RU2180069C1

RU2180069C1 - Flexible expansion joint

Info

Publication number: RU2180069C1
Application number: RU2001103851/63A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Бородин; Г.С. Изаксон; В.П. Курбатов; И.Л. Шитарев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Моторостроитель"
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2002-02-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering, joints of movable parts of pipe-lines for piping high-temperature gas mediums, for example, in exhausting systems of internal-combustion engines. SUBSTANCE: spaces of bellows casing are made of helix along whole its length. Spaces are filled up with damping inserts. EFFECT: enhanced reliability of the pipe-lines due to damping opposite directed vibrations of more wide amplitude band. 3 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к трубопроводной технике, а именно к муфтам и компенсаторам, соединяющим относительно подвижные участки трубопроводов для транспортировки высокотемпературных газовых сред, и может быть использовано, например, в выхлопных системах двигателей. The present invention relates to pipeline technology, namely, to couplings and compensators connecting relatively movable sections of pipelines for transporting high-temperature gas media, and can be used, for example, in exhaust systems of engines.

Известен гибкий компенсатор, устанавливаемый в разъем газотрубопровода (1). Компенсатор состоит из двух коаксиальных гибких оболочек, образованных спиральной навивкой упругих профилированных лент, навитых в противоположных направлениях. При этом продольные кромки профилированной ленты каждой из оболочек выполнены в виде зигов, а сами оболочки взаимно скручены вокруг оси, каждая по направлению навивки. При работе этот гибкий компенсатор допускает любые виды перемещений его концов за счет взаимного смещения витков профилей и упругого пружинения краев ленты, выполненных каждый в виде продольного полугофра. Герметичность компенсатора обеспечивается за счет упругого контакта гофрированных краев ленты и цилиндрического участка профилированной ленты. Known flexible compensator installed in the connector of the gas pipeline (1). The compensator consists of two coaxial flexible shells formed by spiral winding of profiled elastic tapes, wound in opposite directions. In this case, the longitudinal edges of the profiled tape of each of the shells are made in the form of zigs, and the shells themselves are mutually twisted around the axis, each in the direction of winding. During operation, this flexible compensator allows any kind of movement of its ends due to the mutual displacement of the turns of the profiles and elastic springing of the edges of the tape, each made in the form of a longitudinal hemisphere. The tightness of the compensator is ensured by the elastic contact of the corrugated edges of the tape and the cylindrical section of the profiled tape.

Однако такой компенсатор ввиду значительной изгибной жесткости не может обеспечить гашения широкой амплитуды передаваемых колебаний, также как и достаточного демпфирования вибраций при осевых, поперечных и крутильных перемещениях соединяемых жестких трубных участков. However, such a compensator, due to the significant bending stiffness, cannot provide damping of the wide amplitude of the transmitted vibrations, as well as sufficient vibration damping during axial, transverse and torsional movements of the connected rigid pipe sections.

Известен гибкий компенсатор для соединения труб в выхлопных системах двигателя (2). Компенсатор содержит коаксиально смонтированные составную оболочку, эластичный трубчатый элемент, герметично соединенный с торцами компенсатора, и внутренний патрубок, неподвижно подсоединенный к одному из торцов трубчатого элемента. При этом оболочка составлена из двух перекрывающихся по торцам относительно подвижных в осевом направлении частей, на одной из которых выполнена выступающая кольцевая камера, разделенная на две полости радиальной перегородкой, предусмотренной на другой части оболочки. Полости камеры заполнены демпфирующими вставками. A known flexible compensator for connecting pipes in the exhaust systems of the engine (2). The compensator comprises a coaxially mounted composite shell, an elastic tubular element hermetically connected to the ends of the compensator, and an inner pipe fixedly connected to one of the ends of the tubular element. The shell is composed of two overlapping at the ends relatively axially moving parts, on one of which a protruding annular chamber is made, divided into two cavities by a radial partition provided on the other part of the shell. The cavity of the chamber is filled with damping inserts.

В этом компенсаторе взаимные перемещения частей оболочки возможны только в пределах податливости вставок, т.к. части, составляющие оболочку вместе со стенками камеры, обладают значительной конструкционной жесткостью. Однако при эксплуатации двигателя возможны колебания, превышающие пределы податливости вставок и вызывающие вибрации, передаваемые на узлы крепления выхлопной системы. Это, в свою очередь, может привести к поломке некоторых деталей. In this compensator, mutual movements of the shell parts are possible only within the flexibility of the inserts, because the parts that make up the shell along with the walls of the chamber have significant structural rigidity. However, during engine operation, fluctuations are possible that exceed the limits of compliance of the inserts and cause vibrations transmitted to the attachment points of the exhaust system. This, in turn, can cause damage to some parts.

Задачей изобретения является обеспечение возможности гашения разнонаправленных колебании более широкого диапазона амплитуд с усилением демпфирующего эффекта в области высокочастотных вибраций. The objective of the invention is to provide the possibility of damping multidirectional oscillations of a wider range of amplitudes with amplification of the damping effect in the field of high-frequency vibrations.

Указанная задача решается за счет того, что в гибком компенсаторе, содержащем коаксиально смонтированные составную оболочку, одна часть которой снабжена выступающей камерой, разделенной на полости радиальной перегородкой, предусмотренной на другой части оболочки, причем части оболочки выполнены с возможностью относительного перемещения перекрывающихся кромок в осевом направлении, а полости заполнены демпфирующими вставками, эластичный трубчатый элемент, герметично соединенный с торцами компенсатора, и внутренний патрубок, неподвижно подсоединенный к одному из торцов эластичного трубчатого элемента, согласно изобретению выступающая камера оболочки, составленной из спирально навитой упругой ленты, образована соответствующим профилем ленты. Полости камеры заполнены демпфирующими вставками по винтовой образующей на всей длине оболочки. Компенсатор при этом снабжен рукавом, коаксиально размещенным между оболочкой и трубчатым элементом. Рукав выполнен из спирально навитой упругой плоской ленты и подсоединен по торцам к оболочке. This problem is solved due to the fact that in a flexible compensator containing coaxially mounted composite shell, one part of which is provided with a protruding chamber, divided into cavities by a radial partition provided on the other part of the shell, and parts of the shell are made with the possibility of relative movement of overlapping edges in the axial direction and the cavities are filled with damping inserts, an elastic tubular element hermetically connected to the ends of the compensator, and the inner pipe, but connected to one end of the elastic tubular element of the invention serving cell membrane composed of a spirally wound elastic band is formed corresponding profile strip. The cavity of the chamber is filled with damping inserts along the helical generatrix along the entire length of the shell. The compensator is provided with a sleeve coaxially placed between the shell and the tubular element. The sleeve is made of a spirally wound elastic flat tape and connected at the ends to the shell.

При решении указанной задачи создается технический результат - гашение колебаний происходит за счет относительных перемещений витков ленты, образующих оболочку, а также за счет увеличенного объема демпфирующих вставок при выполнении камеры в виде винтовой полости по всей длине оболочки. When solving this problem, a technical result is created - the damping of vibrations occurs due to the relative movements of the turns of the tape forming the shell, as well as due to the increased volume of damping inserts when the camera is made in the form of a helical cavity along the entire length of the shell.

Приложенными чертежами иллюстрируется предлагаемый компенсатор к выхлопной системе двигателя автомобиля:
фиг.1 - общий вид компенсатора с продольным разрезом;
фиг.2 - увеличенное место I фиг.1.The attached drawings illustrate the proposed compensator to the exhaust system of a car engine:
figure 1 is a General view of a compensator with a longitudinal section;
figure 2 is an enlarged place I of figure 1.

Гибкий компенсатор для трубопровода выхлопной системы двигателя состоит из коаксиально расположенных эластичной трубки 1 в виде сильфона с внутренним патрубком 2 и внешней оболочки 3, образованной спиральной навивкой профилированной ленты. Сильфон 1 герметично приварен одним торцом к фланцу 4 и патрубку 2, а с другой стороны - к диафрагме 5 элемента 6 разъема компенсатора. При этом выходной торец 7 патрубка 2 размещен внутри элемента 6 разъема с возможностью свободного перемещения в осевом и радиальном направлениях. При спиральной навивке оболочки 3 профилированная лента образует винтовые полости 8, 9, 10, причем в полости 8 и 10 помещают при навивке демпфирующие вставки 11 и 12, которые в полученной оболочке представляют из себя две сплошные спирали, охватывающие компенсатор по всей его длине. Внешняя поверхность полости 9 и внутренние поверхности полостей 8 и 10 являются опорами для демпфирующих вставок 11, 12. Профилированный элемент ленты, образующий оболочку 3, включает в себя краевой полугофр 13, зигованный цилиндрический выступ 14, зигованное цилиндрическое углубление 15, гофр 16 и краевую цилиндрическую полку 17. После навивки оболочки полугофр 13 плотно и упруго прилегает к внешней поверхности углубления 15, гребень гофра 16 прижат к внутренней поверхности выступа 14, а краевая полка 17 заходит под внутреннюю поверхность углубления 15. Таким образом достигается формирование плотно замкнутых полостей для размещения упругосформованных демпфирующих вставок. A flexible compensator for the pipeline of the exhaust system of the engine consists of a coaxially located elastic tube 1 in the form of a bellows with an inner pipe 2 and an outer shell 3 formed by spiral winding of a profiled tape. The bellows 1 is hermetically welded with one end to the flange 4 and pipe 2, and on the other hand, to the diaphragm 5 of the element 6 of the compensator connector. While the output end 7 of the pipe 2 is placed inside the element 6 of the connector with the possibility of free movement in axial and radial directions. When spiral winding the sheath 3, the profiled tape forms screw cavities 8, 9, 10, and in the cavities 8 and 10, damping inserts 11 and 12 are placed during winding, which in the resulting sheath are two continuous spirals spanning the compensator along its entire length. The outer surface of the cavity 9 and the inner surfaces of the cavities 8 and 10 are supports for the damping inserts 11, 12. The profiled element of the tape forming the sheath 3 includes an edge hemisphere 13, a zigzag cylindrical protrusion 14, a zigzag cylindrical recess 15, a corrugation 16 and an edge cylindrical shelf 17. After winding the shell, the half-rib 13 is firmly and resiliently adjacent to the outer surface of the recess 15, the crest of the corrugation 16 is pressed against the inner surface of the protrusion 14, and the edge shelf 17 extends under the inner surface of the recess 15 Thus, the formation of tightly closed cavities is achieved to accommodate elastically formed damping inserts.

Для упругого удержания внешней оболочки 3 в скрученном состоянии внутри нее размещен спирально навитой из плоской ленты рукав 18, жестко скрепленный с фланцем 4 и диафрагмой 5 элемента 6 разъема. Спирально навитая оболочка и спиральный внутренний рукав навиты в противоположных направлениях и перед закреплением взаимоскручены вокруг оси компенсатора в противоположных направлениях по направлению навивки. Снабжение компенсатора дополнительным рукавом 18 позволяет освободить гибкий сильфон 1 от скручивающих нагрузок, воспринимаемых оболочкой. При этом лента с обеих сторон имеет фрикционную насечку. To elasticly hold the outer shell 3 in a twisted state, a sleeve 18 is spirally wound from a flat ribbon and is rigidly fastened to the flange 4 and the diaphragm 5 of the connector element 6. The spiral wound shell and the spiral inner sleeve are wound in opposite directions and, before fixing, are twisted around the axis of the compensator in opposite directions in the direction of winding. The supply of the compensator with an additional sleeve 18 allows you to release the flexible bellows 1 from the torsional loads perceived by the shell. In this case, the tape on both sides has a friction notch.

Работает предлагаемый компенсатор следующим образом. The proposed compensator works as follows.

При колебаниях как продольных, поперечных, так и крутильных происходят взаимные перемещения витков профилированной ленты, образующих оболочку 3, и сжатие демпфирующих вставок, причем в более широком диапазоне амплитуд, чем в известных гибких компенсаторах. При этом увеличенный объем материала демпфирующих вставок, размещенных по спирали на всю длину оболочки, также увеличивает диапазон амплитуд воспринимаемых извне колебаний. Высокочастотные вибрации поглощаются спиральными вставками 12, которые могут деформироваться не только в пределах податливости, но и как упругие спиральные элементы. With fluctuations of both longitudinal, transverse, and torsional, mutual movements of the turns of the profiled tape forming the sheath 3 occur and the damping inserts are compressed, and in a wider range of amplitudes than in the known flexible compensators. At the same time, the increased volume of material of the damping inserts arranged in a spiral along the entire length of the shell also increases the range of amplitudes of external vibrations. High-frequency vibrations are absorbed by spiral inserts 12, which can be deformed not only within flexibility, but also as elastic spiral elements.

Таким образом, выполнение камеры оболочки в виде винтовой спирали, охватывающей оболочку по всей ее длине, позволяет расширить диапазон амплитуд разнонаправленных колебаний и исключить при этом возможность разрушения подвижных участков выхлопной системы двигателя. Thus, the execution of the shell chamber in the form of a helical spiral, covering the shell along its entire length, allows you to expand the range of amplitudes of multidirectional vibrations and exclude the possibility of destruction of the moving sections of the exhaust system of the engine.

Источники
1. (Аналог) патент РФ 2011099, МКИ⁵ F 16 L 11/16, приоритет 19.04.91 г.Sources
1. (Analogue) RF patent 2011099, MKI ⁵ F 16 L 11/16, priority 04/19/91

2. (Прототип) патент США 4659117, МКИ F 16 L 55/02, приоритет 21.04.87 г. 2. (Prototype) US patent 4659117, MKI F 16 L 55/02, priority 21.04.87,

Claims

1. A flexible compensator for installation on the pipe connector of the exhaust system of the engine, comprising a coaxially mounted composite shell, one part of which is provided with a protruding chamber, divided into cavities by a radial partition provided on the other part of the shell, the shell parts being made with the possibility of relative movement of overlapping edges in the axial direction, and the cavities are filled with damping inserts, an elastic tubular element hermetically connected to the ends of the compensator, and inside a nipple fixedly connected to one of the ends of the tubular element, characterized in that the protruding chamber of the shell composed of a spirally wound elastic tape is formed by the corresponding profile of the tape and is filled with damping inserts along the helical generatrix along the entire length of the shell, while the compensator is provided with a sleeve, coaxially placed between the shell and the tubular element and made of a spirally wound elastic flat ribbon with connecting the sleeve at the ends to the shell.

2. The compensator according to claim 1, characterized in that the profile of the tape is formed by a longitudinally directed zigzag protrusion and a corrugation, and the longitudinal edge from the side of the protrusion is made in the form of a half hemisphere.

3. The compensator according to claim 1, characterized in that the flat tape of the sleeve is made with a bilateral friction layer.