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 повышении надежности, упрощении конструкции и снижении материалоемкости.
Указанный результат достигается тем, что в известном мембранном блоке, содержащем эластичную мембрану, размещенную между основанием и крышкой, с образованием кольцевой полости, соединенной с линией подачи энергоносителя, согласно полезной модели мембрана выполнена в виде двух снабженных кольцевыми выступами (зигами) упругих колец, соединяющих по боковым наружной и внутренней поверхностям основание и крышку и закреплена в кольцевых канавках, образованных цилиндрическими проточками на боковых поверхностях основания и крышки, установленных с зазором внешних и внутренних колец и сварных швов, заполняющих зазор с торцевых поверхностей мембранного блока.
Зиги упругих колец обращены своими выпуклостями внутрь полости и выполнены с примыкающими к гофрам цилиндрическими кромками
Торцы упругих колец соединены посредством сварки с основанием и крышкой и соответственно с внутренним либо наружным кольцом.
Мембрана выполнена из нескольких концентричных обечаек, либо в форме ленты, намотанной на обечайку.
Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
Выполнение мембраны в виде двух снабженных кольцевыми выступами (зигами) упругих колец, соединяющих по боковым наружной и внутренней поверхностям основание и крышку и закрепление мембраны в кольцевых канавках, образованных цилиндрическими проточками на боковых поверхностях основания и крышки, установленных с зазором внешних и внутренних колец и сварных швов, заполняющих зазор с торцевых поверхностей мембранного блока обеспечивает:
- повышение надежности, обусловленное тем, что закрепление мембраны на крышке и основании происходит по торцам ее за пределами действия изгибающих деформаций. Под действием давления, возникающего при подаче в кольцевую полость энергоносителя, происходит только изменение радиуса изгиба внешнего и внутреннего упругих колец мембраны, Так как ход крышки относительно основания не превышает 3-5 мм, то такая деформация носит упругий характер, что обеспечивает продолжительный срок эксплуатации мембранного блока. При этом сварные швы на торцах упругих колец, соединяющие их с крышкой, основанием и внешними и внутренними кольцами, работают только на сжатие, т.е. в самом благоприятном для сварных соединений режиме, исключающем разрушение сварных швов под действием усталостных явлений. Установленные с зазором внешние и внутренние кольца служат для образования канавок на основании и крышке, в которой устанавливаются упругие кольца мембраны и после сварки являются продолжением крышки и основания. Их назначение - упрощение сборки и удобства фиксации мембраны и снижение материалоемкости.
Выполнение кольцевых выступов (зигов) упругих колец обращенными своими выпуклостями внутрь полости и выполнение их с примыкающими к зигам цилиндрическими кромками обеспечивает:
- удобство сборки мембранного блока за счет обеспечения установки упругих колец в цилиндрических канавках, образованных цилиндрическими расточками боковых поверхностей основания и крышки мембранного блока и
сокращение габаритов за счет помещения кольцевых выступов (зигов) внутрь кольцевой полости.
Соединение торцов упругих колец посредством сварки с основанием и крышкой и соответственно с внутренним либо наружным кольцом также обеспечивает удобство сборки мембранного блока за счет обеспечения установки упругих колец в цилиндрических канавках, образованных цилиндрическими расточками боковых поверхностей основания и крышки мембранного блока и сокращение габаритов за счет помещения выступов зигов внутрь кольцевой полости.
Выполнение мембраны из нескольких концентричных обечаек, либо в форме ленты, намотанной на обечайку обеспечивает повышение надежности работы мембраны за счет исключения разгерметизации мембраны при разрушении поперечных швов, так как их количество меньше количества слоев полосы, из которой изготовлена обечайка мембраны, либо швы расположены на противоположных сторонах мембраны в случае изготовления ее из нескольких концентричных обечаек.
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, на фиг.4 показан общий вид
мембранного блока в начальном положении выноска I; на фиг.5 показано положение составных частей мембранного блока при подаче в него давления, выноска I; на фиг.6 показана конструкция наружной многослойной обечайки, на фиг.7 показана конструкция внутренней многослойной обечайки.
Мембранный блок состоит из основания 1, на котором установлена крышка 2 на упругих кольцах 3 и 4, которые изготовлены из упругой металлической полосы, например, из стали Х18Н10Т, толщиной от 2 до 4 мм, величина которой зависит от давления рабочей жидкости, подаваемой в мембранный блок. Концы полосы соединены сварным швом 5. Основание 1 и крышка 2 выполнены в виде плоских колец и в сборе с упругими кольцами 3 и 4 образуют замкнутую кольцевую полость, соединенную с источником гидравлического давления (не показан) отверстием 6 (фиг.3). Для сборки мембранного блока используются наружные кольца 7 и 8 и внутренние кольца 9 и 10, которые устанавливаются при сборке на соответственно наружных и внутренних боковых поверхностях основания 1 и крышки 2 и соединяются с ними и торцами упругих колец 3 и 4 сварными швами 11. Упругие кольца 3 и 4 выполнены с прямолинейными краями 12, которыми устанавливаются в зазорах между основанием 1 и крышкой 2 и наружными кольцами 7 и 8 и внутренними кольцами 9 и 10. В средней части упругих колец 3 и 4 выполнены кольцевые выступы в виде зигов 13, своей выпуклостью обращенные внутрь кольцевой полости, образованной основанием 1, крышкой 2 и упругих колец 3 и 4. Толщина стенок упругих колец 3 и 4 выбирается таким образом, чтобы при рабочем ходе мембранного блока в них не возникали остаточные напряжения, приводящие к образованию усталостных явлений. Таким образом, упругие кольца 3 и 4 образуют упругий элемент - мембрану, деформируемую под действием давления подаваемой в кольцевую полость рабочей жидкости. Эту же задачу решает вариант выполнения конструкции мембранного блока, в котором упругие кольца 3 и 4 выполнены мембраны из нескольких концентричных обечаек, либо в форме намотанной на обечайку 14 ленты 15, что обеспечивает повышение надежности работы
мембраны за счет исключения разгерметизации мембраны при разрушении продольного шва, так как витки ленты, из которой изготовлена обечайка мембраны, не имеют поперечного сварного шва. При изготовлении мембраны из нескольких концентричных обечаек швы располагаются на противоположных сторонах обечаек. При изготовлении многослойных обечаек толщина лент 15 выбирается меньшей, чем толщина опорной обечайки 14.
Мембранный блок работает следующим образом.
При подаче энергоносителя через канал подачи энергоносителя 6 в полость, образуемую основанием 1 и крышкой 2 в сборе с упругими кольцами 3 и 4, создается рабочее давление, которое деформирует упругие кольца 3 и 4, создавая давление на крышку 2. При этом гофры 13 деформируются, вытягиваясь под действием давления, мембрана, образованная упругими кольцами 3 и 4 поднимает с заданным усилием крышку 1 на высоту, обычно равную 2-4 мм. В процессе вулканизации за счет мембранного блока в пресс-форме (не показана) поддерживается необходимое для процесса давление. После сброса давления крышка 2 и упругие кольца 3 и 4 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.