Швидкорознімне з’єднання

Реферат: Винахід належить до медичної техніки, а саме до спеціальних швидкодіючих з'єднань групи шлангів до знімного інструменту і найбільш ефективно може бути застосована в вузлах стикування гнучкого багатоканального кріотрубопроводу та кріоінструменту. Винахід також може застосовуватись і в пристроях немедичного призначення, наприклад у швидкодіючих з'єднаннях групи продуктопроводів для передачі охолоджених потоків. Швидкорознімне з'єднання для групи гнучких труб трубопроводів містить аксіально розміщені кінці труб трубопроводів, що з'єднуються між собою з застосуванням засобів герметизації, що включають конусну поверхню. Новим у швидкорознімному з'єднанні є те, що вузол з'єднання внутрішніх кінців труб, що з'єднуються виконано у вигляді трубок, що мають можливість аксіально входити одна в другу та виконані з матеріалу з різним коефіцієнтом теплового розширення, причому трубка меншого діаметру має менший коефіцієнт теплового розширення, а вузол з'єднання зовнішніх кінців труб, що герметизуються виконано у вигляді приєднаного до одного кінця труби трубопроводу сильфону, до протилежного кінця якого приєднано ділянку з сферичною поверхнею, яка встановлена з можливістю взаємодії з конусною поверхнею приєднаною до кінця труби трубопроводу, що з'єднується з цим трубопроводом. Завдяки зазначеним ознакам пристрою сполучення внутрішнього каналу здійснюється простою та легко здійснюваною дією. Внаслідок зазначених конструктивних особливостей сполучення конусної поверхні зі сферичною здійснюється будь-коли, навіть при відсутності необхідного рівню їх центрування, та не по площині, як у аналогів, а по лінії. Внаслідок відсутності зазначеної площини контакту, а UA 108248 C2 (12) UA 108248 C2 наявності лише лінії дотику роз'єднання цих поверхонь не потребує значних зусиль навіть при значних діаметрах сполучених елементів. UA 108248 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Розробка належить до медичної техніки, а саме до спеціальних швидкодіючих з'єднань групи шлангів до знімного інструмента і найбільш ефективно може бути застосована в вузлах стикування гнучкого багатоканального кріотрубопроводу та кріоінструмента. Розробка також може застосовуватись і в пристроях немедичного призначення, наприклад, у швидкодіючих з'єднаннях групи продуктопроводів для передачі охолоджених потоків. Кріохірургічний метод лікування достатньо широко застосовується для виконання кріодеструкції новоутворень різної локалізації та форми. Тому виникає нагальна необхідність використання із кріохірургічним апаратом кріоінструментів різної форми та призначення. Для цього необхідно мати можливість швидко та надійно під'єднати до кріотрубопроводів необхідний для виконання конкретного виду кріодії кріоінструмент та оперативно його замінити. Відоме швидкорознімне з'єднання для групи гнучких труб (JP2009281457, МПК: F16L39/00; F16L5/00, дата публікації: 2009-12-03), яке включає паралельно розміщені кінці труб гнучких трубопроводів, що жорстко закріплені на платі, та мають з протилежного боку плати паралельно розміщені наконечники з конусними поверхнями на їх кінцях, які розміщені з можливістю з'єднання з подовженими еластичними кінцівками трубопроводів, що жорстко закріплені на другій платі, та призначені для охоплення всієї конусної поверхні наконечників. Недоліком такого з'єднання для групи труб є те, що завдяки паралельному розміщенню кінців трубопроводів на платі габарити подібного рознімного з'єднання будуть суттєво розширені. Застосування деформації елементів з еластичного матеріалу, як засобу герметизації на значній поверхні потребує суттєвого осьового зусилля для аксіального введення кінців трубок трубопроводів однієї плати в еластичні кінцівки трубопроводів другої плати. Зазначені проблеми ускладнюють процес з'єднання групи труб, що не дозволяє використати подібне рознімне з'єднання, в технологічних процесах які потребують швидкого з'єднання та роз'єднання, наприклад, при зміні інструмента. Відоме швидкорознімне з'єднання для групи труб (WO2010004321 (або GB20080012562), МПК: F16L27/073; F16L39/04; F16L27/02; F16L39/00, дата публікації: 2010-01-14), яке включає аксіально розміщені кінці труб трубопроводів що з'єднуються між собою, причому вузли з'єднання кінців труб, що з'єднуються виконано у вигляді трубок, що мають можливість аксіально входити одна в одну, причому трубки меншого діаметра мають на своїй зовнішній поверхні ділянки сферичної поверхні, діаметр якої перевищує зовнішній діаметр трубок, на якій вони виконані, а внутрішні діаметри зовнішніх трубок, в які входять внутрішні трубки з виступами, виконано меншими, ніж зовнішні діаметри ділянок відповідної сферичної поверхні, та містять вставки з еластичного матеріалу. Використання зазначених конструктивних елементів ущільнення в умовах потоків кріоагента вимагає достатньо точного співпадання осей кінців трубок концентрично виконаних трубопроводів, що практично виконати дуже важко. Застосування деформації вставки з еластичного матеріалу сферичною поверхнею, як засобу герметизації потребує суттєвого осьового зусилля для аксіального введення кінців трубок трубопроводів одна в одну, при якому відбувається деформація еластичного матеріалу. Площина поверхні з'єднання сферичних ділянок з поверхнею вставок з еластичного матеріалу є достатньо великою, тому потрапляння в зону ущільнення найменшої кількості вологи з навколишнього повітря (яка будь-коли міститься у ньому і в комфортних для людини умовах та складає 60 % вологи) в умовах потоку кріоагента призведе до примерзання конусних поверхонь після проходження через них кріоагента. Відомо, що адгезія є значною, крім того, зусилля роз'єднання спрямовується також на зминання відкладень, тому наступне роз'єднанняз'єднання трубопроводів та приєднання іншого інструмента можливе лише після повного відтанення зони розміщення поверхні з'єднання, що потребує біля години часу, що неприйнятно в умовах оперативної зміни кріоінструмента протягом проведення операції з його застосуванням. Проходження кріоагента повз поверхню вставок з еластичного матеріалу викличе для більшості речовин з еластичного матеріалу їх руйнування або повну втрату еластичності, для відновлення якої шляхом наступного нагріву потрібно також значний час. Відоме швидкорознімне з'єднання для групи гнучких труб (US 6579110, МПК А61В 18/02; А61В 18/00; H01R 013/58, дата публікації 17.06.2003), яке включає аксіально розміщені кінці труб трубопроводів, що з'єднуються між собою двома конусними парами, причому конусна пара на магістралі прямого потоку виконана рухомою в аксіальному напрямку та підпружиненою, а корпус елементів з'єднання має теплоізолюючий прошарок, для повітря або вакууму, у вигляді подовжніх каналів, розташованих навколо периферійної частини зовнішнього кінця трубопроводів, з додатковими замковими пристроями за допомогою елементів, що замикаються та як мінімум однією групою електропровідних контактів, що з'єднуються між собою та розміщені коаксіально між трубопроводами. 1 UA 108248 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Але таке швидкорознімне з'єднання має ряд недоліків. Використання як ущільнення потоків кріоагента конусних пар вимагає жорсткого співпадання осей конусів, що практично виконати дуже важко. При навіть незначному відхиленні конусних осей двох конусних пар з'єднання розгерметизується і кріоагент буде виходити за межі магістралі. Поверхня з'єднання конусних пар є достатньо великою, тому потрапляння на конусну поверхню найменшої кількості вологи з навколишнього повітря в умовах потоку кріоагента призведе до примерзання конусних поверхонь після проходження через них кріоагента. Відомо, що адгезія льоду до металу є значною, тому наступне приєднання можливе лише після повного відтанення конусних пар, що потребує біля години часу. Це неприйнятно в умовах необхідності оперативної зміни кріоінструмента протягом проведення операції з його застосуванням. Рухома частина магістралі прямого потоку кріоагента накладає відповідні обмеження до застосування вищезазначеного з'єднання, так як воно можливе лише при наступній умові рухомий відрізок магістралі повинен бути коротким і мати конструктивну ступінь свободи для безперешкодного осьового переміщення на відстань до 5 мм. Проточна частина магістралі зворотного потоку кріоагенту має профіль з різкими змінами напрямку потоку, які включають навіть радіальній потік кріоагенту, що викликає значну втрату тиску та дроселювання газоподібної частини цього потоку, що потребує підвищення діаметра трубопроводу та підвищенню вимог до тепло ізолювання вузла стикування, що у свою чергу потребує підвищення діаметра пристрою. Задачею розробки є створення швидкорознімного з'єднання для групи гнучких труб в якому за рахунок застосування нових конструктивних елементів, нового характеру зв'язку між ними та застосування спеціального поєднання матеріалів забезпечується зменшення зусиль по з'єднанню та роз'єднанню зон стикування та ущільнення, зменшення терміну процесу роз'єднання зон стикування, зменшення вимог до точностівиготовлення та складання конструктивних елементів пристрою, зменшення втрати тиску та дроселювання потоків, що проходять через зону з'єднання, та пов'язаного з зазначеним зменшенням габаритів пристрою. Для вирішення цієї задачі швидкорознімне з'єднання для групи гнучких труб трубопроводів, яке включає аксіально розміщені кінці труб трубопроводів що з'єднуються між собою з застосуванням засобів герметизації, що включають конусну поверхню. Новим у швидкорознімному з'єднанні є те, що вузол з'єднання внутрішніх кінців труб, що з'єднуються виконано у вигляді трубок, що мають можливість аксіально входити одна в другу та виконані з матеріалу з різним коефіцієнтом теплового розширення, при чому трубка меншого діаметру має менший коефіцієнт теплового розширення, а вузол з'єднання зовнішніх кінців труб, що герметизуються виконано у вигляді приєднаного до одного кінця труби трубопроводу сильфона, до протилежного кінця якого приєднано ділянку зі сферичною поверхнею, яка встановлена з можливістю взаємодії з конусною поверхнею приєднаною до кінця труби трубопроводу, що з'єднується з цим трубопроводом Завдяки зазначеним ознакам пристрою сполучення внутрішнього каналу здійснюється простою та легкоздійснюваною дією, зокрема вставкою трубчатого елемента аксіально в іншій трубчатий елемент, які в такій конструкції можуть мати певний зазор. При цьому ущільнення здійснюється за допомогою різної температурної деформації матеріалів зазначених трубчатих елементів, що сполучаються. Сполучення зовнішнього каналу (концентричного до внутрішнього) здійснюється за рахунок введення у контакт конусної поверхні, зі сферичною поверхнею, причому центрування зони контакту зазначених поверхонь та певний рівень їх стискання забезпечується сильфоном, який одним своїм кінцем приєднано до труби трубопроводу, а другим своїм кінцем приєднано до ділянки з сферичною поверхнею. Завдяки зазначеним конструктивним особливостям сильфон додатково використовується і як підпружинений штовхач. Внаслідок зазначених конструктивних особливостей сполучення конусної поверхні з сферичною здійснюється будь коли, навіть при відсутності необхідного рівню їх центрування, та не по площині, як у аналогів, а по лінії. Внаслідок відсутності зазначеної площини контакту, а наявності лише лінії контакту (дотику) роз'єднання цих поверхонь не потребує значних зусиль навіть при значних діаметрах сполучених елементів. В конкретних варіантах виконання швидкорознімного з'єднання кінці трубок вузла з'єднання внутрішніх трубопроводів, що з'єднуються, виконані конусними фасками причому на трубці меншого діаметра фаска виконана на її зовнішній поверхні, а на трубці більшого діаметра фаска виконана на її внутрішній поверхні. Внаслідок наявності зазначених конструктивних елементів при неточному уведенні в контакт кінці трубок вузла з'єднання внутрішніх трубопроводів зісковзують по зазначених конусними 2 UA 108248 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 фасками, завдяки цьому центруються одна відносно до другої, що забезпечує наступне аксіальне входження однієї в другу. Застосування зазначених елементів спрощують процес з'єднання роз'єднаних частин швидкорознімного з'єднання. В конкретних варіантах виконання швидкорознімного з'єднання трубка меншого діаметра вузла з'єднання внутрішніх трубопроводів, виконана з неіржавіючої сталі, а трубка більшого діаметра вузла з'єднання внутрішніх трубопроводів, виконана з міді. Внаслідок застосування сукупності зазначених матеріалів у конструктивних елементах оптимізується процес герметизації зони з'єднання кінців трубок вузла з'єднання внутрішніх трубопроводів, які після подачі охолодженої рідини внаслідок різного рівня температурної деформації матеріалів стискаються та самоущільнюються без додаткових ущільнюючих засобів. При цьому застосування зазначених матеріалів додатково оптимізує процес ковзання поверхні одного елемента по поверхні іншого. Зазначене швидкорознімне з'єднання пояснюється прикладом його реалізації. На кресленні зображено поздовжній розріз прикладу виконання швидкорознімного з'єднання. В запропонованій розробці пристрій складається з двох частин, які підлягають з'єднанню. Основою пристрою є вузол з'єднання двох магістралей потоку кріоагента, які розташовані коаксіально відносно одна до одної. Внутрішня магістраль (прямого потоку кріоагента) виконана для з'єднання шляхом забезпечення можливості входження наконечника трубки 1 в трубку 2 на глибину до 20 мм. Наконечник трубки 1 має в торці на зовнішній поверхні конусну фаску, а трубка 2 в торці на внутрішній поверхні конусну фаску, яка по суті є конусним розтрубом. Зовнішній діаметр наконечника трубки 1 і внутрішній діаметр трубки 2 мають розміри, які відрізняються між собою не більше ніж на 0,1 мм. Наконечник трубки 1 виконаний із неіржавіючої сталі, а трубка 2 - із міді. Концентрично розміщена зовнішня магістраль виконана для з'єднання шляхом притискання елемента з конусною поверхнею 3 до втулки 4 з ділянкою зі сферичною поверхнею. Елемент з конусною поверхнею 3 виконаний із неіржавіючої сталі, яка підлягає термообробці з метою збільшення твердості, втулка 4 з ділянкою з сферичною поверхнею - із традиційної неіржавіючої сталі. Втулка 4 має в місці торкання з конусною поверхнею 3 сферичну поверхню і виконана таким чином, щоб торкання з конусною поверхнею 3 відбулось приблизно на середині дуги сферичної поверхні. До задньої частини втулки 4 герметично приєднано сильфон 5. Всередині пристрою між конусною поверхнею 3 і трубкою 2 розміщений електричний роз'єм, який складається із циліндричних цанг 6, 7, які електроізольовані від корпуса текстолітовими втулками 8, 9, 10, 11. Електричні цанги 6, 7 фіксуються в порожнинах конуса 3 і втулки 4 за допомогою гайок 12, 13. До електричних цанг припаяні електричні провідники 14, 15. Обидві частини з'єднання знаходяться в корпусах 16, 17 з порожниною для вакуумної теплоізоляції. На корпусі 17 розміщена байонетна гайка 18 з пружиною 19, відповідно на корпусі 16 - штир 20. Стрілками вказані шляхи проходження прямого та зворотного потоків кріоагенту. Пристрій працює у такий спосіб. В процесі з'єднання двох частин двоканальних трубопроводів спочатку теплоізольований корпус 17 вводять в теплоізольований корпус 16. Далі наконечник трубки 1 магістралі прямого потоку входить в трубку 2. Конусна фаска на торці наконечника трубки 1 і розтрубоподібний завдяки наявності фаски торець трубки 2 гарантують надійне безвідмовне попадання наконечника трубки 1 в трубку 2. Далі циліндрична розрізана цанга 7 з відігнутими сегментами входить в циліндричну цангу 6, забезпечуючи електричний контакт електричних провідників 14 та 15. Далі в процесі осьового переміщення з'єднується магістраль зворотного потоку - втулка 4 притискається до конусної поверхні 3 і фіксується в цьому положенні за допомогою байонетного з'єднання в якому гайка 18 стискає пружину 19 і фіксується в цьому положенні за допомогою штиря 20. При цьому сильфон 5 стискається на 0,5-1 мм. З'єднання конусної поверхні 3 і сферичної поверхні втулки 4 відбувається фактично по лінії дотику, тому навіть у випадку потрапляння на місце з'єднання конусної поверхні 3 та сферичної поверхні втулки 4 вологи та її замерзання, при наступному розкріпленні дозволить в холодному стані без зусиль роз'єднати з'єднання через мінімальну поверхню примерзання конуса і сферичної втулки та спрямування зусилля роз'єднання на розрив, а не на зминання відкладень. Після охолодження магістралі прямого потоку кріоагенту в результаті проходження зрідженого кріоагента трубка 2 стискає наконечник 1 через різні температурні коефіцієнти лінійного розширення міді та неіржавіючої сталі. В результаті чого з'єднання типу "труба в трубу" стає в охолодженому стані герметичним. 3 UA 108248 C2 Сильфон 5 дозволяє сферичній поверхні втулки навіть при відсутності точного співпадання осей конуса і втулки "знайти" місце щільного прилягання сферичної поверхні до конусної. Крім того, сильфон виконує роль додаткової пружини, яка притискає сферичну поверхню до конусної. 5 10 15 20 25 30 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Швидкорознімне з'єднання для групи гнучких труб трубопроводів, яке включає аксіально розміщені кінці труб трубопроводів, що з'єднуються між собою із застосуванням засобів герметизації, що включають конусну поверхню, яке відрізняється тим, що вузол з'єднання внутрішніх кінців труб, що з'єднуються, виконано у вигляді трубок, виконаних з можливістю аксіально входити одна в одну та виконаних з матеріалу з різним коефіцієнтом теплового розширення, причому трубка меншого діаметра має менший коефіцієнт теплового розширення, а зазор між цими трубками відповідає рівню теплового звуження зовнішньої трубки внаслідок охолодження потоком, що проходить по з'єднанню, а вузол з'єднання зовнішніх кінців труб, що з'єднуються, виконано у вигляді приєднаного до одного кінця труби трубопроводу сильфона, до протилежного кінця якого приєднано ділянку із сферичною поверхнею, яка встановлена з можливістю взаємодії з конусною поверхнею, прикріпленою до кінця труби трубопроводу, що з'єднується з цим трубопроводом. 2. Швидкорознімне з'єднання за п. 1, яке відрізняється тим, що кінці трубок вузла з'єднання внутрішніх трубопроводів, що з'єднуються, виконані конусними фасками, причому на трубці меншого діаметра фаска виконана на її зовнішній поверхні, а на трубці більшого діаметра фаска виконана на її внутрішній поверхні. 3. Швидкорознімне з'єднання за п. 1, яке відрізняється тим, що трубка меншого діаметра вузла з'єднання внутрішніх трубопроводів виконана з неіржавіючої сталі, а трубка більшого діаметра вузла з'єднання внутрішніх трубопроводів виконана з міді. 4. Швидкорознімне з'єднання за п. 1, яке відрізняється тим, що містить щонайменше одне струмопровідне з'єднання, що включає взаємодіючі контакти у вигляді циліндричної розрізаної цанги з пружного матеріалу з відігнутими сегментами, які входять шляхом ковзання в іншу циліндричну цангу з забезпеченням електричного контакту, при цьому зазначені цанги закріплені на діелектричних елементах, які розміщені у порожнині між аксіально розміщеними кінцями труб трубопроводів. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4