RU2260737C2

RU2260737C2 - Quick-detachable pipe joint

Info

Publication number: RU2260737C2
Application number: RU2002132334/06A
Authority: RU
Inventors: Р.А. Петров (RU); Р.А. Петров; нинов В.А. Смоль (RU); В.А. Смольянинов; В.Е. Строев (RU); В.Е. Строев
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2005-09-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: quick-detachable pipe joint comprises unmovable and movable pipelines. The movable pipeline is additionally provided with intermediate ties which are mounted on the axles. The intermediate ties are pivotally connected with the grips. The connecting grips with intermediate ties are interposed between the zones of the contact of the grips with the ties-compensators. The grips are provided with the spring-pushers that cooperate with the intermediate ties.

EFFECT: enhanced reliability and reduced sizes and weight.

5 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к быстроразъемным соединениям трубопроводов, и может быть применено в быстроразъемных соединениях криогенных заправочных коммуникаций наземного стартового комплекса с ракетой.The invention relates to the field of engineering, namely to quick-connect pipe connections, and can be applied in quick-connect connections of cryogenic refueling communications of a ground launch complex with a rocket.

Известно быстроразъемное устройство для стыковки трубопроводов по патенту ФРГ №1284750, М. кл. F 16 L 37/00, содержащее фланцы, скрепляемые между собой с помощью крюков, расположенных на патрубке и связанных через тяги с пружинными компенсаторами. Основным недостатком указанного устройства являются большие габариты, ввиду того, что элементы устройства (крюки, тяги, пружинные компенсаторы, замок, привод) установлены последовательно.Known quick-disconnect device for connecting pipelines according to the patent of Germany No. 1284750, M. cl. F 16 L 37/00, containing flanges fastened together by means of hooks located on the nozzle and connected through rods to spring compensators. The main disadvantage of this device is the large size, due to the fact that the elements of the device (hooks, rods, spring compensators, lock, drive) are installed in series.

Известно быстроразъемное соединение трубопроводов по патенту ФРГ №1750783, М. кл. F 16 L 37/20, содержащее подвижный и неподвижный трубопроводы с фланцевыми разъемами, привод, при этом подвижный трубопровод снабжен запирающим механизмом, состоящим из захватов, шарнирно установленной обоймы, связанной с захватами через тяги-компенсаторы.Known quick-connect pipe according to the patent of Germany No. 1750783, M. cl. F 16 L 37/20, containing movable and fixed pipelines with flange connectors, an actuator, while the movable pipeline is equipped with a locking mechanism consisting of grippers, a pivotally mounted clip connected to the grips through tie rods.

Основным недостатком известного быстроразъемного соединения является то, что захваты не могут пространственно ориентироваться относительно опорной поверхности ответного фланца неподвижного трубопровода, что не позволяет создать равномерное усилие стягивания по периметру ответных фланцев.The main disadvantage of the known quick disconnect connection is that the grips cannot be spatially oriented relative to the supporting surface of the counter flange of the fixed pipeline, which does not allow to create a uniform pulling force along the perimeter of the counter flanges.

В известной конструкции невозможно обеспечить полный охват по периметру ответного фланца опорными поверхностями захватов. В результате для обеспечения герметичности стыка в условиях деформаций фланцев при криогенных температурах заправляемых компонентов необходим жесткий массивный фланец ответного разъема ракеты-носителя, что приводит к ее утяжелению. Кроме того, конструкция захватов позволяет запереть стык только при полной достыковке ответных фланцев.In the known design it is impossible to provide full coverage around the perimeter of the counter flange by the supporting surfaces of the grippers. As a result, to ensure the tightness of the joint under the conditions of flange deformations at cryogenic temperatures of the refueling components, a rigid massive flange of the reciprocal connector of the launch vehicle is required, which leads to its weighting. In addition, the design of the grippers allows you to lock the joint only with the full addition of mating flanges.

В реальности стыковка подвижного разъема осуществляется несоосно ответному разъему. Несоосность зависит от зазора по направляющим штырям и от диаметра стыкуемых фланцев (при перекосе в 1° при диаметре фланцев 500 мм недостыковка составляет 9 мм).In reality, the docking of the movable connector is misaligned to the response connector. The misalignment depends on the clearance along the guide pins and on the diameter of the mating flanges (for a skew of 1 ° with a diameter of 500 mm flanges, the gap is 9 mm).

Указанные недостатки устраняются в предлагаемом устройстве тем, что на подвижном трубопроводе дополнительно на осях установлены промежуточные тяги, шарнирно связанные с захватами, при этом шарниры, соединяющие захваты с промежуточными тягами, размещены между зонами контакта захватов с фланцем неподвижного трубопровода и шарнирами, соединяющими захваты с тягами-компенсаторами, кроме того, на захватах установлены пружинные толкатели, взаимодействующие с промежуточными тягами.These disadvantages are eliminated in the proposed device by the fact that on the movable pipeline additionally on the axles are installed intermediate rods pivotally connected to the grippers, while the hinges connecting the grippers to the intermediate rods are placed between the contact zones of the grippers with the flange of the fixed pipeline and the hinges connecting the grippers to the rods -compensators, in addition, spring pushers are installed on the grippers, interacting with the intermediate rods.

Таким образом, в предлагаемом устройстве:Thus, in the proposed device:

1. За счет введения на подвижном трубопроводе на осях промежуточных тяг, шарнирно связанных с захватами, размещение шарниров, соединяющих захваты с промежуточными тягами между зонами контакта захватов с фланцем неподвижного трубопровода и шарнирами, соединяющими захваты с тягами-компенсаторами, обеспечивается пространственное ориентирование захватов относительно опорной поверхности ответного фланца неподвижного трубопровода, обеспечивается максимально полный охват по периметру ответного фланца опорными поверхностями захватов, при этом обеспечивается равномерное усилие стягивания по периметру ответных фланцев.1. Due to the introduction on the movable pipeline on the axes of the intermediate rods pivotally connected to the grippers, the placement of hinges connecting the grippers to the intermediate rods between the contact zones of the grippers with the flange of the stationary pipeline and the hinges connecting the grippers to the tie rods-compensators provides spatial orientation of the grippers relative to the support the surface of the counter flange of the stationary pipeline, provides the fullest coverage along the perimeter of the counter flange by the supporting surfaces of the grippers, etc. and this ensures uniform pulling force along the perimeter of the mating flanges.

В результате обеспечивается герметичный стык в условиях деформаций фланцев при криогенных температурах заправляемых рабочих тел (например, жидкого водорода при температуре минус 253°С) при меньшей жесткости и массе ответного разъема ракеты.The result is a tight joint in the conditions of deformation of the flanges at cryogenic temperatures of the refueling working fluid (for example, liquid hydrogen at a temperature of minus 253 ° C) with less rigidity and mass of the missile mating connector.

2. За счет введения на захватах пружинных толкателей, взаимодействующих с промежуточными тягами, обеспечивается работоспособность устройства при перекосах стыкуемых трубопроводов горловины ракеты и стыкуемого трубопровода.2. Due to the introduction of spring pushers at the grips, interacting with the intermediate rods, the device is operable when the abutted pipelines of the neck of the rocket and the abutted pipeline are skewed.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображено быстроразъемное соединение трубопроводов в состыкованном положении; на фиг.2 - вид А фиг.1; на фиг.3 - быстроразъемное соединение трубопроводов в расстыкованном положении; на фиг.4 - вид Б фиг.1; на фиг.5 - вид В фиг.3.Figure 1 shows the quick connection of pipelines in a docked position; figure 2 is a view a of figure 1; figure 3 - quick connection of pipelines in undocked position; figure 4 is a view B of figure 1; figure 5 is a view In figure 3.

Быстроразъемное соединение состоит из подвижного трубопровода 1 (фиг.1), расположенного в зоне обслуживания ракеты и неподвижного трубопровода 2, установленного на борту ракеты, являющегося заправочной горловиной. На трубопроводе 1 расположен корпус 3, а на трубопроводе 2 - фланец 4. На корпусе 3 в осях 5 крепятся промежуточные тяги 6, которые через шаровые опоры 7 связаны с захватами 8. На корпусе 3 при помощи фланца 9 крепится болтами 10 в двухстороннем упорном подшипнике 11 обойма 12. Шарики подшипника 11 уложены в канавки по всему периметру с обеих сторон обоймы 12 (фиг.4). Обойма 12 (фиг.1) связана с захватами через тяги-компенсаторы 13 (фиг.5).The quick disconnect connection consists of a movable pipe 1 (Fig. 1) located in the missile service area and a fixed pipe 2 installed on board the rocket, which is the filler neck. The housing 3 is located on the pipeline 1, and the flange 4 is located on the pipeline 2. The intermediate rods 6 are mounted on the housing 3 in the axles 5, which are connected through the ball bearings 7 to the grips 8. On the housing 3, it is fastened with a flange 9 with bolts 10 in a double-sided thrust bearing 11 ferrule 12. Balls of the bearing 11 are laid in grooves around the perimeter on both sides of the ferrule 12 (figure 4). The clip 12 (figure 1) is connected with the grips through the tie rods 13 (figure 5).

На корпусе 14 компенсатора 13 с помощью болта 15 устанавливается начальное поджатие пакета тарельчатых пружин 16, кроме того, на корпусе установлен упорный подшипник 17 и регулировочный болт 18, на котором контргайкой 19 фиксируется стакан 20.On the housing 14 of the compensator 13, with the help of a bolt 15, the initial preload of the disk spring package 16 is established, in addition, a thrust bearing 17 and an adjusting bolt 18 are mounted on the housing, on which the cup 20 is fixed with a lock nut 19.

Компенсаторы 13 связаны с обоймой 12 и захватами 8 через шаровые опоры 21 и 22. Шаровые опоры 7 и 22 связаны с захватами 8 осями 23. На захватах 8 (фиг.2) установлены толкатели 24 по оси симметрии захватов 8. Толкатели установлены в кронштейнах 25 на пружинах сжатия 26, причем упорные поверхности толкателей взаимодействуют с промежуточными тягами 6. Кронштейны 25 закреплены в пазах захватов болтами 27. На кронштейне 28 (фиг.1) в цапфах установлен пневмоцилиндр 29, шток которого шарнирно связан с кронштейном 30, установленным на обойме 12. На фланце корпуса 3 установлена торцевая уплотнительная манжета 31. На трубопроводе 1 расположены два направляющих штыря 32, а на ответном разъеме 2 - направляющие конусы 33.The compensators 13 are connected to the yoke 12 and the grips 8 through the ball bearings 21 and 22. The ball bearings 7 and 22 are connected to the grippers 8 by the axles 23. On the grippers 8 (Fig. 2) there are pushers 24 along the axis of symmetry of the grippers 8. The pushers are installed in the brackets 25 on the compression springs 26, and the thrust surfaces of the pushers interact with the intermediate rods 6. The brackets 25 are fixed in the grooves of the grippers with bolts 27. An air cylinder 29 is installed in the pins 28 in the pins (1), the rod of which is pivotally connected to the bracket 30 mounted on the cage 12 . On the flange of the housing 3 is installed the end sealing collar 31 is inserted. Two guide pins 32 are located on the pipeline 1, and guide cones 33 are located on the mating connector 2.

Устройство работает следующим образом. При сближении трубопровода 1 (фиг.3) с ответным трубопроводом 2, установленным на борту ракеты, захваты 8 находятся в раскрытом положении, шток пневмоцилиндра 29 находится в крайнем переднем положении (фиг.5). Захваты 8 (фиг.3) развернуты относительно промежуточных тяг 6 в шарнирах 7 с помощью толкателей 24 до упора в отверстиях захватов на 15°-20°. Направляющие штыри 32 входят в ответные направляющие конусы 33 на ответном трубопроводе 2 (фиг.3) до контакта стыкуемых поверхностей фланцев подвижного трубопровода и бортового разъема ракеты.The device operates as follows. When rapprochement of the pipeline 1 (figure 3) with the return pipe 2 mounted on board the rocket, the grippers 8 are in the open position, the rod of the pneumatic cylinder 29 is in the extreme forward position (figure 5). The grippers 8 (figure 3) are deployed relative to the intermediate rods 6 in the hinges 7 using pushers 24 until they stop in the holes of the grippers at 15 ° -20 °. The guide pins 32 enter the mating guide cones 33 on the return pipe 2 (Fig. 3) until the mating surfaces of the flanges of the movable pipe and the onboard connector of the rocket come into contact.

Так как стыковка ответных трубопроводов осуществляется с некоторым перекосом осей, то после центрирования направляющими штырями 32 в ответных конусах 33 появляется остаточная недостыковка «а» (фиг.3) уплотняемых поверхностей, которая тем больше, чем больше диаметр стыкуемых фланцев и зазор между штырями и отверстиями конусов.Since the mating of the return pipelines is carried out with some skewness of the axes, after centering the guide pins 32 in the mating cones 33, a residual mismatch "a" (Fig. 3) of the sealing surfaces appears, which is greater, the larger the diameter of the mating flanges and the gap between the pins and holes cones.

После подачи давления сжатого воздуха в пневмоцилиндр 29 шток пневмоцилиндра разворачивает обойму 12 в подшипнике 11 относительно оси трубопровода. Одновременно поворачиваются относительно этой же оси сферические шарниры 21 (фиг.1) тяг-компенсаторов 13. Появляется составляющая усилия, действующая вдоль осей тяг-компенсаторов 13 на сферические шарниры 22 захватов, при этом захваты 8 совместно с промежуточными тягами 6 поворачиваются в осях 5 до касания захватами опорной поверхности фланца 4 ответного трубопровода 2. При дальнейшем повороте обоймы 12 захваты 8 начинают разворачиваться в сферических шарнирах 7 и 22, захватывая ответный фланец 4 до плотного прилегания опорных поверхностей захватов 8 и фланца 4, при этом сжимаются пружины 26 (фиг.2) толкателей 24. Одновременно сжимается пакет тарельчатых пружин 16 (фиг.1). Оси тяг-компенсаторов 13 попадают в одну плоскость с осями промежуточных тяг 6 - момент максимального сжатия пакета тарельчатых пружин 16. Затем обойма дополнительно поворачивается на 2° (фиг.4). В этот момент шток пневмоцилиндра 25 доходит до упора в крайнем заднем положении. Перебег 2° необходим для предотвращения самопроизвольного открытия стыка. В этом положении быстроразъемное соединение закрыто. Пакеты тарельчатых пружин 16 обеспечивают необходимое усилие на захватах для герметизации стыка с помощью уплотнительной манжеты 31, а также обеспечивают компенсацию линейных изменений размеров элементов соединения при транспортировке по трубопроводам криогенных рабочих тел, например жидкого водорода при температуре минус 253°С.After applying compressed air pressure to the pneumatic cylinder 29, the rod of the pneumatic cylinder unfolds the cage 12 in the bearing 11 relative to the axis of the pipeline. At the same time, the spherical hinges 21 (Fig. 1) of the tie rods are turned about the same axis 13. A component of the force appears, acting along the axes of the tie rods 13 on the spherical hinges 22 of the grippers, while the grippers 8 together with the intermediate rods 6 are rotated in the axes 5 to the grippers touching the supporting surface of the flange 4 of the reciprocal pipe 2. With a further rotation of the cage 12, the grippers 8 begin to unfold in spherical hinges 7 and 22, capturing the counter flange 4 until the supporting surfaces of the gripper are snug s 8 and flange 4, the compressed spring 26 (Figure 2) of pushers 24. Simultaneously, compressed package of disk springs 16 (Figure 1). The axis of the tie rods 13 fall in one plane with the axes of the intermediate rods 6 - the moment of maximum compression of the package of Belleville springs 16. Then the clip further rotates 2 ° (figure 4). At this point, the rod of the pneumatic cylinder 25 reaches the stop in the extreme rear position. An overrun of 2 ° is necessary to prevent spontaneous opening of the joint. In this position, the quick coupler is closed. Belleville spring packs 16 provide the necessary force on the grippers to seal the joint using the sealing collar 31, and also provide compensation for linear changes in the size of the connection elements during transportation through pipelines of cryogenic working fluids, for example, liquid hydrogen at a temperature of minus 253 ° С.

Усилия на пакетах тарельчатых пружин 16 регулируются болтами 18 при свинченных контргайках 19. Подшипники 17 обеспечивают возможность регулировки при значительных усилиях в пакетах тарельчатых пружин 16.The forces on the disc spring packages 16 are regulated by bolts 18 with the lock nuts 19 screwed on. The bearings 17 provide the ability to adjust with considerable efforts in the disc spring packages 16.

Для открытия захватов подается давление сжатого воздуха в пневмоцилиндр 29 (фиг.4). Шток пневмоцилиндра поворачивает обойму 12 относительно оси трубопровода в направлении открытия захватов. Пакет тарельчатых пружин 16 (фиг.1) начинает сжиматься, а после прохождения критической точки - через 2° поворота обоймы - начинает разжиматься до контакта регулировочных болтов 18 с болтами 15. После этого тяги-компенсаторы 13 через сферические шарниры 22 создают усилие в направлении открытия захватов 8, при этом захваты под действием толкателей 24 (фиг.2) с пружинами 26 разворачиваются в шарнирах 7 до упора промежуточных тяг 6 в отверстиях захватов 8 (фиг.3), освобождая фланец горловины ракеты, при этом промежуточные тяги занимают положение закрытых захватов. После контакта захватов 8 с промежуточными тягами 6 в отверстиях захватов начинается совместный поворот захватов с промежуточными тягами на осях 5 до момента, когда шток пневмоцилиндра 29 переместится в крайнее переднее положение (фиг.3).To open the grippers, compressed air pressure is supplied to the pneumatic cylinder 29 (Fig. 4). The rod of the pneumatic cylinder rotates the yoke 12 relative to the axis of the pipeline in the direction of opening of the grippers. The packet of Belleville springs 16 (Fig. 1) begins to compress, and after passing the critical point - after 2 ° of rotation of the cage - it begins to expand until the adjusting bolts 18 come in contact with the bolts 15. After that, the tie rods 13 through the spherical hinges 22 create a force in the opening direction grippers 8, while the grips under the action of the pushers 24 (figure 2) with the springs 26 are deployed in hinges 7 to the stop of the intermediate rods 6 in the holes of the grippers 8 (figure 3), freeing the flange of the neck of the rocket, while the intermediate rods occupy the closed position grips. After the contact of the grippers 8 with the intermediate rods 6 in the holes of the grippers, the joint rotation of the grippers with the intermediate rods on the axles 5 begins until the rod of the pneumatic cylinder 29 moves to its extreme forward position (Fig. 3).

В этом положении захваты полностью открыты. Затем подвижный трубопровод 1 перемещается от бортового разъема ракеты.In this position, the grips are fully open. Then the movable pipe 1 is moved from the onboard connector of the rocket.

Claims

A quick-disconnect pipe connection comprising a fixed pipe with a flange connector mounted on board the rocket and a movable pipe with a flange connector provided with a locking mechanism consisting of grippers, a pivotally mounted clip associated with the grippers through tie rods, and a drive, characterized in that additionally on the axles, on the movable pipeline, intermediate rods are mounted pivotally connected to the grips, while the hinges connecting the grippers to the intermediate rods are placed between the zones The contact of the grippers with the flange of the fixed pipeline and the hinges connecting the grippers with tie rods-compensators, in addition, spring pushers are installed on the grippers, interacting with the intermediate rods.