Результат интеллектуальной деятельности: ТРУБЧАТЫЙ ЭЛЕМЕНТ СО СРЕДСТВАМИ ГЕРМЕТИЗАЦИИ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБЧАТОГО ЭЛЕМЕНТА

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к трубчатому элементу, предназначенному для использования в трубопроводных системах для текучих сред, в особенности к системе вентиляционных каналов, и к способу изготовления трубчатого элемента.

Уровень техники

При сочленении элементов трубопроводов для текучих сред, особенно в системах вентиляционных каналов или воздуховодов, необходимо, чтоб стыки между трубчатыми элементами были достаточно хорошо уплотнены. В патенте США №3955834, 1976 описаны различные варианты уплотнительных элементов, вводимых в стык между трубами и сочленяющих эти трубы. На фиг.3-9 и 13-15 этого патента США показано, как внешнее периферийное гибкое уплотнительное кольцо, имеющее в осевом сечении L-образный профиль, устанавливается на конец трубчатого элемента. Уплотнительное кольцо устанавливают таким образом, что его основание упирается в наружную поверхность трубчатого элемента. При этом свободный конец трубчатого элемента отгибается наружу и затем загибается в направлении стенки трубчатого элемента. Уплотнительное кольцо имеет герметизирующий буртик, выступающий в радиальном направлении из основания кольца и выполненный с возможностью обеспечения герметизации со стороны внутренней поверхности наружной трубы, в которую введен трубчатый элемент (фиг.8).

Описанный базовый метод установки уплотнительного кольца на конце трубчатого элемента до сих пор находит практическое применение, как это видно, например, из каталога "Veloduct®, Cirulart kanalsystem" на шведском языке, выпущенного в 1997 г. отделением Veloduct фирмы ABB Ventilation Products AB. На стр.2 этого каталога показано, как уплотнительное кольцо с L-образным осевым сечением закрепляют путем вышеописанной операции отгибания и прижатия. Тем не менее, этот известный метод, который схематично иллюстрируется фиг.1, обладает несколькими недостатками, которые будут обсуждены далее.

Основание уплотнительного кольца L-образного профиля устанавливается на кольцевую площадку, выступающую в радиальном направлении наружу. Наличие этого выступа создает различные трудности при установке уплотнительного кольца, обусловливает недостатки конструкции уплотнительного кольца и усложняет его изготовление. Обычно установка кольца выполняется вручную, и рабочий, устанавливающий кольцо, часто должен корректировать его положение на выступающей площадке перед тем, как произвести загибание. Из-за наличия выступающей площадки уплотнительное кольцо имеет тенденцию скользить по трубчатому телу во время отгибания концевой части трубчатого тела. Подобное соскальзывание с площадки может помешать правильному выполнению указанной операции отгибания и фиксации и тем самым надежному закреплению уплотнительного кольца. Выступ на переднем конце уплотнительного кольца обычно слишком мал, чтобы предотвратить указанное соскальзывание, особенно в случаях, когда материал уплотнительного кольца является относительно мягким.

При практическом использовании известного L-образного уплотнительного кольца было обнаружено, что его недостатки особенно существенны при работе с трубами большого диаметра, например, превышающего 300 мм. Применительно к трубам такого большого диаметра размеры герметизирующего выступа в радиальном направлении больше, чем осевой размер основания. Подобные уплотнительные кольца имеют тенденцию "перекашиваться" на 90°. Это означает, что уплотнительное кольцо упирается в стенку трубчатого тела, тогда как основание этого кольца направлено в радиальном направлении наружу от стенки этого трубчатого тела. В процессе монтажа подобное смещение должно корректироваться вручную.

Наличие выступа на свободном конце основания уплотнительного кольца создает трудности при изготовлении кольца, которое состоит из резины. Из-за наличия выступа необходимо применять специальные инструменты, что связано с дополнительными проблемами. Присутствие выступа осложняет правильное извлечение изделия из формы. Наличие выступа особенно нежелательно, когда уплотнительное кольцо изготавливается методом литья под давлением.

Таким образом, существует потребность в создании трубчатого элемента, снабженного улучшенными уплотнительными средствами, а также в новом способе изготовлении подобного трубчатого элемента.

Сущность изобретения

Соответственно задача, на решение которой направлены способ и устройство по настоящему изобретению, состоит в том, чтобы устранить отмеченные недостатки и создать трубчатый элемент, обладающий улучшенными герметизирующими свойствами.

Дальнейшей задачей, решаемой изобретением, является разработка способа изготовления, подобного усовершенствованному трубчатому элементу.

Более конкретно задача, решаемая изобретением, состоит в создании улучшенной технологии надежной фиксации уплотнительных средств на трубчатом теле.

Эти и другие задачи, которые станут ясны из дальнейшего изложения, решены созданием трубчатого элемента, признаки которого определены в п.1 формулы изобретения, а также способа, включающего в себя операции, указанные в п.20 формулы изобретения.

Предпочтительные варианты выполнения изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы.

Поскольку в соответствии с изобретением уплотнительное кольцо установлено в канавку, зафиксировать его положение перед началом операции герметизации намного легче, чем известного уплотнительного кольца, устанавливаемого на выступающую площадку. Если по какой-либо причине уплотнительное кольцо перед началом операции гибки будет находиться не в заданном положении, т.е. частично вне канавки, эту ситуацию легко исправить. Достаточно только развернуть смещенное уплотнительное кольцо на некоторый угол, и его основание автоматически займет свое положение внутри канавки.

Основание уплотнительного кольца находится в канавке между ее четко определенными боковыми сторонами (заплечиками). Это означает, что в процессе фиксации уплотнительное кольцо надежно удерживается в заданном месте. Благодаря тому, что основание уплотнительного кольца лежит внутри канавки и у него имеется фиксирующий буртик, усовершенствованное уплотнительное кольцо не имеет тенденции к перекашиванию, как это имело место применительно к известным уплотнительным кольцам. Реализации этого преимущества способствуют соответствующий выбор формы фиксирующего буртика и его соединения с основанием кольца.

Благодаря тому, что указанный фиксирующий буртик отгибается и плотно прижимается к основанию уплотнительного кольца, достигается очень надежная фиксация этого кольца.

Основание нового уплотнительного кольца не имеет выступа, что делает это кольцо более удобным в изготовлении, чем описанное выше известное кольцо.

Согласно предпочтительному варианту изобретения, отогнутая концевая часть трубчатого элемента и дно канавки формируют кольцевое периферийное пространство, заполненное фиксирующим буртиком и частью основания уплотнительного кольца. Благодаря наличию этих признаков основание уплотнительного кольца оказывается зажатым настолько надежно, что отделить уплотнительное кольцо от отогнутой концевой части вручную оказывается почти невозможным.

Предпочтительно, чтобы указанное периферийное пространство было сужающимся вовнутрь в осевом направлении, начиная от конца трубчатого элемента. Наличие этого признака дополнительно повышает надежность закрепления уплотнительного кольца.

Предпочтительно также, чтобы уплотнительное кольцо имело в осевом сечении U-образный профиль, ветви которого образуют герметизирующий и фиксирующий буртики. Подобный профиль уплотнительного кольца усиливает жесткость кольца, что, в свою очередь, способствует надежному закреплению уплотнительного кольца в канавке.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом, уплотнительное кольцо имеет, по меньшей мере, один дополнительный герметизирующий буртик, который расположен между герметизирующим и фиксирующим буртиками и служит дополнительным элементом герметизации со стороны внутренней поверхности наружной трубы, в которую вводится трубчатый элемент.

Способ изготовления согласно настоящему изобретению также обладает преимуществами по сравнению с вышеупомянутыми известными способами. Согласно изобретению, способ изготовления трубчатого элемента с улучшенными герметизирующими свойствами может быть реализован с помощью недорогого оборудования для позиционирования и загибания кромок. Это позволяет автоматизировать процедуру фиксации.

Перечень фигур чертежей

Далее настоящее изобретение и его многочисленные преимущества будут подробно описаны со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 соответствует частичному осевому сечению стенки трубчатого элемента, снабженного известным уплотнительным кольцом.

Фиг.2-5 иллюстрируют с использованием осевых сечений аналогичных изображенному на фиг.1, установку уплотнительного кольца на трубчатый элемент в соответствии с первым вариантом выполнения изобретения.

На фиг.6 в увеличенном масштабе показано частичное осевое сечение трубчатого элемента, снабженного усовершенствованными уплотнительными средствами по изобретению и введенного в наружную трубу.

Фиг.7 и 8 представляют трубчатый элемент с уплотнительным кольцом в соответствии с первым вариантом выполнения изобретения.

Фиг.9 иллюстрирует уплотнительное кольцо в соответствии с первым вариантом выполнения изобретения.

На фиг.10 в увеличенном масштабе показано частичное осевое сечение уплотнительного кольца по фиг.9.

На фиг.11 дано перспективное изображение уплотнительного кольца в соответствии со вторым вариантом выполнения изобретения.

На фиг.12 в увеличенном масштабе показано частичное осевое сечение уплотнительного кольца по фиг.11.

Фиг.13-16 иллюстрируют с использованием осевых сечений, аналогичных изображенным на фиг.2-5, установку уплотнительного кольца в соответствии с третьим вариантом выполнения изобретения.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг.1 показана часть трубчатого элемента, которая соответствует его стенке, и известное уплотнительное кольцо L-образного профиля, имеющее радиальный герметизирующий буртик 2 и основание 3. На части 1 имеется выступающая площадка 4, на которую устанавливается основание 3. На своем свободном конце основание 3 снабжено выступом 5, вокруг которого известным способом загнут концевой отрезок 6 части 1. Данное уплотнительное кольцо 2 обладает недостатками, описанными выше.

На фиг.2-5 показано, как происходит установка уплотнительного кольца, обозначенного в целом как 10, на трубчатый элемент 11, имеющий радиальную кольцевую отгибку 12. В соответствии с представленным первым вариантом выполнения изобретения уплотнительное кольцо 10 имеет основание 13 и три буртика 14-16, выступающие в радиальном направлении из основания 13. Внутренний (ближайший к отгибке 12) буртик представляет собой герметизирующий буртик 14, выполненный с возможностью обеспечения герметизации со стороны внутренней поверхности наружной трубы 21, в которую вводится трубчатый элемент 11 (см. фиг.6). Фиксирующий выступ или буртик 15 имеет меньшую высоту, чем герметизирующий буртик 14. Он участвует в закреплении уплотнительного кольца 10, как это будет описано ниже. Промежуточный буртик 16 обеспечивает дополнительную герметизацию со стороны внутренней поверхности наружной трубы (фиг.6).

При изготовлении трубчатого элемента 11, обладающего улучшенными средствами герметизации, на стенке трубчатого элемента 11 формируют круговую канавку 17 (фиг.3). Свободную концевую часть трубчатого элемента 11 отгибают для того, чтобы образовать радиальный фланец 18, который формирует заплечик 19. Заплечик 19 образует вместе с противолежащим пространственно отделенным от него заплечиком 20 канавку 17.

На следующей операции уплотнительное кольцо 10 смещают в осевом направлении (обозначенном стрелкой А) по наружной поверхности трубчатого элемента 11 (фиг 2) и устанавливают в канавку 17. Перемещению уплотнительного кольца 10 в осевом направлении способствует выполнение части 11а стенки трубчатого тела элемента 11 наклонной в направлении канавки 17. Ширина канавки 17 в осевом направлении соответствует ширине основания 13 уплотнительного кольца. Таким образом, основание 13 уплотнительного кольца надежно фиксируется внутри канавки 17.

Противолежащие заплечики 19, 20 канавки 17 в осевом направлении занимают промежуточное положение между основанием 13 и герметизирующим и фиксирующим буртиками соответственно. В отличие от известного уплотнительного кольца, показанного по фиг.1, основание 13 не снабжено выступом, а имеет ровную поверхность, упирающуюся в дно канавки 17. В этом положении (фиг.4) фиксирующий буртик 15 располагается смежно и по существу параллельно фланцу 18.

На заключительной операции фланец 18 загибают в направлении основания 13, т.е. стенки трубчатого тела 9 элемента 11, так что фиксирующий буртик 15 вместе с отгибкой 18 отгибаются и прижимаются к основанию 13 уплотнительного кольца (фиг.5). Высоту фиксирующего буртика 15 в радиальном направлении подбирают таким образом, что его свободный конец оказывается по существу на одной линии со свободным концом загнутого фланца 18, когда он прижат к основанию 13. Находясь в отогнутом положении, фиксирующий буртик не должен соприкасаться с отогнутым промежуточным буртиком 16. Кроме того, будучи загнутым, фланец 18 предпочтительно перекрывает канавку 17 примерно на половину ее ширины в осевом направлении. Результирующая структура обеспечивает очень надежную установку уплотнительного кольца 10 на конце трубчатого элемента 11.

Сечение, представленное на фиг.6, иллюстрирует осуществление герметизации посредством взаимодействия герметизирующего буртика 14 с внутренней стороной наружной трубы 21, в которую введен трубчатый элемент 11. Продвижение свободного конца трубы 21 ограничивается кольцевой отгибкой 12. Наружная труба 21 представляет собой так называемую трубу со спиральным замковым швом 22. Подобные трубы находят широкое применение в воздуховодах систем вентиляции.

Благодаря выполнению замкового шва 22 на внутренней стороне наружной трубы 21 имеется небольшая спиральная проточка 23. Промежуточный герметизирующий буртик 16 обеспечивает герметизацию наружной трубы 22 изнутри. При этом он специально приспособлен для герметизации спиральной проточки 23, которая при отсутствии уплотнения в некоторых случаях может приводить к утечкам. При этом основные функции герметизации естественно выполняются более крупным герметизирующим буртиком 14.

Как хорошо видно из фиг.6, а также из фиг.5, загнутый фланец 18 и дно канавки 17 формируют кольцевое периферийное пространство, заполненное фиксирующим буртиком 15, прижатым к части основания 13 уплотнительного кольца. Подобный силовой прижим фиксирующего буртика 15 гарантирует надежное закрепление уплотнительного кольца 10. Предпочтительно, чтобы, как это показано на фиг.5 и 6, пространство между фланцем 18 и дном канавки 17 имело в радиальном направлении ширину, которая убывает в осевом направлении вовнутрь от конца трубчатого элемента 11. Другим словами, это пространство имеет форму усеченного конуса. Наименьшая радиальная ширина конуса соответствует примерно середине канавки 17, а его наибольшая радиальная ширина - концу трубчатого элемента 11.

На фиг.7 и 8 изображен трубчатый элемент 11, снабженный уплотнительными средствами в виде кольца 10 в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.

На фиг.9 отдельно изображено уплотнительное кольцо 10; детали выполнения уплотнительного кольца 10 в осевом сечении можно видеть на фиг.10.

На фиг.11 представлен вид, аналогичный виду по фиг.9, но применительно к уплотнительному кольцу, обозначенному как 30. В соответствии с данным, вторым вариантом выполнения изобретения уплотнительное кольцо 30 имеет два промежуточных буртика 16, а и 16, b (фиг.12), которые выступают в радиальном направлении из основания 13. Оба этих буртика предназначены для обеспечения герметизации с внутренней стороны наружной трубы 21 (аналогично тому, как это показано на фиг.6). Два промежуточных буртика 16, а, 16, b взаимно параллельны и в основном служат для герметизации спиральной проточки 23 на внутренней стороне наружной трубы 21. Герметизирующий буртик 14 и фиксирующий буртик 15, выполненные на кольце 30, такие же, как соответствующие буртики на уплотнительном кольце 10. Однако для того чтобы обеспечить место для двух параллельных промежуточных буртиков 16, а, 16, b, осевой размер основания 13 модифицированного уплотнительного кольца 30 несколько превышает аналогичный размер основания 13 в первом варианте выполнения изобретения.

На фиг.13-16, которые по существу аналогичны фиг.2-5, представлено еще одно модифицированное уплотнительное кольцо 40 и показано, как оно крепится на трубчатом элементе 11. В соответствии с этим третьим вариантом изобретения, уплотнительное кольцо 40 представляет собой двухбуртиковое кольцо, не имеющее промежуточного буртика. В связи с отсутствием этого буртика фланец 18 может быть загнут таким образом, что он перекрывает несколько больше половины канавки 17, как это показано на фиг.16. За счет этого фиксирующее усилие оказывается более значительным.

Все уплотнительные кольца 10, 30, 40 показали отличные результаты при экспериментальных испытаниях. Подтвердилось, что настоящее изобретение устраняет недостатки, отмечаемые при использовании известных технологий закрепления уплотнительных колец, например, имеющих L-образный профиль, показанный на фиг.1. При проведении этих испытаний были отмечены некоторые особенности. В частности, было обнаружено, что существенное значение имеет выполнение участка перехода от основания 13 к фиксирующему буртику 15. Этот участок должен обеспечить формирование угловой зоны, благодаря наличию которой фиксирующий буртик 15 приобретает определенную радиальную жесткость в области участка перехода. Такое выполнение гарантирует, что уплотнительное кольцо 10, 30, 40 надежно удерживается в канавке 17 при выполнении операции закрепления, которая иллюстрируется фиг.2-5 и 13-16. Аналогично было обнаружено, что участок перехода между основанием 13 и герметизирующим буртиком 14 предпочтительно определяет угловую зону, благодаря наличию которой герметизирующий буртик 15 приобретает определенную радиальную жесткость в области участка перехода.

Испытания дали также хорошие результаты в случае, когда толщина фиксирующего буртика 15 превышает толщину герметизирующего буртика 14. Что касается выбора уровня жесткости и эффекта герметизации, было обнаружено, что толщину герметизирующего и фиксирующего буртиков 14, 15 следует выбрать уменьшающейся в радиальном направлении по мере удаления от основания 13 уплотнительного кольца. Использование герметизирующего и фиксирующего буртиков 14, 15 с довольно значительной толщиной вблизи основания 13 способствует повышению жесткости уплотнительного кольца 10, 30, 40. Желательно также выполнить оба буртика 14, 15 расходящимися в радиальном направлении по мере удаления от основания 13, поскольку это упрощает процесс изготовления уплотнительного кольца 10, 30, 40.

Предпочтительным профилем уплотнительного кольца 10, 30, 40 в осевом сечении является U-образный профиль, ветви которого образуют герметизирующий и фиксирующий буртики 14, 15, а переходный участок - основание 13. Подобный U-образный профиль уплотнительного кольца 10, 30, 40 способствует надежной фиксации кольца в канавке 17. То, что основание 13 уплотнительного кольца 10, 30, 40 не снабжено выступом, а имеет ровную поверхность, упрощает изготовление по сравнению с известным уплотнительным кольцом, показанным на фиг.1.

Что касается высоты буртиков 14-16 в радиальном направлении, то предпочтительно выполнить фиксирующий буртик ниже, чем герметизирующий буртик 14. Однако в некоторых применениях оба буртика могут иметь по существу одинаковую высоту. Далее предпочтительно, чтобы промежуточные буртики 16, а, 16, b были ниже, т.е. имели меньшую высоту, чем герметизирующий буртик 14. Чтобы герметизировать спиральную проточку 23 наружной трубы 21, толщину промежуточных буртиков 16, а, 16, b целесообразно выбрать меньшей, чем у герметизирующего буртика 14. Альтернативно толщину промежуточных буртиков можно сделать по существу такой же или даже в некоторых (неизображенных) случаях несколько большей, чем у буртика 14. Предпочтительно также выбирать радиальную высоту промежуточных буртиков 16, а, 16, b по существу такой же, что и у фиксирующего буртика 15.

Герметизирующий буртик 14 показан на чертежах наклоненным наружу относительно основания 13. Альтернативно он может быть ориентирован перпендикулярно основанию 13 или наклоненным вовнутрь (эти варианты не изображены). Фиксирующий буртик 15 также может быть выполненным перпендикулярным основанию или наклоненным вовнутрь (эти варианты не изображены).

Уплотнительное кольцо 10, 30, 40 изготавливается из упругого полимерного материала, например из каучука марки EPDM. Трубчатый элемент 11, как и наружная труба 21, могут быть изготовлены из металлического листа.

В заключение следует подчеркнуть, что изобретение ни в коей мере не ограничивается описанными вариантами; возможны и другие его модификации, находящиеся в пределах объема изобретения, определенного прилагаемыми пунктами формулы. Особенно следует отметить, что количество буртиков на уплотнительном кольце не является критическим. Кроме того, хотя основной областью применения настоящего изобретения являются воздуховоды вентиляционной системы, трубчатый элемент по изобретению может быть использован для широкого круга назначений. Например, он может служить соединительным звеном, коленом, тройником или каким-либо другим элементом арматуры типа применяемых в вентиляционных системах.