РАЗГРУЖЕННОЕ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЛЯ ТРУБОПРОВОДА
UNLOADED TELESCOPIC JOINT FOR PIPELINE

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к соединениям трубопроводов, широко применяющимся в авиастроении, предназначено для компенсации возникающих разрывных усилий в трубопроводах высокого давления, и может быть использовано в топливных магистралях самолета.
Наиболее близким к настоящему изобретению является техническое решение (варианты), описанное в патенте RU №2313026.
Указанное техническое решение представляет собой шарнирное компенсирующее соединение для трубопроводов, содержащее сферические элементы, два отдельных корпуса со сферическими поверхностями, охватывающими сферические элементы таким образом, что каждый корпус со своим сферическим элементом образует сферический шарнир (шарнирную пару), а для обеспечения компенсации линейных перемещений трубопровода по крайней мере два элемента конструкции, не составляющие одну сферическую шарнирную пару, между собой соединены подвижно по цилиндрической поверхности, то есть образуют телескопическое соединение.
2
Указанная конструкция позволяет компенсировать угловые, продольные и поперечные перемещения трубопровода. Однако в случае применения описанного шарнирного компенсирующего соединения в трубопроводах высокого давления (до 35 кгс/м), в частности, в трубопроводах топливной системы самолета в месте забора топлива от насоса двигателя для обеспечения работы топливных агрегатов, на шарнирное телескопическое соединение будут действовать также разрывные нагрузки, возникающие при течении через него рабочего тела (топлива) под высоким давлением, которые указанное техническое решение не в состоянии компенсировать, что в конечном итоге может привести к разрушению (разрыву) шарнирного телескопического соединения.
Задачей настоящего изобретения является создание конструкции разгруженного телескопического соединения для трубопроводов высокого давления.
Технический результат, достигаемый настоящим изобретением - компенсация разрывных усилий в телескопическом соединении, возникающих при течении через него рабочего тела под высоким давлением, и как следствие повышение надежности телескопического соединения.
Указанный технический результат достигается тем, что разгруженное телескопическое соединение для трубопровода содержит корпус с рабочей полостью, состоящий из двух частей, имеющих внутренние сферические поверхности, охватывающие сферические элементы и образующие с ними сферические шарниры, два элемента конструкции, не составляющие одну сферическую шарнирную пару, соединены каждый со своим концом трубопровода и по крайней мере два элемента конструкции, не составляющие одну сферическую шарнирную пару между собой, соединены друг с другом по цилиндрической поверхности с возможностью продольного перемещения, и характеризуется тем, что один из сферических элементов шарнирной пары в месте соединения с цилиндрической поверхностью образует над ней кольцевую полость, соединенную с рабочей полостью.
Площадь сечения кольцевой полости равна площади сечения рабочей полости.
Кольцевая полость разделена выполненной на цилиндрической поверхности перегородкой на компенсирующую полость, соединенную каналами с рабочей полостью трубопровода, и дренажную полость, соединенную каналами с внешней средой.
При подаче рабочего тела под давлением в трубопровод, в рабочей полости разгруженного телескопического соединения возникают силы, действующие на растяжение телескопического соединения. Наличие кольцевой полости, соединенной с рабочей, позволяет создать в ней силы, действующие на сжатие телескопического соединения, благодаря чему компенсируются разрывные нагрузки, действующие на разгруженное телескопическое соединение.
Выполнение кольцевой полости с площадью сечения, равной площади сечения рабочей полости, позволяет уравновесить действующие на телескопическое соединение силы растяжения и сжатия, благодаря чему телескопическое соединение остается в разгруженном состоянии при любом давлении внутри себя.
Кольцевая перегородка, выполненная на внешней цилиндрической поверхности образует в кольцевой полости компенсирующую полость, соединенную с рабочей полостью, и дренажную полость, соединенную с внешней средой, и обеспечивает подвижность элементов конструкции по цилиндрической поверхности в осевом направлении на расстояние, равное, в случае сжатия телескопического соединения, расстоянию от перегородки до стенки дренажной полости, а в случае растяжения телескопического соединения - расстоянию от перегородки до стенки компенсирующей полости.
Сущность изобретения поясняется на чертеже фиг. 1, где представлен общий вид с разрезом корпуса разгруженного телескопического соединения.
Разгруженное телескопическое соединение состоит из корпуса 1, сферического элемента 2, установленного в корпус 1 при помощи разрезного кольца 3 и закрепленного гайкой 4. Установленное разрезное кольцо 3 образует с корпусом 1 сферическую поверхность, которая вместе со сферическим элементом 2 образуют сферическую шарнирную пару. Герметичность сферического шарнирного соединения обеспечивается кольцом 5, выполненным, например, из резины, и двумя защитными шайбами 6, выполненными, например, из фторопласта.
Сферический элемент 2 соединен с цилиндрическим элементом 7 резьбовым соединением 8, герметичность соединения обеспечивается уплотнительным кольцом 9. Соединение контрится проволокой 10. На цилиндрический элемент 7 установлен с возможностью продольного перемещения по цилиндрической поверхности элемента 7 корпус 11, герметизация которого обеспечивается уплотнительными кольцами 12 и 13 с защитными шайбами (не показаны).
Также разгруженное телескопическое соединение содержит корпус 14, сферический элемент 15, установленный в корпус 14 при помощи разрезного кольца 16 и закрепленный гайкой 17. Установленное разрезное кольцо 16 образует с корпусом 14 сферическую поверхность, которая вместе со сферическим элементом 15 образуют сферическую шарнирную пару.
Сферический элемент 15 установлен на цилиндрический элемент 7 с возможностью продольного перемещения по цилиндрической поверхности элемента 7, и соединен с корпусом 11 посредством резьбового соединения 18 с контровкой проволокой 19. Герметичность в месте установки сферического элемента 15 на цилиндрический элемент 7 обеспечивается уплотнительным кольцом 20 с защитной шайбой (не показана).
Соединенные вместе корпус 11 и сферический элемент 15 образуют над внешней цилиндрической поверхностью элемента 7 кольцевую полость, разделенную выполненной на внешней цилиндрической поверхности элемента 7 перегородкой 21 с образованием компенсирующей 22 и дренажной 23 полостей. Компенсирующая полость 22 соединена с рабочей полостью 24 каналами 25. Дренажная полость 23 соединена каналами 26 с внешней средой. Площадь сечения кольцевой полости, а следовательно, и составляющих ее компенсирующей полости 22 и дренажной полость 23, равна площади сечения рабочей полости 24.
После подачи топлива под давлением в топливную магистраль самолета, при его течении через рабочую полость разгруженного телескопическое соединения возникают силы, работающие на растяжение конструкции телескопического соединения:
1
раб
D1
1
где F - сила растяжения, Р - рабочее давление топлива в системе, S - площадь сечения рабочей полости D. Одновременно, при прохождении топлива через телескопическое соединение, оно из рабочей полости по каналам попадает в компенсирующую полость, образованную в кольцевой полости выполненной на внешней цилиндрической поверхности цилиндрического элемента кольцевой перегородкой. Возникающее в компенсирующей полости давление действует на стенку компенсирующей полости и цилиндрическую перегородку с силой, работающей на сжатие телескопического соединения:
2
раб
D2-D3
2
2
где F - сила сжатия, Р - рабочее давление топлива в системе, S - площадь сечения компенсирующей полости (D - наружный диаметр компенсирующей полости, D - внутренний диаметр компенсирующей полости). Благодаря тому, что в предлагаемом телескопическом соединении площадь сечения кольцевой полости, а следовательно и компенсирующей полости, равна площади сечения рабочей полости, возникающие силы растяжения и сжатия равны и компенсируют друг друга, вследствие чего телескопическое соединение остается в нейтральном (разгруженном) состоянии при любом давлении внутри себя. При этом наличие дренажной полости, образованной в кольцевой полости выполненной на внешней цилиндрической поверхности цилиндрического элемента кольцевой перегородкой, и соединенной с внешней средой, обеспечивает возможность заданного осевого перемещения элементов конструкции.