Сильфонный компенсатор
BELLOWS COMPENSATOR

Изобретение относится к компенсационным устройствам для трубопроводов и может быть использовано в пневмо- и гидросистемах любой сферы машиностроения, в изделиях, работающих при многоцикловом режиме нагружения, в широком диапазоне параметров рабочего тела, включая области работ с пластической деформацией сильфонов.
Известен сильфонный компенсатор сдвиговых и угловых перемещений (патент RU №2249750, МПК F16L 51/03(2000.01), опубл. 10.04.2005, Бюл. №10), включающий два сильфона, соединенных промежуточной трубой, концевые патрубки, разгрузочный элемент, соединяющий концевые патрубки. Разгрузочный элемент выполнен в виде одной регулируемой по длине тяги, расположенной внутри компенсатора вдоль его оси, свободные концы которой закреплены в сферических шарнирах, корпуса которых посредством радиальных ребер жестко соединены с концевыми патрубками, при этом поворотные оси сферических колец проходят через ось компенсатора и расположены в поперечном сечении, делящем сильфоны пополам.
Механическая устойчивость данного сильфонного компенсатора достигается за счет вложенности одного сильфонного узла в другой и соединения их посредством жесткой радиальной связи. Из-за этого общие габаритные размеры и вес сильфонного компенсатора в целом имеют увеличенные значения.
Известен компенсатор перемещений (патент RU №2360176, МПК F16L 51/00 (2006.01), опубл. 27.06.2009, Бюл. №1), содержащий сильфон, переходники, фланцы, защитный цилиндр и ограничитель угловых и осевых перемещений. Переходники снабжены кольцевыми выступами со сферическими поверхностями, а защитный цилиндр с одного конца имеет внутреннюю сферу и состоит из двух полуцилиндров, соединенных между собой крепежными элементами. Защитный цилиндр своей сферической поверхностью сопрягается со сферой кольцевого выступа переходника, имеющей тот же радиус, а на другом конце защитного цилиндра его внутренняя цилиндрическая поверхность сопрягается со сферической поверхностью кольцевого выступа другого переходника.
Недостатком данного компенсатора перемещений является то, что защитный цилиндр, состоящий из двух скрепленных между собой крепежными элементами полуцилиндров, расположен снаружи сильфона, а это увеличивает габаритные размеры компенсатора перемещений. Вторым недостатком компенсатора перемещений является прямое воздействие рабочего тела, проходящего внутри, на сильфон, что влияет на гидродинамику (газодинамику) потока в целом. Это техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании сильфонного компенсатора, механически устойчивого при тепломеханических (высокая температура передаваемого рабочего тела), прочих эксплуатационных нагрузках и погрешностях сборки, без увеличения его габаритных размеров.
Технический результат, получаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в улучшении газодинамических (гидродинамических) характеристик компенсатора, обеспечении возможности без увеличения габаритов сильфонного компенсатора увеличить температуру потока рабочего тела, протекающего в нем, минимизации габаритных размеров узла.
Технический результат достигается за счет того, что в заявляемом сильфонном компенсаторе, содержащем сильфон, фланцы, переходник, в отличие от прототипа, дополнительно содержится второй сильфон и две полые цилиндрические вставки, снабженные с одного конца кольцевыми сферическими выступами. Один конец каждого сильфона жестко соединен с соответствующим фланцем, а другой жестко соединен с переходником, расположенным между сильфонами. Цилиндрическая часть каждой вставки коаксиально расположена внутри соответствующего сильфона, сферический выступ первой вставки расположен внутри переходника, снабженного внутренней цилиндрической поверхностью, диаметр которой равен наружному диаметру размещенного в ней сферического выступа. Кольцевой сферический выступ второй вставки расположен внутри второго фланца, снабженного внутренней цилиндрической поверхностью, диаметр которой равен наружному диаметру размещенного в нем сферического выступа, при этом, цилиндрическая часть первой вставки жестко соединена с первым фланцем, а цилиндрическая часть второй вставки жестко соединена с переходником.
Благодаря использованию всей совокупности признаков формулы обеспечивается без увеличения габаритных размеров компенсатора компенсация угловых и линейных перемещений сопрягаемых с фланцами составных частей под воздействием тепломеханических, прочих эксплуатационных нагрузок и погрешности сборки, при этом ответные реакции со стороны сильфонного компенсатора не приводят к деформациям сопрягаемых с ними частей агрегатов.
За счет расположения кольцевого сферического выступа первой вставки внутри переходника, снабженного внутренней цилиндрической поверхностью, диаметр которой равен наружному диаметру размещенного в ней сферического выступа, кольцевого сферического выступа второй вставки внутри второго фланца, снабженного внутренней цилиндрической поверхностью, диаметр которой равен наружному диаметру размещенного в нем сферического выступа, образованы шарнирные соединения, обеспечивающие компенсацию угловых и линейных перемещений сопрягаемых с фланцами частей агрегатов под воздействием тепломеханических, прочих эксплуатационных нагрузок и погрешностей сборки.
Жесткое соединение цилиндрической части первой полой вставки с первым фланцем, а цилиндрической части второй полой вставки с переходником, расположенным между сильфонами, расположение цилиндрической части каждой вставки коаксиально внутри соответствующего сильфона обеспечивают изоляцию сильфона от рабочего тела, что позволяет увеличить температуру потока рабочего тела, протекающего в сильфонном компенсаторе, без потери устойчивости сильфонов.
Благодаря гладкой внутренней поверхности полых цилиндрических вставок и, защищающих сильфоны, обеспечивается улучшение газодинамических (гидродинамических) характеристик по сравнению с прототипом.
Изобретение поясняется фигурой, на которой изображен эскиз заявляемого сильфонного компенсатора.
Сильфонный компенсатор содержит первый 3 и второй 6 сильфоны, первый 1 и второй 7 фланцы, переходник 4, две полые цилиндрические вставки 2 и 5, снабженные с одного конца кольцевыми сферическими выступами 8 и 9 соответственно.
Один конец сильфонов 3 и 6 жестко соединен с фланцем 1 и 7 соответственно, другой конец сильфонов 3 и 6 жестко соединен с переходником 4, расположенным между сильфонами. Цилиндрическая часть первой вставки 2 коаксиально расположена внутри сильфона 3, а цилиндрическая часть второй вставки 5 коаксиально расположена внутри сильфона 6. Кольцевой сферический выступ 8 первой вставки 2 расположен внутри переходника 4, снабженного внутренней цилиндрической поверхностью, диаметр которой равен наружному диаметру размещенного в ней сферического выступа 8. Кольцевой сферический выступ 9 второй вставки 5 расположен внутри второго фланца 7, снабженного внутренней цилиндрической поверхностью, диаметр которой равен наружному диаметру размещенного в нем сферического выступа 9. Цилиндрическая часть первой вставки 2 жестко соединена с первым фланцем 1, а цилиндрическая часть второй вставки 5 жестко соединена с переходником 4.
При использовании, заявляемый сильфонный компенсатор располагают таким образом, чтобы поток рабочего тела был направлен из первого фланца 1 к выходному второму фланцу 7.
В процессе работы заявляемый сильфонный компенсатор за счет наличия двух сильфонов 3 и 6, двух полых цилиндрических вставок 2 и 5, снабженных с одного конца кольцевыми сферическими выступами 8 и 9 соответственно, жесткого соединения одного конца каждого сильфона с соответствующим фланцем, а другого с переходником 4, расположенным между сильфонами, расположения цилиндрической части вставок 2 и 5 коаксиально внутри соответствующего сильфона, шарнирных соединений, образованных сферическим выступом 8 первой вставки 2, расположенным внутри переходника 4, снабженного внутренней цилиндрической поверхностью, диаметр которой равен наружному диаметру размещенного в ней сферического выступа 8, сферическим выступом 9 второй вставки 5, расположенным внутри второго фланца 7, снабженного внутренней цилиндрической поверхностью, диаметр которой равен наружному диаметру размещенного в нем сферического выступа 9, обеспечивается компенсация угловых и линейных перемещений составных частей, сопрягаемых с фланцами 1 и 7, под воздействием тепломеханических, весовых и инерционных нагрузок и погрешностей сборки, обеспечивается достаточная гибкость сильфонного компенсатора без потери устойчивости сильфонов.
Жесткое соединение цилиндрической части первой вставки 2 с первым фланцем 1, а цилиндрической части второй вставки 5 с переходником 4, расположенным между сильфонами 3 и 6, расположение цилиндрической части каждой вставки коаксиально внутри соответствующего сильфона обеспечивает изоляцию сильфона от рабочего тела, что позволяет увеличить температуру потока рабочего тела, протекающего через сильфонный компенсатор, при применении специальных жаропрочных сплавов, прошедших необходимую термообработку.
Благодаря гладкой поверхности полых цилиндрических вставок 2 и 5, защищающих сильфоны 3 и 6, обеспечивается улучшение газодинамических (гидродинамических) характеристик потока рабочего тела по сравнению с прототипом, поскольку цилиндрические вставки предотвращают возникновение турбулентных завихрений, которые неизбежны при прямом контакте потока рабочего тела с поверхностью сильфона.
Таким образом, заявляемый сильфонный компенсатор обеспечивает без увеличения габаритных размеров компенсацию угловых и линейных перемещений взаимного сопрягаемых с фланцами составных частей под воздействием тепломеханических, прочих эксплуатационных нагрузок и погрешности сборки.