RU2374547C1

RU2374547C1 - Connection of pipelines

Info

Publication number: RU2374547C1
Application number: RU2008124037/06A
Authority: RU
Inventors: Хайдярь Кадерович Кадеров (RU); Хайдярь Кадерович Кадеров; Шамиль Хайдярьевич Кадеров (RU); Шамиль Хайдярьевич Кадеров
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Силинг"
Priority date: 2008-06-11
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2009-11-27

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: connection of pipelines comprises nozzle with internal sealing cavity and two annular collars. Sealing surface of nozzle is formed with two crossing conical surfaces: larger and smaller ones. Connection comprises sleeve nut with support surface and incision ring with back and front parts. Back part of incision ring is arranged with band, and front part of ring comprises working edge adjoined with front part of curvilinear external surface.

EFFECT: improved tightness of connection and achievement of self-braking effect at contact of incision ring with nozzle.

5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к резьбовым соединениям трубопроводов с врезающимся кольцом для осевого монтажа, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где применяются гидро- и пневмосистемы, работающие под высоким давлением.The invention relates to the field of engineering, in particular to threaded connections of pipelines with a cutting ring for axial installation, and can be used in various industries where hydraulic and pneumatic systems operating under high pressure are used.

Известны аналоги заявляемого изобретения. Одним из них является действующий ГОСТ 23354-87 «Соединения трубопроводов резьбовые. Кольца врезающиеся». Данное соединение на одном конце соединяемого трубопровода имеет штуцер с внутренней уплотнительной конической полостью. На конец другого соединяемого трубопровода надеваются накидная гайка и врезающееся кольцо. Врезающееся кольцо имеет утолщенную заднюю часть в виде кольцевого выступа, который имеет приемный конус с углом 90° с торцевой части для улучшения контакта с ответной конической полостью накидной гайки, а в своей передней части рабочую кромку, врезающуюся в трубопровод под воздействием рабочей (герметизирующей) конической полости штуцера при выполнении соединения.Known analogues of the claimed invention. One of them is the current GOST 23354-87 “Threaded pipe connections. Rings crashing. " This connection at one end of the connected pipeline has a fitting with an internal sealing conical cavity. A union nut and a cutting ring are put on the end of another connected pipeline. The cutting ring has a thickened rear part in the form of an annular protrusion, which has a receiving cone with an angle of 90 ° from the end part to improve contact with the counter conical cavity of the union nut, and in its front part a working edge that cuts into the pipeline under the influence of the working (sealing) conical the cavity of the fitting when making the connection.

Другим аналогом является изобретение «Устройство для резьбового соединения трубопроводов с врезающимся кольцом» (Патент №2015442, МПК 5 F16L 19/08). Сущность изобретения: штуцер и накидная гайка обжимают врезающееся в трубопровод кольцо. В передней части кольца со стороны стыка выполнена кольцевая внутренняя проточка. В задней части кольца выполнены диаметрально расположенные прорези.Another analogue is the invention “Device for threaded connection of pipelines with a cutting ring” (Patent No. 2015442, IPC 5 F16L 19/08). SUMMARY OF THE INVENTION: a fitting and a union nut compress a ring that cuts into a pipeline. An annular inner groove is made in the front part of the ring from the joint side. At the rear of the ring are diametrically arranged slots.

За прототип заявляемого изобретения принято «Соединение трубопроводов» (Патент RU 2180067 С1 МПК 7 F16L 19/08). Известное устройство содержит штуцер, накидную гайку и врезающееся кольцо с рабочей кромкой в передней части, выполненной с криволинейными внешней и внутренней поверхностями, связанными между собой переходной поверхностью, с рабочей кромкой, образованной в месте пересечения внешней поверхности врезающегося кольца и переходной поверхности. Задняя часть кольца выполнена с бандажом, в качестве которого использована отбортованная наружу часть кольца.For the prototype of the claimed invention adopted "Connection of pipelines" (Patent RU 2180067 C1 IPC 7 F16L 19/08). The known device contains a fitting, a union nut and a cutting ring with a working edge in the front part made with curved outer and inner surfaces connected by a transition surface, with a working edge formed at the intersection of the outer surface of the cutting ring and the transition surface. The back of the ring is made with a bandage, which is used as a flanged out part of the ring.

Все перечисленные аналоги, в том числе и прототип, имеют один и тот же недостаток: внутренняя уплотнительная полость штуцера содержит только одну поверхность - коническую. Известно, что соединение трубопроводов работает надежно, когда все сопрягаемые детали смонтированы в условиях взаимного самоторможения. В соединениях с шаровым ниппелем внутреннюю уплотнительную коническую полость штуцера выполняют с углом конуса 37°. В соединениях с врезающимися кольцами для внутренней уплотнительной конической поверхности штуцера ГОСТ 23354-87 рекомендует использовать угол конуса 24°. Это связано с тем, что в отличие от соединения ниппеля с трубой с помощью пайки или сварки в случае с врезающимися кольцами уплотнение их с трубой производится с помощью силового контакта рабочей кромки кольца с уплотнительным буртиком на трубе. Для образования этого буртика необходимы кроме достаточной остроты кромки значительные осевые и радиальные силы. Поэтому с целью снижения нагрузки на резьбовое соединение и применяют угол конуса, равный 24°. Однако этот угол не может обеспечить самоторможение соединения на контакте кольца со штуцером, и во время эксплуатации с характерными для гидравлических передач вибрационными и переменными циклическими нагрузками часто нарушается фактор самоторможения резьбового соединения штуцера и накидной гайки, что приводит к разгерметизации соединения. Вместе с тем при углах наклона образующей уплотнительной поверхности штуцера 3…7° (углах конуса 6…14°) практически обеспечивается эффект самоторможения и на контакте кольца со штуцером. Одновременно в несколько раз снижается нагрузка на резьбовое соединение штуцера с накидной гайкой. Однако применение указанных углов для штуцеров в конструкциях аналогов и прототипа увеличивает габариты штуцера и соответственно всего соединения. Легко подсчитать, что при одних и тех же диаметрах оснований конуса (одной и той же разнице между большим и малым основаниями конуса) высота его при угле наклона его образующей 3…7° увеличится от 2 до 4 раз по сравнению с углом 12°. Это является существенным недостатком, так как одной из важных позитивных характеристик соединения наряду с надежностью является его компактность. Кроме того, для образования уплотнительного буртика на трубе потребуется увеличение пути осевого перемещения врезающегося кольца и соответственно длины резьбы и габаритов контактирующей с ним накидной гайки.All of these analogues, including the prototype, have one and the same drawback: the internal sealing cavity of the fitting contains only one surface - a conical one. It is known that the connection of pipelines works reliably when all the mating parts are mounted under conditions of mutual self-braking. In connections with a ball nipple, the internal sealing conical cavity of the fitting is performed with a cone angle of 37 °. In connections with cutting rings for the internal sealing conical surface of the union, GOST 23354-87 recommends using a 24 ° cone angle. This is due to the fact that, in contrast to the connection of the nipple with the pipe by soldering or welding, in the case of cutting rings, they are sealed with the pipe by force contact of the working edge of the ring with the sealing collar on the pipe. For the formation of this bead, in addition to sufficient edge sharpness, significant axial and radial forces are necessary. Therefore, in order to reduce the load on the threaded connection, a cone angle of 24 ° is used. However, this angle cannot provide self-braking of the joint at the ring contact with the nozzle, and during operation with vibrational and variable cyclic loads characteristic of hydraulic gears, the self-braking factor of the threaded joint of the nozzle and union nut is often violated, which leads to leakage of the joint. At the same time, at inclination angles of the generatrix of the sealing surface of the fitting 3 ... 7 ° (cone angles 6 ... 14 °), the effect of self-braking on the contact of the ring with the fitting is practically ensured. At the same time, the load on the threaded connection of the fitting with the union nut is reduced several times. However, the use of these angles for fittings in the structures of analogues and prototype increases the dimensions of the fitting and, accordingly, the entire connection. It is easy to calculate that for the same diameters of the base of the cone (the same difference between the large and small bases of the cone), its height at an angle of inclination of its generatrix 3 ... 7 ° will increase from 2 to 4 times compared with the angle of 12 °. This is a significant drawback, since one of the important positive characteristics of the connection along with reliability is its compactness. In addition, for the formation of a sealing collar on the pipe, an increase in the axial displacement path of the cutting ring and, accordingly, the length of the thread and the dimensions of the union nut in contact with it will be required.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение герметичности и эксплуатационной надежности соединения трубопроводов в гидравлических передачах.The problem to which the invention is directed, is to increase the tightness and operational reliability of the connection of pipelines in hydraulic gears.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в увеличении герметичности соединения и достижении эффекта самоторможения на контакте врезающегося кольца со штуцером, а также в расширении управляющих и контрольных функций при сборке соединения трубопроводов за счет того, что внутренняя уплотнительная полость штуцера образована двумя взаимно пересекающимися коническими поверхностями. При этом обе указанные поверхности выполнены с общей осью, совпадающей с осью соединения.The technical result that can be achieved by carrying out the invention is to increase the tightness of the joint and to achieve the self-braking effect on the contact of the cutting ring with the nozzle, as well as to expand the control and monitoring functions during assembly of the piping connection due to the fact that the internal sealing cavity of the nozzle is formed by two mutually intersecting conical surfaces. In this case, both of these surfaces are made with a common axis that coincides with the axis of the connection.

Сущность заявляемого изобретения - соединение трубопроводов, содержащее штуцер с внутренней уплотнительной полостью, обращенной к передней части кольца, накидную гайку и врезающееся кольцо с рабочей кромкой в передней части и задней частью с переменным зазором относительно трубопровода по всей длине кольца, передняя часть которого выполнена с криволинейными внешней и внутренней поверхностями, связанными между собой переходной поверхностью, с рабочей кромкой, образованной в месте пересечения внешней поверхности врезающегося кольца и переходной поверхности, а задняя часть кольца выполнена с бандажом в виде отбортованной наружу части кольца с образованием незамкнутого петлеобразного сечения, отличающееся тем, что внутренняя уплотнительная полость штуцера образована двумя взаимно пересекающимися коническими поверхностями.The essence of the claimed invention is the connection of pipelines, containing a fitting with an internal sealing cavity facing the front of the ring, a union nut and a cutting ring with a working edge in the front and the back with a variable clearance relative to the pipeline along the entire length of the ring, the front of which is curved external and internal surfaces connected by a transitional surface, with a working edge formed at the intersection of the outer surface of the cutting ring and transition surface, and the rear part of the ring is made with a bandage in the form of a flanged out part of the ring with the formation of an open loop-shaped section, characterized in that the internal sealing cavity of the fitting is formed by two mutually intersecting conical surfaces.

Обе взаимно пересекающиеся конические поверхности во внутренней уплотнительной полости штуцера выполнены с общей осью, совпадающей с осью соединения трубопроводов.Both mutually intersecting conical surfaces in the internal sealing cavity of the nozzle are made with a common axis that coincides with the axis of the connection of the pipelines.

Обе пересекающиеся конические поверхности внутренней уплотнительной полости штуцера обращены к его наружному плоскому торцу с пересечением с ним последним большей конической поверхности.Both intersecting conical surfaces of the internal sealing cavity of the fitting face its outer flat end with the intersection of the last larger conical surface with it.

Во внутренней уплотнительной полости штуцера у его большей конической поверхности диаметр большего основания, измеряемого на пересечении указанной поверхности с наружным плоским торцом штуцера, превышает диаметр передней части кольца, а диаметр меньшего основания, измеряемого на пересечении большей конической поверхности с меньшей, больше диаметра рабочей кромки кольца, но меньше диаметра его передней части.In the inner sealing cavity of the fitting at its larger conical surface, the diameter of the larger base, measured at the intersection of the specified surface with the outer flat end of the fitting, exceeds the diameter of the front of the ring, and the diameter of the smaller base, measured at the intersection of the larger conical surface with a smaller, larger diameter of the working edge of the ring , but less than the diameter of its front end.

В уплотнительной полости штуцера углы наклона образующих большей и меньшей взаимно пересекающихся конических поверхностей находятся соответственно в пределах 3…7° и 12…30°.In the sealing cavity of the fitting, the inclination angles of the generatrixes of the larger and smaller mutually intersecting conical surfaces are respectively in the range of 3 ... 7 ° and 12 ... 30 °.

В заявляемом техническом решении выполнение штуцера с внутренней уплотнительной полостью, образованной двумя взаимно пересекающимися коническими поверхностями с общей осью, совпадающей с осью соединения, в отличие от прототипа, в котором в уплотнительной полости предусмотрена одна коническая поверхность с углом наклона ее образующей 12°, позволяет получить следующие положительные эффекты:In the claimed technical solution, the implementation of the nozzle with an internal sealing cavity formed by two mutually intersecting conical surfaces with a common axis coinciding with the axis of the connection, in contrast to the prototype, in which there is one conical surface with an inclination angle of its generatrix of 12 °, allows to obtain following positive effects:

1. Создаются две уплотнительные зоны на контакте внутренней уплотнительной полости штуцера с передней частью кольца.1. Two sealing zones are created at the contact of the internal sealing cavity of the nozzle with the front of the ring.

2. Обеспечивается самоторможение кольца на его контакте со штуцером за счет использования в уплотнительной полости штуцера для образующей большей конической поверхности углов наклона в пределах 3…7°.2. Self-braking of the ring at its contact with the fitting is ensured due to the use of the fitting in the sealing cavity for the generatrix of the larger conical surface of inclination angles within 3 ... 7 °.

3. Возможность оптимизации конструкции соединения: при выборе углов наклона образующих конических поверхностей, близких к нижним пределам, уменьшаются осевые силы затяжки в резьбовом соединении, но увеличиваются размеры штуцера и накидной гайки в осевом направлении и, наоборот, при увеличении указанных углов повышается требуемая сила затяжки соединения, однако оно становится компактнее. При этом увеличение сил на контакте передней части кольца с большей конической поверхностью штуцера усиливает эффект их взаимного самоторможения в этой зоне и одновременно повышает герметичность соединения трубопроводов.3. The possibility of optimizing the connection design: when choosing the inclination angles of the forming conical surfaces close to the lower limits, the axial tightening forces in the threaded connection decrease, but the dimensions of the fitting and the union nut in the axial direction increase and, conversely, when the specified angles increase, the required tightening force connection, however it becomes more compact. In this case, an increase in the forces at the contact of the front part of the ring with the larger conical surface of the fitting enhances the effect of their mutual self-braking in this zone and at the same time increases the tightness of the piping connection.

4. Создаются условия для автоматического контроля и управления процессом врезания врезающегося кольца в трубу за счет того, что при вступлении в контакт передней части кольца со второй (меньшей) конической поверхностью (с углами наклона ее образующей 12…30°) штуцера силы затяжки его с накидной гайкой возрастают в несколько раз.4. Conditions are created for the automatic control and management of the process of embedding the cutting ring into the pipe due to the fact that when the front part of the ring comes into contact with the second (smaller) conical surface (with an inclination angle of its generatrix 12 ... 30 °), its tightening force fitting union nut increase several times.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем. Соединение трубопроводов, включающее трубы 1 и 2, содержит присоединенный к концу трубы 2 штуцер 3 с внутренними уплотнительными взаимно пересекающимися коническими поверхностями 4 и 5 и кольцевым буртом 6, накидную гайку 7 с опорной поверхностью 8.Information confirming the possibility of carrying out the invention with obtaining the above technical result are as follows. The piping connection, including pipes 1 and 2, contains a fitting 3 connected to the end of the pipe 2 with internal sealing mutually intersecting conical surfaces 4 and 5 and an annular collar 6, a union nut 7 with a supporting surface 8.

Штуцер 3 - оригинальная деталь, а накидная гайка 7 с опорной поверхностью 8 - стандартная деталь, ограниченная параметрами резьбы, с возможностью выполнения резьбового соединения со штуцером 3. Соединение содержит врезающееся кольцо 9, являющееся оригинальной деталью и содержащее заднюю 10 и переднюю 11 части. Задняя часть 10 кольца 9 выполнена с бандажом 12, которая сопряжена с опорной поверхностью 8 накидной гайки 7, а передняя часть 11 содержит рабочую кромку 13 и сопряжена с ней криволинейной внешней поверхностью 14.The fitting 3 is the original part, and the union nut 7 with the supporting surface 8 is the standard part, limited by the thread parameters, with the possibility of making a threaded connection with the fitting 3. The connection contains a cutting ring 9, which is the original part and contains the rear 10 and front 11 parts. The rear part 10 of the ring 9 is made with a bandage 12, which is associated with the supporting surface 8 of the union nut 7, and the front part 11 contains a working edge 13 and is coupled to it with a curved outer surface 14.

Геометрические параметры внутренней уплотнительной полости штуцера 3 и передней части 11 врезающегося кольца 9 (см. фиг.2) для решения поставленных задач могут быть определены следующей формулой:The geometric parameters of the internal sealing cavity of the nozzle 3 and the front part 11 of the cutting ring 9 (see figure 2) for solving the tasks can be determined by the following formula:

где А - высота первой (большей) конической поверхности 4 штуцера 3, α и β - углы наклона образующих соответственно большей 4 и меньшей 5 конических поверхностей, Z - зазор между рабочей кромкой 13 кольца 9 и трубой 1, определяемый разностью (см. фиг.2)where A is the height of the first (larger) conical surface 4 of fitting 3, α and β are the inclination angles of the generators, respectively, greater than 4 and less than 5 conical surfaces, Z is the gap between the working edge 13 of ring 9 and pipe 1, determined by the difference (see Fig. 2)

где d_{раб. кромки} - диаметр окружности рабочей кромки 13; d_трубы - диаметр трубы 1; К - задаваемая глубина врезки рабочей кромки 13 в трубу 1; R - радиус кривизны внешней криволинейной поверхности 14 передней части 11 кольца 9.where d is the _{slave. edges} - the diameter of the circumference of the working edge 13; d _pipe - pipe diameter 1; K is the set insertion depth of the working edge 13 into the pipe 1; R is the radius of curvature of the outer curved surface 14 of the front part 11 of the ring 9.

Превышение принятой в конструкции штуцера 3 высоты А первой (большей) конической поверхности 4 по сравнению с расчетной величиной, определяемой по формуле (1), не должно быть меньше 5%. Эту величину превышения можно принять и для отношенияThe excess of the first (larger) conical surface 4 adopted in the design of the nozzle 3 of the height A in comparison with the calculated value determined by the formula (1) should not be less than 5%. This excess can also be taken for the ratio

где d_{штуцера} - диаметр большего основания большей конической поверхности 4 штуцера 3, а d_кольца - наибольший диаметр передней части 11 кольца 9 в исходном состоянии (см. фиг.2).where d of the _fitting is the diameter of the larger base of the larger conical surface 4 of the fitting 3, and d of the _ring is the largest diameter of the front part 11 of the ring 9 in the initial state (see figure 2).

Заявляемое устройство работает следующим образом. На свободный конец трубы 1, подлежащей подсоединению, сначала надевают накидную гайку 7 и затем врезающееся кольцо 9. Свободный конец этой трубы 1 вводят в штуцер 3, который присоединен к трубе 2, и продвигают до тех пор, пока он своим торцом не коснется бурта 6 штуцера 3. Затем начинают навинчивать накидную гайку 7 на штуцер 3. Накидная гайка 7 своей опорной поверхностью 8 давит на опорную поверхность бандажа 12. Врезающееся кольцо 9 начинает перемещаться и своей криволинейной внешней поверхностью 14 в передней части 11 входит сначала в контакт с конической поверхностью 4 штуцера 3. На этом этапе за счет обжима передней части 11 кольца 9 конической поверхностью 4 штуцера 3 создается первая зона герметизации и обеспечиваются условия самоторможения на контакте штуцера 3 с врезающимся кольцом 9. Одновременно начинается врезание кольца 9 в трубу 1. Варьируя углы наклона образующей большей конической поверхности 4 в пределах 3…7°, можно управлять процессом врезания кольца 9 в трубу 1 с учетом ее механических свойств, точности изготовления, а также давления в трубопроводе. При дальнейшем вращении накидной гайки 7 продолжается продвижение врезающегося кольца 9 в уплотнительную полость штуцера 3 и криволинейная внешняя поверхность 14 в передней части 11 кольца 9 вступает в контакт со второй (меньшей) конической поверхностью 5 штуцера 3. При этом в несколько раз возрастает сила затяжки соединения, что является сигналом окончания сборки соединения.The inventive device operates as follows. On the free end of the pipe 1 to be connected, first put on a union nut 7 and then a cutting ring 9. The free end of this pipe 1 is inserted into the fitting 3, which is connected to the pipe 2, and is advanced until it touches the collar 6 with its end the union 3. Then they begin to screw the union nut 7 onto the union 3. The union nut 7 presses on the bearing surface of the brace 12 with its bearing surface 8. The cutting ring 9 begins to move and with its curved outer surface 14 in front 11 first comes into contact with the horses the surface of the nozzle 4 3. At this stage, by crimping the front part 11 of the ring 9 with the tapered surface 4 of the nozzle 3, the first sealing zone is created and self-braking conditions are provided at the contact of the nozzle 3 with the cutting ring 9. At the same time, the cutting of the ring 9 into the pipe 1 begins. the inclination of the generatrix of the larger conical surface 4 within 3 ... 7 °, you can control the process of cutting the ring 9 into the pipe 1, taking into account its mechanical properties, manufacturing accuracy, and pressure in the pipeline. With further rotation of the union nut 7, the cutting ring 9 continues to advance into the sealing cavity of the fitting 3 and the curved outer surface 14 in the front part 11 of the ring 9 comes into contact with the second (smaller) conical surface 5 of the fitting 3. In this case, the connection tightening force increases several times. , which is a signal to complete the assembly of the connection.

Таким образом, предлагаемое устройство существенно отличается от прототипа. Использование в качестве уплотнительной полости штуцера 3 двух взаимно пересекающихся конических поверхностей 4 и 5 с переменными углами наклона их образующих позволяет в отличие от прототипа создать две уплотнительные зоны на контакте штуцера с кольцом и обеспечить эффект их взаимного самоторможения, оптимизировать конструкцию соединения, добиваясь меньших сил затяжки соединения при достаточной его компактности. Кроме того, появляется возможность управлять процессом сборки соединения и контролировать его с помощью соответствующих приборов. Это позволит практически исключить влияние человеческого фактора на сборку соединения трубопроводов с врезающимся кольцом и автоматизировать этот процесс.Thus, the proposed device is significantly different from the prototype. The use of two mutually intersecting conical surfaces 4 and 5 with variable angles of inclination of their generators as the sealing cavity of the nozzle 3 makes it possible, in contrast to the prototype, to create two sealing zones at the nozzle contact with the ring and to ensure the effect of their mutual self-braking, to optimize the connection design, achieving lower tightening forces connections with sufficient compactness. In addition, it becomes possible to control the assembly process of the connection and control it using appropriate devices. This will virtually eliminate the influence of the human factor on the assembly of the connection of pipelines with a cutting ring and automate this process.

Claims

1. A pipe connection, comprising a fitting with an internal sealing cavity, a union nut, a cutting ring with a working edge in the front and back with a variable clearance relative to the pipeline along the entire length of the ring, the front of which is made with curved outer and inner surfaces connected to each other transition surface, with a working edge formed at the intersection of the outer surface of the cutting ring and the transition surface, and the back of the ring is made with a bandage in The ideally flanged out part of the ring with the formation of an open loop-shaped cross section, characterized in that the internal sealing cavity of the fitting is formed by two mutually intersecting conical surfaces.

2. The compound according to claim 1, characterized in that both intersecting conical surfaces in the internal sealing cavity of the fitting are made with a common axis that coincides with the axis of the connection.

3. The compound according to claim 1, characterized in that both intersecting conical surfaces in the inner sealing cavity of the fitting face their large bases to its outer flat end with the intersection of a larger conical surface.

4. The compound according to claim 1, characterized in that in the inner sealing cavity of the nozzle at its larger conical surface, the diameter of the larger base, measured at the intersection with the outer flat end of the nozzle, exceeds the diameter of the front of the ring, and the diameter of the smaller base, measured at the intersection of the larger a conical surface with a smaller, larger diameter of the working edge of the ring, but less than the diameter of its front end.

5. The compound according to claim 1, characterized in that in the sealing cavity of the nozzle the inclination angles of the generatrix of the larger and smaller intersecting conical surfaces are respectively within 3 ... 7 ° and 12 ... 30 °.