RU2551459C1

RU2551459C1 - Multilayered bellows

Info

Publication number: RU2551459C1
Application number: RU2014111585/06A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Александрович Барынин; Иван Юрьевич Гашков; Идрис Зилфикарович Даштиев; Алексей Александрович Ефремов; Виктор Николаевич Журавлёв; Виктор Владимирович Захаров; Александр Алексеевич Кульков; Сергей Борисович Кудрявцев
Original assignee: Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2015-05-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: bellows comprises end cylindrical sections and a corrugated central section with leak-tight inner layer and load-bearing outer layers in the form of a mesh, the leaktight inner layer is made as a separate bellows shell from elastomer, and the outer load-bearing layers are made as a mesh shell including rigid annular ribs interconnected by axial elastic cords, and end ribs of the mesh shell are connected to the cylindrical sections of the bellows in a leaktight manner.

EFFECT: high connection reliability.

4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может найти применение при создании гибких оболочечных конструкций, работающих под давлением в соединениях трубопроводов для компенсации больших осевых и угловых перемещений.The invention relates to mechanical engineering and can be used to create flexible shell structures working under pressure in pipe connections to compensate for large axial and angular displacements.

Известен способ изготовления сильфонного компенсатора для магистральных трубопроводов с формованием герметизирующей гофрированной оболочки сильфона на оправке и намоткой силовых слоев в впадины герметизирующей оболочки (Патент РФ №2324092, МПК F16J 3/04).A known method of manufacturing a bellows expansion joint for trunk pipelines with the formation of a sealing corrugated bellows shell on the mandrel and winding the power layers into the depressions of the sealing shell (RF Patent No. 2324092, IPC F16J 3/04).

Недостатком указанного технического решения является невысокая надежность герметизирующей оболочки из-за сложной технологии укладки армирующих салфеток и отверждения, в процессе которого не смотря на вакуумирование возможно образование пор и реализация в процессе работы так называемого «кессонного» эффекта при сбросе давления. Другим недостатком является невозможность одновременной реализации высокого давления и высокого компенсирующего диапазона перемещений из-за потери гофрой эластичности из-за необходимости укладки нескольких слоев армирующих салфеток.The disadvantage of this technical solution is the low reliability of the sealing shell due to the complex technology of laying reinforcing napkins and curing, during which, despite evacuation, pores can form and the so-called "caisson" effect can be realized during pressure relief. Another disadvantage is the impossibility of simultaneously implementing high pressure and a high compensating range of movements due to the loss of corrugation elasticity due to the need to lay several layers of reinforcing napkins.

Известен также многослойный сильфон по патенту США №3096104, кл. 285-226, содержащий множество гофров, соединенных вместе. Кроме того, гофрированное соединение помещено в металлический тканый рукав. Недостатком данного технического решения является невысокий компенсирующий диапазон перемещений из-за жесткости тканого рукава при больших давлениях внутри трубопровода.Also known multilayer bellows according to US patent No. 3096104, CL. 285-226 containing a plurality of corrugations joined together. In addition, the corrugated joint is placed in a metal woven sleeve. The disadvantage of this technical solution is the low compensating range of movements due to the stiffness of the woven sleeve at high pressures inside the pipeline.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому является многослойный сильфон, содержащий концевые цилиндрические участки и гофрированный герметичный средний участок, размещенный в перфорированных силовых слоях (Патент РФ №2064106, МПК F16J 3/04). Основным недостатком этого сильфона также является невозможность реализации при высокой надежности высокого диапазона перемещений и больших значений давления в трубопроводе.The closest in combination of features to the claimed one is a multilayer bellows containing end cylindrical sections and a corrugated sealed middle section located in perforated force layers (RF Patent No. 2064106, IPC F16J 3/04). The main disadvantage of this bellows is the inability to implement, with high reliability, a high range of movements and large pressure values in the pipeline.

Технической задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей сильфона - обеспечение при высокой надежности высокого компенсирующего диапазона перемещений и рабочих давлений внутри сильфона.An object of the invention is to expand the operational capabilities of the bellows - providing, with high reliability, a high compensating range of movements and working pressures inside the bellows.

Технический результат достигается тем, что гофрированный средний участок выполнен в виде отдельной сильфонной оболочки и скреплен герметично с цилиндрическими участками, а наружный силовой слой выполнен в виде сетчатой оболочки, содержащей жесткие кольцевые шпангоуты, соединенные между собой осевыми эластичными кордными шнурами, заформованными в шпангоуты равномерно на поверхности оболочки, а между шпангоутами эластичные кордные шнуры имеют П-образный изгиб в кольцевом направлении, причем между соседними шпангоутами П-образный изгиб эластичного кордного шнура направлен в противоположную сторону, а концевые шпангоуты сетчатой оболочки скреплены герметично с цилиндрическими участками многослойного сильфона.The technical result is achieved by the fact that the corrugated middle section is made in the form of a separate bellows shell and sealed tightly with cylindrical sections, and the outer power layer is made in the form of a mesh shell containing rigid ring frames connected by axial elastic cord cords molded into frames uniformly on the surface of the shell, and between the frames elastic cord cords have a U-shaped bend in the annular direction, and between adjacent frames U-shaped bend b elastic cord the cord is directed in the opposite direction, and the end frames retina fastened sealingly with the cylindrical portions of the multilayer bellows.

Отличительными особенностями многослойного сильфона являются следующие признаки:Distinctive features of a multilayer bellows are the following features:

- внутренний герметичный слой выполнен в виде отдельной сильфонной оболочки из эластомера, скрепленной герметично с цилиндрическими участками, что позволяет расширить эксплуатационные возможности многослойного сильфона за счет больших осевых и угловых перемещений эластомерной сильфонной оболочки;- the inner sealed layer is made in the form of a separate bellows shell of elastomer, sealed tightly with cylindrical sections, which allows to expand the operational capabilities of the multilayer bellows due to the large axial and angular movements of the elastomeric bellows shell;

- наружный силовой слой выполнен в виде сетчатой оболочки с жесткими кольцевыми шпангоутами, соединенными между собой осевыми эластичными кордными шнурами, заформованными в шпангоуты равномерно по поверхности оболочки, что также способствует реализации поставленной цели;- the outer power layer is made in the form of a mesh shell with rigid annular frames, interconnected by axial elastic cord cords, molded into frames uniformly on the surface of the shell, which also contributes to the realization of the goal;

- между шпангоутами эластичные кордные шнуры имеют П-образный изгиб в кольцевом направлении, причем между соседними шпангоутами П-образный изгиб эластичного кордного шнура направлен в противоположную сторону, что также направлено на реализацию поставленной цели с обеспечением высокой надежности и без увеличения габаритов сильфона в радиальном направлении.- between the frames the elastic cord cords have a U-shaped bend in the annular direction, and between adjacent frames the U-shaped bend of the elastic cord is directed in the opposite direction, which is also aimed at realizing the goal with high reliability and without increasing the dimensions of the bellows in the radial direction .

Указанные признаки конструктивно взаимосвязаны и являются существенными, т.к. каждый из них в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи с достижением цели, технического результата, использование единой совокупности существенных отличительных признаков в известном уровне техники не обнаружено, что характеризует соответствие заявляемого технического решения критерию «новизна», данное техническое решение является результатом опытно-конструкторской работы по созданию устройства гибкой связи, работающего под внутренним давлением, между двумя жесткими элементами сооружения, с взаимными осевыми и радиальными перемещениями. Решение обладает неочевидностью, что свидетельствует о его соответствии критерию «изобретательский уровень».These signs are structurally interconnected and are significant, because each of them individually and all together are aimed at solving the problem with achieving the goal, the technical result, the use of a single set of essential distinguishing features in the prior art was not found that characterizes the conformity of the claimed technical solution to the criterion of "novelty", this technical solution is the result of experience design work on the creation of a flexible communication device operating under internal pressure between two rigid elements of a structure, with axial and radial movements. The solution has non-obviousness, which indicates its compliance with the criterion of "inventive step".

Сущность изобретения поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:

фиг.1 - общий вид многослойного сильфона;figure 1 is a General view of a multilayer bellows;

фиг.2 - вид А на фиг.1;figure 2 - a view of figure 1;

фиг.3 - разрез I-I по фиг.2 сильфона в исходном состоянии;figure 3 is a section I-I of figure 2 of the bellows in the initial state;

фиг.4 - разрез I-I по фиг.2 сильфона в растянутом состоянии.figure 4 - section I-I of figure 2 of the bellows in a stretched state.

Сильфон содержит концевые цилиндрические участки 1 и гофрированный средний участок 2, содержащий отдельную герметичную сильфонную оболочку 3, скрепленную герметично с цилиндрическими участками 1, и наружную силовую сетчатую оболочку 4, содержащую жесткие кольцевые шпангоуты 5, 6, соединенные между собой эластичными кордными шнурами 7, заформованными в шпангоуты равномерно по поверхности силовой сетчатой оболочки. Между шпангоутами эластичные кордные шнуры имеют П-образные изгибы в кольцевом направлении, причем между соседними шпангоутами П-образный изгиб направлен в противоположную сторону.The bellows contains the end cylindrical sections 1 and the corrugated middle section 2, containing a separate sealed bellows shell 3, sealed tightly with the cylindrical sections 1, and the outer power mesh shell 4, containing rigid ring frames 5, 6, interconnected by elastic cord cords 7, molded in frames evenly over the surface of the power mesh shell. Between the frames, the elastic cord cords have U-shaped bends in the annular direction, and between adjacent frames the U-shaped bend is directed in the opposite direction.

Концевые шпангоуты 5, сильфонная оболочка 3 и концы эластичных кордных шнуров 8 герметично скреплены в цилиндрических участках сильфона с помощью крепежных элементов 9 и накладок 10.The end frames 5, the bellows shell 3 and the ends of the elastic cord cords 8 are hermetically fastened in the cylindrical sections of the bellows using fasteners 9 and lining 10.

Высокие эксплуатационные возможности сильфона обеспечиваются удлинением среднего участка и поворотом цилиндрических участков сильфона относительно друг друга за счет выпрямления П-образных изгибов и вытягивания и поворота внутренней сильфонной оболочки из эластомера. За счет противоположного направления П-образных изгибов обеспечивается равномерное удлинение и поворот силовой сетчатой оболочки без образования гофр и изгибов. Длины П-образных изгибов эластичного кордного шнура определяются длиной выпрямления гофр внутренней сильфонной оболочки. Количество шпангоутов, их размеры, прочность при разрушении эластичного кордного шнура, толщины и необходимость армирования сильфонной оболочки из эластомера определяются из геометрических размеров и внутреннего давления в трубопроводе.High operational capabilities of the bellows are provided by lengthening the middle section and turning the cylindrical sections of the bellows relative to each other by straightening the U-shaped bends and pulling and turning the inner bellows shell from the elastomer. Due to the opposite direction of the U-shaped bends, uniform elongation and rotation of the power mesh shell is ensured without the formation of corrugations and bends. The lengths of the U-shaped bends of the elastic cord are determined by the straightening length of the corrugations of the inner bellows shell. The number of frames, their sizes, the breaking strength of the elastic cord cord, the thickness and the need for reinforcing the bellows shell of the elastomer are determined from the geometric dimensions and internal pressure in the pipeline.

По материалам изобретения изготовлены модели и натурные многослойные сильфоны с внутренним рабочим давлением 5÷25 кг/см² с отношением длины в растянутом состоянии к исходной длине 2,8÷1,3. При этом герметичная внутренняя сильфонная оболочка изготовлена из полиуретана с твердостью 80-85 единиц по Шору А и прочностью при разрыве 40 МПа с относительным удлинением 450%, а силовая оболочка изготовлена намоткой из пропитанного стекловолокна шпангоутов и укладкой эластичного кордного шнура на оправке с эластичными матрицами, размещенными на цилиндрической поверхности оправки с одновременной заделкой законцовок эластичного кордного шнура в концевых шпангоутах, и в промежуточных шпангоутах в среднем участке многослойного сильфона. Проведены статические испытания гидронагружением внутренним давлением с удлинением сильфона практически в 2 раза и ресурсные испытания с выдержкой под давлением 0÷25 кг/см² 300 циклов и с угловым взаимным поворотом фланцев на 5°, которые подтвердили повышенную эффективность и эксплуатационные возможности предложенного варианта сильфона.Based on the materials of the invention, models and full-scale multilayer bellows with an internal working pressure of 5 ÷ 25 kg / cm ² with a ratio of the length in the extended state to the initial length of 2.8 ÷ 1.3 are made. At the same time, the sealed inner bellows shell is made of polyurethane with a hardness of 80-85 Shore A units and a tensile strength of 40 MPa with a relative elongation of 450%, and the power shell is made of fiberglass-impregnated frames by winding and laying an elastic cord on a mandrel with elastic matrices, placed on the cylindrical surface of the mandrel with the simultaneous termination of the endings of the elastic cord in the end frames, and in the intermediate frames in the middle section of the multilayer bellows . Static tests were carried out by hydraulic loading with internal pressure with a bellows extension of almost 2 times and life tests with a shutter speed of 0 ÷ 25 kg / cm ² 300 cycles and angular mutual rotation of the flanges by 5 °, which confirmed the increased efficiency and operational capabilities of the proposed bellows version.

Представленное новое техническое решение в предложенной совокупности существенных признаков позволяет создать многослойный сильфон для соединения гибкой связью сооружения (трубопроводы) с взаимными осевыми и радиальными перемещениями более эффективно по сравнению с известным уровнем техники, воспроизводимо промышленным способом и соответствует также критерию «промышленная применимость», т.е. уровню изобретения.The presented new technical solution in the proposed combination of essential features allows you to create a multilayer bellows for flexible connection of structures (pipelines) with mutual axial and radial movements more efficiently compared to the prior art, reproducible by industrial method and also meets the criterion of "industrial applicability", t. e. level of invention.

Claims

A multilayer bellows containing end cylindrical sections and a corrugated middle section with a sealed inner layer and power outer layers in the form of a mesh, characterized in that, in order to expand operational capabilities, the sealed inner layer is made in the form of a separate elastomer bellows shell, sealed tightly with cylindrical sections, and the outer power layer is made in the form of a mesh shell containing rigid annular frames, interconnected by axial elastic cord sh with urams molded into the frames uniformly on the surface of the shell, and between the frames the elastic cord cords have a U-shaped bend in the ring direction, and between adjacent frames the U-shaped bend of the elastic cord is directed in the opposite direction, and the end frames of the mesh shell are sealed with cylindrical parts of the bellows.