МЕМБРАННЫЙ БЛОК

Предлагаемая полезная модель относится к машиностроению и приборостроению, в частности, к мембранным устройствам и может быть использована для изготовления вулканизаторов-форматоров в качестве привода подпрессовочной плиты.
Известна мембрана, содержащая расположенные концентрично оси вращения гофры и центральное отверстие, причем на ее поверхности между крайними гофрами выполнены чередующиеся выпуклости и вогнутости, сопрягаемые по дугам одинаковой кривизны, центры которых равномерно распределены по окружности, диаметр которой не превышает диаметра кромки наружного гофра. (См. А.С. СССР №1291769 М. кл. F 16 J 3/02, приоритет 17.12.84, опубл. 23.02.87, бюллетень №7).
Недостатками известного устройства являются:
- сложность изготовления, так как при больших геометрических размерах для изготовления требуется специальное прессовое, либо зиговочное оборудование
- недостаточная надежность, так как при выполнении пересекающихся выпуклостей и вогнутостей образуются участки, которые под воздействием
деформаций в металле становятся концентраторами напряжений и при воздействии циклических нагрузок разрушаются в первую очередь.
- малый ход, так как заключенные между пересекающимися выпуклостями и вогнутостями участки обладают повышенной жесткостью;
- недолговечность, так как мембрана обладает сложной конфигурацией и подвижные элементы могут взаимодействовать с мембраной только на плоских внутреннем и внешнем кольцевых участках, ограниченных концентрическими гофрами.
Указанные недостатки обусловлены конструктивными признаками известного технического решения.
Известен также мембранный блок (Авторское свидетельство СССР №1783208 М. Кл. F 16 J 3/02, приоритет 18.07.90, опубл. 23.12.92, бюллетень №47), содержащий эластичную с отверстиями по периферии мембрану, установленную между основанием и крышкой посредством проставок. На концах проставок образованы кольцевые канавки, а также выполненные из клеевого вещества штыри, размещенные в отверстиях мембраны и приклеенные к канавкам проставок, которые герметично соединены по периферии, штыри выполнены в виде заклепок, при этом высота проставок уменьшается к периферии и на их торцах, контактирующих с мембраной, на участке между штырями и внутренним диаметром проставок выполнены дополнительные канавки. Такой мембранный блок закрепляется между основанием и крышкой посредством крепежных элементов.
Недостатком известного мембранного блока является сложность конструкции и низкие функциональные возможности. Такой блок не обеспечивает надежную работу при повышенной температуре из-за способа заделки мембраны в проставках и использования штырей из клеевого материала. Для создания высоких давлений помимо большого диаметра требуется высокая механическая прочность материала мембраны. При диаметре около 1500 мм и требуемом давлении 500 т необходимо давление
порядка 3 МПа, такое давление может выдержать либо упругая стальная мембрана, либо многослойная полимерная, но тогда возникают проблемы с заделкой ее в проставках, чтобы обеспечить равномерность нагрузки на все слои мембраны. Это ведет к усложнению конструкции и большому объему работ при необходимости проведения ремонта.
Этот недостаток также обусловлен конструктивными особенностями.
Известен также принятый за прототип мембранный блок (Патент РФ на полезную модель №33792 М. Кл. F 16 J 3/02, приоритет 07.07.2003 г., опубл. бюллетень №31 от 10.11.2003 г.), в котором учтены перечисленные выше недостатки. Мембранный блок содержит эластичную с отверстиями по периферии мембрану, размещенную между основанием и крышкой с кольцевыми канавками с помощью крепежных элементов котором мембрана выполнена в виде закрепленного на основании тонкостенного металлического кольца с плоскими крайними участками посредством внутреннего и наружного прижимных колец, заключенных в обойму, мембрана выполнена с обращенными навстречу друг другу гофрами, причем нижние установлены в проточках основания через уплотнительные кольца и между поверхностью мембраны и обоймой установлен упругий элемент, а обращенные к обойме - в кольцевых канавках обоймы, на участке между верхним гофром и упругим элементом на мембране выполнены гофры, кольцевые канавки в обойме выполнены с конфигурацией гофров мембраны, которая выполнена с коническими участками, соединяющими гофры, а прижимные кольца выполнены с коническими расточками, концентричными коническим участкам мембраны, гофры на участке между
верхним гофром и упругим элементом на мембране выполнены с уменьшающимся радиусом кривизны, глубина канавок в обойме выполнена равной ходу мембраны, а прижимные кольца выполнены с радиусом, равным половине хода мембраны, основание снабжено кольцевой проточкой, полость которой соединена с линией подачи энергоносителя, упругий элемент выполнен в виде кольца из листовой резины.
Однако недостатком такого устройства являются повышенная материалоемкость и габариты.
Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, состоит в повышении эффективности, заключающейся в упрощении конструкции, снижении материалоемкости и повышении надежности.
Указанный результат достигается тем, что в известном мембранном блоке, содержащем эластичную мембрану, размещенную между основанием и крышкой с кольцевыми канавками, согласно полезной модели мембрана выполнена в виде закрепленного на основании тонкостенного металлического кольца с крайними участками, снабженными кольцевыми гофрами, охватывающими по дуге кольцевые выступы, выполненные на основании и прилегающие боковой кромкой к неподвижным внутреннему и наружному направляющим кольцам, между которыми с возможностью вертикального перемещения установлена крышка, мембрана внешней и внутренней кромками закреплена на цилиндрических участках основания, примыкающих к кольцевым выступам посредством сварки, направляющие кольца выполнены с проточками, между кольцевыми гофрами и плоским участком мембраны выполнены промежуточные концентричные гофры с уменьшающимся к середине мембраны радиусом кривизны, основание снабжено кольцевой проточкой, полость которой соединена с линией подачи энергоносителя, на крышке выполнены конические проточки,
примыкающие к вершинам промежуточных гофров через упругий элемент, выполненный в виде кольца из листовой резины.
Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
Выполнение мембраны в виде закрепленного на основании тонкостенного металлического кольца с крайними участками снабженными кольцевыми гофрами, охватывающими по дуге кольцевые выступы, выполненные на основании и прилегающие боковой кромкой к неподвижным внутреннему и наружному направляющим кольцам, между которыми с возможностью вертикального перемещения установлена крышка обеспечивает:
- упрощение конструкции, уменьшение габаритов и снижение материалоемкости за счет исключения двух кольцевых болтовых разъемов и уплотнительного устройства
- повышение надежности за счет снижения деформационных нагрузок и выведение герметизующих сварных швов из зоны воздействия деформаций.
Закрепление мембраны внешней и внутренней кромками на цилиндрических участках основания, примыкающих к кольцевым выступам посредством сварки обеспечивает:
- герметичность соединения мембраны с основанием, обусловленное тем, что изгибание мембраны происходит на участке мембраны, заключенном между обращенными друг к другу сторонами кольцевых выступов на основании, этому же способствует неподвижность кромок мембраны относительно основания;
- простоту сборки и контроля герметичночти соединения при изготовлении привода подпрессовочной плиты.
Выполнение направляющих колец с проточками обеспечивает:
- удобство сборки, исключающую необходимость обработки сварного шва, снижающей его механическую прочность
- защиту сварного шва от механических повреждений в процессе эксплуатации.
Выполнение между кольцевыми гофрами и плоским участком мембраны промежуточных концентричных гофров с уменьшающимся к середине мембраны радиусом кривизны обеспечивает равномерное распределение деформационных нагрузок между кольцевыми участками мембраны так, что все они работают в зоне упругих деформаций и с минимальной величиной смещения соседних участков относительно друг друга, это повышает надежность работы мембраны и исключает ее разрушение в процессе эксплуатации за счет усталостных явлений.
Снабжение основания кольцевой проточкой, полость которой соединена с линией подачи энергоносителя обеспечивает подвод рабочего тела - перегретой воды - для достижения рабочего давления в пресс-форме и одновременно достигается отбор тепла за счет циркуляции перегретой воды в кольцевой проточке.
Выполнение на крышке конических проточек, примыкающих к вершинам промежуточных гофров через упругий элемент, выполненный в виде кольца из листовой резины также обеспечивает равномерное распределение деформационных нагрузок между кольцевыми участками мембраны так, что все они работают в зоне упругих деформаций и с минимальной величиной смещения соседних участков относительно друг друга, это повышает надежность работы мембраны и исключает ее разрушение в процессе эксплуатации за счет усталостных явлений.
По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию "новизна".
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность полезной модели, может быть многократно использована в производстве различных модификаций вулканизаторов-форматоров с получением технического результата, заключающегося в повышении эффективности и надежности, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию "промышленная применимость".
Сущность заявляемой полезной модели поясняется примером конкретного выполнения, где на фиг.1 показан общий вид мембранного блока в разрезе; на фиг.2 изображен общий вид мембранного блока, вид сверху, на фиг.3 показано сечение мембранного блока - выноска I, на фиг.4 показан общий вид мембраны, на фиг.5 показан вариант сопряжения верхнего гофра с прямолинейным участком мембраны.
Мембранный блок состоит из мембраны 1, выполненной в виде закрепленного на основании 2 тонкостенного металлического кольца с отбортованными наружной и внутренней кромками, образующими кольцевые гофры 3, охватывающими по дуге кольцевые выступы 4, выполненные на основании 2 в виде полуторов и прилегающие боковой кромкой к неподвижным внутреннему 5 и наружному 6 направляющим кольцам, между которыми с возможностью вертикального перемещения установлена крышка 7. Мембрана 1 внешним и внутренним гофрами 3 закреплена посредством сварки на цилиндрических участках основания 2, примыкающих к направляющим кольцам 5 и 6, которые в нижней части, примыкающей к сварному шву мембраны выполнены с проточками. Между кольцевыми гофрами 3 и плоским участком 8 мембраны выполнены промежуточные концентричные гофры 9 с уменьшающимся к середине мембраны радиусом кривизны. На основании 2 выполнена кольцевая проточка 10, образующая под мембраной 1 полость, которая каналами 11 соединена с линией подачи и циркуляции энергоносителя. На крышке 7 выполнены конические проточки, примыкающие к вершинам
промежуточных гофров мембраны 1 через упругий элемент 12, выполненный в виде кольца из листовой резины.
Мембранный блок работает следующим образом.
При подаче энергоносителя через каналы подачи энергоносителя 11 в полость, образуемую кольцевой проточкой 10 и нижней поверхностью мембраны 1 создается рабочее давление, которое деформирует мембрану 1, создавая давление на крышку 7. При этом промежуточные концентричные гофры 9 деформируются, вытягиваясь под действием давления, плоский участок 8 стремится принять выпуклую форму и, деформируя упругий элемент 12, воздействуя на который мембрана 1, поднимает с заданным усилием крышку 7 на высоту, обычно равную 2-4 мм в кольцевом канале, образованном направляющими кольцами 5 и 6. В процессе вулканизации за счет циркулирования теплоносителя в полости, образованной проточкой 10 основания 2 и мембраной 1 в пресс-форме (не показана) поддерживается необходимая для процесса температура После сброса давления крышка 7 и мембрана 1 под действием собственного веса возвращаются в исходное положение.
Применение полезной модели «Мембранный блок» позволяет упростить конструкцию мембранного блока, повысить его надежность, долговечность и безопасность работы.