МНОГОСЛОЙНЫЙ СИЛЬФОН

Изобретение относится к машиностроению и может найти применение при создании гибких оболочечных конструкций, работающих под давлением в соединениях трубопроводов для компенсации больших осевых и угловых перемещений.

Известен способ изготовления сильфонного компенсатора для магистральных трубопроводов с формованием герметизирующей гофрированной оболочки сильфона на оправке и намоткой силовых слоев в впадины герметизирующей оболочки (Патент РФ №2324092, МПК F16J 3/04).

Недостатком указанного технического решения является невысокая надежность герметизирующей оболочки из-за сложной технологии укладки армирующих салфеток и отверждения, в процессе которого не смотря на вакуумирование возможно образование пор и реализация в процессе работы так называемого «кессонного» эффекта при сбросе давления. Другим недостатком является невозможность одновременной реализации высокого давления и высокого компенсирующего диапазона перемещений из-за потери гофрой эластичности из-за необходимости укладки нескольких слоев армирующих салфеток.

Известен также многослойный сильфон по патенту США №3096104, кл. 285-226, содержащий множество гофров, соединенных вместе. Кроме того, гофрированное соединение помещено в металлический тканый рукав. Недостатком данного технического решения является невысокий компенсирующий диапазон перемещений из-за жесткости тканого рукава при больших давлениях внутри трубопровода.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому является многослойный сильфон, содержащий концевые цилиндрические участки и гофрированный герметичный средний участок, размещенный в перфорированных силовых слоях (Патент РФ №2064106, МПК F16J 3/04). Основным недостатком этого сильфона также является невозможность реализации при высокой надежности высокого диапазона перемещений и больших значений давления в трубопроводе.

Технической задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей сильфона - обеспечение при высокой надежности высокого компенсирующего диапазона перемещений и рабочих давлений внутри сильфона.

Технический результат достигается тем, что гофрированный средний участок выполнен в виде отдельной сильфонной оболочки и скреплен герметично с цилиндрическими участками, а наружный силовой слой выполнен в виде сетчатой оболочки, содержащей жесткие кольцевые шпангоуты, соединенные между собой осевыми эластичными кордными шнурами, заформованными в шпангоуты равномерно на поверхности оболочки, а между шпангоутами эластичные кордные шнуры имеют П-образный изгиб в кольцевом направлении, причем между соседними шпангоутами П-образный изгиб эластичного кордного шнура направлен в противоположную сторону, а концевые шпангоуты сетчатой оболочки скреплены герметично с цилиндрическими участками многослойного сильфона.

Отличительными особенностями многослойного сильфона являются следующие признаки:

- внутренний герметичный слой выполнен в виде отдельной сильфонной оболочки из эластомера, скрепленной герметично с цилиндрическими участками, что позволяет расширить эксплуатационные возможности многослойного сильфона за счет больших осевых и угловых перемещений эластомерной сильфонной оболочки;

- наружный силовой слой выполнен в виде сетчатой оболочки с жесткими кольцевыми шпангоутами, соединенными между собой осевыми эластичными кордными шнурами, заформованными в шпангоуты равномерно по поверхности оболочки, что также способствует реализации поставленной цели;

- между шпангоутами эластичные кордные шнуры имеют П-образный изгиб в кольцевом направлении, причем между соседними шпангоутами П-образный изгиб эластичного кордного шнура направлен в противоположную сторону, что также направлено на реализацию поставленной цели с обеспечением высокой надежности и без увеличения габаритов сильфона в радиальном направлении.

Указанные признаки конструктивно взаимосвязаны и являются существенными, т.к. каждый из них в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи с достижением цели, технического результата, использование единой совокупности существенных отличительных признаков в известном уровне техники не обнаружено, что характеризует соответствие заявляемого технического решения критерию «новизна», данное техническое решение является результатом опытно-конструкторской работы по созданию устройства гибкой связи, работающего под внутренним давлением, между двумя жесткими элементами сооружения, с взаимными осевыми и радиальными перемещениями. Решение обладает неочевидностью, что свидетельствует о его соответствии критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежами:

фиг.1 - общий вид многослойного сильфона;

фиг.2 - вид А на фиг.1;

фиг.3 - разрез I-I по фиг.2 сильфона в исходном состоянии;

фиг.4 - разрез I-I по фиг.2 сильфона в растянутом состоянии.

Сильфон содержит концевые цилиндрические участки 1 и гофрированный средний участок 2, содержащий отдельную герметичную сильфонную оболочку 3, скрепленную герметично с цилиндрическими участками 1, и наружную силовую сетчатую оболочку 4, содержащую жесткие кольцевые шпангоуты 5, 6, соединенные между собой эластичными кордными шнурами 7, заформованными в шпангоуты равномерно по поверхности силовой сетчатой оболочки. Между шпангоутами эластичные кордные шнуры имеют П-образные изгибы в кольцевом направлении, причем между соседними шпангоутами П-образный изгиб направлен в противоположную сторону.

Концевые шпангоуты 5, сильфонная оболочка 3 и концы эластичных кордных шнуров 8 герметично скреплены в цилиндрических участках сильфона с помощью крепежных элементов 9 и накладок 10.

Высокие эксплуатационные возможности сильфона обеспечиваются удлинением среднего участка и поворотом цилиндрических участков сильфона относительно друг друга за счет выпрямления П-образных изгибов и вытягивания и поворота внутренней сильфонной оболочки из эластомера. За счет противоположного направления П-образных изгибов обеспечивается равномерное удлинение и поворот силовой сетчатой оболочки без образования гофр и изгибов. Длины П-образных изгибов эластичного кордного шнура определяются длиной выпрямления гофр внутренней сильфонной оболочки. Количество шпангоутов, их размеры, прочность при разрушении эластичного кордного шнура, толщины и необходимость армирования сильфонной оболочки из эластомера определяются из геометрических размеров и внутреннего давления в трубопроводе.

По материалам изобретения изготовлены модели и натурные многослойные сильфоны с внутренним рабочим давлением 5÷25 кг/см² с отношением длины в растянутом состоянии к исходной длине 2,8÷1,3. При этом герметичная внутренняя сильфонная оболочка изготовлена из полиуретана с твердостью 80-85 единиц по Шору А и прочностью при разрыве 40 МПа с относительным удлинением 450%, а силовая оболочка изготовлена намоткой из пропитанного стекловолокна шпангоутов и укладкой эластичного кордного шнура на оправке с эластичными матрицами, размещенными на цилиндрической поверхности оправки с одновременной заделкой законцовок эластичного кордного шнура в концевых шпангоутах, и в промежуточных шпангоутах в среднем участке многослойного сильфона. Проведены статические испытания гидронагружением внутренним давлением с удлинением сильфона практически в 2 раза и ресурсные испытания с выдержкой под давлением 0÷25 кг/см² 300 циклов и с угловым взаимным поворотом фланцев на 5°, которые подтвердили повышенную эффективность и эксплуатационные возможности предложенного варианта сильфона.

Представленное новое техническое решение в предложенной совокупности существенных признаков позволяет создать многослойный сильфон для соединения гибкой связью сооружения (трубопроводы) с взаимными осевыми и радиальными перемещениями более эффективно по сравнению с известным уровнем техники, воспроизводимо промышленным способом и соответствует также критерию «промышленная применимость», т.е. уровню изобретения.