СИЛЬФОННЫЙ КОМПЕНСАТОР
BELLOW COMPENSATOR

Изобретение относится к ракетостроению и может быть использовано для соединения фланцев входных магистралей жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) с фланцами трубопроводов или баков ракет носителей (РН) и в других отраслях промышленности.
Известен трубопроводный компенсатор линейных перемещений (патент США от 16.07.70 г. - аналог патента Швейцарии №528698 от 14.07.71 г.), в описании которого представлен трубопровод, устанавливаемый на входе в пароперегреватель. Он состоит из трубопроводов, сильфонов и среднего патрубка, один из трубопроводов имеет опоры, к которым прикреплено коромысло. Коромысло одной тягой соединено с другим трубопроводом, а другой тягой - с промежуточным патрубком. Механизм трубопроводного компенсатора в соединении трубопроводов позволяет равномерно нагружать оба сильфона при перемещении одного из трубопроводов.
Недостатком известного трубопроводного компенсатора является возможность поворота соединений коромысла только в одной плоскости, а также наличие двух коромысел в потоке рабочей среды, что загромождает тракт промежуточного патрубка и создает повышенное сопротивление потоку.
Известен сильфонный компенсатор (патент №2561816, МПК F16L 15/02 от 26.06.2014 г., Россия, прототип).
Сильфонный компенсатор (фиг. 1) содержит горизонтальный и вертикальный магистральные сильфоны 1 и 2, расположенные под прямым углом друг к другу, тройник 3, соединяющий магистральные сильфоны и разгрузочный элемент 4 через неподвижное кольцо 5, патрубок 6 на входе в горизонтальный магистральный сильфон, центрирующие опоры 7 и 8, сферические шарниры 9 и 10, шток 11.
Сильфонный компенсатор с магистральными сильфонами, расположенными под прямым углом друг к другу, позволяет компенсировать как угловые, так и линейные перемещения фланцев бака ракеты-носителя и жидкостного ракетного двигателя, имеет хорошие условия монтажа, высокую надежность разгрузочного элемента и сферических шарниров.
Недостатком сильфонного компенсатора является повышенное гидравлическое сопротивление из-за неравномерности скорости течения рабочего компонента в разных сечениях гидравлического тракта. Основная потеря напора жидкости происходит в цилиндрической части тройника, где часть потока тормозится, упираясь в разгрузочный элемент, а затем, отталкиваясь от него, образует вверху цилиндрической части тройника вихрь против часовой стрелки. Также имеется потеря напора при изменении направления потока в патрубке из-за уменьшения скорости потока у стенки патрубка с меньшим радиусом.
Задача предлагаемого технического решения состоит в снижении гидравлического сопротивления сильфонного компенсатора.
Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом сильфоном компенсаторе, содержащем магистральные сильфоны, расположенные под прямым углом друг к другу, патрубок на входе в горизонтальный магистральный сильфон, разгрузочный элемент, центрирующие опоры, сферические шарниры, шток, согласно изобретению магистральные сильфоны, расположенные под прямым углом, соединены между собой и разгрузочным элементом патрубком, имеющим плавно изгибающийся тракт, разгрузочный элемент соединен с патрубком через втулку и тарельчатое кольцо, а в патрубок на входе в горизонтальный магистральный сильфон и патрубок с плавно изгибающимся трактом установлены направляющие лопатки.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется эскизом (фиг. 2), где:
1 - горизонтальный магистральный сильфон;
2 - вертикальный магистральный сильфон;
4 - разгрузочный элемент;
6 - патрубок на входе в горизонтальный магистральный сильфон;
7, 8 - центрирующие опоры;
9, 10 - сферические шарниры;
11 - шток;
12 - патрубок с плавно изгибающимся трактом;
13 - тарельчатое кольцо;
14 - втулка;
15 - направляющие лопатки.
Предлагаемый сильфонный компенсатор содержит горизонтальный магистральный сильфон 1, вертикальный магистральный сильфон 2, расположенные под прямым углом между собой, патрубок 6 на входе в горизонтальный магистральный сильфон, разгрузочный элемент 4, центрирующие опоры 7, 8, сферические шарниры 9, 10, шток 11. Магистральные сильфоны 1, 2 соединены между собой и разгрузочным элементом 4 при помощи патрубка 12 с плавно изгибающимся трактом, при этом разгрузочный элемент 4 соединен с последним через тарельчатое кольцо 13 и втулку 14. В патрубок на входе в горизонтальный магистральный сильфон 6 и патрубок с плавно изгибающимся трактом 12 установлены направляющие лопатки 15.
Сильфонный компенсатор работает следующим образом.
Поступающая в компенсатор рабочая среда в патрубке 6 на входе в горизонтальный магистральный сильфон 1 расчленяется на ряд потоков между концентрично расположенными направляющими лопатками 15.
Это приводит к улучшению структуры потока, более равномерному распределению его по сечению и, в конечном итоге, к уменьшению величины местного гидравлического сопротивления. При дальнейшем прохождении рабочей среды по тракту снижение гидросопротивления обеспечивается за счет плавного поворота потока в патрубке 12 с плавно изгибающимся трактом, соединенного с разгрузочным элементом 4 через втулку 14 и тарельчатое кольцо 13, и наличия концентрично расположенных направляющих лопаток 15.
Снижение гидросопротивления сильфонного компенсатора с указанными отличиями подтверждено экспериментально.
Положительными эффектами предлагаемого сильфонного компенсатора является:
- улучшение кавитационных характеристик;
- унификация, в случае использования в качестве патрубка с плавно изгибающимся трактом конструкцию патрубка на входе в горизонтальный магистральный сильфон;
- снижение массы.