СИЛЬФОННЫЙ КОМПЕНСАТОР УГЛОВЫХ И ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (ВАРИАНТЫ)
FLEXIBLE JOINT OF ANGULAR AND LINEAR DISPLACEMENTS (OPTIONS)

Изобретение относится к ракетно-космической технике и используется для компенсации линейных и угловых перемещений трубопроводов в пневмогидравлических магистралях при монтаже и эксплуатации.
Известен компенсатор линейных и угловых перемещений по патенту ФРГ №886682, содержащий сильфон, сферообразный кожух, образованный оболочками большего и меньшего диаметра, и содержащий зазор, для линейных перемещений.
Недостатком известного компенсатора является то, что в случае совместного действия линейных и угловых перемещений может возникнуть взаиморасположение сферообразных кожухов, сохраняющих зазор между ними, что не позволит изгибаться сильфону, как сильфону, работающему в шарнирном узле. Наличие зазора является риском разрушения кожухов при воздействии вибраций, особо актуальных для изделий ракетно-космической техники (0-2000 Гц).
Известен компенсатор линейных и угловых перемещений по патенту RU №2360176, выбранный за прототип и содержащий сильфон, переходники, снабженные кольцевыми выступами со сферическими поверхностями, фланцы, защитный цилиндр, с одного конца имеющий внутреннюю сферу и состоящий из двух полуцилиндров, крепежные элементы, ограничитель угловых и линейных перемещений.
Недостатком известного компенсатора является то, что при одновременном линейно-угловом перемещении происходит избыточно неравномерное нагружение крайних гофр сильфона, так как именно в этой области парируется поворот с неизбежным накоплением пластических деформаций. В условиях прогнозируемых длительных циклических вибровоздействий в актуальном диапазоне это приведет к снижению надежности работы компенсатора.
Задачей заявленного технического решения является повышение надежности работы сильфонного компенсатора угловых и линейных перемещений.
1. Поставленная задача решается тем, что сильфонный компенсатор угловых и линейных перемещений, содержащий сильфон, фланцы, корпус и ограничитель угловых и линейных перемещений, отличается тем, что корпус выполнен в виде двух цилиндров большего и меньшего диаметра, при этом цилиндры соединены между собой телескопически и взаимодействуют между собой посредством сферического выступа, выполненного на цилиндре меньшего диаметра, при этом на конце цилиндра большего диаметра выполнен кольцевой выступ, при этом радиус сферического выступа цилиндра меньшего диаметра выполнен равным радиусу внутренней поверхности цилиндра большего диаметра, а ось симметрии сферического выступа цилиндра меньшего диаметра совпадает с осью симметрии сильфона.
2. Поставленная задача решается тем, что сильфонный компенсатор угловых и линейных перемещений, содержащий сильфон, фланцы, корпус и ограничитель угловых и линейных перемещений, отличается тем, что корпус выполнен в виде двух цилиндров большего и меньшего диаметра, при этом цилиндры соединены между собой телескопически и взаимодействуют между собой посредством сферического выступа, выполненного на цилиндре меньшего диаметра, при этом на конце цилиндра большего диаметра выполнен кольцевой выступ, при этом радиус сферического выступа цилиндра меньшего диаметра выполнен равным радиусу внутренней поверхности цилиндра большего диаметра, а ось симметрии сферического выступа цилиндра меньшего диаметра совпадает с осью симметрии сильфона, при этом корпус компенсатора установлен внутри сильфона и закреплен на фланцах посредством пилонов или непосредственно на фланцах.
Заявленная конструкция поясняется чертежами:
- Фиг. 1 - общий вид сильфонного компенсатора с расположением сильфона внутри телескопического корпуса.
- Фиг. 2 - общий вид сильфонного компенсатора с установкой телескопического корпуса на пилонах внутри сильфона.
- Фиг. 3 - общий вид сильфонного компенсатора с установкой телескопического корпуса непосредственно на фланцах внутри сильфона.
Сильфонный компенсатор угловых и линейных перемещений содержит:
1 - сильфон;
2 - фланцы;
3 - ограничитель угловых и линейных перемещений;
4 - цилиндр корпуса большего диаметра;
5 - цилиндр корпуса меньшего диаметра;
6 - сферический выступ цилиндра меньшего диаметра,
7, 8 - опорные кольца;
9 - кольцевой выступ цилиндра большего диаметра;
10 - крепежный элемент;
11 - крепежные элементы;
12 - кольцо;
13 - пилон;
14 - ось симметрии (сферического выступа цилиндра меньшего диаметра;
15 - ось симметрии (сильфона);
R1 - радиус сферического выступа цилиндра меньшего диаметра;
R2 - радиус внутренней поверхности цилиндра большего диаметра.
По варианту 1. Сильфонный компенсатор угловых и линейных перемещений содержит сильфон 1, который закреплен на фланцах 2, корпус состоит из двух цилиндров большего диаметра 4 и меньшего диаметра 5, соединенных с опорными кольцами 7 и 8 фланцев 2 крепежными элементами 11. Цилиндр корпуса меньшего диаметра 5 имеет сферический выступ 6 с радиусом R1 и сопряжен с внутренней поверхностью цилиндра корпуса большего диаметра 4, имеющего радиус R2, при этом R1 равен R2. Ось симметрии сферического выступа цилиндра меньшего диаметра 14 совпадает с осью симметрии 15 сильфона 1. На свободном конце цилиндра корпуса большего диаметра 4 имеется кольцевой выступ 9, на который устанавливается ограничитель угловых и линейных перемещений 3 с помощью крепежного элемента 10. Параметры сильфона 1 определяются расчетом из условий его компенсационных возможностей и максимальными величинами относительных перемещений, которые нужно компенсировать.
По варианту 2. Конструктивное исполнение аналогично 1 варианту, кроме того, что корпус который состоит из двух цилиндров большего 4 и меньшего 5 диаметров, расположен внутри сильфона 1 и закреплен на фланцах 2 при помощи пилонов 13 или непосредственно на фланцах 2, при этом сильфон 1 закреплен на фланцах 2 при помощи колец 12.
Сильфонный компенсатор угловых и линейных перемещений по варианту 1 и варианту 2 работает следующим образом.
Сильфон 1 работает в обеспечение максимальной расчетной величины относительных перемещений. Сильфон 1 может работать на растяжение на 2/3 от суммы расстояний между гофр и на сжатие на 1/3 от этой же суммы. С целью максимального использования компенсирующих возможностей сильфона 1 и равномерного его нагружения в процессе эксплуатации компенсатор при монтаже, в составе магистрали пневмогидравлической системы, может быть установлен в необходимый размер с предварительным растяжением или сжатием и/или изгибом.
При этом скольжение сферического выступа 6, расположенного на цилиндре корпуса меньше диаметра 5, по внутренней цилиндрической поверхности цилиндра корпуса большего диаметра 4 и ее вращение относительно оси этой цилиндрической поверхности обеспечивают как растяжение (сжатие), так и изгиб фланца с установленным на нем цилиндром меньшего диаметра 5 относительно фланца с установленным на нем цилиндром большего диаметра 4. При одновременной работе компенсатора на растяжение (сжатие) и выборе угловых перемещений, нагрузка на гофры сильфона распределяется равномерно, так как ось симметрии 14 сферического выступа 6 цилиндра меньшего диаметра совпадает с осью симметрии 15 сильфона 1. Такое сопряжение поверхностей с совпадением оси симметрии 15 сильфона 1 и оси симметрии 14 сферического выступа 6 цилиндра меньшего диаметра значительно повышает надежность конструкции. Так же при работе компенсатора на максимальное растяжение и одновременном выборе углового перемещения кольцевой выступ 9 предохраняет свободный край цилиндра корпуса большего диаметра 4 от пластических деформаций. Для предохранения сильфона 1 от потери устойчивости при работе на растяжение на кольцевом выступе 9 цилиндра корпуса большего диаметра 4 предусмотрен ограничитель 3. В процессе эксплуатации компенсатора сильфон 1 компенсирует плюсовые и минусовые перемещения в продольном направлении, а также компенсирует и угловые перемещения. Происходит проскальзывание сферического выступа 6 цилиндра корпуса меньшего диаметра 5 относительно внутренней цилиндрической поверхности цилиндра корпуса большего диаметра 4. При этом ось симметрии 14 сферического выступа 6 цилиндра корпуса меньшего диаметра 5 не выходят из зоны оси симметрии 15 сильфона 1, т.е. они совпадают и перемещаются синхронно. Благодаря такой компоновке, компенсатор может работать при длительных вибродинамических нагрузках, что значительно повышает надежность конструкции.
Выбор конструкции компенсаторов по варианту 1 или 2 зависит от назначения магистралей (магистраль слива, продувки, заправки и т.п.).
Технический результат достигается за счет введения в конструкцию телескопического корпуса со скользящим сферическим соединением между цилиндрами корпуса большего и меньшего диаметра.
Использование предложенного технического решения позволяет повысить прочностную надежность (отсутствие отказов в режиме циклов переменного нагружения согласно заданным пределам), а также параметрическую надежность, что особенно важно, так как предоставленная конструкция снижает накопление пластических деформаций сильфона вследствие симметричного нагружения, а значит, минимизирует процесс нестабильности технических параметров сильфона: жесткости, гистерезиса и «ухода» характеристик от номинального значения.
При работе компенсатора на одновременное растяжение - сжатие и изгиб одного фланца относительно другого центр угловой деформации сильфона находится в зоне осей симметрии сильфона, так как сферический выступ 6 цилиндра корпуса меньшего диаметра 5 перемещается так же, как и фланец, на котором он закреплен.