ТРУБОПРОВОД ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
HIGH-PRESSURE PIPELINE

Изобретение относится к машиностроительному гидроприводу и может быть использовано в мобильных тягово-транспортных средствах, промышленных, строительно-дорожных, сельскохозяйственных, лесотехнических и др. машинах, оснащенных гидроприводом активных и пассивных рабочих органов.
Известен гибкий трубопровод (RU №2289057 С2, МПК F16L 11/04, F16L 9/12 от 24.01.2005), в котором в двух направлениях навит металлический трос и разделен на секции кольцевыми ребрами жесткости. Недостатком такой конструкции является снижение гибкости трубопровода.
Известен рукав высокого давления с композиционной оплеткой (RU №2381406 С2, МПК F16L 11/02, F16L 11/04 от 31.03.2008), внутренний слой оплетки которого, выполнен из предварительно натянутых нитей. Недостатком такой конструкции является усталостное разрушение на границе их фиксации.
Наиболее близким по технической сущности является рукав высокого давления (патент на полезную модель RU №86700 U1, МПК F16L 11/22 от 12.05.2009, патент на полезную модель RU №86701 U1, МПК F16L 11/22 от 12.05.2009), который снабжен термостойкой оболочкой и кольцами или лентой, образующими зазор между термостойкой оболочкой и защитным покрытием. Недостаток этой конструкции в том, что воздушный зазор между термостойкой оболочкой и внутренним резиновым шлангом не обеспечивает сглаживание знакопеременных пульсаций рабочих процессов гидропривода.
Технический результат предлагаемого изобретения - повышение эксплуатационной надежности, долговечности и расширение функциональных возможностей гибких трубопроводов высокого давления.
Трубопровод высокого давления в прототипе содержит силовой рукав и наконечники, обжимающие рукав. По отношению к прототипу в заявленном изобретении имеются следующие отличительные признаки.
В предлагаемом трубопроводе высокого давления рукав снабжен прочной оболочкой, образующей полость, а наконечники имеют камеры, сообщающиеся с полостью кольцевыми каналами, заполненные газом под давлением.
Это позволяет снизить нормальные радиальные и окружные напряжения в стенке силового рукава и сглаживать амплитуду пульсаций этих напряжений амортизирующим свойством газа.
Кроме этого, на одном из наконечников установлен сливной с редукционным клапаном ниппель, сообщающий при разрыве силового рукава полость и камеру в наконечнике по сливной магистрали с гидробаком.
Ниппель с редукционным клапаном обеспечит сохранность оболочки, т.к. позволяет при достижении предельно допустимого давления в полости между оболочкой и силовым рукавом при разрыве последнего обеспечить надежное сообщение с гидробаком через сливную магистраль.
В предлагаемом трубопроводе высокого давления давление газа в полости и камерах создается через нагнетательный с обратным клапаном ниппель, установленный на другом наконечнике.
Ниппель с обратным клапаном позволяет заполнять полость и камеры газом и исключить утечку газа обратно.
Кроме этого, нагнетательный с обратным клапаном ниппель и сливной с редукционным клапаном ниппель могут быть установлены на одном из наконечников.
Установка обоих ниппелей на одном из наконечников, как вариант исполнения, позволяет в зависимости от размещения сливной магистрали более рационально разместить трубопровод и организовать слив рабочей жидкости в гидробак при разрыве силового рукава.
В предлагаемом трубопроводе высокого давления, как вариант исполнения, оболочка может быть выполнена гофрированной.
Такое исполнение на изгибающихся участках обеспечивает гибкость трубопровода с исключением изломов оболочки за счет ее гофрированной поверхности.
Рассмотренные признаки являются достаточными для достижения заявляемого технического результата. Предлагаемое изобретение решает задачу расширения функциональных возможностей трубопроводов высокого давления путем сочетания одновременного повышения эксплуатационной надежности и долговечности за счет снижения нормальных радиальных и окружных напряжений в стенке силового рукава давлением на его внешнюю поверхность газа, находящегося в полости, сглаживания амплитуды пульсаций этих напряжений амортизирующим свойством газа, обеспечение гибкости трубопровода с исключением изломов оболочки за счет ее гофрированной поверхности и возможностью при разрушении силового рукава сообщения полости и камер через редукционный клапан по сливной магистрали с гидробаком для защиты системы от несанкционированного выброса рабочей жидкости.
В предлагаемой совокупности признаков возникает новое техническое свойство - одновременное сочетание снижения нормальных радиальных и окружных напряжений в стенке силового рукава и сглаживания амплитуды их пульсаций, обеспечение гибкости и возможность при разрыве рукава сообщения полости между рукавом и оболочкой с гидробаком, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию новизны и изобретательского уровня.
Конструкция предлагаемого изобретения поясняется следующими чертежами.
На фиг.1 показан трубопровод высокого давления, вид общий;
на фиг.2 - ниппель нагнетательный в разрезе;
на фиг.3 - ниппель сливной в разрезе;
на фиг.4 - поперечное сечение силового рукава с оболочкой;
на фиг.5 - трубопровод высокого давления с гофрированной оболочкой, вид общий.
Трубопровод высокого давления (фиг.1) состоит из двух наконечников 1 с присоединительными гайками, силового рукава 2, прочной оболочки 3, надетой на рукав 2, обжатые наконечниками и образующие герметичную полость 4. В теле наконечников имеются камеры 5, сообщающиеся кольцевыми каналами 6 с полостью 4. На одном из наконечников имеется нагнетательный с обратным клапаном ниппель 7, а на другом - сливной с редукционным клапаном ниппель 8. Нагнетательный с обратным клапаном ниппель 7 и сливной с редукционным клапаном ниппель 8 могут быть установлены на одном из наконечников.
Нагнетательный ниппель 7 (фиг.2) состоит из корпуса 9, пружины 10, обратного клапана 11 с прокладкой 12.
Сливной ниппель 8 (фиг.3) состоит из корпуса 14, пробки 15 сжатия пружины со сливным отверстием, пружины 16 клапана, редукционного клапана 17 с прокладкой 18. Поджатием пробкой 15 пружины 16 изначально устанавливается такое давление открытия клапана 17, при котором не происходит разрыв стенки оболочки.
Трубопровод высокого давления работает следующим образом.
При изготовлении трубопровода полость между силовым рукавом и оболочкой заполняется газом (воздухом) под давлением через, например, нагнетательный ниппель с обратным клапаном, который дополнительно герметизируется полимерной композицией 13 (фиг.2).
1
При подаче рабочей жидкости по рукаву стенка рукава (фиг.4) будет находиться под внутренним давлением P рабочей жидкости в рукаве. По граням выделенного в стенке рукава элемента А с радиальной координатой ρ возникают, как известно, нормальные напряжения σ в радиальном и в окружном направлениях. Превышение этих напряжений сверх допустимых приводит к разрыву рукава трубопровода вдоль продольной оси, так как окружные напряжения существенно больше радиальных.
2
Внешнее давление газа Р в полости на наружную поверхность рукава снижает напряжения σ в стенке рукава, а газовая оболочка из-за сжимаемости газа сглаживает пульсацию нормальных напряжений, возникающую при переключениях гидропотоков и пульсирующей подаче рабочей жидкости от гидрообъемных насосных агрегатов, что способствует повышению эксплуатационной надежности и долговечности работы рукава трубопровода. При этом эффект сглаживания пульсаций напряжений возрастает за счет увеличения объема полости 4 (фиг.1) камерами 5 и кольцевыми каналами 6 в металлических наконечниках трубопровода.
Гофрированная поверхность оболочки 3 (фиг.5) позволяет эффективно изгибаться трубопроводу без опасения излома ее стенки.
При разрыве силового рукава рабочая жидкость попадает в полость оболочки и при достижении в камере 5 давления, еще не вызывающего разрыв стенки оболочки, редукционный клапан 17 (фиг.3) преодолевая усилие пружины 16 открывается, и рабочая жидкость далее через отверстие в пробке 15 может поступать через сливную магистраль в гидробак, что позволяет изолировать выброс рабочей жидкости в атмосферу.