Результат интеллектуальной деятельности: ГИБКОЕ СОЕДИНЕНИЕ ГАЗОВОДОВ С ОБЩЕЙ ОСЬЮ

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к конструкциям подвижных соединений трубопроводов, в частности к гибким соединениям газоводов, работающих в условиях высоких и переменных давлений, и направлено на их совершенствование.

Известна конструкция поворотного шарового шарнирного соединения трубопроводов с уплотнением посредством пластмассовых колец, внешние поверхности которых, контактирующие с неподвижными деталями, покрыты резиной (Т.М.Башта. «Гидравлические приводы летательных аппаратов», издание 4-е, Москва, издательство «Машиностроение», 1967, рис.308, стр.376).

Недостаток этой конструкции заключается в том, что она имеет относительно большой вес и сложное конструктивное решение с большим количеством деталей.

Подобный шарнирный узел может быть выполнен в виде гибкого резинометаллического соединения, достоинства которого состоят в конструктивной простоте, небольшом весе и высокой герметичности соединения. Известно гибкое соединение газоводов, содержащее разделенные зазором два сферических ответных фланца с размещенным между ними кольцевым слоем эластомера, при этом слои эластомера разделены металлическими вставками (патент США №3390899, кл.285-45).

К недостаткам этой конструкции можно отнести следующее.

Вследствие того, что по направлению от центра к периферии газовода толщина кольцевого слоя между сферическими фланцами с общим центром кривизны постоянная, а расстояние от оси газовода до середины толщины произвольных кольцевых слоев эластомера между сферическими фланцами от центра к периферии увеличивается, площадь кольцевых слоев эластомера (определяемая как произведение: 2п, толщины кольцевого слоя эластомера и расстояния от центральной оси газовода до середины толщины кольцевого слоя) от центра к периферии также увеличивается

Таким образом, из-за увеличения кольцевой площади от центра к периферии кольцевой эластомерный слой, на внутренний торец которого действует давление газа, испытывает растягивающую нагрузку, стремящуюся вытолкнуть его из расширяющейся к периферии соединения полости между фланцами. Это нагружение создает растягивающие напряжения в самом эластомере и напряжения сдвига в его адгезионном слое.

Поэтому применимость этого соединения в газоводах высокого давления ограничена пределом прочности на разрыв и сдвиг эластомера.

Частично растягивающие напряжения и напряжения сдвига в вышеприведенной конструкции гасятся за счет наличия между слоями эластомера металлических вставок, которые препятствует выдавливанию эластомера, но значительно утяжеляют и усложняют конструкцию.

Целью изобретения является увеличение прочности соединения и, как, следствие возможности повышения внутреннего давления в газоводе.

Необходимый технический результат достигается тем, что в гибком соединении газоводов с общей осью, содержащем разделенные кольцевым зазором два сферических ответных фланца с размещенным между ними кольцевым слоем эластомера, кольцевой зазор между ответными фланцами выполнен равномерно сужающимся от центра к периферии, при этом выполняется соотношение

L_цR_ц>L_пR_п,

где L_ц - толщина кольцевого слоя эластомера, ближайшая к центру газовода;

R_ц - расстояние от центральной оси газовода до середины толщины кольцевого слоя эластомера, ближайшей к центру газовода;

L_п - толщина кольцевого слоя эластомера на периферии газовода;

R_п - расстояние от центральной оси газовода до середины толщины кольцевого слоя эластомера на периферии газовода.

На чертеже изображено гибкое соединение газоводов.

Гибкое соединение газоводов состоит из металлических, сферических фланцев 1 и 2 с общей осью 3, между которыми находится скрепленный с ними кольцевой слой эластомера 4. Фланцы 1 и 2 выполнены с разными радиусами кривизны, центры которых находятся на общей оси газоводов 3, таким образом, что фланец 2 располагается относительно фланца 1 с сужением к периферии соединения и обеспечением

L_цR_ц>L_пR_п,

где L_ц - толщина кольцевого слоя эластомера, ближайшая к центру газовода;

R_ц - расстояние от центральной оси 3 газовода до середины 5 толщины L_ц, кольцевого слоя эластомера, ближайшей к центру газовода;

L_п - толщина кольцевого слоя эластомера на периферии газовода;

R_п - расстояние от центральной оси 3 газовода до середины 6 толщины L_п кольцевого слоя эластомера на периферии газовода.

При выполнении в данной конструкции гибкого соединения газоводов соотношения L_цR_ц>L_пR_п, обеспечивается соотношение

S_ц>S_п,

где S_ц - площадь кольцевого слоя эластомера между фланцами у центра газовода;

S_п - площадь кольцевого слоя эластомера между фланцами на периферии соединения.

Таким образом, для нормальной работы соединения площадь S_ц кольцевого слоя эластомера, ближайшая к центру газовода, должна быть больше площади S_п кольцевого слоя эластомера на периферии соединения.

Кольцевой слой эластомера между фланцами с толщиной L_ц или L_п представляет собой поверхность вращения линии толщины L_ц или L_п вокруг оси газовода и образует усеченную конусную поверхность с вершиной на общей оси соединения 3.

Площадь кольцевого слоя эластомера между фланцами - усеченная конусная поверхность - подсчитывается следующим образом:

S=πLR,

πL_цR_ц>πL_пR_п,

т.е. L_цR_ц>L_пR_п.

Необходимость сужения зазора и, следовательно, кольцевого слоя эластомера, а также обеспечение уменьшения площадей кольцевых слоев эластомера от центра к периферии объясняется следующими соображениями.

В работе на внутренний торец кольцевого эластомерного слоя действует давление газа, которое стремится выдавить эластомер к периферии соединения. Так как от центра к периферии соединения кольцевой зазор и, следовательно, кольцевой слой эластомера сужается, а также обеспечивается уменьшение площади кольцевого слоя эластомера между фланцами 1 и 2, эластомерный слой 4 заклинивается и самофиксируется в сужающемся зазоре.

При этом на эластомерный слой 4 действуют со стороны фланцев 1, 2 нормальные усилия, вызывающие в нем напряжения сжатия, предельно допустимые значения которых определяют общую прочность соединения.

Следует отметить, что для нормальной работы соединения простое сужение зазора и, следовательно, кольцевого слоя эластомера от центра к периферии недостаточно, необходимо еще и обеспечение уменьшения кольцевых площадей зазора, то есть кольцевых слоев эластомера от центра к периферии.

Предложенная конструкция гибкого соединения газоводов, благодаря сужению к периферии соединения кольцевой полости между фланцами, заполненной эластомером 4, и обеспечению уменьшения кольцевых площадей зазора, то есть кольцевых слоев эластомера от центра к периферии, обеспечивает самофиксацию эластомерного слоя, разгрузку его адгезионной поверхности от напряжений сдвига и работу эластомера в области сжимающих напряжений, где предел прочности эластомерных материалов в 10-15 раз выше предела их прочности на растяжение, который ограничивает прочность известных соединений газоводов. При этом необходимость металлических вставок в предложенной конструкции отпадает, что значительно облегчает и упрощает ее.

Увеличение прочности предлагаемого соединения позволяет, соответственно, повысить допустимое внутреннее давление в газоводе.