RU2197672C2

RU2197672C2 - Pipeline detachable joint

Info

Publication number: RU2197672C2
Application number: RU2001108020A
Authority: RU
Inventors: С.Р. Троицкий; А.В. Карпушин; Е.Л. Попова; Ю.И. Сухов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2003-01-27

Abstract

FIELD: sets and units of pneumohydraulic systems. SUBSTANCE: proposed detachable joint comprises seal made in form of two sealing members, one of which is ring metal gasket. Second sealing member is multiple-row reinforced cup-type provided with spring stop. Support of cup-type seal is detachable. Support with spring stop is located on end piece. Ring gasket is made of annealed aluminum. Cup is made of fluoroplastic. EFFECT: improved reliability, sealing and vibration resistance. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к агрегатам и узлам пневмогидросистем (ПГС) и предназначено для разъемного сочленения трубопроводов в стационарных промышленных и транспортных энергетических установках, в частности, с повышенными требованиями к технологичности и ремонтопригодности конструкции (доступности повторных сборок с заменой уплотнений) и надежности в эксплуатации (герметичности, прочности, ресурса, работоспособности в утяжеленных условиях), например, при контакте с агрессивными ракетными топливами в авиационно-космических энергодвигательных установках. The invention relates to units and nodes of pneumohydrosystems (ASG) and is intended for detachable articulation of pipelines in stationary industrial and transport power plants, in particular, with increased requirements for manufacturability and maintainability of the design (accessibility of reassemblies with replacement of seals) and reliability in operation (tightness, strength, resource, working capacity in heavier conditions), for example, in contact with aggressive rocket fuels in aerospace energy propulsion Telnyh installations.

Известно множество разъемных соединений трубопроводов общепромышленного и специального исполнения [1,2]. There are many detachable joints of pipelines of industrial and special design [1,2].

В ПГС широко используются разъемные соединения с накидной гайкой при герметичном контакте сферических и конических поверхностей, называемые также соединениями "шар по конусу". См. [1], книга 2, с. 210, рис.495(3) "Ниппели с наружным конусом"; а также [2], с.408, рисунок в таблице 94 "Соединение прямое промежуточное". Соединения такого типа могут формироваться из набора стандартизованных элементов по ГОСТ [3,4,5] и широко используются в испытательной (например, при проверке герметичности устройств) и в бытовой технике (например, в гибких удлинителях бытовой воды и газа). In PGS, detachable connections with a union nut are widely used for tight contact between spherical and conical surfaces, also called ball-on-cone joints. See [1], book 2, p. 210, fig. 495 (3) "Nipples with an external cone"; and also [2], p.408, the figure in table 94 "Direct intermediate connection". Compounds of this type can be formed from a set of standardized elements according to GOST [3,4,5] and are widely used in testing (for example, when checking the tightness of devices) and in household appliances (for example, in flexible extension cords for household water and gas).

К подобным соединителям можно отнести и соединения тонкостенных труб с развальцовкой их концов. См. , например, [2], с.385; табл.73 "Соединение прямое промежуточное". Similar connectors include connections of thin-walled pipes with flaring of their ends. See, for example, [2], p. 385; table 73 "direct intermediate Connection".

Недостатком и первых, и вторых указанных устройств является постепенное механическое и коррозионное разрушение контактируемых металлических поверхностей с последующей потерей герметичности, особенно - при большом числе сочленений (повторных сборок-разборок) с большими моментами затяжки накидной гайки и наличии механических вибраций при эксплуатации. The disadvantage of the first and second of these devices is the gradual mechanical and corrosion destruction of the contacted metal surfaces with the subsequent loss of tightness, especially with a large number of joints (repeated assembly-disassembly) with large tightening torques of the union nut and the presence of mechanical vibrations during operation.

Известны также соединения иного типа - разъемные соединения с прокладками, в частности, так называемые штуцерные соединения с уплотнительными прокладками, см. , например, [6] и заявку Великобритании 2162607, F 16 L 15/04. Other types of connections are also known - detachable connections with gaskets, in particular, the so-called choke connections with gaskets, see, for example, [6] and British application 2162607, F 16 L 15/04.

Достоинством их является та же простота конструкции, удобство и возможность повторных сборки и замены прокладок новыми при любом последующем сочленении. Работа с агрессивными средами обеспечивается выбором совместимых материалов конструкции. Their advantage is the same simplicity of design, convenience and the ability to reassemble and replace the gaskets with new ones at any subsequent joint. Work with aggressive environments is provided by the choice of compatible materials of construction.

К недостаткам этих решений можно отнести следующее. Для сред с особо высокой агрессивностью не всегда легко подобрать материал прокладок, даже из мягкого металла, стойкий в этой среде в течение длительного времени. Как результат - ограничение назначаемого ресурса или постепенная потеря начальной герметичности во времени. The disadvantages of these solutions include the following. For environments with particularly high aggressiveness it is not always easy to choose the material of the gaskets, even from soft metal, resistant in this environment for a long time. As a result, a limitation of the assigned resource or a gradual loss of initial tightness over time.

Известны также в технике соединения третьего типа, преимущественно подвижные, способные быть и неподвижными (при нулевой скорости V=0), в которых вместо простых прокладок используются армированные манжетные уплотнения с пружинным подпором [2], с.283, рис.36 "Примеры применения уплотнении". Compounds of the third type are also known in the art, mainly movable, capable of being stationary (at zero speed V = 0), in which instead of simple gaskets reinforced lip seals with spring support are used [2], p.283, Fig. 36 "Application examples seal. "

Они имеют два дополнительных достоинства. Во-первых, пружины при очередном сочленении автоматически восстанавливают и поддерживают плотность прижатия воротников манжет к поверхностям, что особенно важно при вибрациях как и в подвижных системах. И во-вторых, благодаря особой форме, манжеты сами прижимаются с усилием, пропорциональным перепаду давления. They have two additional advantages. Firstly, the springs at the next joint automatically restore and maintain the tightness of the collars of the cuffs against the surfaces, which is especially important for vibrations as in moving systems. And secondly, due to the special shape, the cuffs themselves are pressed with a force proportional to the pressure drop.

Их недостатки, с точки зрения стойкости к агрессивным средам, аналогичны указанным для соединений с простыми прокладками. Кроме того, усложняются их изготовление (сложная геометрия манжет и распорно-пружинных колец) и экспериментальная отработка. Однако такие соединения используются в весьма ответственных ПГС, в том числе и в авиационно-космической технике. Their disadvantages, in terms of resistance to aggressive environments, are similar to those indicated for connections with simple gaskets. In addition, their manufacture is complicated (the complex geometry of the cuffs and spacer rings) and experimental testing. However, such compounds are used in highly responsible ASGs, including aerospace engineering.

Соединения трубопроводов перечисленных выше типов - "шар по конусу", с развальцовкой труб, соединения с армированными манжетными уплотнениями - являются аналогами, а разъемные неподвижные штуцерные соединения с кольцевыми прокладками приняты в качестве прототипа изобретения, см. [6], приложение 2, "Штуцерное соединение с уплотнительными металлическими прокладками и закрытым затвором", с. 14, черт. 16 - стяжное с плоской прокладкой. Pipe connections of the above types - "cone-shaped ball" with pipe expansion, connections with reinforced lip seals - are analogs, and detachable fixed unions with ring gaskets are adopted as a prototype of the invention, see [6], Appendix 2, “Fitting connection with sealing metal gaskets and a closed shutter ", p. 14, damn 16 - coupling with a flat gasket.

Штуцерные соединения с уплотнительными прокладками (в том числе металлическими), состоящие из штуцера, сочленяемого с ним наконечника, уплотнения между ними и стягивающей накидной гайки, как уже указывалось выше, обладают тем недостатком, что для работы с агрессивными средами (такими, как гиптил и амилин) выбор стойких материалов ограничен, а использование металлических прокладок в качестве уплотнения, как и соединения "шар по конусу", не гарантируют герметичности в утяжеленных условиях эксплуатации из-за механического и коррозионного разрушения металлического уплотнения, возрастающего при наличии вибраций и ударных нагрузок. The fitting connections with gaskets (including metal ones), consisting of a fitting, a nozzle mating with it, a seal between them and a tightening union nut, as mentioned above, have the disadvantage of working with aggressive media (such as giptil and Amylin) the choice of resistant materials is limited, and the use of metal gaskets as a seal, as well as ball-on-cone connections, do not guarantee tightness in severe operating conditions due to mechanical and corrosion damage to the metal seal, increasing in the presence of vibrations and shock loads.

Задачей изобретения является повышение надежности, в частности, герметичности, вибро- и ударостойкости, стойкости в агрессивных средах, прочности и, как следствие, увеличение ресурса при сохранении технологичности конструкции, обеспечивающей неоднократное сочленение (разъемность), замену уплотнения, а следовательно, ремонтопригодность. Причем указанная задача решается в условиях ограничения габаритов, в частности радиальных размеров соединения. The objective of the invention is to increase the reliability, in particular, tightness, vibration and shock resistance, resistance in aggressive environments, strength and, as a result, increase the resource while maintaining the manufacturability of the design, providing repeated articulation (detachability), replacement of the seal, and therefore maintainability. Moreover, this problem is solved under conditions of limited dimensions, in particular the radial dimensions of the connection.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение указанной надежности с обеспечением разъемности и ремонтопригодности, во-первых, путем выполнения уплотнения в виде двух типов уплотнений, во-вторых, путем такого расположения этих уплонений, что обеспечивается их независимая затяжка с перераспределением суммарных усилий, а также разъемностъ и разборность конструкции с возможной заменой уплотнений, в том числе в условиях экслуатации, например, с приваренными к трубам ПГС штуцером и наконечником и, в третьих, путем использования рекомендуемого перечня материалов соединения. The technical result achieved by using the invention is to increase the indicated reliability with the provision of releasability and maintainability, firstly, by performing seals in the form of two types of seals, and secondly, by arranging these seals in such a way that they are independently tightened with redistribution of the total forces as well as the detachability and dismountability of the structure with the possible replacement of seals, including under operating conditions, for example, with a fitting and a tip welded to ASG pipes and, Third, by making use of the List of compound materials.

Указанный технический результат достигается тем, что соединение разъемное, содержащее штуцер, сочленяемый наконечник, накидную гайку и уплотнение, выполняется с уплотнением, содержащим уплотнения двух типов, одним из которых является кольцевая металлическая прокладка, другим - многорядное армированное манжетное уплотнение с пружинным подпором, при этом опора манжетного уплотнения выполняется самостоятельной, разборной и вместе с пружинным подпором размещается на наконечнике, обеспечивая независимую от стягивающей накидной гайки штуцера и кольцевой прокладки затяжку манжетного уплотнения, затяжка кольцевой прокладки осуществляется накидной гайкой, а в качестве материалов использованы отожженный алюминий для кольцевой прокладки, фторопласт для манжет и нержавеющие стали для остальных деталей соединения. The specified technical result is achieved in that a detachable connection containing a fitting, an articulated tip, a union nut and a seal is made with a seal containing two types of seals, one of which is an annular metal gasket, the other is a multi-row reinforced lip seal with a spring support, while the lip seal is self-supporting, collapsible and, together with the spring support, is located on the tip, providing pieces independent of the tightening union nut cera and an annular lip seal gasket tightening, tightening the annular gasket made union nut, and as annealed aluminum materials used for the backing ring, Teflon for cuffs and stainless steel for the other compound components.

Суть изобретения поясняется чертежом, где:
1 - штуцер,
2 - наконечник,
3 - накидная гайка,
4 - кольцевая металлическая прокладка,
5 - многорядное армированное манжетное уплотнение,
6 - манжета,
7 - кольцо армируемое, пружинное,
8 - пружинный подпор,
9 - набор кольцевых пружин,
10 - кольцо с ограничителем вращения,
11 - гайка подпора,
12 - опора разборная манжетного уплотнения,
13 - кольцо опоры,
14 - два опорных полукольца,
15 - паз опоры на наконечнике,
16 - металлическая лента контровки гайки подпора,
17 - металлическая лента контровки накидной гайки.The essence of the invention is illustrated in the drawing, where:
1 - fitting
2 - tip
3 - union nut,
4 - ring metal gasket,
5 - multi-row reinforced lip seal,
6 - cuff
7 - ring reinforced, spring,
8 - spring support
9 - a set of ring springs,
10 - ring with rotation limiter,
11 - backwater nut,
12 - collapsible bearing seal,
13 - support ring,
14 - two supporting half rings,
15 - groove of the support on the tip,
16 - metal tape lock nuts backwater,
17 - metal tape lock nut.

Конструкция предлагаемого изобретения содержит штуцер (1), сочленяемый с ним наконечник (2), с помощью уплотнения, накидную гайку (3). The design of the invention comprises a fitting (1), a tip (2) articulated with it, with a seal, a union nut (3).

Уплотнение выполнено в виде уплотнений двух типов - кольцевой металлической прокладки (4) и многорядного армированного манжетного уплотнения (5). The seal is made in the form of two types of seals - an annular metal gasket (4) and a multi-row reinforced lip seal (5).

Многорядное армированное манжетное уплотнение (5) выполнено в виде ряда кольцевых манжет (6), которые армируются, чередуясь с металлическими пружинными кольцами (7), например, тарельчатого типа. Армированное манжетное уплотнение снабжается пружинным подпором (8) и разборной опорой манжетного уплотнения (12) и устанавливается между ними. The multi-row reinforced lip seal (5) is made in the form of a series of annular collars (6), which are reinforced alternating with metal spring rings (7), for example, of a disk type. The reinforced lip seal is provided with a spring support (8) and a collapsible lip seal support (12) and is installed between them.

В свою очередь, пружинный подпор (8) выполнен из набора кольцевых пружин (9), кольца с ограничителем вращения (10) и гайки подпора (11), которая прижимает многорядное армированное манжетное уплотнение (5) к специальной (индивидуальной) опоре (12) с заданным моментом (усилием). При этом ограничитель вращения кольца (10) выполнен в виде паза (или выступа) и при взаимодействии с ответными элементами наконечника (2) не допускает проворачивание кольца при затяжке гайки подпора (11), а само кольцо (10) сохраняет способность свободно перемещаться в осевом направлении. In turn, the spring support (8) is made of a set of ring springs (9), a ring with a rotation limiter (10) and a support nut (11), which presses the multi-row reinforced lip seal (5) to the special (individual) support (12) with a given moment (force). In this case, the rotation limiter of the ring (10) is made in the form of a groove (or protrusion) and, when interacting with the mating elements of the tip (2), does not allow the ring to turn when tightening the back-up nut (11), and the ring itself (10) retains the ability to move freely in axial direction.

Опора (12) выполнена разборной и представлена кольцом опоры (13) и двумя опорными полукольцами (14), закладываемыми в паз наконечника (15) и в расточку кольца (13). Принципиально возможно другое крепление разборной опоры на наконечнике, например с использованием винтовых или резьбовых соединений. The support (12) is made collapsible and is represented by a support ring (13) and two supporting half rings (14), which are laid in the groove of the tip (15) and in the bore of the ring (13). In principle, it is possible to mount a collapsible support on the tip, for example, using screw or threaded connections.

Контровка, гайки подпора (11) и накидной гайки (3) металлическими лентами или проволокой (16) и (17) соответственно выполняется для предотвращения их самоотворачивания и, тем самым, повышения ударо- и вибростойкости соединения. Locking, back-up nuts (11) and union nuts (3) with metal bands or wire (16) and (17), respectively, are performed to prevent their self-loosening and, thereby, increase the shock and vibration resistance of the connection.

Выполнение уплотнения в виде двух последовательно установленных типов уплотнений - кольцевой металлической прокладки и манжетного уплотнения - делает конструкцию соединения многобарьерным, повышает его надежность, в частности, повышает уровень герметичности при повышении давления рабочих тел ПГС, при наличии вибро- и ударных нагрузок в процессе эксплуатации и при работе о агрессивными средами. The implementation of the seal in the form of two sequentially installed types of seals - an annular metal strip and a lip seal - makes the joint design multi-barrier, increases its reliability, in particular, increases the level of tightness with increasing pressure of the ASG working bodies, in the presence of vibration and shock loads during operation and when working on aggressive environments.

Размещение опоры (12) и пружинного подпора (8), а следовательно, и самого манжетного уплотнения (5) на наконечнике (2) позволяет получить сборочную независимость манжетной части уплотнения от штуцера (до полной сборки) и иметь в конструкции соединения следующие два позитивных технических результата. Placing the support (12) and the spring support (8), and consequently the lip seal (5) on the tip (2), allows to obtain the assembly independence of the lip part of the seal from the nozzle (until complete assembly) and have the following two positive technical features in the connection design result.

Во-первых, обеспечить возможность многократного сочленения и расчленения наконечника и штуцера (разъемность соединения) без полной разборки манжетной части уплотнения. При этом наконечник вынимается из штуцера вместе с расположенными на нем опорой, манжетным уплотнением и пружинным подпором после небольшого ослабления гайки подпора (11). Firstly, to provide the possibility of multiple articulation and dismemberment of the tip and fitting (releasability of the connection) without completely disassembling the lip part of the seal. In this case, the tip is removed from the nozzle together with the support located on it, a lip seal and a spring support after a slight loosening of the support nut (11).

Во-вторых, установив при сочленении наконечник в штуцер, выполнить затяжку манжетного уплотнения (5) гайкой подпора (11) независимо от стягивающей накидной гайки, еще до затяжки кольцевой металлической прокладки (4) и всего соединения стягивающей накидной гайкой (3). При этом суммарные усилия затяжки двух типов уплотнений распределяются между гайкой подпора (11) и накидной гайкой (3). Соединение, не испытывая дополнительных внутренних напряжений, связанных с установкой двух уплотнений, оказывается равнопрочным, точно таким, как и соединение-прототип (с одной металлической прокладкой). Это сохраняет прочность конструкции на уровне самых простых по конструкции соединений и, тем самым, также повышает надежность устройства. Secondly, after installing the nozzle into the fitting during jointing, tighten the lip seal (5) with a backup nut (11) regardless of the tightening union nut, even before tightening the annular metal gasket (4) and the entire connection with the tightening union nut (3). In this case, the total tightening forces of the two types of seals are distributed between the back-up nut (11) and the union nut (3). The connection, without experiencing additional internal stresses associated with the installation of two seals, is equally strong, exactly the same as the prototype connection (with one metal gasket). This preserves the structural strength at the level of the simplest structural joints and, thus, also increases the reliability of the device.

Выполнение опоры (12) разборной, во-первых, обеспечивает возможность замены манжетной части уплотнения на наконечнике и делает соединение ремонтопригодным, так как замена простой кольцевой металлической прокладки является всегда выполнимой задачей, как и у соединения-прототипа. Причем разбираемость опоры (12) позволяет выполнять такую замену даже в том случае, если наконечник уже приварен к трубопроводу ПГС, то есть с одной стороны наконечника в условиях эксплуатации. И, во-вторых, - позволяет иметь такую конструкцию соединения, которая обеспечивает и разборность, и замену уплонений без заметного увеличения его радиальных размеров, практически на одном диаметре соединения. The implementation of the collapsible support (12), firstly, makes it possible to replace the lip part of the seal on the tip and makes the connection repairable, since replacing a simple annular metal gasket is always a feasible task, as with the prototype connection. Moreover, the dismountability of the support (12) allows such a replacement to be performed even if the tip is already welded to the ASG pipeline, that is, on one side of the tip in operating conditions. And, secondly, it allows you to have a joint design that provides collapsibility and replacement of deflections without a noticeable increase in its radial dimensions, on almost the same diameter of the joint.

На основе анализа физико-химических свойств совместимости материалов стойкость соединения к средам повышенной агрессивности, например, к таким, как космические рабочие тела гиптил и амилин, достигается, если в качестве материала кольцевой прокладки использовать отожженный алюминий [7] - с. 415-418, [8] - с. 264, для манжет - фторопласт-4 [7] - с.503, 518-519 и нержавеющую сталь для всех остальных элементов конструкции [7,8]. Based on the analysis of the physicochemical properties of the compatibility of materials, the resistance of the compound to environments of increased aggressiveness, for example, to such as space working fluids Hyptil and Amylin, is achieved if annealed aluminum is used as the material of the ring gasket [7] - p. 415-418, [8] - p. 264, for cuffs - fluoroplast-4 [7] - p. 503, 518-519 and stainless steel for all other structural elements [7,8].

Таким образом, предлагаемая конструкция соединения позволяет повысить надежность, выраженную в повышении уровня герметичности, вибро- и ударостойкости, стойкости в агрессивным средам, и сохранить уровень прочности, технологичности (разбираемости и сочленяемости) и ремонтопригодности, характерный для простейших соединений, а следовательно, и увеличить его ресурс. Thus, the proposed design of the connection allows you to increase the reliability, expressed in increasing the level of tightness, vibration and shock resistance, resistance in aggressive environments, and to maintain the level of strength, manufacturability (parsability and articulation) and maintainability, characteristic of the simplest connections, and therefore increase his resource.

Работоспобность подобного разъемного соединения подтверждена экспериментально. The operability of such a detachable connection is confirmed experimentally.

Источники информации
1. П.И. Орлов. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие в двух книгах. Под ред. к.т.н. П.Н. Учаева. - М.: Машиностроение, 1988.Sources of information
1. P.I. Orlov. Design Basics. Reference manual in two books. Ed. Ph.D. P.N. Uchaeva. - M.: Mechanical Engineering, 1988.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х томах. - М.: Машиностроение, 1992. (Том 3). 2. Anuryev V.I. Reference designer-mechanical engineer. In 3 volumes. - M.: Mechanical Engineering, 1992. (Volume 3).

3. ГОСТ 16042-70 "Ниппели полусферические приварные для соединении трубопроводов по внутреннему конусу. Конструкция и размеры". 3. GOST 16042-70 "Welded hemispherical nipples for connecting pipelines to the inner cone. Design and dimensions."

4. ГОСТ 16045-70 "Штуцера приварные для соединений трубопроводов по внутреннему конусу". 4. GOST 16045-70 "Welded fittings for pipe connections on the inner cone."

5. ГОСТ 16046-70 "Гайки накидные полусферических ниппелей для соединений трубопроводов по внутреннему конусу". 5. GOST 16046-70 "Hose nuts hemispherical nipples for pipe connections on the inner cone."

6. ГОСТ 19749-84. Соединения неподвижные разъемные пневмогидросистем. Затворы закрытые. Типы и технические требования. 6. GOST 19749-84. Connections fixed detachable pneumohydrosystems. Shutters are closed. Types and specifications.

7. Справочник металлиста. В пяти томах. Том 3. Книга первая. Под ред. проф. В.С. Владиславлева. М.: ГНТИ машиностроительной литературы, 1959. 7. Reference metalworker. In five volumes. Volume 3. Book One. Ed. prof. V.S. Vladislavleva. M .: GNTI engineering literature, 1959.

8. Коррозионная стойкость реакторных материалов. Справочник под ред. В. В. Герасимова. М.: Атомиздат, 1976. 8. Corrosion resistance of reactor materials. Handbook Ed. V.V. Gerasimova. M .: Atomizdat, 1976.

Claims

1. A detachable pipe connection containing a fitting, a nozzle mating with it, a union nut and a seal, characterized in that the seal is made in the form of two seals, one of which is an annular metal gasket, the other is a multi-row reinforced lip seal with a spring support, while the lip seal is collapsible and, together with the spring support, is located on the tip.

2. A detachable connection of pipelines according to claim 1, characterized in that in it an annular metal gasket is made of annealed aluminum, and the cuff is made of fluoroplastic.