Быстроразъемное соединение

Использование: для быстрого соединения и разъединения различных узлов трубопроводов. Предлагаемое механическое устройство состоит из одного конструктивного элемента в виде конического раструба с полуотводом, геометрия формы которого позволяет осуществлять зацепление между прилегающими элементами соединения путем принудительного расклинивания конического раструба торцом присоединяемой трубы-инъектора до состояния внутренней деформации напряжения на контакте элементов прилегания, использовать в качестве механизма фиксации прилегания силу трения, обходиться без комплектной уплотнительной прокладки, использовать в качестве материала для временной уплотнительной прокладки транспортируемые быстрозастывающие текучие строительные растворы типа песчано-цементного или глинистого раствора, а также обходиться без резьбовых, шарнирных, кулачковых и багинетных элементов соединений и сопряжении движущихся элементов и содержания изделия в чистоте, сохраняя качество соединения. Все вышеуказанное позволило: 1. Создать технологически простое устройство для соединения и разъединения различных узлов и элементов трубопроводов, без применения специального инструмента. 2. Максимально уменьшить комплектность оборудования. 3. Получить недорогой инструмент для малого бизнеса и опытных производств. 4. Минимизировать цену эксплуатационного обслуживания монтажа соединения и разъединения. 5. Уменьшить вероятность травмирования. 6. При комплектации предлагаемого устройства дополнительными приспособлениями, его можно использовать в качестве предохранительного клапана при аварийном повышении давления, а также в качестве заглушки, препятствующей опасному фонтанированию жидкого песчано-цементного раствора из скважины под воздействием остаточного давления после завершения нагнетания раствора в грунт.

Область техники.

Настоящее устройство относится к строительству и горному делу. Быстроразъемные соединения, как наиболее удобные приспособления для соединения и разъединения различных узлов и элементов трубопроводов в магистралях работающие при давлении 1,6 Мпа, без применения слесарного или специального инструмента находят применение в строительстве при закреплении грунтов под аварийными и строящимися зданиями путем нагнетания текучего песчано-цементного раствора в грунт через трубы-инъекторы, в большинстве случаев представляющие собой металлические сантехнические трубы с наружным диаметром 42-44 мм, с боковой перфорацией, погруженные в грунт на установленную глубину. Метод получил название «Геокомпозит», (Патент 2324788.)

Технологическая схема создания элементарной ячейки композита показана на фиг.1.

Метод армирования грунтового массива основан на управляемом инъектировании под давлением расчетных объемов твердеющих растворов по специально рассчитанной объемно-планировочной схеме. Фрагменты грунтового массива, заключенные между включениями уплотняются давлением инъектируемого раствора (действующим как внутримассивный домкрат), приобретая за счет уплотнения существенно улучшенные механические характеристики. Жесткий каркас из затвердевшего раствора дополнительно упрочняет уплотненный грунтовый массив. В зависимости от объема работ по закреплению грунтов количество труб-инъекторов только на одном объекте может превышать 1000 шт., поэтому экономия средств и времени на обработке торцевых поверхностей труб-инъекторов при сохранении качества соединения приобретает существенное значение. Кроме рабочих операций по монтажу и демонтажу быстроразъемных соединений качество соединения требует содержания прилегающих поверхностей в чистоте. Неизбежный постоянный контакт металлических элементов с цементным раствором затрудняет выполнение этого условия. Дополнительные усилия затрачиваются на удержание цементного раствора в грунте при отсоединении рукава высокого давления от трубы-инъектора по окончании нагнетания раствора. Остаточное давление раствора не всегда поддается контролю и приводит к самопроизвольному фонтанированию и дополнительным неоправданным потерям раствора.

Уровень техники.

Быстроразъемное соединение (ТУ 34-23-5854-77) (фиг.2) состоит из двух фланцев, предназначенных под приварку к трубам, резинового уплотнительного кольца, двух полухомутов, зацепленных на шарнире и стягивающего клина (фиг.2, 3). Схема монтажа соединения обозначена на фиг.4.

Быстроразъемные соединения BAUER.

Соответствуют стандарту: DIN 3459721. (фиг.5-7).

Недостатками приведенных технических решений являются сложность в изготовлении, материалоемкость, наличие в конструкции механических соединений и сопряжении, необходимость привинчивания или приваривания стального фланца к трубе-инъектору, предназначенному для закачивания цементного или песчано-цементного раствора в грунт под фундамент аварийного здания, необходимость содержать в чистоте и целости комплектные уплотнительные прокладки, необходимость участия двух человек при монтаже для соблюдения одновременного взаимного соосного центрирования торцевых фланцев и прокладки

Наиболее близок к заявленному устройству по геометрии формы прилегания конус Морзе - один из самых широко применяемых креплений инструмента. (ГОСТ 25557-2006 Конусы инструментальные. Основные размеры).

Категории ГОСТ 25557-2006 по ОКС:

- 25. Машиностроение 25.100. Режущие инструменты

Нормативные ссылки из текста ГОСТ 25557-2006 представлены фигурами 8, 9. (Втулки переходные длинные).

Недостатком данной конструкции применительно к производству «Геокомпозит» является трудоемкость изготовления, стоимость, конструктивное несоответствие назначению выбранной технологии.

Раскрытие полезной модели. Быстроразъемное соединение.

Перед автором стояла задача создания малогабаритного, простого в изготовлении (технологически), недорогого устройства, обеспечивающего эффективное применение малыми эксплуатационными расходами, с учетом незначительных расхождений между размерами присоединяемых металлических сантехнических труб. Устройство предназначено для соединения и разъединения различных узлов и элементов трубопроводов, применяемых в частности в производстве закрепления грунтов методом «Геокомпозит», с применением молотка весом 500-800 грамм.

Дополнительная задача - использование заявленного устройства в качестве заглушки для удержания цементного раствора в грунте при отсоединении напорного рукава по окончании нагнетания раствора.

Для решения поставленной задачи и получения технического результата предлагается устройство, содержащее, как и аналоги, и прототип, два соединительных взаимно прилегающих элемента и механизм фиксации, удерживающий прилегание. Отличным от прототипа является то, что в качестве одного из прилегающих элементов используется необработанный торец присоединяемой трубы, (в данном случае трубы-инъектора, фиг.10) а второй элемент представляет собой конический раструб с полуотводом (фиг.11,) для присоединения рукава высокого давления диаметрами внутренним 40 мм, наружным 51,5 мм (фиг.7,), (ГОСТ 10362-76), соосно насаживаемый на торец присоединяемой трубы (фиг.12, фиг.17).,

Осуществление полезной модели.

Устройство в деталях (фиг.13) применительно к трубе-инъектору с наружным диаметром 44 мм, представляет собой раструб, выполненный из отрезка сантехнической трубы в форме усеченного конуса высотой 300 мм и наружными диаметрами нижним 57 мм, и верхним 44 мм (1). К верхнему торцу диаметром 44 мм соосно приваривается патрубок длиной 150 мм и наружным диаметром 44 мм (2) со стальной заглушкой сверху (3) и полуотводом, выполненным из трубы с наружным диаметром 38 мм и длиной 150 мм (4), приваренной под углом 60 градусов по отношению к оси изделия для присоединения отрезка рукава высокого давления длиной 50 см (8) с фланцем быстроразъемного соединения, (ТУ-34-23-5854-77 или любым другим) для присоединения последующих секций рукава высокого давления, (9). Со стороны, противоположной полуотводу, к изделию вертикально приварена стальная пластина 50×40 мм толщиной 10 мм (5) для облегчения отсоединения изделия от трубы-инъектора (фиг.20). В конечном исполнении устройство представляет собой единое изделие без движущихся частей, резьбовых, шарнирных, кулачковых и багинетных элементов соединений (фиг.14), выполненное в основном из отрезков сантехнических труб, обеспечивающее последующие дополнения (6, 7, 8, 9), (фиг.13, фиг.15).

Технический результат.

Технический результат - зацепление между участком внутренней поверхности раструба и наружной фаской торца оголовника трубы-инъектора, вертикально выступающего на 30-50 см над поверхностью земли, происходит в результате трения, усиленного состоянием внутреннего напряжения деформации обоих прилегающих элементов соединения и достигается путем насаживания на оголовник конического раструба с последующим принудительным расклиниванием участка внутренней поверхности раструба необработанным торцом трубы-инъектора до состояния внутреннего напряжения деформации обоих прилегающих элементов, достаточного для надежного зацепления (фиг.12, фиг.18). (На практике достаточно надежное зацепление для удержания давления 1,6 МПа достигается двумя-тремя ударами средней силы молотка весом 500-800 граммов в направлении оси соединения, фиг.18). Эффект зацепления дополняется сцеплением прилегающих элементов благодаря неизбежному наличию на контакте поверхностей соединения различных песчаных фракций, входящих в состав транспортируемого текучего песчано-цементного раствора и некоторых других строительных смесей.

Герметичность соединения при транспортировании текучего песчано-цементного раствора благодаря геометрии формы соединения достигается практически одномоментно с поступлением раствора путем заполнения раствором зазоров и уплотняется с повышением давления, образуя временную уплотнительную прокладку. Нарушение пространственной геометрии торца оголовника трубы-инъектора в пределах 5 мм не влияет на герметичность и качество зацепления при транспортировании текучего песчано-цементного раствора. На случай аварийного давления раствора в трубе и рукаве устройство дополнено гибким соединением (8) с хомутом (9) для зацепления с трубой (фиг.8). Гибкое соединение с хомутом не участвует в удержании конического раструба на трубе-инъекторе при высоком давлении, а лишь служит страховочным дополнением устройства при разгерметизации соединения. По этой причине натяжение гибкого соединения должно позволять только удерживать конусный раструб на трубе в разгерметизированном состоянии для локализации фонтанирования раствора, не допуская полного разъединения. Выбор страховочного дополнения - предпочтительно цепь с хомутом. Зацепление цепи с трубой-инъектором должно выдерживать нагрузку до 100 кг. (На практике применялась обычная дверная цепочка, а при отсутствии хомута использовалась вязальная проволока диаметром 3 мм, плотно намотанная на трубу в 2-3 ряда).

Отсоединение устройства производится после предварительного принудительного нарушения соосности прилегающих элементов (фиг.10) и сброса остаточного давления с последующим принудительным «сдергиванием» устройства с трубы-инъектора (фиг.11) и отсоединением хомута от трубы-инъектора.

Конструкция устройства позволяет использовать его в качестве временной (до 30 мин.) заглушки, оставляемой на трубе-инъекторе до достижения прочности раствора внутри трубы-инъектора, достаточной для удержания раствора в грунте без сброса остаточного давления. Запирание раствора в этом случае достигается простым перегибанием отрезка 50 см рукава высокого давления, зафиксированным отрезком цепи, зацепленной с хомутом, установленным на полуотводе, (фиг.12). Приведенный способ запирания раствора позволяет отказаться от металлических кранов, вентилей и задвижек, быстро выходящих из строя при контакте с песчано-цементным раствором. Отсоединение рукава высокого давления в этом случае производится путем демонтажа ближайшего к устройству быстроразъемного соединения. В отличие от приведенных аналогов быстроразъемных соединений, заявленное устройство после нежелательного длительного 30 минутного контакта с неподвижным песчано-цементным раствором не нуждается в бережной и тщательной очистке прилегающих поверхностей и уплотнительной прокладки, сохраняя при этом рабочее состояние.

Способ применения устройства допускает отклонения при изготовлении от рекомендуемых размеров и принятых для изделий подобного назначения нормативов чистоты обработки, позволяющие отказаться от заводских условий при изготовлении устройства, вплоть до использования отходов труб, предпочтительно сантехнических, из низкосортных сталей, достаточно легко подвергающихся деформации, а также от комплектных уплотнительных прокладок и необходимости содержать изделие в чистоте, сохраняя при этом качество соединения.

Действующий образец находится в работе с ноября 2004 г.

Изготавливались изделия из отрезков сантехнических труб.

Все вышеуказанное позволило:

1. Создать технологически простое устройство для соединения и разъединения различных узлов и элементов трубопроводов, без применения специального инструмента.

2. Максимально уменьшить комплектность оборудования.

3. Получить недорогой инструмент для малого бизнеса и опытных производств.

4. Минимизировать цену эксплуатационного обслуживания монтажа соединения и разъединения.

5. Уменьшить вероятность травмирования.

6. При комплектации предлагаемого устройства дополнительными приспособлениями, его можно использовать в качестве предохранительного клапана при аварийном повышении давления, а также в качестве заглушки, препятствующей опасному фонтанированию текучего песчано-цементного раствора из скважины под воздействием остаточного давления после завершения нагнетания раствора в грунт.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана технологическая схема создания элементарной ячейки композита.

На фиг.2 показан общий вид быстроразъемного соединения (ТУ 34-23-5854-77).

На фиг.3 показана комплектность быстроразъемного соединения (ТУ 34-23-5854-77).

На фиг.4 показана схема монтажа быстроразъемного соединения (ТУ 34-23-5854-77).

На фиг.5 показан общий вид быстроразъемного соединения BAUER.

На фиг.6 показана схема монтажа быстроразъемного соединения BAUER.

На фиг.7 показана конструкция рукава напорного с нитяным усилением ГОСТ 10362-76.

На фиг.8 показан внешний вид втулки переходной длинной конуса Морзе (ГОСТ 25557-2006 Конусы инструментальные. Основные размеры).

На фиг.9 показана схема втулки переходной длинной конуса Морзе (ГОСТ 25557-2006. Конусы инструментальные. Основные размеры).

На фиг.10 показана конструкция трубы-инъектора в рабочем состоянии.

На фиг.11 показано устройство в разрезе.

На фиг.12 показана геометрия формы соединения и прилегания изделия к трубе-инъектору в рабочем состоянии в разрезе.

На фиг.13 показаны детали устройства (1-5), расположенные и пронумерованные в последовательности их соединения методом электросварки) и детали дополнительных приспособлений (6-9), расположенные и пронумерованные в последовательности их присоединения.

Под номером 1 показан конический раструб.

Под номером 2 показан присоединяемый сверху патрубок.

Под номером 3 показана заглушка.

Под номером 4 показан полуотвод.

Под номером 5 показана прямоугольная пластина толщиной 10 мм.

Под номером 6 показана страховочная цепь на скобе, присоединяемой электросваркой к нижней части конического раструба.

Под номером 7 показан хомут, зацепленный с цепью, для жесткого зацепления с трубой-инъектором. (слева в размере, соотносимом с размерами изделия, справа - увеличенное изображение).

Под номером 8 показан отрезок 50 см рукава напорного с нитяным усилением ГОСТ 10362-76, предназначенный для присоединения к полуотводу 4.

Под номером 9 показан фланец быстроразъемного соединения ТУ 34-23-5854-77, герметично зацепленный с отрезком 50 см рукава напорного с возможностью присоединения его последующих секций.

На фиг.14 схематически показан внешний вид изделия.

На фиг.15 схематически показан внешний вид изделия с дополнениями.

На фиг.16 показана схема рабочего положения изделия перед зацеплением страховочного дополнения с трубой-инъектором.

На фиг.17 показана схема зацепления страховочного дополнения с трубой-инъектором.

На фиг.18 показана схема операции принудительного расклинивания раструба необработанным торцом трубы-инъектора.

На фиг.19 показана схема операции принудительного нарушения соосности прилегающих элементов соединения с целью отсоединения изделия.

На фиг.20 показана схема операции принудительного «сдергивания» изделия с трубы-инъектора.

На фиг.21 показана схема запирания песчано-цементного раствора в трубе-инъекторе.

На фиг.22 показано фото полезной модели.

1. Быстроразъемное соединение для присоединения рукава высокого давления к необработанному торцу металлической сантехнической трубы при транспортировании текучих строительных растворов типа песчано-цементного, характеризующееся тем, что геометрия формы прилегания элементов соединения позволяет обходиться одним прилегающим элементом в виде конического раструба с полуотводом без движущихся и сопряженных элементов в конструкции устройства, осуществляя зацепление с присоединяемой трубой повышением трения между прилегающими элементами соединения путем принудительного расклинивания внутренней поверхности конического раструба необработанным торцом присоединяемой трубы.

2. Быстроразъемное соединение по п.1, характеризующееся тем, что геометрия формы прилегания к торцу присоединяемой трубы позволяет обходиться без резьбовых, шарнирных, кулачковых и багинетных элементов соединений.

3. Быстроразъемное соединение по п.1, характеризующееся тем, что геометрия формы прилегания к торцу присоединяемой трубы позволяет обходиться без комплектной уплотнительной прокладки.

4. Быстроразъемное соединение по п.1, характеризующееся тем, что геометрия формы прилегания к торцу присоединяемой трубы позволяет использовать в качестве материала для временной уплотнительной прокладки транспортируемый текучий песчано-цементный раствор.

5. Быстроразъемное соединение по п.1, характеризующееся тем, что геометрия формы прилегания к торцу присоединяемой трубы исключает необходимость содержания изделия в чистоте.