КОМПЕНСАТОР УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ТРУБОПРОВОДОВ
ANGULAR DISPLACEMENT COMPENSATOR FOR PIPELINES

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к трубопроводам жидкостных ракетных двигателей, и может быть использовано в машинах и агрегатах различного назначения для гибкой связи участков трубопроводов, испытывающих взаимные угловые перемещения в процессе эксплуатации.
Известен компенсатор угловых перемещений трубопроводов, состоящий из гибких элементов в виде сильфонов, установленных между патрубками, имеющими стойки, соединенные между собой посредством шарниров (а.с. СССР №945582, МПК F16L 51/02, 1980 г.).
Недостатком компенсатора является то, что сильфоны являются сравнительно сложными и дорогостоящими изделиями, требующими специализированного производства, значительных затрат на проектирование, изготовление, доводку. Кроме этого, их гидравлические, массовые характеристики и габариты зачастую не удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям.
Известен компенсатор угловых перемещений трубопроводов, содержащий гибкие элементы, установленные между подвижными и неподвижными трубопроводами, взаимодействующими со стойками, которые соединены между собой посредством шарниров. В нем гибкие элементы выполнены в виде гладкостенных трубок, взаимодействующих со стойками через втулки, охватывающие трубки по наружному диаметру с обоих концов. При этом часть внутренней поверхности втулок выполнена конической и обращена большим диаметром к общей оси шарниров. Стойки выполнены в виде многогранной призмы, грани которой перпендикулярны осям гибких элементов. Один из концов гибких элементов закреплен во втулках неподвижно, а второй имеет возможность перемещаться в них продольно (прототип - патент RU №2345270 С1, МПК F16L 51/00, 2006 г.).
Недостатком компенсатора является то, что использование в качестве гибких элементов гладкостенных трубок круглого сечения ограничено из-за резкого увеличения изгибной жесткости при увеличении условного прохода (DN). При больших диаметрах также значительно увеличивается длина рабочей зоны гибкого элемента, уменьшается усталостная прочность.
Задачей настоящего изобретения является создание компенсатора угловых перемещений трубопроводов с гибкими элементами в виде гладкостенных трубок с минимальной изгибной жесткостью.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном компенсаторе гибких элементов трубопроводов, содержащем гибкие элементы в виде гладкостенных трубок, соединенных со стойками, выполненными в виде многогранных призм, с помощью втулок, охватывающих трубки по наружному диаметру и имеющих внутреннюю коническую поверхность, согласно изобретению используется по крайней мере одна гладкостенная трубка, имеющая в рабочей зоне поперечное сечение овальной или эллипсной формы, малая ось которого расположена в плоскости качания.
На фиг.1 представлена конструкция предлагаемого компенсатора, на фиг.2 - разрез А-А, где:
1 - трубки круглого сечения;
2 - трубка, имеющая в рабочей зоне овальное или эллипсное сечение;
3 - подвижные трубопроводы;
4 - неподвижные трубопроводы;
5 - подвижная стойка;
6 - неподвижная стойка;
7 - втулки;
8 - конические поверхности;
9 - верхнее шарнирное устройство;
10 - нижнее шарнирное устройство;
11 - шарнирный подшипник;
12 - палец;
13 - подвижный узел агрегата;
14 - цапфа;
15 - неподвижный узел агрегата;
16 - подшипник качения.
Устройство состоит из гибких элементов, выполненных в виде гладкостенных трубок круглого сечения 1 и овального (эллипсного) сечения 2, соединенных герметично с подвижными трубопроводами 3 и неподвижными трубопроводами 4. Гибкие элементы 1 и 2 с одной стороны закреплены жестко на неподвижной стойке 6 через втулки 7, с другой имеют свободу перемещения вдоль втулок 7, закрепленных на подвижной стоке 5. Втулки 7 взаимодействуют с наружной поверхностью гибких элементов 1, 2 и охватывают их по наружному диаметру. Часть внутренней поверхности втулок 7 выполнена конической 8 и обращена большим диаметром конуса к осям верхнего и нижнего шарнирных устройств 9 и 10. Верхнее 9 и нижнее 10 шарнирные устройства связывают подвижную 5 и неподвижную 6 стойки между собой и включают шарнирный подшипник 11, установленный на пальце 12, подвижный узел агрегата 13 с цапфой 14, взаимодействующие с неподвижным узлом агрегата 15 через подшипник качения 16. Гибкий элемент овального (эллипсного) сечения 2 соединяет подвижные 3 и неподвижные 4 трубопроводы круглого сечения и имеет одинаковую с ними площадь проходного сечения, при этом малая ось овального сечения расположена в плоскости качания.
Для закрепления нескольких перекрещивающихся подвижных 3 и неподвижных 4 трубопроводов стойки 5 и 6 выполнены в виде призмы, грани которой перпендикулярны осям гибких элементов 1 и 2.
Устройство работает следующим образом.
Подвижные элементы предлагаемого устройства (13, 14, 5) взаимодействуют с неподвижными (15, 6) через шарнирные устройства 9 и 10.
При угловом перемещении подвижных элементов конструкции вокруг общей оси шарнирных устройств 9 и 10 происходит изгиб гибких элементов 1, 2 и этим обеспечивается угловая компенсация перемещений подвижных 3 и неподвижных 4 трубопроводов.
Конструктивно поверхность втулок 7 выполнена конической 8 с большим диаметром конуса, обращенным к общей оси шарнирных устройств. Один конец гибкого элемента закреплен на втулке 7 неподвижно, второй конец имеет возможность перемещаться в ней продольно.
С целью снижения изгибной жесткости гибкий элемент 2 выполнен в виде гладкостенной трубки, имеющей в рабочей зоне овальную или эллипсную форму, площадь проходного сечения которой равна площади проходного сечения соединяемых трубопроводов.
При этом малая ось сечения расположена в плоскости углового перемещения.
Положительными свойствами компенсатора изгиба с гладкостенными трубками овального или эллипсного сечения является то, что он обладает меньшей изгибной жесткостью и большой усталостной прочностью по сравнению с компенсатором, снабженным гладкостенными трубками круглого сечения при одинаковых DN.