компенсатор

Формула изобретения

Компенсатор, образованный сильфоном с фланцами и усиленный металлическими кольцами, отличающийся тем, что сильфон заполнен каким-либо упругодеформируемым веществом, загерметизирован заглушками и помещен в цилиндр, который с одной стороны снабжен основанием, а с другой стороны оборудован поршнем, примыкающим своим торцом к заглушке сильфона и передающим внешние силовые воздействия на сильфон.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, а точнее к устройствам, применяемым в предварительно напряженных строительных конструкциях, но может быть использовано также в машинах и механизмах в тех случаях, когда при малых габаритах должна быть обеспечена высокая несущая способность компенсаторов. Компенсаторы предлагаемой конструкции могут быть также использованы в качестве амортизаторов для зданий и сооружений возводимых в сейсмических регионах.

Помимо этого, компенсаторы могут быть использованы в области и энергетики для осевых разгруженных компенсаторов, которые применяются в системах трубопроводов, работающих при высоких параметрах, для компенсации температурных перемещений.

Известны компенсаторы, в конструкцию которых включены цилиндрические винтовые пружины (Г.М.Говядко, В.И.Есарев, В.Д.Дубчак. Компенсаторы для трубопроводов. - СПб.: Энергоатомиздат, 1993 г., с.17-18, рис.1.5, позиция 2). Однако цилиндрические винтовые пружины при достаточно большой массе и габаритах могут воспринимать усилия, несопоставимые с усилиями, которые имеют место быть в предварительно напряженных строительных конструкциях. Кроме того, в винтовых цилиндрических пружинах при эксплуатации их под нагрузкой возникают остаточные деформации, которые могут достигать 15 и более процентов, (В.И.Анурьев. Справочник конструктора-машиностроителя. Том 3, М.: Машиностроение, 1978 г., с.98). Таким образом, компенсаторы из винтовых цилиндрических пружин не могут быть использованы для компенсации релаксационных и усадочных явлений в несущих предварительно напряженных строительных конструкциях.

Известны такие компенсаторы, которые образованы пакетами тарельчатых пружин, установленных в гильзу или на общецентрирующую оправку (В.И.Андреев, Справочник конструктора-машиностроителя. - Том 3, М.: Машиностроение, 1978 г., с.155, рис.7). Компенсаторы такой конструкции могут воспринимать значительные усилия (см. там же с.155, табл.31), однако так же, как и винтовые цилиндрические пружины, тарельчатые пружины при нагрузках имеют не только упругие, но и пластические остаточные деформации, что делает невозможным применение компенсаторов указанной конструкции для компенсации релаксационных и усадочных явлений в несущих строительных конструкциях.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату являются применяемые для компенсации перемещений трубопроводов сильфонные компенсаторы, которые образованы сильфоном, патрубком, и защитным кожухом (Г.М.Говядко, В.И.Есарев, В.Д.Дубчак. Компенсаторы для трубопроводов. - СПб.: Энергоиздат, СПб отделение, 1993 г., с.11).

Однако компенсаторы указанной конструкции могут применяться преимущественно в системах трубопроводов и не могут быть использованы для компенсации перемещений в несущих строительных конструкциях вследствие того, что продольные усилия, которые могут возникнуть при перемещениях, при указанной компоновке конструкции относительно невелики.

Для решения поставленной задачи в целях поддержания усилия предварительного напряжения на постоянном заданном уровне в строительных конструкциях предложена конструкция компенсатора, который позволит устранить отрицательные последствия от релаксационных и усадочных явлений.

Предлагаемая конструкция компенсатора образована металлическим сильфоном, который наполнен каким-либо упругодеформируемым веществом, например газами или порошкообразным веществом.

В качестве известного способа получения газа с высоким давлением в результате реакции с газообразующими веществами, например, температурный нагрев нитрида калия (KNO₃) или хлорида аммония (NH₄Cl); при этом в определенном замкнутом объеме при определенном количестве вещества будет создано заданное давление выделенного газа в сильфоне, соответственно усилие, которое может воспринимать компенсатор. Следует отметить, что сильфоны подобной конструкции применяются в энергетике при высоких давлениях до 100 МПа (1000 кгс/см²).

В качестве наполнителя могут быть использованы также порошкообразные вещества, например дисульфид молибдена (MoS₂)

Дисульфид молибдена (MoS₂) под давлением 200 МПа сжимается до 60% своего первоначального объема и снова расширяется после снятия нагрузки. Температура применения дисульфида молибдена достигает +800°C, т.е. компенсатор предлагаемой конструкции в таком случае может быть использован и при повышенных температурах, (Д.Кламанн. Смазки и родственные продукты, с.169-170. - М.: Химия, 1988; а также A.R.Zansdoun, Molybaenum Disulphide Zubrication, ESTEC, Contract Ni842 (72).

Дополнительно следует отметить, что при использовании предлагаемых компенсаторов в качестве элементов системы амортизации для сейсмостойких зданий и сооружений, возможна организация подачи какого-либо газообразного вещества в сильфоны извне под достаточным и контролируемым давлением.

Сильфон усилен металлическими кольцами, которые препятствуют расширению сильфона в боковые стороны при внутреннем давлении. Внутренний объем сильфона во избежание «утечки» наполнителя загерметизирован заглушками, которые закреплены на фланцах сильфона.

Загерметизированный сильфон с наполнителем установлен в цилиндр, с основанием в котором центрируется с одной стороны установочным кольцом, а с другой - поршнем, перемещение которого, в свою очередь, центрируется торцом цилиндра.

Компенсация каких-либо перемещений происходит за счет перемещения поршня при сжатии наполнителя в сильфоне.

Конструкция компенсатора поясняется чертежом, где показаны основные элементы предлагаемого устройства:

1 - сильфон; 2 - наполнитель;

3 - кольца усиления; 4 - цилиндр;

5 - основание цилиндра; 6 - фланец сильфона;

7 - заглушка; 8 - установочное кольцо;

9 - поршень; 10 - крышка.

Работа компенсатора под нагрузкой осуществляется следующим образом. Компенсатор устанавливается на основании 5 и фиксируется на неподвижной части строительной конструкции; усиление от предварительного напряжения прикладывается к поверхности поршня 9; поршень 9, в свою очередь, сжимает сильфон 1 с наполнителем 2; деформация сильфона 1 в боковые стороны ограничивается кольцами усиления 3; в начальном положении поршень 9 удерживается крышкой 10.

Таким образом, компенсатор предлагаемой конструкции при релаксационных и усадочных деформациях в предварительно напряженных строительных конструкциях позволит сохранять заданный уровень напряжений в арматуре за счет перемещения поршня компенсатора под воздействием постоянного давления наполнителя в сильфоне.

Следует отметить, что с применением предлагаемой конструкции компенсатора становится возможным широкое использование предварительно напряженных металлических строительных конструкций, которые в отличие от железобетонных предварительно напряженных конструкций даже при небольших релаксационных явлениях в арматуре эффект от предварительного напряжения значительно снижается или полностью пропадает.

Что же касается надежности и работоспособности компенсатора предлагаемой конструкции, то следует отметить, что сильфонные устройства в течение длительного времени применяются в энергетике при высоких параметрах температуры и давления теплоносителей.