СИЛЬФОННЫЙ ГИДРОАККУМУЛЯТОР
BELLOWS HYDRAULIC ACCUMULATOR

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к газогидравлическим аккумуляторам, и может быть использовано для аккумулирования энергии в гидро-пневмосистемах и демпфирования колебаний рабочей среды.
Известен аккумулятор давления, который содержит корпус с входным патрубком и сильфон, герметично закрытый с торцов подвижной и неподвижной крышкой (Публикация №US 2009/0101222 А1, дата приоритета 29.01.2004, дата публикации 23.04.2009, авторы: Herbert Baltes, Markus Lehnert, DE).
К недостаткам известного аналога относится отсутствие надежной герметичности узлов аккумулятора давления, возможные перекосы и заклинивание поршня и нестабильность скоростных характеристик аккумулятора давления, вследствие разных значений коэффициента трения поршня в покое и в движении.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является газогидравлический аккумулятор, выполненный в виде металлического силового сосуда, разделенного на газовую и гидравлическую полости, со стороны газовой полости в стенку сосуда вмонтирован заправочный вентиль, а со стороны гидравлической полости выполнена монтажная горловина, внутри сосуда установлен металлический сильфон, один торец которого герметично закреплен к стенке сосуда на участке с встроенным заправочным вентилем, а другой, подвижный, торец сильфона герметично закрыт металлической крышкой (Патент РФ №2140683 С1, дата приоритета 23.04.1998, дата публикации 27.10.1999, авторы: Черемисин В.М., Колонтай B.C., RU, прототип).
К недостаткам прототипа относятся: высокая осевая нагруженность сильфона, необходимость использования тяжело работающих на сжатие многослойных сильфонов при высоких давлениях и ограниченный характеристиками сильфона диапазон работы устройства.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание более эффективного сильфонного гидроаккумулятора путем его конструктивного усовершенствования, обеспечивающего повышение эксплуатационной надежности сильфона и увеличение диапазона рабочих давлений сильфонного гидроаккумулятора.
Для решения технической проблемы предложен сильфонный гидроаккумулятор, включающий корпус, содержащий в противоположных торцах монтажный патрубок и заправочный вентиль, в корпусе установлен сильфон с газовой средой, один торец которого герметично закреплен в торцевой части корпуса на участке с встроенным заправочным вентилем, а подвижный торец герметично закрыт металлической крышкой. Новым является то, что сильфонный гидроаккумулятор дополнительно содержит в полости сильфона эластомерные элементы, предназначенные для восприятия динамических возмущений, а в торцевой части корпуса, снабженной заправочным вентилем, в зоне расположения герметично закрепленного торца сильфона выполнены отверстия, в которых на резьбовом соединении установлены крышки.
Согласно изобретению, сильфонный гидроаккумулятор, в частности, выполнен модульного типа. При этом эластомерные элементы собраны в упруго-разгрузочных модулях, равномерно расположенных по окружности вокруг оси сильфона. Каждый упруго-разгрузочный модуль содержит вертикальную металлическую трубку, заполненную эластомерными элементами и являющуюся для них направляющей, один конец которой соосно соединен с упомянутой крышкой, установленной в торцевой части корпуса и являющейся крышкой упруго-разгрузочного модуля, а другой конец этой трубки закрыт установленной на нем с помощью резьбового соединения втулкой с пропущенным в ней пальцевым толкателем, установленным в крышке сильфона с возможностью взаимодействия с размещенными в трубке эластомерными элементами.
Согласно изобретению, эластомерные элементы выполнены в виде резинометаллических элементов.
Согласно изобретению, упруго-разгрузочный модуль содержит вертикальную металлическую трубку, заполненную эластомерными элементами с уменьшающейся толщиной резиновой оболочки по мере отдаления от крышки упруго-разгрузочного модуля.
Согласно изобретению, эластомерные элементы выполнены в виде резинометаллических шаров.
Согласно изобретению, эластомерные элементы выполнены в виде тонкослойных резинометаллических элементов.
Согласно изобретению, эластомерные элементы заполнены дискретной рабочей средой.
Согласно изобретению, сильфон выполнен с многослойной резинометаллической стенкой.
Согласно изобретению, сильфонный гидроаккумулятор выполнен с возможностью работы без заправочного газа.
Заявляемый сильфонный гидроаккумулятор имеет ряд преимуществ, в частности:
- возможность выполнения конструкции модульного типа с присущими ей преимуществами;
- возможность использования сильфонов с меньшим количеством слоев и большим ходом сильфона;
- возможность работы сильфонного гидроаккумулятора в широких диапазонах противодавлений без необходимости замены сильфона путем подбора геометрических размеров эластомерных элементов, их материала и количества, или путем замены упруго-разгрузочных модулей.
Преимуществом сильфонного гидроаккумулятора также является возможность его работы без закачки заправочного газа. При этом не требуется использование заправочного вентиля и оборудования для проверки уровня заправочного газа.
На фиг. 1 схематично представлен сильфонный гидроаккумулятор с эластомерными элементами в полости сильфона, продольный разрез; на фиг. 2 схематично представлен сильфонный гидроаккумулятор модульного типа с эластомерными элементами в упруго-разгрузочных модулях, продольный разрез; на фиг. 3 показано сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 2. Во всех чертежах идентичные ссылочные символы обозначают идентичные элементы.
Сильфонный гидроаккумулятор, изображенный на фиг. 1, содержит цилиндрический металлический корпус 1, выполненный с технологическим разъемом в сварном варианте из нижней и верхней частей. В верхнем торце корпуса 1 установлен заправочный вентиль 2. Нижний торец корпуса снабжен монтажным патрубком 3, который посредством фланцевых соединений 4 с прокладками 5 присоединен к участку трубы 6 с транспортируемым потоком. В полости корпуса 1 расположен металлический сильфон 7, один торец которого герметично прикреплен к верхнему торцу корпуса 1 с помощью сварного соединения, а подвижный торец герметично соединен с металлической крышкой сильфона 8 также с помощью сварного соединения. Полость сильфона 7 заполнена эластомерными элементами 9, предназначенными для восприятия динамических возмущений, как показано на фиг. 1 и фиг. 3. При этом в верхнем торце корпуса, снабженном заправочным вентилем 2, в зоне расположения герметично закрепленного торца сильфона выполнены отверстия, в которых на резьбовом соединении установлены крышки 10.
Сильфонный гидроаккумулятор, представленный на фиг. 2 и фиг. 4, выполнен модульного типа и содержит упруго-разгрузочные модули 11, равномерно расположенные по окружности вокруг оси сильфона с собранными в них эластомерными элементами 9. Каждый упруго-разгрузочный модуль содержит вертикальную металлическую трубку 12, заполненную эластомерными элементами 9 и являющуюся для них направляющей. Один конец трубки 12 соосно соединен с крышкой 10, установленной в торцевой части корпуса и являющейся крышкой упруго-разгрузочного модуля, а другой конец трубки 12 закрыт установленной на нем с помощью резьбового соединения втулкой 13 с пропущенным в ней пальцевым толкателем 14, установленным в крышке сильфона 8 с возможностью взаимодействия с размещенными в трубке эластомерными элементами 9.
Эластомерные элементы 9 могут выполняться из разных видов резины, могут быть резинометаллическими, с разной толщиной резинового покрытия, а также с уменьшающейся толщиной резиновой оболочки по мере отдаления от крышки 10 упруго-разгрузочного модуля, могут быть тонкослойными, заполненными дискретной рабочей средой, обеспечивая, тем самым, нужный коэффициент жесткости и оптимальный ход сильфона. Наиболее предпочтительным вариантом является выполнение эластомерных элементов в виде резинометаллических шаров.
Кроме того, сильфон 7 для повышения надежности может быть выполнен резинометаллическим, а также с многослойной резинометаллической стенкой, как показано на фиг. 4.
Сильфонный гидроаккумулятор работает под действием пульсаций рабочей среды следующим образом.
При равномерном движении потока в трубе 6 давление в системе является постоянным, и сильфон 7 и эластомерные элементы 9 находятся в поджатом состоянии. При действии колебаний рабочей среды сильфон 7 и эластомерные элементы 9 воспринимают динамические возмущения, осуществляя демпфирование колебаний рабочей среды и ослабляя, тем самым, динамическое воздействие на оборудование, расположенное дальше по направлению потока рабочей среды. При воздействии пальцевых толкателей 14 на эластомерные элементы 9, последние деформируются в поперечном направлении. Энергия возмущений рабочей среды идет на деформацию сильфона и на работу сил трения в материале упругих элементов, между самими эластомерными элементами, а также трения эластомерных элементов о цилиндрическую направляющую трубки 12.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в повышении эффективности сильфонного гидроаккумулятора за счет повышения эксплуатационной надежности сильфона и увеличения диапазона рабочих давлений сильфонного гидроаккумулятора.