ТРУБНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЙ УМЕНЬШЕННЫЙ ПЕРЕПАД ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК F16L51/02 F16L57/04 F02K1/82 F02C7/20 

Область техники

Предметом настоящего изобретения является трубный элемент трубопровода, который может служить удобным соединительным элементом в любой линии циркуляции текучей среды, газообразной или жидкой, в любой области промышленного применения, например в реактивном двигателе.

Уровень техники

Известны трубные элементы этого типа, которые содержат деформируемую трубчатую оболочку в виде сильфона с кольцевыми гофрами или выпуклостями, которые образуют внутренние выступы, так что сильфон позволяет легко соединять два жестких несоосных трубопровода линии циркуляции.

Внутри линии циркуляции текучие среды могут передаваться с высокими скоростями и/или при экстремальных температурах как криогенных, так и очень высоких.

Трубный элемент особенно подвержен таким напряжениям, когда он предназначен, например, для включения в линию циркуляции текучей среды внутри реактивного двигателя, в частности для подачи топлива и окислителей к камере сгорания двигателя.

Для защиты трубчатой оболочки этих известных трубных элементов от разрушения в результате воздействия турбулентности и/или высоких температур распространенное решение состоит в том, чтобы обеспечивать циркуляцию текучей среды не непосредственно в самой трубчатой оболочке, а внутри защитной рубашки, которая содержит концевой сегмент, закрепляемый внутри конца трубчатой оболочки, и свободный конец, выступающий внутрь трубчатой оболочки.

Согласно варианту выполнения этой известной защитной рубашки второй сегмент выступает внутрь трубчатой оболочки, а один из его концов частично входит в свободный конец концевого сегмента.

По условиям кинематики трубного элемента недостаток двух известных вариантов состоит в том, что защитная рубашка должна иметь тем большее ограничение своего проходного сечения, чем меньше радиус изгиба, принимаемый трубным элементом при его установке в положение.

Хотя вариант с двумя сегментами обеспечивает меньшее ограничение проходного сечения, чем вариант с одним сегментом, сужение на пути текучей среды вызывает в обоих вариантах слишком большой перепад давления в линии циркуляции.

Кроме того, было установлено разрушение концов сегментов защитной рубашки вследствие вибрации, вызываемой ограничением потока текучей среды.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание трубного элемента, позволяющего практически устранить ограничение проходного сечения защитной рубашки.

В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается в трубном элементе, содержащем деформируемую трубчатую оболочку в виде сильфона с кольцевыми выпуклостями, образующими внутренние выступы, и защитную рубашку, содержащую концевой сегмент, который закреплен в трубчатой оболочке и свободный конец которого выступает внутрь трубчатой оболочки, при этом решение по изобретению отличается тем, что защитная рубашка содержит также множество дополнительных сегментов, частично входящих друг в друга, причем каждый из дополнительных сегментов содержит на периферии своей наружной поверхности по меньшей мере один захватный элемент, закрепленный на наружной поверхности и взаимодействующий по меньшей мере с одной кольцевой выпуклостью.

Понятно, что при увеличении числа сегментов, включенных в защитную рубашку, можно снизить сужение проходного сечения до абсолютного минимума и вследствие этого практически устранить турбулентность потока текучей среды, проходящего через трубный элемент.

Более конкретно, за счет того, что сегменты защитной рубашки частично входят друг в друга, а каждый сегмент взаимодействует по меньшей мере с одной кольцевой выпуклостью трубчатой оболочки с помощью по меньшей мере одного захватного элемента, расположенного на периферии его наружной поверхности, получают защитную рубашку, которая наилучшим образом принимает форму трубчатой оболочки при любом ее изгибе.

При этом указанный по меньшей мере один захватный элемент, которым снабжен каждый дополнительный сегмент, может быть элементом, предназначенным для крепления на сегменте (то есть отдельным от сегмента элементом, предназначенным для крепления на сегменте), в частности на наружной поверхности сегмента.

Предпочтительно захватный элемент может быть закреплен на наружной поверхности сегмента посредством сварки.

Предпочтительно каждый из указанных дополнительных сегментов защитной рубашки содержит несколько расположенных равномерно по периферии наружной поверхности захватных элементов предпочтительно по меньшей мере три захватных элемента, и даже шесть захватных элементов, как это показано далее в примерах выполнения. Однако это не означает, что не будет удовлетворительным использование сегментов, снабженных всего одним захватным элементом, так как такая конструкция тем не менее позволяет точно позиционировать сегменты в трубчатой оболочке и будет даже предпочтительной в трубном элементе малых размеров.

Согласно другой предпочтительной характеристике изобретения этот дополнительный сегмент защитной рубашки выполнен в виде ленты из металлической полосы, свернутой частично внахлестку и таким образом определяющей наружную поверхность дополнительного сегмента, на периферии которого закреплен по меньшей мере один захватный элемент.

Следует понимать, что в соответствии с этой предпочтительной характеристикой сегмент защитной рубашки обладает определенной упругостью, которая позволяет ему одновременно оставаться свернутым частично внахлестку по типу спиральной пружины и легко входить частично в другой сегмент. При этом небольшая толщина металлической полосы способствует увеличению проходного сечения и благоприятна для оптимизации массы защитной рубашки.

Согласно предпочтительному примеру осуществления захватный элемент сегмента имеет форму лапы, которая входит в зацепление с по меньшей мере одной кольцевой выпуклостью, при этом профиль лапы может иметь U-образную форму, в частности U-образную форму с расходящимися боковинами.

Предпочтительно захватный элемент сегмента взаимодействует только с одной кольцевой выпуклостью трубчатой оболочки.

Это решение позволяет использовать сегмент небольшой длины, так что защитная рубашка еще лучше принимает форму трубчатой оболочки, трубный элемент может изгибаться еще легче, а сужение проходного сечения практически отсутствует. Однако этот предпочтительный выбор не запрещает использования решения, в котором захватный элемент взаимодействует с несколькими кольцевыми выпуклостями. Такое решение может оказаться особенно рациональным в том случае, когда желательно локально усилить жесткость трубного элемента, чтобы ограничить его изгиб.

Предпочтительно, хотя и не обязательно, трубный элемент по изобретению может быть приспособлен для оснащения наружным усилением.

Понятно, что таким путем можно усиливать трубчатую оболочку, придавая ей жесткость с помощью наружных усиливающих элементов, что имеет особые преимущества при высоком давлении текучей среды, проходящей в трубном элементе.

Соответственно, предпочтительно трубный элемент включает в себя несколько жестких усиливающих колец, содержащих образующую внутренний выступ кольцевую выпуклость, которая может входить в кольцевую выпуклость трубчатой оболочки.

Предпочтительно концевой сегмент укреплен в трубчатой оболочке посредством сварки.

Согласно предпочтительному примеру осуществления концевой сегмент укреплен в трубчатой оболочке со стороны входа текучей среды.

Понятно, что в этом примере осуществления на входе защитной рубашки намного слабее воздействие вибрации, вызванной потоком текучей среды.

Краткий перечень чертежей

Другие особенности и преимущества изобретения будут ясны из дальнейшего описания примера осуществления, который не имеет ограничительного характера. В описании делаются ссылки на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 изображает трубный элемент по изобретению на виде в продольном разрезе,

фиг.2 изображает узел II на фиг.1, представляющий часть трубного элемента в продольном разрезе,

фиг.3 изображает в перспективе сегмент защитной рубашки в соответствии с изобретением,

фиг.4 изображает узел II на фиг.1, представляющий часть трубного элемента в продольном разрезе, при этом показан частный пример выполнения трубчатой оболочки.

Осуществление изобретения

Далее будет описана общая конструкция трубного элемента по изобретению.

Показанный на фиг.1 трубный элемент 1 содержит деформируемую трубчатую оболочку 2 в виде сильфона с кольцевыми выпуклостями 3, образующими внутренние выступы.

Сильфон трубчатой оболочки 2 содержит металлический уплотнительный кожух 9, предпочтительно из нержавеющей стали. Уплотнительный кожух либо может быть выполнен в виде единой детали (см. фиг.2), либо он может состоять из двух полос 18, 19 или большего числа полос, образующих слои (см. фиг.4).

При этом, поскольку давление внутри трубчатой оболочки 2 составляет от нескольких бар до нескольких сот бар, при необходимости на уплотнительном кожухе 9 могут быть установлены жесткие усиливающие кольца 10. Усиливающие кольца 10 изготовлены из металла, предпочтительно из стали, и содержат кольцевую выпуклость 11, образующую внутренний выступ, профиль которого выполнен соответствующим для входа снаружи в кольцевую выпуклость 3.

Профиль кольцевой выпуклости 11 усиливающего кольца 10 может иметь параллельные боковые стенки, но предпочтительно он выполнен в форме водяной капли (см. фиг.2 и 4). Профиль кольцевой выпуклости 11 в форме водяной капли позволяет усиливающему кольцу 10, входящему в кольцевую выпуклость 3 уплотнительного кожуха 9, не препятствовать изгибу трубчатой оболочки 2.

При этом для того, чтобы кольцевая выпуклость 11 усиливающего кольца 10 могла входить снаружи в кольцевую выпуклость 3 уплотнительного кожуха 9, каждое усиливающее кольцо 10 может состоять из двух частей.

Трубчатая оболочка 2 может содержать жесткое центральное кольцо 12 из металла, предпочтительно из стали, чтобы лучше распределять механические напряжения, которым трубчатая оболочка 2 подвергается при изгибе. При этом уплотнительный кожух 9 состоит из двух частей 9a и 9b, расположенных по обеим сторонам от центрального кольца 12, а один конец каждой из двух частей 9a и 9b входит соответственно внутрь центрального кольца 12 на его конце.

Жесткое центральное кольцо 12 содержит кольцевую выпуклость 13, образующую внутренний выступ, как показано на фиг.1. Эта кольцевая выпуклость 13 содержит внутреннюю канавку для оптимизации массы центрального кольца 12.

Трубный элемент 1 включает в себя также защитную рубашку 4, которая содержит концевой сегмент 5, закрепленный во входном фланце 14 трубчатой оболочки 2, и свободный конец которой выступает внутрь трубчатой оболочки 2.

Предпочтительно концевой сегмент 5 закреплен во входном сегменте 14 трубчатой оболочки 2 сваркой.

Согласно изобретению защитная рубашка 4 трубного элемента 1 содержит несколько дополнительных сегментов 6, которые частично входят один в другой.

Сегмент 6 выполнен в виде ленты металлической полосы, свернутой с нахлесткой (см. фиг.3). Длина ленты из полосы немного больше длины кольцевой выпуклости 3, так что установленный внутри трубчатой оболочки 2 сегмент 6 может частично входить в соседний сегмент.

Согласно показанному примеру выполнения сегмент 6 содержит множество захватных элементов 8, закрепленных на сегменте предпочтительно сваркой.

В частности, сегмент 6 содержит шесть захватных элементов, расположенных, по существу, равномерно на периферии наружной поверхности 7, так что все захватные элементы 8 зацепляются с одной и той же кольцевой выпуклостью 3 трубчатой оболочки 2. Таким образом захватные элементы 8 позволяют сегментам 6 удерживаться в определенных положениях в трубчатой оболочке 2.

Захватный элемент 8 образован прямоугольной металлической пластинкой, предпочтительно из того же металла, что и сегмент 6, причем два конца 8a и 8b пластинки отогнуты в поперечном направлении сегмента 6 под углом в диапазоне меньше 90°. Основание 8c захватного элемента 8 закреплено, предпочтительно сваркой, со смещением от центра на периферии наружной поверхности 7 сегмента 6. Загнутый таким образом элемент имеет форму лапы в целом U-образного профиля с расходящимися боковинами. Эта форма позволяет легко зацеплять захватный элемент 8 за кольцевую выпуклость 3, так как отогнутые стенки 8a и 8b выполняют функцию направляющих в момент ввода. Кроме того, такая форма дает преимущество в том, что позволяет снизить до минимума число точек контакта между захватным элементом 8 и кольцевой выпуклостью 3, что облегчает небольшой шарнирный поворот сегмента 6 относительно кольцевой выпуклости.

Как показано в данном примере выполнения, может быть целесообразно сделать более короткими отогнутые стенки 8a и 8b, сохранив размеры основания 8с для того, чтобы облегчить точечную сварку в момент крепления захватного элемента 8 на наружной поверхности 7.

Когда требуется наличие центрального кольца 12, захватные элементы 8 центрального сегмента 20, расположенного на уровне высоты жесткого центрального кольца 12, захватывают непосредственно кольцевую выпуклость 13 центрального кольца 12 (см. фиг.1). При этом, поскольку длина выпуклости 13 зависит от длины жесткого центрального кольца 12, размеры захватных элементов 8 центрального сегмента 20 подобраны соответствующим образом, а длина центрального сегмента 20 также остается больше длины жесткого центрального кольца 12, так что непрерывность сборной защитной рубашки 4 не нарушается.

Далее будет описан процесс сборки трубного элемента 1 в описанном примере выполнения.

Первый этап состоит в установке первого сегмента 16 в трубчатой оболочке 2 с зацеплением захватных элементов 8 на первой кольцевой выпуклости 3 со стороны выходного фланца 15. Для этого первый сегмент 16 зажимают в двух точках наружной поверхности 7 между захватными элементами 8 с помощью, например, соответствующих плоскогубцев. В результате упругости длина участка нахлестки первого сегмента увеличивается, а его диаметр уменьшается. Теперь можно ввести первый сегмент 16 в трубчатую оболочку 2 с проходом внутри выходного фланца 15. Давление на первый сегмент 16 ослабляют, и он за счет упругости принимает свой первоначальный диаметр, что фиксирует его в положении внутри трубчатой оболочки 2.

На втором этапе второй сегмент 17 зажимают, чтобы вызвать уменьшение его диаметра вследствие упругости, и после этого помещают его на уровне второй кольцевой выпуклости 3 со стороны выходного фланца 15, проводя второй сегмент 17 через выходной фланец 15, а затем внутри первого сегмента 16 в трубчатую оболочку 2. Поскольку длина сегмента 6 больше длины кольцевых выпуклостей 3 и поскольку захватные элементы 8 закреплены на периферии наружной поверхности 7 со смещением от центра, второй сегмент 17 после освобождения от зажима оказывается в положении, когда он частично входит в первый сегмент 16.

Достаточно использовать точно такую же операцию для установки следующих сегментов 6.

После установки всех сегментов 6 последний сегмент 18 имеет конец, остающийся свободным возле входного фланца 14. Далее концевой сегмент 5, который не обязательно является упругим, вводят в трубчатую оболочку 2 через входной фланец 14. Концевой сегмент 5 забивают в трубчатую оболочку 2 до тех пор, пока он не войдет частично в свободный конец последнего сегмента 18. После установки концевого сегмента 5 его приваривают во входном фланце 14.

Изобретение относится к трубному элементу (1), который может служить удобным соединительным элементом в линии циркуляции текучей среды в любой области промышленного применения, в частности в реактивном двигателе. Трубный элемент содержит деформируемую трубчатую оболочку (2) в виде сильфона (9) с кольцевыми выпуклостями (3), образующими внутренние выступы, и защитную рубашку (4), содержащую концевой сегмент (5), который закреплен в трубчатой оболочке (2) и свободный конец которого выступает внутрь трубчатой оболочки (2). При этом защитная рубашка (4) содержит множество дополнительных сегментов (6, 16, 17, 18, 20), частично входящих друг в друга, причем каждый из дополнительных сегментов (6, 16, 17, 18, 20) содержит на периферии своей наружной поверхности (7) по меньшей мере один захватный элемент (8), закрепленный на наружной поверхности (7) и взаимодействующий по меньшей мере с одной кольцевой выпуклостью (3). Технический результат - уменьшение перепада давлений в трубном элементе. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Трубный элемент (1), содержащий:
- деформируемую трубчатую оболочку (2) в виде сильфона (9) с кольцевыми выпуклостями (3), образующими внутренние выступы, и
- защитную рубашку (4), содержащую концевой сегмент (5), который закреплен в трубчатой оболочке (2) и свободный конец которого выступает внутрь трубчатой оболочки (2),
отличающийся тем, что защитная рубашка (4) содержит также множество дополнительных сегментов (6, 16, 17, 18, 20), частично входящих друг в друга, причем каждый из дополнительных сегментов (6, 16, 17, 18, 20) содержит на периферии своей наружной поверхности (7) по меньшей мере один захватный элемент (8), закрепленный на наружной поверхности (7) и взаимодействующий по меньшей мере с одной кольцевой выпуклостью (3).

2. Трубный элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что дополнительный сегмент (6, 16, 17, 18, 20) выполнен в виде ленты из металлической полосы, свернутой частично внахлестку и определяющей наружную поверхность (7).

3. Трубный элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что захватный элемент (8) имеет форму лапы, которая входит в зацепление с по меньшей мере одной кольцевой выпуклостью (3).

4. Трубный элемент (1) по п.3, отличающийся тем, что профиль лапы имеет в целом U-образную форму, а именно U-образную форму с расходящимися боковинами.

5. Трубный элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что захватный элемент (8) взаимодействует только с одной кольцевой выпуклостью (3).

6. Трубный элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что дополнительный сегмент (6, 16, 17, 18, 20) содержит несколько предпочтительно по меньшей мере три захватных элемента (8).

7. Трубный элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что концевой сегмент (5) закреплен в трубчатой оболочке (2) посредством сварки.

8. Трубный элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что концевой сегмент (5) закреплен в трубчатой оболочке (2) со стороны входа текучей среды.

9. Трубный элемент (1) по п.1, отличающийся тем, что захватный элемент (8) закреплен на наружной поверхности (7) посредством сварки.