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L'invention est reli.. à ...eF1rm... axial comprenant au moins trois corps élastiques placés les uns à la suite des autres et reliés de manière telle entre eux qu'il se produise une décharge de la pression.
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On connaît déjà des compensateurs axiaux de ce genre mais ceux-ci ne permettent que des dilatations dans le sens-axial. On a toutefois constaté en pratique que.pôur un très grand nombre d'applications, le compensateur doit pouvoir absorber, en plus des dilatations axiales, des dé- placements ou glissements latéraux. Ceci nécessite l'inter- vention de plusieurs compensateurs établis dans des plans différents ou empêche que le problème puisse être résolu à l'aide de compensateurs. Principalement pour la construc- tion de turbines à vapeur et à gaz, il est essentiel que les.tuyauteries, raccordées au carter de,la turbine, n'exercent pas une pression sur ce'carter. Ceci nécessite l'utilisation de compensateurs non soumis à une pression.
Il est exceptionnel que les tuyauteries, qui aboutissent au carter d'une turbine ou qui partent de celui-ci, soient orientées dans une direction seulement. Ces tuyauteries sont, au contraire, établies dans plusieurs plans de sor- te que les modifications de longueur, qui se produisent, agissent non pas dans un sens mais bien suivant des direc- tions quelconques. Avec..un compensateur axial, construit comme à l'ordinaire, ces modifications de longueur, suivant plusieurs directions, ne pouvaient pas être absorbées.
Des problèmes identiques ou analogues se présentent égale- ment pour d'autres dispositifs tels que des compresseurs, des chaudières, des conduits d'échappement de moteurs Disel, etc.
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Cet inconvénient important est écarté, con- formément à l'invention, en établissant les organes de liaison des corps élastiques, qui servent à la décharge de la pression, à l'extérieur desdits corps et en articu- lant ces organes dans au moins un plan afin que le com- pensateur puisse absorber non seulement les mouvements axiaux mais également les déplacements latéraux des pièces raccordées à celui-ci.
Un tel compensateur axial peut donc absorber des mouvements dans toutes les directions possibles, c'est-à-dire suivant trois dimensions, de sorte que, par suite de la décharge de la pression, les efforts qui agissent encore sur le point fixe sont constitués unique- ment par la résistance que les corp élastiques opposent à leur déplacement. En utilisant des corps élastiques à parois multiples formées par des couches très minces, ces efforts sont extrêmement réduits et pratiquement négli- geables. Le compensateur présente cet autre avantage qu'il peut être construit avec une longueur faible et un en- combrement réduit ce qui est très important pour plusieurs applications pour lesquelles on dispose de très peu de place. La construction du compensateur est très simple de sorte qu'il peut être fabriqué d'une manière très économique.
Ses frais de fabrication sont notablement moindres que dans le cas où l'on utilise deux compensateurs constitués selon des systèmes connus pour recevoir non seulement le mouvement
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axial mais également le mouvement latéral,, plus spéciale- ment quand les compensateurs ne doivent subir aucuns pression.
Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'exemples, plusieurs modes de réalisation de l'invention.
La fig. 1 montre un premier mode de réalisation d'un compensateur axial, la moitié supérieure de cette figure étant une coupe longitudinale et la moitié inférieure une vue en élévation de ce compensateur.
La fig. 2 montre une vue en bout dudit compensateur.
Les fig. 3 à 7 montrent, en élévation, d'autres modes de réalisation de ce compensateur.
Le compensateur, montré sur les fig. 1 et 2, com- porte deux corps élastiques ou tubes ondulés 1 et 2 dont le diamètre utile correspond sensiblement à la section de passage voulue ou au diamètre des conduits qui sont à rac- corder au compensateur. Entre les deux corps élastiques 1 et 2 est établi un troisième corps élastique 3 dont le diamètre et la longueur ont une valeur telle que, suivant qu'on le désire, il se produise une compensation complète ou une sur-ou-sous-compensation de l'ensemble du dispo- sitif.
A cet effet on doit donner à la surface active totale du corps élastique 3 une valeur à peu près deux fois plus grande que celle de la surface active totale de chacun des corps élastiques 1 et 2.,Ceux-ci sont soudés à leurs extrémités, dans des brides 4,5ou 6,7 et en. vue d'obtenir un meilleur soudage des parois minces des corps
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élastiques 1,2 on loge dans ces extrémités des bagues 8.
Les corps élastiques 1,2 peuvent être reliés aux brides
4 à 7 par sertissage à la place du soudage. Le corps élastique 3 est soudé à deux bagues 9 et 10, des bagues de recouvrement 11 et 12 servant au raidissement et à l'amé- lioration de la qualité du soudage. Dans des trous, percés dans les bagues 9 et 10, sont logées des tiges filetées
13 soudées à la face interne desdites bagues, ces tiges traversant des trous correspondants des brides 5 et 7 de sorte que des écrous 14 permettent,de serrer les brides
5 et 7 contre les bagues 9 et 10 pour relier les corps élastiques 1 et 2 au corps élastique 3. Entre la bride 5 et la bague 9 et entre la bride 7 et la bague 10 est inter.. calée, dans chaque cas, une bague d'étanchéité 15 pour assurer une liaison hermétique entre les corps élastiques.
Les brides 4,5,6 et 7 portent, en des points diamétralement opposés, des oreilles 16, 17, 18 et-19, les oreilles 17 et 18 étant décalées de 90 par rapport @ aux oreilles 16 et 19. Aux oreilles 16, 17, 18 et 19 sont fixés des axes 20 à l'aide de rondelles élastiques fendues
21. Sur les axes 20 sont engagés des tourillons 22 qui se trouvent aux extrémités de tiges 23, 24 à section trans" versale en forme de U.
De cette manière les brides 4 et 7 sont reliées entre elles par deux tiges 23 diamétralement opposées et les brides 5 et 6 également par des tiges 24 diamétralement opposées mais décalées de 90 par rapport aux tiges 23. Les deux brides terminales 4 et 6 comportent
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xxx treus 25 à l'aide desquels elles peuvent être re- liées aux brides(non montrées) des conduits qui doivent être raccordésau compensateur.
Le compensateur, tel ue décrit, peut absorber les modifications de longueur dans le sens axial ou dans le sens de l'écoulement. Quand une dilatation des conduits raccordés a lieu, les corps élastiques 1 et 2 sont compri= . més de la valeur correspondant à la dilatation à absorber et, en même temps, le corps élastique médian 3 se dilate . de la même valeur de sorte qu'il se produit, quand les dimensions des corps élastiques ont été judicieusement choisies, une compensation tell -des masses que dans la direction axiale et suivant le.genre de décharge, il ne se produise que des efforts très réduits pour agir sur les points fixés, même quand des pressions très élevées agissent dans l'ensemble des conduits.
En cas de com- pensation complète ces effort ; correspondent uniquement à la résistance que les corps élastiques opposent au mouvement.
Le compensateur, tel que .décrit, peut servir en même temps pour absorber les dilatations suivant des .directions quelconques, perpendiculaires à l'axe du con- duit. Les tiges articulées 23 permettent le déplacement latéral des corps élastiques 1 et 3 dans une direction et les tiges articulées 24 permettent le mouvement la- téral des corps élastiques 2 et 3 dans une direction per-
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pendiculaire à la direction susdite. Par la combinaison des tiges articulées 23 et 24 le compensateur peut effectuer un mouvement dans n'importe quelle direction perpendiculaire à l'axe du conduit.
Pour l'exemple de la fig. 3, les corps élastiques
26 et 27 sont soudés aux brides 29,30, 31, 32 alors que les corps élastiques 28 sont soudés aux brides 33, 34, les brides 30,33 et 32, 34 étant soudées l'une à l'autre.
Les oreilles 35 et 38, prévues respectivement sur les brides 29 et 32, sont reliées entre elles par des tiges 39 et des rotules 40 alors que les oreilles 36 et 37, prévues respectivement sur les brides 30 et 31, sont re- liées entre elles par des tiges 41 et des rotules 40, les tiges 41 étant décalées de 90 par rapport aux tiges 39.
Pour l'exemple de la fig. 4 on a recours à deux corps élastiques extérieurs 42, 43 etàdeux corps élastiques médians 44, 45 dont les brides intermédiaires sont re- liées entre elles par soudage. Les corps élastiques 42, 44 et 45 sont reliés entre eux par des tiges 46 et les corps élastiques 43,44 et 45 par des tiges 47, celles- ci étant décalées de 90 par rapport aux tiges 46. Les tiges 46 et 47 sont articulées, à leurs extrémités par des axes aux brides des corps élastiques.
Pour l'exemple de la fig. 5 on intercale entre les deux corps élastiques extérieurs 48, 49 et le corps élastique médian 50 des tronçons tubulaires 51 et 52, à paroi unie, qui sont soudés aux brides des corps élastique.
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En outre, on soude aux corps élastiques extérieurs 48 et 49 des tronçons tubulaires 53 et 54, à paroi unie, dont les extrémités libres sont destinées à être soudées dans les conduits. Egalement dans ce cas, on relie les corps tubulaires 48, 50 et 49, 50 par des tiges 55, 56 arti- culées aux oreilles 57.A cause des tronçons tubulaires 51 et 52, à paroi unie, on peut obtenir des mouvements plus grands, perpendiculairement à l'axe du compensateur, que dans le cas où ces tronçons n'existent pas.
La fig. 6 montre un compensateur dans lequel les deux corps élastiques extérieurs 58, 59 sont reliés par soudage au corps élastique médian 60 alors qu'aux extrémité: libres des corps élastiques 58, 59 sont soudés des tronçons tubulaires 61 et 62, à paroi unie, qui sont destinés à être soudés dans les conduits. Comme éléments de liaison des corps élastiques 58 à 60 on a prévu dans ce cas des cables 63 qui prennent appui sur des oreilles 64.
La fig. 7 montre un compensateur analogue à celui de la fig. 6 mais pour lequel, à la place des câbles 63, on utilise des chaînes 65 comme organes de liaison.
Le compensateur, selon les exemples des fig. 1, 2 et 5, présente l'avantage que les brides, qui sont reliées aux conduits ou au .carter de turbine, restent obligatoirement perpendiculaires à l'axe du conduit à cause de leur guidage par un parallèlogramme déformable alors que ces brides, pour les exemples des fig. 3,4,(
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et 7, sont guidées librement. Le compensateur selon les fig. 1 à 5, fonctionne correctement sans qu'une pression règne à l'intérieur de celui-ci. Par contre, pour les exemples des fig. 6 à 7, le compensateur fonctionne seule- ment correctement quand une pression règne à l'intérieur de celui-ci.
Quand les différents corps élastiques sont re- liés entre eux et aux organes raccordés à ceux-ci à l'aide de vis, comme montré sur la fig. 1, on peut facilement les remplacer. Par contre, si les orps élastiques sont reliés entre eux et aux organes de raccordement par soudage, il n'existe plus d'endroits qui doivent être rendus étanches et le compensateur ne nécessite aucune surveillance. Egale- ment dans ce cas, on peut agencer le dispositif de manière telle qu'après démontage des éléments de liaison on puisse séparer les différents corps élastiques en détachant les tronçons tubulaires par un usinage au tour de sorte que chacun de ces corps peut être remplacé.
A la place des bagues $, qui servent à réaliser une meilleure soudure, on peut avoir recours à des tubes protecteurs qui glissent téléscopiquement les une dans les autres pour former un passage dans lequel'l'écoulement se fait sans aucune gêne et sans formation de tourbillons et afin qu'une quantité moindre de saletés puisse s'accumuler dans les parties ondulées des corps élastiques. On peut également allonger quelque peu les bagues 8 et rouler leurs bords tout en intercalant entre ces bagues un tube pro-
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tecteur dont les bords sont roulés en sens inverse. Afin que les tubes télescopiques ne gênent pas les mouvements latéraux du compensateur on doit prévoir entre eux un inter- valle suffisant.
Les compensateurs décrits constituent un dis- positif idéal pour absorber les dilatations. Il permet non seulement l'absorption des dilatations suivant les trois dimensions mais les efforts de réaction qui se pro- duisent sur des conduits raccordés sont tellement petits, même à des pressions élevées, que les conduits raccordés ou. les points fixes peuvent avoir des dimensions très réduites, ce qui permet, par exemple, de raccorder ces com- pensateurs directement et sans crainte au carter en fonte de turbines, de moteurs Diesel, de compresseurs etc...
Bien qu'avec les compensateurs axiaux décrits on obtienne déjà une décharge de'la pression du compensa- teur avec des corps élastiques à paroi unique, on peut ré- duire encore considérablement cette pression, agissant sur le point fixe, avec des corps élastiques à parois multiples pour la raison que ceux-ci opposent une ré- sistance très petite au mouvement. En outre, les corps élastiques, qui sont constitués par plusieurs couches minces, peuvent être fabriqués avec des ondulations plus basses de sorte que les compensateurs ont un diamètre ex- térieur plus petit. Par conséquent; on peut donner des di- mensions réduites au grand corps élastique, qui supporte la décharge de la pression.
Tout le compensateur peut donc
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être fabriqué en ayant un diamètre réduit en conséquence, ce qui présente cet autre avantage qu'il peut être établi dans des tuyauteries qui se trouvent très près les unes des autres. @
Revendications :
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1.Compensateur axial comprenant au moins trois corps élastiques placés les uns à la suite des autres et reliés de manière telle qu'il se produise une décharge de pression, caractérisé par le fait que les organes de liaison des corps élastiques, qui servent à la décharge de la pression, sont établis à l'extérieur desdits corps et sont articulés dans au moins un plan afin que le com- pensateur puisse absorber non seulement des mouvements axiaux mais également des déplacements latéraux des pièces reliées au compensateur.
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The invention relates .. to ... eF1rm ... axial comprising at least three elastic bodies placed one after the other and connected in such a way that a pressure relief takes place.
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Axial compensators of this type are already known, but these only allow expansion in the axial direction. However, it has been observed in practice that in a very large number of applications, the compensator must be able to absorb, in addition to axial expansions, lateral displacements or sliding. This requires the intervention of several compensators established in different plans or prevents the problem from being solved using compensators. Primarily for the construction of steam and gas turbines, it is essential that the piping connected to the turbine housing do not exert pressure on the housing. This requires the use of compensators not subjected to pressure.
It is exceptional that the pipes, which terminate in the casing of a turbine or which depart from it, are oriented in one direction only. These pipes are, on the contrary, established in several planes so that the changes in length, which occur, act not in one direction but in any direction. With ... an axial compensator, constructed as usual, these modifications of length, in several directions, could not be absorbed.
The same or similar problems also arise for other devices such as compressors, boilers, exhaust ducts of Disel engines, etc.
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This important drawback is eliminated, in accordance with the invention, by establishing the connecting members of the elastic bodies, which serve to relieve the pressure, outside said bodies and by articulating these members in at least one. plan so that the compensator can absorb not only the axial movements but also the lateral movements of the parts connected to it.
Such an axial compensator can therefore absorb movements in all possible directions, that is to say along three dimensions, so that, as a result of the pressure relief, the forces which still act on the fixed point are constituted only by the resistance that the elastic bodies oppose to their displacement. By using resilient multi-walled bodies formed by very thin layers, these stresses are extremely reduced and practically negligible. The compensator has the other advantage that it can be constructed with a short length and a reduced footprint which is very important for several applications for which very little space is available. The construction of the compensator is very simple so that it can be manufactured in a very economical manner.
Its manufacturing costs are notably lower than in the case where one uses two compensators formed according to known systems to receive not only the movement.
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axial movement, but also lateral movement, especially when the compensators must not be subjected to any pressure.
The accompanying drawings show, by way of examples, several embodiments of the invention.
Fig. 1 shows a first embodiment of an axial compensator, the upper half of this figure being a longitudinal section and the lower half an elevational view of this compensator.
Fig. 2 shows an end view of said compensator.
Figs. 3 to 7 show, in elevation, other embodiments of this compensator.
The compensator, shown in fig. 1 and 2, comprises two elastic bodies or corrugated tubes 1 and 2, the useful diameter of which corresponds substantially to the desired passage section or to the diameter of the conduits which are to be connected to the compensator. Between the two elastic bodies 1 and 2 is established a third elastic body 3, the diameter and length of which have a value such that, depending on what is desired, there occurs a complete compensation or an over-or-under-compensation of the entire device.
To this end, the total active area of the elastic body 3 must be given a value approximately twice as large as that of the total active area of each of the elastic bodies 1 and 2. These are welded at their ends, in flanges 4,5 or 6,7 and in. to obtain better welding of thin walls of bodies
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elastic 1,2 rings 8 are housed in these ends.
The elastic bodies 1,2 can be connected to the flanges
4 to 7 by crimping instead of welding. The elastic body 3 is welded to two rings 9 and 10, cover rings 11 and 12 serving for stiffening and improving the quality of the weld. Threaded rods are housed in holes drilled in rings 9 and 10
13 welded to the internal face of said rings, these rods passing through corresponding holes in the flanges 5 and 7 so that nuts 14 allow the flanges to be tightened
5 and 7 against the rings 9 and 10 to connect the elastic bodies 1 and 2 to the elastic body 3. Between the flange 5 and the ring 9 and between the flange 7 and the ring 10 is inter .. wedged, in each case, a sealing ring 15 to ensure a hermetic connection between the elastic bodies.
The flanges 4,5,6 and 7 carry, at diametrically opposed points, ears 16, 17, 18 and-19, the ears 17 and 18 being offset by 90 with respect to the ears 16 and 19. At the ears 16, 17, 18 and 19 are fixed axles 20 using split spring washers
21. On the pins 20 are engaged journals 22 which are located at the ends of rods 23, 24 with transverse U-shaped cross section.
In this way the flanges 4 and 7 are interconnected by two diametrically opposed rods 23 and the flanges 5 and 6 also by diametrically opposed rods 24 but offset by 90 with respect to the rods 23. The two end flanges 4 and 6 comprise
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xxx treus 25 with the help of which they can be connected to the flanges (not shown) of the conduits which are to be connected to the compensator.
The compensator, as described, can absorb changes in length in the axial direction or in the direction of flow. When an expansion of the connected conduits takes place, the elastic bodies 1 and 2 are compri =. més of the value corresponding to the expansion to be absorbed and, at the same time, the median elastic body 3 expands. of the same value so that, when the dimensions of the elastic bodies have been judiciously chosen, a compensation of the masses occurs, only in the axial direction and according to the type of discharge, only very strong forces are produced. reduced to act on the fixed points, even when very high pressures act in all the ducts.
In the event of full compensation for these efforts; correspond only to the resistance that elastic bodies oppose to movement.
The compensator, as described, can be used at the same time to absorb the expansions in any directions, perpendicular to the axis of the pipe. The articulated rods 23 allow the lateral movement of the elastic bodies 1 and 3 in one direction and the articulated rods 24 allow the lateral movement of the elastic bodies 2 and 3 in a specific direction.
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pendicular to the aforementioned direction. By the combination of the articulated rods 23 and 24 the compensator can effect a movement in any direction perpendicular to the axis of the duct.
For the example of FIG. 3, elastic bodies
26 and 27 are welded to the flanges 29,30, 31, 32 while the resilient bodies 28 are welded to the flanges 33, 34, the flanges 30, 33 and 32, 34 being welded to each other.
The ears 35 and 38, respectively provided on the flanges 29 and 32, are interconnected by rods 39 and ball joints 40 while the ears 36 and 37, respectively provided on the flanges 30 and 31, are interconnected. by rods 41 and ball joints 40, the rods 41 being offset by 90 relative to the rods 39.
For the example of FIG. 4 use is made of two outer elastic bodies 42, 43 andtwo middle elastic bodies 44, 45, the intermediate flanges of which are connected together by welding. The elastic bodies 42, 44 and 45 are interconnected by rods 46 and the elastic bodies 43, 44 and 45 by rods 47, the latter being offset by 90 relative to the rods 46. The rods 46 and 47 are articulated. , at their ends by pins to the flanges of the elastic bodies.
For the example of FIG. 5 is interposed between the two outer elastic bodies 48, 49 and the median elastic body 50 of the tubular sections 51 and 52, with a plain wall, which are welded to the flanges of the elastic body.
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In addition, the outer elastic bodies 48 and 49 are welded to tubular sections 53 and 54, with a plain wall, the free ends of which are intended to be welded in the conduits. Also in this case, the tubular bodies 48, 50 and 49, 50 are connected by rods 55, 56 articulated to the ears 57. Due to the tubular sections 51 and 52, with a plain wall, greater movements can be obtained. , perpendicular to the axis of the compensator, only in the case where these sections do not exist.
Fig. 6 shows a compensator in which the two outer elastic bodies 58, 59 are connected by welding to the median elastic body 60 while at the free ends of the elastic bodies 58, 59 are welded tubular sections 61 and 62, with a plain wall, which are intended to be welded in conduits. As connecting elements of the elastic bodies 58 to 60, cables 63 are provided in this case which are supported on ears 64.
Fig. 7 shows a compensator similar to that of FIG. 6 but for which, instead of cables 63, chains 65 are used as connecting members.
The compensator, according to the examples of fig. 1, 2 and 5, has the advantage that the flanges, which are connected to the ducts or to the turbine housing, necessarily remain perpendicular to the axis of the duct because of their guidance by a deformable parallelogram while these flanges, for the examples of fig. 3,4, (
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and 7, are guided freely. The compensator according to fig. 1 to 5, works correctly without any pressure reigning inside it. On the other hand, for the examples of FIGS. 6 to 7, the compensator only works correctly when there is pressure inside it.
When the different elastic bodies are connected to each other and to the members connected to them by means of screws, as shown in fig. 1, they can easily be replaced. On the other hand, if the elastic orps are connected to each other and to the connecting members by welding, there are no longer any places which must be sealed and the compensator does not require any monitoring. Also in this case, the device can be arranged in such a way that after disassembly of the connecting elements, the different elastic bodies can be separated by detaching the tubular sections by turning machining so that each of these bodies can be replaced. .
Instead of the rings $, which serve to achieve a better weld, one can have recourse to protective tubes which slide telescopically one into the other to form a passage in which the flow takes place without any hindrance and without formation of swirls and so that less dirt can collect in the wavy parts of the elastic bodies. It is also possible to lengthen the rings 8 a little and to roll their edges while interposing between these rings a pro tube.
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tector whose edges are rolled in the opposite direction. So that the telescopic tubes do not interfere with the lateral movements of the compensator, a sufficient gap must be provided between them.
The compensators described constitute an ideal device for absorbing expansions. It not only allows the absorption of expansions along three dimensions but the reaction forces which occur on connected conduits are so small, even at high pressures, that the connected conduits or. the fixed points can have very small dimensions, which makes it possible, for example, to connect these compensators directly and without fear to the cast iron casing of turbines, diesel engines, compressors, etc.
Although with the axial compensators described a relief of the compensator pressure is already achieved with single-wall elastic bodies, this pressure can be reduced still considerably, acting on the fixed point, with elastic bodies at the fixed point. multiple walls for the reason that these offer very little resistance to movement. Further, the elastic bodies, which consist of several thin layers, can be made with lower corrugations so that the compensators have a smaller outside diameter. Therefore; the large elastic body, which supports the pressure relief, can be given reduced dimensions.
All the compensator can therefore
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be manufactured having a correspondingly reduced diameter, which has the further advantage that it can be established in pipes which are very close to each other. @
Claims:
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1.Axial compensator comprising at least three elastic bodies placed one after the other and connected in such a way that a pressure relief occurs, characterized in that the connecting members of the elastic bodies, which serve for the pressure relief, are established outside said bodies and are articulated in at least one plane so that the compensator can absorb not only axial movements but also lateral displacements of the parts connected to the compensator.