Соединения жестких трубопроводов

Трубопроводы небольшого диаметра (5‑20 мм), используемые в системах впрыска топлива, подвода масла под давлением, в приводе сцепления, тормозов и других гидравлических и пневматических силовых механизмов, чаще всего соединяют с помощью ниппелей. Ниппельные соединения выдерживают давление до 3‑5 МПа и более, имеют небольшие габариты и удобны в монтаже. С их помощью производят соединение металлических трубок, присоединение трубок к фланцам корпусов. Ниже на рис. 4.1 приведены некоторые конструкции ниппельных соединений.

Для соединения трубопроводов из материалов, поддающихся пайке и сварке, чаще применяют ниппели с наружным конусом. Ниппель припаивают к концу трубопровода и затягивают на внутренний конус штуцера с помощью накидной гайки (наружной – рис. 4.1а и в, или внутренней – рис. 4.1б). Угол конуса делают 75^О. В целях увеличения контактного давления и обеспечения некоторой свободы в установке уплотняющую поверхность делают сферической (рис. 4.1,в).

Ниппели с внутренним конусом (рис. 4.1г) не требуют пайки. Ниппель надевают на трубопровод, конец которого затем развальцовывают на конус и притягивают к штуцеру накидной гайкой. В упрощенной конструкции обходятся без ниппеля, а развальцованный конец трубки непосредственно притягивают к конусу штуцера.

Для передачи высоких давлений (7‑10 МПа и более) применяют ниппельные соединения с промежуточными уплотнительными элементами из мягких металлов (свинец, отожженная красная медь).

Ориентировочный расчет уплотнений с линейным контактом основан на определении контактного давления р_К для контакта двух цилиндрических тел с радиусами R₁ и R₂, в частности, с R₂ = ∞(контакт с плоскостью). Максимальное давление р_Кmax для пары «металл‑металл» с одинаковыми коэффициентами Пуассона ( = 0,3) определяется из выражения

(1)

где - удельное осевое усилие, Н/см; Е_ПР - = 2Е₁Е₂/(Е₁+Е₂) – приведенный модуль упругости, МПа; - приведенный радиус кривизны, см.

Контакт кольцевого тора с плоскостью рассматривают как контакт бесконечно длинного цилиндра с плоскостью. При этом

(2)

а ширина контакта -

(3)

Аналогично вычисляется контакт сферического ниппеля с R₁ и конусом, угол которого 2b:

(4)

Минимальное контактное давление для обеспечения герметичности соединения «сталь-сталь» составляет 200-300 МПа. Расчеты уплотнений типа «металл-металл» с линейным контактом требуют тщательной экспериментальной проверки, поскольку состояние контакта зависит от вибрации трубопроводов и температурных деформаций. Для работы в широком интервале температур материалы штуцера, ниппеля и гайки выбирают с одинаковыми коэффициентами температурного расширения.

Задание. По данным табл. 4 определить необходимое усилие затяжки(осевое усилиеР_А) ниппельного соединения(рис. 4.1в) для достижения заданного контактного давления p_Kmax при заданном радиусе ниппеля R₁ (формула (3)) и заданной длине контакта L (длине окружности, по которой происходит контакт). При этом следует учесть, что . Обе контактирующие детали стальные.

Для выполнения задания необходимо, используя уравнение (4) и вышеприведенные зависимости составить расчетные формулы и произвести расчет.