Устройство для соединения двух деталей

 

Использование: при конструировании разъемных соединений крышек и других деталей аппаратов и сосудов высокого давления, а также трубопроводов, работающих в условиях резко меняющегося внутреннего давления. Сущность изобретения: устройство содержит детали с фланцами на концах, охватывающее их бугельное кольцо из нескольких сегментов и стяжное кольцо на бугельном кольце. На стяжном кольце выполнены стяжные кольцевые бурты, стянутые болтами. Угол между образующей конуса фланца и сопрягаемой поверхностью бугельного кольца и основанием конуса или угол конуса периферийной поверхности бугельного кольца и взаимодействующей с ним поверхности стяжного кольца не превышает угла трения для материалов, из которых выполнены сопрягаемые элементы. 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению и конкретно касается разъемных соединений крышек и других деталей аппаратов и сосудов высокого давления, а также трубопроводов, работающих в условиях резко меняющегося внутреннего давления и интенсивных вибрационных воздействий.

Известны бугельные соединения для труб, включающие фланцы на соединяемых концах труб, уплотнительный элемент, расположенный между фланцами и предназначенный для герметичного разделения внутреннего пространства соединяемых труб и окружающей среды, бугельное кольцо, состоящее из двух или более сегментов и охватывающее снаружи упомянутые фланцы, и средства стягивания сегментов бугельного кольца по направлению к оси соединяемых труб для сдавливания между собой их фланцев. При этом торцовые поверхности фланцев и взаимодействующие с ними поверхности бугельного кольца выполнены в форме конуса, а в качестве средств стягивания сегментов бугельного кольца используются, как правило, болты, соединяющие отдельные сегменты между собой, или стальная лента, охватывающая сегменты снаружи, концы которой стягиваются болтами, винтами и т. п.

Недостатком описанных бугельных соединений для труб является невозможность создания достаточно больших усилий сжатия стыка, необходимых при высоких внутренних давлениях и при больших диаметрах соединяемых деталей (от полуметра и выше), а также разгерметизация стыка при одновременном воздействии изменяющегося внутреннего давления и интенсивных вибраций в следствие ослабления резьбовых соединений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для затяжки уплотняемого стыка, включающее выполненные на каждой из деталей и прилегающие к стыку фланцы, у которых противоположная стыку торцевая поверхность выполнена в форме конуса, бугельное кольцо, состоящее из нескольких сегментов, охватывающее фланцы и сжимающее коническими поверхностями своей расточки конические поверхности фланцев, периферийная поверхность которого также имеет форму конусов, сложенных большими основаниями, и охватывается двумя стяжными ободами, взаимодействующими с его конусами на периферийной поверхности, и средства для сжатия ободов между собой.

Описанное приспособление также склонно к разгерметизации при совместном действии переменного внутреннего давления и интенсивных вибраций, так как переменные нагрузки, возникающие при изменении внутреннего давления и при интенсивной вибрации стыка, передаются через фланцы и бугельное кольцо непосредственно на средства для сжатия ободов, что приведет через некоторое время работы к ослаблению последних.

Целью изобретения является повышение надежности уплотнения стыка при совместном действии переменного внутреннего давления и интенсивных вибраций.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для затяжки уплотняемого стыка между двумя деталями, включающем выполненные на каждой из деталей и прилегающие к стыку фланцы, у которых противоположная стыку торцевая поверхность выполнена в форме конуса, бугельное кольцо, состоящее из нескольких сегментов, охватывающее фланцы и сжимающее коническими поверхностями своей расточки конические поверхности фланцев, периферийная поверхность которого также имеет коническую форму и охватывается по крайней мере одним стяжным кольцом, взаимодействующим с его конической периферийной поверхностью, согласно изобретению, либо угол между образующей конуса фланца и сопрягаемой поверхностью бугельного кольца и основанием конуса, либо угол конуса периферийной поверхности бугельного кольца и взаимодействующей с ним поверхности стяжного кольца не превышает угла трения для материалов, из которых выполнены сопрягаемые элементы, при этом на одной из соединяемых деталей и на стяжном кольце выполнены сопряженные кольцевые бурты, стягиваемые между собой болтами.

Выполнение одного из названных конусов с углом конусности меньшим, чем угол трения между сопрягаемыми деталями исключает передачу переменной части нагрузки, возникающей на фланцах соединяемых деталей вследствие действия вибраций и переменного давления, на крепежные элементы (болты). Последнее обстоятельство гарантирует постоянство затяжки этих элементов и, тем самым, сохранение герметичности стыка в условиях интенсивных вибрационных воздействий с одновременным изменением внутреннего давления.

На фиг. 1 представлен один из вариантов устpойства для затяжки уплотняемого стыка, продольное сечение; на фиг. 2 - поперечное сечение Е-Е на фиг. 1; на фиг. 3 - продольное сечение другого варианта этого устройства.

Устройство для затяжки уплотняемого стыка между двумя деталями (см. фиг. 1 и 2), включает выполненные на каждой из соединяемых деталей 1 и 2, прилегающие к стыку фланцы 3 и 4, у которых противоположная стыку торцевая поверхность выполнена в форме конуса с углом А между образующей и основанием, бугельное кольцо 5, состоящее из нескольких сегментов, охватывающее фланцы 3 и 4 и сжимающее коническими поверхностями своей расточки конические поверхности фланцев 3 и 4. Периферийная поверхность бугельного кольца 5 также имеет коническую форму с углом между образующей и осью конуса В и охватывается стяжным кольцом 6, взаимодействующим с его конической периферийной поверхностью. В разъеме между фланцами 3 и 4 помещен уплотнительный элемент 7. На внешней поверхности соединяемой детали 1 выполнен кольцевой бурт 8, а на стяжном кольце 6 - другой кольцевой бурт 9, которые при сборке уплотняемого стыка стягиваются болтами 10.

На фиг. 3 представлен другой вариант исполнения устройства, у которого кольцевой бурт 11 размещен на соединяемой детали 2. В момент сборки уплотняемого стыка к этому бурту 11 посредством болтов 10 притягивается стяжное кольцо 12.

Устройство работает следующим образом.

При сборке и затяжке уплотняемого стыка осевое усилие F, возникающее на болтах 10, при их завинчивании, создает осевое усилие R в уплотняемом стыке, определяемое зависимостью R = F / [ tg ( А + С ) tg ( В + С ) ] , (1) где С - угол трения между сопрягающимися по коническим поверхностям деталями (коэффициенты трения между стяжным и бугельным кольцами, а также между бугельным кольцом и фланцами полагаем одинаковыми). При этом коэффициент передачи нагрузки (отношение R/F) может составлять от нескольких единиц до нескольких десятков, что позволяет при относительно низких усилиях затяжки болтов 10 обеспечить достаточное напряжение сжатия в стыке.

В процессе работы стыка под нагрузкой усилие S, действующее в стыке от переменного давления в полости соединяемых деталей и от инерционных сил, возникающих вследствие вибрации, создает в болтах 10 нагрузку Т, определяемую равенством Т = S tg ( А - С ) tg ( В - С ), (2) из которого следует, что при А С или В С усилие Т на болтах 10 равно О (учитывая, что болты могут быть нагружены только лишь растягивающими напряжениями). А так как причиной ослабления затяжки болтов 10 являются осевые нагрузки, действующие одновременно с вибрациями, понятно, что, если любой из углов А или В будет не больше угла трения С между контактирующими поверхностями, ослабление болтов 10 невозможно.

Так например, если в реальной конструкции положить угол А равным 15 градусов, а угол В-5 градусов при коэффициенте трения для стальных деталей равном 0,1, которому соответствует трения С= 5,71, градуса, получим R/F= 13,98, а Т/S<0. Таким образом, с одной стороны, получаем достаточно высокий коэффициент передачи нагрузки при затяжке соединения, и с другой стороны, отсутствие переменной нагрузки на болтах 10 со стороны соединяемых фланцев в процессе работы соединения.

Следовательно, надежность работы стыка в условиях действия переменного давления в полости соединяемых деталей 1 и 2 и интенсивных вибраций существенно повышается.

Настоящее изобретение использовано в качестве соединительного узла ресивера с корпусом в высокоэнергетических гидропневатических молотах и показало себя весьма надежным в тяжелых условиях интенсивных переменных нагрузок и вибраций.

(56) Авторское свидетельство СССР N 112870, кл. F 16 L 19/00.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ДВУХ ДЕТАЛЕЙ, содержащее детали с фланцами на концах, противоположная стыку стенка каждого из которых выполнена конической, охватывающее их бугельное кольцо из нескольких сегментов с ответными коническими боковыми поверхностями расточки и конической периферийной наружной поверхностью, стяжное кольцо, размещенное на бугельном кольце с ответной конической поверхностью, отличающееся тем, что на одной из соединяемых деталей и на стяжном кольце выполнены стяжные кольцевые бурты, стянутые болтами, при этом либо угол между образующей конуса фланца и сопрягаемой поверхностью бугельного кольца и основанием конуса, либо угол конуса периферийной поверхности бугельного кольца и взаимодействующей с ним поверхности стяжного кольца не превышает угла трения для материалов, из которых выполнены сопрягаемые элементы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3