влечет неоднократную сборку и разборку соединения. При неперпендикулярности торца накидной гайки и уступа трубы (ниппеля) при затяжке накидной гайки, произойдет перекос осей ниппеля и муфты и соответственно будет невозможным плотное прилегание по конусу муфты и ниппеля, что повлечет появление за канавкой ненужных кольцевых зазоров с вышеописанными последствиями. To ensure the same taper angles of the nipple and the coupling, it is necessary to carry out such an operation as “grinding”, which entails the following operations: heat treatment (to give the necessary hardness of the rubbed surfaces), control of the taper angles, and adjustment, which entails repeated assembly and disassembly of the joint. If the end face of the union nut and the ledge of the pipe (nipple) are not perpendicular when tightening the union nut, the axes of the nipple and the coupling will skew and accordingly it will be impossible to tightly fit the cone of the coupling and nipple, which will entail the appearance of unnecessary ring gaps behind the groove with the above consequences.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение технологических возможностей соединения, снижение трудоемкости изготовления деталей соединения и повышение надежности соединения при достаточно высоких давлениях рабочей среды. The technical problem to which the claimed invention is directed is to expand the technological capabilities of the connection, reduce the complexity of manufacturing the parts of the connection and increase the reliability of the connection at sufficiently high pressures of the working medium.

Для решения поставленной задачи в разъемном соединении трубопроводов, содержащем муфту с внутренней конической поверхностью, накидную гайку, ниппель, эластичное кольцо круглого сечения, размещенное в канавке, выполненной на наружной конической поверхности ниппеля, и контактирующее с внутренней конической поверхностью муфты, угол конусности внутренней конической поверхности муфты больше угла конусности наружной конической поверхности ниппеля, причем коническая поверхность ниппеля, примыкающая к его торцу, выполнена с занижением по отношению к другому участку наружной конической поверхности ниппеля, при этом кромка, образованная задней боковой поверхностью канавки и наружной конической поверхностью ниппеля, контактирует с внутренней конической поверхностью муфты. To solve the problem in a detachable pipe connection containing a sleeve with an inner conical surface, a union nut, a nipple, an elastic O-ring placed in a groove made on the outer conical surface of the nipple and in contact with the inner conical surface of the coupling, the taper angle of the inner conical surface the clutch is larger than the taper angle of the outer conical surface of the nipple, and the conical surface of the nipple adjacent to its end face is made with understatement elations to another portion of the outer conical surface of the pin, wherein the edge formed by the rear side surface of the groove and the conical outer surface of the pin contacts the inner conical surface of the coupling.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что угол конусности внутренней конической поверхности муфты больше угла конусности наружной конической поверхности ниппеля, причем коническая поверхность ниппеля, примыкающая к его торцу, выполнена с занижением по отношению к другому участку наружной конической поверхности ниппеля, при этом кромка, образованная задней боковой поверхностью канавки и наружной конической поверхностью ниппеля, контактирует с внутренней конической поверхностью муфты. Comparative analysis with the prototype shows that the claimed device differs from the prototype in that the taper angle of the inner conical surface of the coupling is greater than the taper angle of the outer conical surface of the nipple, and the conical surface of the nipple adjacent to its end face is understated with respect to another portion of the outer conical surface nipple, while the edge formed by the rear side surface of the groove and the outer conical surface of the nipple is in contact with the inner conical coupling surface.

Эластичное кольцо круглого сечения установлено в указанную канавку на конической поверхности ниппеля с предварительным сжатием сечения в радиальном направлении, для обеспечения надежной герметизации соединения, поэтому для небольших значений давлений рабочей среды в системе большие затяжки накидной гайки не требуются в силу достаточной податливости и упругости эластичного кольца. Для лучшей деформации эластичного кольца при воздействии давления на последнее, конусная поверхность ниппеля, примыкающая к его торцу, выполнена с занижением, т.е. с образованием концентрической диффузорной щели, по которой будет подводиться давление к эластичному кольцу. Внутренняя коническая поверхность муфты выполнена с несколько большим углом конусности, чем наружная коническая поверхность ниппеля - это предполагает лучшие условия для сборки муфты с ниппелем, а также для исключения зазора между кромкой (образованной задней боковой поверхностью канавки и наружной конической поверхностью ниппеля) и внутренней конической поверхностью муфты, т. к. при достаточно больших давлениях эластичное кольцо может выдавливаться в зазор, что приведет к его разрушению, и в конечном итоге, к потере герметичности соединения. An elastic O-ring is installed in the specified groove on the conical surface of the nipple with preliminary compression of the cross-section in the radial direction, to ensure reliable sealing of the connection, therefore, for small pressures of the working medium in the system, large tightening of the union nut is not required due to the sufficient flexibility and elasticity of the elastic ring. For better deformation of the elastic ring when pressure is applied to the latter, the conical surface of the nipple adjacent to its end face is made with understatement, i.e. with the formation of a concentric diffuser gap, through which pressure will be applied to the elastic ring. The inner conical surface of the coupling is made with a slightly larger taper angle than the outer conical surface of the nipple - this suggests better conditions for assembling the coupling with the nipple, as well as to eliminate the gap between the edge (formed by the rear side surface of the groove and the outer conical surface of the nipple) and the inner conical surface couplings, because at sufficiently high pressures the elastic ring can be squeezed out into the gap, which will lead to its destruction, and ultimately to loss of tightness inenia.

Таким образом, заявляемое разъемное соединение трубопроводов соответствует критерию изобретения "новизна". Thus, the claimed detachable connection of pipelines meets the criteria of the invention of "novelty."

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволило сделать вывод о соответствии решения изобретательскому уровню. Comparison of the proposed solution with other technical solutions in the art did not allow them to identify signs that distinguish the claimed solution from the prototype, which allowed us to conclude that the solution corresponds to the inventive step.

На чертеже изображено предлагаемое разъемное соединение трубопроводов, фиг.3. The drawing shows the proposed detachable connection of pipelines, Fig.3.

Разъемное соединение трубопроводов содержит муфту 1 с внутренней конической поверхностью 2, накидную гайку 3, ниппель 4 с наружной конической поверхностью 5, на теле которого выполнена канавка 6 с ближней 7 и дальней 8 боковыми поверхностями. Угол конусности внутренней конической поверхности 2 муфты 1 равен А, а угол конусности наружной конической поверхности 5 ниппеля 4 равен Б, при этом А больше Б. Величина занижения конической поверхности 9 ниппеля 4 на участке от торца 10 до ближней боковой поверхности 7 канавки 6 равна В. В канавке 6 размещено эластичное кольцо круглого сечения 11. Дальняя боковая поверхность 8 канавки 6 и наружная коническая поверхность 5 ниппеля 4 образуют кромку 12, которая при достаточной затяжке накидной гайки 3 плотно контактирует с внутренней конической поверхностью 2 муфты 1. A detachable connection of pipelines comprises a sleeve 1 with an internal conical surface 2, a union nut 3, a nipple 4 with an external conical surface 5, on the body of which a groove 6 is made with a proximal 7 and a distant 8 side surfaces. The taper angle of the inner conical surface 2 of the coupling 1 is A, and the taper angle of the outer conical surface 5 of the nipple 4 is B, and A is greater than B. The understatement value of the conical surface 9 of the nipple 4 in the section from the end face 10 to the proximal lateral surface 7 of the groove 6 is B . In the groove 6 is placed an elastic O-ring 11. The far lateral surface 8 of the groove 6 and the outer conical surface 5 of the nipple 4 form an edge 12, which, when the nut 3 is sufficiently tightened, is in close contact with the inner conical surface number 2 couplings 1.

Разъемное соединение трубопроводов работает следующим образом. A detachable connection of pipelines works as follows.

В канавку 6 ниппеля 4 устанавливается эластичное кольцо круглого сечения 11. На ниппель 4 одевается накидная гайка 3 и производится навинчивание последней на муфту 1. В процессе навинчивания накидная гайка 3 перемещает ниппель 4 до упора эластичного кольца 11 во внутреннюю коническую поверхность 2 муфты 1. В результате этого эластичное кольцо 11 получает предварительное сжатие (деформацию) сечения в радиальном направлении - происходит герметизация внутренней конической поверхности 2 муфты 1 (до появления в ней давления P), исключительно за счет предварительного сжатия сечения эластичного кольца в радиальном направлении. An elastic O-ring is installed in the groove 6 of the nipple 4. A union nut 3 is put on the nipple 4 and the latter is screwed onto the coupling 1. In the process of screwing, the union nut 3 moves the nipple 4 until the stop of the elastic ring 11 into the inner conical surface 2 of the coupling 1. B As a result of this, the elastic ring 11 receives preliminary compression (deformation) of the cross section in the radial direction — the inner conical surface 2 of the coupling 1 is sealed (until pressure P appears in it), exclusively due to edvaritelnogo compression section of the elastic rings in a radial direction.

При дальнейшем навинчивании накидной гайки 3 на муфту 1 будет происходить деформация эластичного кольца 11 и перемещение ниппеля 4 до упора кромки 12 ниппеля 4 во внутреннюю коническую поверхность 2 муфты 1. With further screwing of the union nut 3 onto the coupling 1, the elastic ring 11 will deform and the nipple 4 will move until the edge 12 of the nipple 4 stops in the inner conical surface 2 of the coupling 1.

Таким образом, происходит надежная герметизация указанной конической поверхности 2 с помощью эластичного кольца круглого сечения 11 и с помощью кромки 12 ниппеля 4, которая плотно контактирует с уплотняемой конической поверхностью 2, т. е. происходит двухступенчатая герметизация уплотняемого стыка. При возникновении давления P во внутренней полости соединения дополнительно к предварительному сжатию эластичного кольца круглого сечения 11 появляется усилие, перемещающее указанное кольцо 11 в канавке 6 до упора в дальнюю боковую поверхность 8. Thus, there is a reliable sealing of the specified conical surface 2 with an elastic O-ring 11 and with the help of the edge 12 of the nipple 4, which is in close contact with the sealed conical surface 2, i.e., a two-stage sealing of the sealed joint occurs. When pressure P arises in the inner cavity of the joint, in addition to the preliminary compression of the elastic O-ring 11, a force appears that moves the indicated ring 11 in the groove 6 as far as it will go into the far side surface 8.

Под воздействием давления P эластичное кольцо 11 деформируется, что вызывает дальнейшее увеличение радиальных усилий эластичного кольца 11 на уплотняемую коническую поверхность 2 - происходит увеличение уплотняемого эффекта герметизируемого стыка муфта 1 - ниппель 4. Under the influence of pressure P, the elastic ring 11 is deformed, which causes a further increase in the radial forces of the elastic ring 11 on the sealed conical surface 2 - there is an increase in the sealed effect of the sealed joint of the coupling 1 - nipple 4.

Для лучшего подвода давления P в полость канавки 6 со стороны торца 10 ниппеля 4 выполнена коническая поверхность 9 с занижением, равным В. Данное обстоятельство также гарантирует (при достаточной затяжке накидной гайки 3) полное исключение возможного зазора, образованного кромкой 12 и конической поверхностью 2, что предотвратит выдавливание эластичного кольца 11 в зазор и что при наличии пульсирующего давления P опасно разрушением последнего и в конечном итоге - потерей герметичности соединения. For a better supply of pressure P to the cavity of the groove 6 from the side of the end face 10 of the nipple 4, a conical surface 9 is made with an understatement equal to B. This circumstance also guarantees (with sufficient tightening of the union nut 3) a complete elimination of the possible gap formed by the edge 12 and the conical surface 2, which will prevent extrusion of the elastic ring 11 into the gap, and that in the presence of a pulsating pressure P, it is dangerous to destroy the latter and, ultimately, to lose the tightness of the connection.

Таким образом, предлагаемое соединение трубопроводов дает возможность повысить надежность соединения при достаточно высоких давлениях рабочей среды, снизить трудоемкость изготовления деталей соединения, а также расширить технологические возможности соединения. Thus, the proposed connection of pipelines makes it possible to increase the reliability of the connection at sufficiently high pressures of the working medium, reduce the complexity of manufacturing the parts of the connection, and also expand the technological capabilities of the connection.

Claims

A detachable pipe connection comprising a sleeve with an inner conical surface, a union nut, a nipple, an elastic O-ring placed in a groove made on the outer conical surface of the nipple and in contact with the inner conical surface of the coupling, characterized in that the taper angle of the inner conical surface of the coupling greater than the taper angle of the outer conical surface of the nipple, and the conical surface of the nipple adjacent to its end face is made with underestimation with respect to the second portion of the outer conical surface of the nipple, the edge formed by the rear side surface of the groove and the second outer conical surface of the nipple in contact with the inner conical surface of the coupling.