ОПРАВКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИЛЬФОННОГО КОМПЕНСАТОРА
MANDREL FOR PRODUCTION OF BELLOWS COMPENSATOR

Изобретение относится к технологии изготовления изделий из композиционных материалов (КМ), а именно сильфонных компенсаторов для магистральных трубопроводов.
Известна конструкция сильфонного компенсатора, имеющего гофры из армированного композиционного материала с расположенными в их впадинах подкрепляющими кольцами из композиционного материала (см., например, патент РФ №2328643).
Такая конструкция может быть использована в магистральных трубопроводах, работающих при высоком давлении и в значительном диапазоне осевых компенсаций (растяжение - сжатие).
Изготовление изделий из КМ осуществляют методом намотки, методом выкладки или комбинированным методом.
Во всех случаях изготовления применяют специальную технологическую оснастку - оправку.
Известна оправка для изготовления изделий из композиционных материалов, содержащая центральный вал и установленный на нем набор формообразующих элементов (см. И.М.Буланов, В.В.Воробей. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1998 г. - стр.197, 198) - наиболее близкий аналог.
Известная конструкция разборной оправки обеспечивает точность и жесткость конструкции, является оправкой многоразового использования, сравнительно легко удаляется из готового изделия.
Однако применение такой конструкции оправки при изготовлении опытного образца сильфонного компенсатора показало, что, хотя на оправке можно создать пакет из КМ выкладкой или намоткой, получение гофр сильфонного компенсатора из такого пакета крайне затруднительно и требует значительного объема механической обработки.
Для изготовления пакета гофр требуется значительное количество КМ, большая часть которого при получении гофр уходит в отходы, что приводит к существенному удорожанию сильфонного компенсатора.
Кроме того, при механической обработке неизбежно перерезание слоев КМ, что приводит к снижению прочности и не позволяет обеспечить требуемое качество изготовления сильфонного компенсатора.
Таким образом, известная конструкция оправки практически не приемлема для изготовления сильфонного компенсатора из КМ.
Технической задачей данного изобретения является разработка конструкции оправки, позволяющей обеспечить требуемое качество изготовления сильфонного компенсатора из КМ, а также снизить трудоемкость и уменьшить затраты на изготовление.
Технический результат достигается тем, что в оправке для изготовления сильфонного компенсатора, имеющего гофры из армированного композиционного материала с расположенными в их впадинах подкрепляющими кольцами из композиционного материала, содержащей центральный вал и установленный на нем набор формообразующих элементов, на формообразующих элементах образован кольцевой участок со скругленными выступами, чередующимися со скругленными впадинами, с обеих сторон которого телескопически установлены держатели концов заготовки из армированного композиционного материала для формирования гофр, при этом держатели соединены посредством пружин со стопорными кольцами, установленными у торцов оправки с возможностью перестановки вдоль нее по направлению к выступам формообразующих элементов при формировании из композиционного материала каждого подкрепляющего кольца.
Наличие на формообразующих элементах оправки кольцевого участка со скругленными выступами, чередующимися со скругленными впадинами, позволяет наиболее просто обеспечить формирование гофр и значительно сократить расход КМ.
Установка с обеих сторон кольцевого участка с выступами держателей концов заготовки из армированного композиционного материала обеспечивает расположение заготовки над выступами формообразующих элементов, что необходимо для формирования гофр, при этом телескопическая установка держателей позволяет осуществлять их автоматическое перемещение вдоль оправки при перестановке стопорных колец.
Соединение держателей посредством пружин со стопорными кольцами, установленными у торцов оправки, позволяет поддерживать КМ заготовки в подпружиненном состоянии при формировании гофр и подкрепляющих колец.
Установка стопорных колец с возможностью перестановки вдоль оправки по направлению к выступам формообразующих элементов при формировании из композиционного материала каждого подкрепляющего кольца позволяет исключить чрезмерное натяжение материала продольно расположенной заготовки, так как при формировании подкрепляющего кольца происходит увеличение натяжения КМ за счет уменьшения длины заготовки после вдавливания КМ во впадину формообразующих элементов.
На фиг.1 приведена схема оправки и положение элементов оправки после формирования первого из подкрепляющих колец.
На фиг.2 приведена схема оправки и положение элементов оправки после формирования ряда подкрепляющих колец.
Разборная оправка для изготовления сильфонного компенсатора из КМ содержит конический центральный вал 1 и установленный на нем набор конических формообразующих элементов 2.
На формообразующих элементах 2 образован кольцевой участок со скругленными выступами 3, чередующимися со скругленными впадинами 4, количество и размеры которых соответствуют количеству и размерам гофр сильфонного компенсатора.
С обеих сторон кольцевого участка с выступами 3 телескопически установлены кольцевые держатели 5 концов заготовки из армированного композиционного материала для формирования гофр сильфонного компенсатора.
Держатели 5 соединены посредством пружин 6 со стопорными кольцами 7, установленными у торцов оправки.
Стопорные кольца 7 установлены с возможностью последовательной перестановки их вдоль формообразующих элементов 2.
При подготовке оправки к работе помещают на формообразующие элементы 2 патрубки 8 сильфонного компенсатора, встык с кольцевыми выступами 3, с обеих сторон.
Из армированного (содержащего герметизирующий слой) композиционного материала, предварительно пропитанного связующим, изготавливают кольцевую заготовку 9 требуемой длины.
Закрепляют концы заготовки 9 на левом и правом держателях 5, при этом заготовка 9 располагается вдоль оправки над выступами 3.
Создают требуемое натяжение материала заготовки 9, перемещая стопорные кольца 7 к торцам оправки, и фиксируют стопорные кольца 7 в этом положении.
Подготовленная таким образом оправка готова к применению.
При изготовлении сильфонного компенсатора сначала формируют одно подкрепляющее кольцо 10 в средней части оправки, производя поперечную намотку предварительно пропитанного связующим жгута композиционного материала на заготовку 9, при этом часть заготовки 9 под действием натяжения жгута задавливается во впадину 4 формообразующих элементов 2 с образованием гофра.
Затем расфиксируют одно из стопорных колец 7 и перемещают его к средней части оправки для сохранения при формировании второго подкрепляющего кольца 10 требуемого натяжения лент 9.
Повторяют указанные операции, после чего заматывают патрубок 8 сильфона жгутом КМ, пропитанным связующим.
Аналогичные операции производят с перестановкой второго стопорного кольца 7.
После чего разбирают оправку, снимают полученную заготовку и производят ее полимеризацию.
Опробование изобретения подтвердило высокую надежность работы оправки для изготовления сильфонного компенсатора из композиционных материалов.