HU225934B1

HU225934B1 - Nagynyomású, több rétegben erõsítõbetéteket tartalmazó tömlõ

Info

Publication number: HU225934B1
Application number: HU0400747A
Authority: HU
Inventors: Tibor Dr Nagy; Andras Boros
Original assignee: Phoenix Rubber Gumiipari Kft
Priority date: 2004-04-07
Filing date: 2004-04-07
Publication date: 2008-01-28
Also published as: GB2412953A; GB0507085D0; US20050241716A1; GB2412953B; HU0400747D0; US7143789B2; HUP0400747A2

Description

A leírás terjedelme 8 oldal (ezen belül 1 lap ábra)

HU 225 934 Β1

A találmány tárgya nagynyomású, több rétegben erősítőbetéteket tartalmazó olyan tömlőszerkezet, amelyben a szilárdsághordozó erősítőszálak spirálalakban vannak felvezetve.

Ismeretes, hogy a nagynyomású erősített tömlőket sokféle betétszerkezettel gyártják. A spirálbetétes tömlők konstrukciójának kulcskérdése, hogy a szerkezetnek egyidejűleg kell több feltételnek megfelelnie, nevezetesen a hajlékonyság megtartása mellett belső nyomáson minimálisnak kell lennie a hosszváltozásnak és az elcsavarodásnak. Ezt a célt a jelenleg ismert tömlőkonstrukciók úgy érik el, hogy mindig páros számú betétet alkalmaznak, melyek felvezetés! iránya alternáló bal-jobb vagy jobb-bal. Esetenként annak érdekében, hogy a tömlő kis hajlítási sugáron is megtartsa közel kör keresztmetszetét, a tömlő falába egy merev, viszonylag kis menetemelkedésű hélixet is beépítenek.

Már régóta ismert az úgynevezett egyensúlyi szög fogalma (35,26° a tömlő tengelyére merőleges keresztmetszettől mérve). Ez a szög egy csak belső nyomással terhelt egyenes csőben ébredő axiális és tangenciális feszültség és a nyomás egyensúlyából adódik.

Szintén ismert, hogy az egyensúlyi szögben felvitt spirál erősítőbetétek nem biztosítják a tömlő elcsavarodásmentességét, és az ilyen betéteket tartalmazó tömlők nyomásbírása is elmarad a várakozástól, mivel a betétek közötti teherviselés nem egyenletes. Ennek a hátránynak a kiküszöbölésére számtalan próbálkozás történt.

A 199 115 számú magyar szabadalmi leírás kismértékben eltérő betétszöget ajánl 2 és 4 betétes tömlőkre, azzal a kikötéssel, hogy a betétszögek átlaga legalább 10 szögperccel térjen el az egyensúlyi szögtől. Az így felépített tömlők nyomásbírása - különösen 4 vagy több betét esetén - gyenge, ezért ma már inkább csak két betét esetén használják ezt a megoldást. A 198 781 számú magyar és az ennek megfelelő 4,860,798 számú USA szabadalom 2, 4, 6, sőt 8 betétes spirálerősítésű tömlőket is leír. Ezeknél a felvezetési szög belülről kifelé jelentősen csökken, akár 55°-tól 16°-ig. A betétszögeknek a szakadási nyúlást is figyelembe vevő, szigorú matematikai összefüggéseknek kell megfelelni. A gyakorlatban az ilyen tömlők belső nyomás hatására mindig rövidülnek, és hajlítási merevségük is jelentősen nő.

Több olyan megoldás is ismert, ahol a belső nyomásból adódó tangenciális erőket külön kisszögű betétpár, az axiális erőket pedig az egyensúlyi szögnél jóval nagyobb szögű betétpár viseli. Ilyen tömlőszerkezeteket ír le a 941867 és 994853 számú szovjet, valamint a 953833 számú brit szabadalmi leírás. Ezeknek a tömlőknek azonban közös hátránya, hogy kevéssé hajlékonyak, belső nyomás nélkül meghajlítva könnyen betörnek, ezért a gyakorlatban nem terjedtek el.

A találmány célkitűzése tehát olyan tömlőkonstrukció kialakítása, ami a belső nyomás hatására csak minimális alakváltozást mutat, és egyidejűleg kiváló hajlékonysággal rendelkezik. A cél elérése érdekében sza10 kítottunk azzal a hagyománnyal, miszerint a spirálerősítésű tömlőkben csak páros számú betét lehet.

A találmány szerinti megoldás ily módon az adott szakterületen szakmai előítéletet dönt meg.

A találmány szerinti hajlékony tömlők lényege tehát, hogy páratlan számú spirálmenetben felvitt erősítőbetétet tartalmaznak.

A betétek anyaga a találmány szempontjából nem jellemző, de természetesen rugalmassági modulusuk nagyságrendekkel meghaladja a gumiét. Az erősítőbetét például lehet acélsodrony, huzal, textilkord, szénszál, üvegszál stb. Célszerűen az egyes betétek erősítőszálai azonosak, vagy legalább rugalmassági modulusuk hasonló. Azonosnak tekintünk két betétszálat akkor, ha anyaguk és geometriai kialakításuk lényegében azonos, például azonos átmérőjű és szerkezetű acélsodrony.

A találmány szerinti tömlő egy előnyös megvalósítási módjánál az egyik betét kis szögben, azaz 10°-nál nem nagyobb szögben van felvezetve, és szálszáma az összes betétszál 10%-át nem haladja meg, a többi erősítőbetét szögeinek átlaga pedig nagyobb, mint az úgynevezett egyensúlyi szög (35,26°).

A találmány egy további előnyös megvalósítási módjánál a kis szögben felvitt betét szálszáma kielégíti az alábbi egyenlőtlenséget:

ABS f n,i*k £ Smr/N/F, cos a, /=1 > N„ (1) ahol: „k” index mindig a kisszögű betétre utal i futóindex, a kisszögű betét kivételével, belülről kifelé haladva m: előjelfüggvény, értéke +1 a balmenetes és -1 a jobbmenetes betétekre η, illetve r_k a megfelelő betét felépítési középsugara Nj, illetve N_k a megfelelő betét szálszáma F_h illetve F_k a betétszál szakítóereje n: a betétek száma

ABS: abszolút érték

Egyidejűleg előnyös, ha a tömlő kielégíti az alábbi egyenlőtlenséget is:

0,36£sin a, n

>^NjFj sina_; > /=1 ⁿ NF

0,3£^£m sin a.

(2) ahol:

j futóindex, beleértve a kisszögű betétet is.

A találmány szerinti páratlan számú erősítőbetéttel ellátott tömlő készülhet úgy, hogy a legfelső betétjét vezetik fel kis szögben (1. példa), a kisszögű betét a nagyobb szögűek között helyezkedik el (2. példa), vagy a tömlő legalsó betéte készül kis felvezetési szöggel (3. példa).

Három betét esetén, ha a betétszálak tulajdonságai az egyes betétekben lényegében azonosak, akkor az egyik célszerű megvalósítási módnál a felső, azaz harmadik betét a kisszögű. A két alsó betét szálszáma lehet azonos, ami a gyártástechnológia szempontjából előnyös. Célszerűen az ilyen tömlő alsó két betétjének

HU 225 934 Β1 szöge legfeljebb ±3 fokkal tér el az alábbi egyenletek által meghatározottól:

sina^O,707+0,19z (3) sina₂=0,707-0,19z (4) ahol z a relatív betéttávolság, azaz a két szélső betét középsugarainak különbsége osztva a 2. betét középsugarával, z=(r₃-r₁)/r₂.

betét esetén (lásd 4. példa)

sina-i =0,646+0,28z	(5)
sina₂=0,646+0,09z	(6)
sina₃=0,646-0,08z	(7)
sina₄=0,646-0,23z	(8)

ahol z a relatív betéttávolság, két szélső betét középsugarának különbsége osztva a 3. betét középsugarával, Ζ=(Γ5-Γι)/Γ₃.

betét esetén

sincq=0,624+0,34z	(9)
sina₂=0,624+0,18z	(10)
sina₃=0,624+0,06z	(11)
sina₄=0,624-0,05z	(12)
sina₅=0,624-0,15z	(13)
sinote=0,624-0,23z	(14)

ahol z a relatív betéttávolság, két szélső betét középsugarának különbsége osztva a 4. betét középsugarával, z=(r7-^ri)/r₄.

A találmány egy további előnyös megvalósítási módjánál az összes erősítőbetétben szintén azonos tulajdonságú betétszálak vannak elhelyezve, és a betétek szöge belülről kifelé haladva erősebben csökken, mint az előbbi esetben; továbbá a betétszögek legfeljebb ±3 fokkal térnek el az alábbi egyenletek által meghatározottól (az ilyen tömlők kiemelkedően jó nyomásbírással rendelkeznek, de felépítésüknél az erősítőbetét szálszáma betétről betétre változik):

betét esetén (lásd 5. példa) sina^O,707+0,73z (15) sina₂=0,707-0,39z (16) ahol z a relatív betéttávolság, azaz a két szélső betét középsugarainak különbsége osztva a 2. betét középsugarával z=(r₃-r₁)/r₂.

betét esetén (lásd 6. példa)

sincq =0,646+0,59z	(17)
sina₂=0,646+0,36z	(18)
sina₃=0,646-0,09z	(19)
sina₄=0,646-0,63z	(20)

betét esetén

sinoq=0,624+0,75z	(21)
sina₂=0,624+0,58z	(22)
sina₃=0,624+0,18z	(23)
sina₄=0,624-0,17z	(24)
sina₅=0,624-0,41 z	(25)
sinct6=0,624-0,46z	(26)

ahol z a relatív betéttávolság, két szélső betét középsugarának különbsége osztva a 4. betét középsugarával, z=(r₇-r₁)/r₄.

Természetesen a találmány szerinti tömlők készülhetnek olyan szögekkel is, amelyek fentebb ismertetettek közötti területre esnek, például hárombetétes tömlő esetén:

arcsin(0,707+0,192)-3°<a₁<arcsin(0,707+0,73z)+3° arcsin(0,707-0,192)+3°<cq<arcsin(0,707-0,73z)-3°

A találmány szerinti megoldást a következőkben az ábra és a példák kapcsán ismertetjük, a jobb érthetőség kedvéért, anélkül azonban, hogy a megoldást a rajzra, illetve példákra korlátoznánk.

Az 1. ábra 16 mm belső átmérőjű gumitömlő metszetét szemlélteti, mely tömlő 2 mm vastag 6 lelket és 5 darab, 1-5 erősítöbetétet tartalmaz. A betétek a 7 ágyazógumiban foglalnak helyet A tömlőt a 8 fedlap borítja. Az ábrán bemutatott gumitömlő 1-5 betétei és az azokhoz tartozó α₁-α₅ szögek összefüggéseit közelebbről a későbbiekben a 6. ábra kapcsán fogjuk még elmagyarázni.

1. példa

A találmány szerinti termék 90 mm belső átmérőjű gumitömlő, mely 3 erősítőbetéttel rendelkezik, és amely 4 mm vastagságú folyadékzáró réteget, úgynevezett lelket tartalmaz. A lélek felett két réteg gumizott teherelosztó szövet helyezkedik el. Az alkalmazott sodrony minden betétben azonos, 5 mm átmérőjű, szakítóereje F=31 700 N. A felépítési sugarak és szögek rendre az alábbiak:

Betét	Felépítési középsugár η (mm)	Felépítési szög a, (fok)	Szálszám N,	Felvezetési irány
1.	54	48	49	bal
2.	60	43	49	jobb
3.	66	3	4	bal

Az (1) szerinti bal oldali kifejezés abszolút értéke 17,3, tehát a kísszögű 3. betét választott szálszáma teljesíti a követelményt, hogy kisebb legyen. A (2) egyenlőtlenség vonatkozó adatai:

2440 kN>2220 kN>2040 kN.

A fenti tömlőre a z relatív betéttávolság értéke 0,2.

A (3), (4) és (5) összefüggés alapján adódó betétszögek rendre cq: 48,2 fok, a₂: 42,0 fok, a választott szögek a ±3 fokos határon belül vannak.

2. példa

A találmány szerinti termék 76 mm belső átmérőjű gumitömlő, 3 erősítőbetéttel, amely 5 mm vastag lelket és 3 réteg gumírozott teherelosztó szövetet tartalmaz.

Az alkalmazott sodrony minden betétben azonos,

2,1 mm átmérőjű, szakítóereje F=6000 N. A kisszögű betét a középső, a betétek felvezetési iránya nem alternáló, az 1. és 2. betét azonos irányban van felvezetve.

HU 225 934 Β1

Betét	Felépítési középsugár r, (mm)	Felépítési szög a, (fok)	Szálszám N,	Felvezetési irány
1.	48,9	39,4	88	jobb
2.	52,2	2,7	7	jobb
3.	55,5	52,2	123	bal

Az (1) egyenlőtlenség szerinti bal oldali kifejezés értéke 49,4, tehát a kisszögű 2. betét választott szálszáma teljesíti azt a követelményt, hogy kisebb legyen. A (2) egyenlőtlenség vonatkozó adatai:

956 kN>920 kN>797 kN.

3. példa

A 2. példához hasonló tömlő, ugyanolyan sodronyból készült betétekkel, azonban a legalsó betét van kis szögben felvezetve.

Betét	Felépítési középsugár r, (mm)	Felépítési szög a, (fok)	Szálszám Ni	Felvezetési irány
1.	48,9	2,1	5	jobb
2.	52,2	45,9	105	bal
3.	55,5	42,8	106	jobb

Az (1) egyenlőtlenség szerinti bal oldali kifejezés értéke 30,8, tehát a kisszögű 1. betét választott szálszáma teljesíti azt a követelményt, hogy kisebb legyen. A (2) egyenlőtlenség vonatkozó adatai:

947 kN>886 kN>790 kN.

4. példa

A 100 mm belső átmérőjű tömlő- 5 betét poliészter kordszövettel van erősítve. A kordszövet láncirányú szálainak szakítószilárdsága 400 N/szál, a szálbeállítás 70 szál/10 cm. A felpréselt kordszövet vastagsága 2 mm. A felépítési adatok rendre az alábbiak:

Betét	Felépítési középsugár η (mm)	Felépí- tési szög a, (fok)	Sáv- széles- ség (mm)	Szál- szám Ni	Felve- zetési irány
1.	55	42,8	235	165	jobb
2.	57	41,0	235	165	bal
3.	59	39,3	235	165	jobb
4.	61	37,3	235	165	bal
5.	63	8,0	55	38	jobb

Az (1) egyenlőtlenség szerinti bal oldali kifejezés értéke 40,9, tehát a kisszögű 5. betét választott szálszáma kielégíti azt a követelményt, hogy kisebb legyen.

A (2) egyenlőtlenség vonatkozó adatai:

187 kN>173 kN>156 kN.

A fenti tömlőre a z relatív betéttávolság értéke 0,136, az(5)-(8) egyenletek alapján adódó betétszögek rendre: ai=43,2°, 02=41,2°, a₃=39,4° és a₃=37,9°. A választott szögek a ±3°-os határon belül vannak.

5. példa

A 2. és 3. példához hasonló tömlő ugyanolyan sodronyból készült három erősítőbetéttel, de legfelső betét a kis szögben felvezetett.

Betét	Felépítési középsugár r, (mm)	Felépítési szög aj (fok)	Szálszám N,	Felvezetési irány
1.	48,9	53,1	110	jobb
2.	52,2	41,1	97	bal
3.	55,5	6,0	16	jobb

Az (1) egyenlőtlenség szerinti bal oldali kifejezés értéke 31,7, tehát a kisszögű 3. betét választott szálszáma teljesíti azt a követelményt, hogy kisebb legyen. A (2) egyenlőtlenség vonatkozó adatai:

946 kN>920 kN>789 kN.

6. példa

A találmány szerinti termék 16 mm belső átmérőjű gumitömlő, amely 2 mm vastagságú folyadékzáró réteget (lelket) tartalmaz. Az alkalmazott erősítőbetét 0,7 mm átmérőjű acélhuzal, szakítóereje 980 N. A felépítési sugarak és szögek az alábbiak:

Betét	Felépítési középsugár r, (mm)	Felépítési szög a_:(fok)	Szálszám Nj	Felvezetési irány
1.	11,25	55,5	79	bal
2.	12,25	49,0	79	jobb
3.	13,25	38,2	70	bal
4.	14,25	27,1	55	jobb
5.	15,25	3,1	7	bal

Az (1) egyenlőtlenség szerinti bal oldali kifejezés abszolút értéke 19,7, tehát a kisszögű 5. betét választott szálszáma teljesíti a követelményt, hogy kisebb legyen.

A (2) egyenlőtlenség vonatkozó adatai:

199 kN>190 kN>166 kN.

A fenti tömlőre a z relatív betéttávolság értéke 0,302, a betétszögek kevesebb mint 3 fokkal térnek el a (17)-(20) összefüggésekben meghatározottól.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Nagynyomású, több rétegben spirálisan felvezetett erősítőbetéteket tartalmazó tömlő, azzal jellemezve, hogy az erősítőbetétek száma páratlan, legalább egy betét szöge (a_k) - a tömlő tengelyére merőleges

HU 225 934 Β1 keresztmetszettől mérve - kevesebb mint 10°, a szálak száma (NJ legalább egy betétben kisebb, mint

ABS w

cos a.

( n.i*k >N„

d) ahol: „k” index mindig a kisszögű betétre utal /' futóindex, a kisszögű betét kivételével m: előjelfüggvény, értéke +1 a balmenetes és -1 a jobbmenetes betétekre r„ illetve r_k a megfelelő betét felépítési középsugara N_b illetve N_k a megfelelő betét szálszáma F„ illetve F_k a megfelelő betétszál szakítóereje n: a betétek száma

ABS: abszolút érték; és valamennyi betét együttesen kielégíti a

0,36^ - ^^- > £ N F. sin > 0,3^-^- (2) i=, sin a, JÍ sin a, egyenlőtlenségeket, ahol:

j futóindex, beleértve a legalább egy kisszögű betétet is.

2. Az 1. igénypont szerinti tömlő, azzal jellemezve, hogy az egyes betétekben azonos vagy közel azonos erősítőszálak vannak elhelyezve.

3. Az 1. igénypont szerinti tömlő, azzal jellemezve, hogy a szál száma (n_k) nem haladja meg az összes betétszál 10%-át, a többi betét szögeinek átlaga pedig nagyobb, mint 35,26°.

4. Az 1. igénypont szerinti tömlő, azzal jellemezve, hogy páratlan számú erősítőbetétként három erősítőbetétet tartalmaz, a legfelső betéte van kis szöggel felvezetve, és a két alsó erősítőbetétének szöge legfeljebb ±3°-kal tér el a sin 0,=0,707+0,19z (3) sin a₂=0,707-0,19z (4) egyenletek által meghatározottól, ahol z a relatív betéttávolság, két szélső betét középsugarának különbsége osztva a második betét r₂ középsugarával, z=(r₃-r,)/r₂.

5. Az 1. igénypont szerinti tömlő, azzal jellemezve, hogy páratlan számú erősítőbetétként öt erősítőbetéttel rendelkezik, és a legfelső betéte van kis szöggel felvezetve, és alsó négy erősítőbetétének szöge legfeljebb ±3°-kal tér el a

sin ai=0,646+0,28z (5) sin a₂=0,646+0,09z (6) sin a₃=0,646-0,08z (7) sin a₄=0,646-0,23z (8)

egyenletek által meghatározottaktól, ahol z a relatív betéttávolság, két szélső betét középsugarának különbsége, osztva a 3. betét középsugarával, z=(r₅-r₁)/r₃

6. Az 1. igénypont szerinti tömlő, azzal jellemezve, hogy páratlan számú erősítőbetétként hét erősítőbetéttel rendelkezik, és a legfelső betéte van kis szöggel felvezetve, és alsó hat erősítőbetétének szöge legfeljebb ±3°-kal tér el a

sin ai=0,624+0,34z (9) sin a₂=0,624+0,18z (10) sin a₃=0,624+0,06z (11) sin a₄=0,624-0,05z (12) sin 05=0,624—0,15z (13) sin a₆=0,624-0,23z (14)

egyenletek által meghatározottaktól, ahol z a relatív betéttávolság, két szélső betét középsugará10 nak különbsége osztva a 4. betét középsugarával, z=(r₇-r₁)/r₄.

7. Az 1. igénypont szerinti tömlő, azzal jellemezve, hogy páratlan számú betétként három betéttel rendelkezik, és a legfelső betéte van kis szöggel felvezetve,

15 és alsó két erősítőbetétjének szöge legfeljebb ±3°-kal tér el a sin a,=0,707+0,73z (15) sin a₂=0,707-0,39z (16) egyenletek által meghatározottaktól,

20 ahol z a relatív betéttávolság, azaz a két szélső betét középsugarainak különbsége osztva a 2. betét középsugarával, z=(r₃-r₁)/r₂.

8. Az 1. igénypont szerinti tömlő, azzal jellemezve, 25 hogy páratlan számú erősítőbetétként öt betéttel rendelkezik, és a legfelső betéte van kis szöggel felvezetve, és alsó négy erősítőbetétjének szöge legfeljebb ±3°-kal tér el a

sin α·)=0,646+0,59z (17) 30 sin a₂=0,646+0,36z (18) sin a₃=0,646-0,09z (19) sin a₄=0,646-0,63z (20)

egyenletek által meghatározottaktól, ahol z a relatív betéttávolság, azaz a két szélső betét

35 középsugarainak különbsége osztva a 3. betét középsugarával, z=(r₅-r₁)/r₃.

9. Az 1. igénypont szerinti tömlő, azzal jellemezve, hogy páratlan számú erősítőbetétként 7 betéttel rendelkezik, és a legfelső betéte van kis szöggel felvezet40 ve, és alsó hat erősítőbetétjének szöge legfeljebb ±3°kal tér el a

sin α·,=0,624+0,75z (21) sin a₂=0,624+0,58z (22) sin a₃=0,624+0,18z (23) sin a₄=0,624-0,17z (24) sin a₅=0,624-0,41 z (25) sin a₆=0,624-0,46z (26)

50 középsugarainak különbsége osztva a 4. betét középsugarával, z^r-f-r^lr^.

10. Az 1. igénypont szerinti tömlő, azzal jellemezve, hogy a legfelső betéte van kis szöggel felvezetve, és az alsó erősítőbetétek szögei

55 sin 0-,=0,707+0,19z sin a₂=0,707-0,19z (3) (4) és sin a-|=0,707+0,73z (15) sin a₂=0,707-0,39z (16)

60 egyenletek által meghatározott értékek közé esnek, ahol

HU 225 934 Β1 z a relatív betéttávolság, két szélső betét középsugarának különbsége, osztva egy közbenső betét középsugarával.

11. Az 1. igénypont szerinti tömlő, azzal jellemezve, hogy a legfelső betéte van kis szöggel felvezetve, és az alsó erősítőbetétek szögei a

12. Az 1. igénypont szerinti tömlő, azzal jellemezve, hogy legfelső betéte van kis szöggel felvezetve, és az alsó erősítőbetétek szögei a

sin ai=0,646+0,28z (5) sin a₂=0,646+0,09z (6) sin a₃=0,646-0,08z (7) sin a₄=0,646-0,23z (8) sin α·|=0,646+0,59z (17) sin a₂=0,646+0,36z (18) sin a₃=0,646-0,09z (19) sin a₄=0,646-0,63z (20)

egyenletek által meghatározott értékek közé esnek, ahol z a relatív távolság, két szélső betét középsugarának különbsége osztva egy közbenső betét középsugarával.

sin 0-1=0,624+0,34z (9) sin a₂=0,624+0,18z (10) sin a₃=0,624+0,06z (11) sin a₄=0,624-0,05z (12) sin a₅=0,624-0,15z (13) sin ae=0,624-0,23z (14) sin <*1=0,624+0,75z (21) sin a₂=0,624+0,58z (22) sin oc₃=0,624+0,18z (23) sin a₄=0,624-0,17z (24) sin oc₅=0,624-0,41 z (25) sin o(g=0,624-0,46z (26)