Рукав напорно-всасывающий и способ его изготовления
Рукав предназначен для нагнетания и всасывания газов и жидкостей. Каркас рукава состоит из внутреннего слоя, содержащего продольные нити, расположенные под углом к образующей, наружного слоя каркаса, состоящего из продольных нитей, расположенных под одинаковым углом к образующей с нитями внутреннего слоя, и окружных нитей с шагом не более двух шагов спирали из проволоки, расположенной между слоями каркаса. Направление навивки нитей всех слоев обратно направлению спирали. Продольные нити наружного слоя каркаса рукава подают непосредственно под поток навиваемых окружных нитей каркаса. В результате уменьшается материалоемкость и увеличивается срок службы рукава. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области изготовления рукавов напорно-всасывающих с наружными гофрами. Эти рукава могут применяться как для нагнетания, так и для всасывания жидкостей и газов. Поэтому в стенке рукава размещают спираль из стальной или пластмассовой проволоки. Спираль не позволяет рукаву сниматься под действием разряжения внутри, при изгибах и под давлением внешних нагрузок. Кроме того, спираль воспринимает основную часть окружных усилий в стенке рукава. Рукава, как правило, имеют внутренний слой из полимера в виде камеры; внутренний (под спиралью) текстильный слой; спираль; промежуточный полимерный слой; наружный (над спиралью) текстильный слой и наружную полимерную обкладку. Текстильный слой под спиралью воспринимает внутреннее рабочее избыточное давление, когда рукав работает в качестве напорного и предохраняет камеру от продавливания при наведении спирали во время сборки рукава. Текстильный слой над спиралью воспринимает разряжение внутри, когда рукав работает как всасывающий. Кроме того, этот слой препятствует излишней деформации наружной полимерной обкладки при изгибе рукава, что уменьшает скорость старения полимера. Внутренний, наружный текстильный слои и спираль между ними работают совместно и составляют каркас рукава. Текстильные слои в основном изготавливают из ткани квадратного переплетения (основа и уток одинаковы). В рукаве ткань укладывают так, что нити расположены под углом 45o к образующей. Применяют и прямой закрой заготовок ткани. В этом случае нити на рукаве имеют окружное и осевое направления (прототип). Однако, нити в окружном направлении оказываются избыточными, т.к. основную часть окружных усилий воспринимает спираль. Это приводит к излишнему расходованию текстильных материалов и не позволяет обеспечить равновесную конструкцию каркаса, т.е. такую, когда усилия в каркасе направлены только вдоль нитей, а сдвиговые усилия отсутствуют. Затруднено формирование гофров. Возможно изготовление каркаса методом обмотки камеры полосами безуточной ткани, изготовленной только из нитей одного направления. Применяют и круглотканую или оплеточную конструкции. Однако и эти каркасы не позволяют получить равновесную конструкцию, при которой достигается максимальная долговечность в эксплуатации и уменьшается расход текстильных материалов. Указанные выше конструкции (см. В. А. Лепетов. Резиновые технические изделия. 1976 г. стр. 112 - 122 и Ю.О. Аверно-Антонович и др. Технология резиновых изделий. 1991 г. стр. 227-247).
С силовой точки зрения идеальной равновесной конструкцией каркаса рукава, в стенке которого находится спираль, является сочетание нитей, расположенных вдоль оси рукава, и спирали, трансформированной в отдельные кольца, каждое из которых находится в плоскости, перпендикулярной оси рукава. При этом учитывается, что для рукава, нагруженного только внутренним давлением, окружное напряжение в два раза больше осевого. Вопрос создания равновесной конструкции затронут в патенте США 2.791.241, 1954 г. Однако, в этом патенте не отражена специфика напорно-всасывающего рукава. Таким образом, известные нам аналоги напорно-всасывающих рукавов имеют силовые неравновесные каркасы, что уменьшает их срок службы. Другим недостатком является применение каркасов с переплетенными между собою нитями, т.к. в местах переплетений нити теряют прочность. Известные способы изготовления напорно-всасывающих рукавов заключаются в последовательном нанесении на цилиндрическую оправку-дорн внутреннего слоя из полимера в виде камеры; внутреннего слоя каркаса из ткани или из нитей; спирали; промежуточного слоя из полимерного материала; наружного слоя каркаса из ткани или из нитей; наружного полимерного слоя. Перед вулканизацией сырой рукав бинтуют полосами ткани, между витками спирали наносят с большим натяжением шнур для формирования гофров и вулканизуют в автоклаве. После вулканизации шнур и бинт удаляют. См. А. И. Шварц. Интенсификация производства резиновых технических изделий. 1986 г. Стр.157-159 и указанные выше источники. Эти известные способы не обеспечивают возможность изготовления рукавов с равновесным каркасом на основе использования метода навивки отдельных нитей. Шнуровка рукава создает вредные напряжения в стенке рукава, т.к. нет возможности сформировать гофры в процессе нанесения наружного слоя каркаса. Спираль наводят путем нерегулируемого отбора проволоки из бухты за счет намотки проволоки на вращающийся дорн, что не предотвращает рывки проволоки при ее случайном заклинивании между витками в бухте проволоки и при других случаяных механических воздействиях на участке от бухты проволоки до дорна. Известен способ принудительного отбора проволоки из бухты и дозирования подачи проволоки на дорн при помощи специальных роликов, которые вращаются за счет кинематической связи с приводом через вариатор скоростей (а.с. 352787 - прототип). Однако, этот способ непригоден для изготовления рукавов на дорне, т.к. не обеспечивает возможности реагировать на местные изменения диаметра заготовки рукава, на которую наносят спираль, не позволяет стабилизировать положение проволоки в промежутке между спиралеобразующим устройством и поверхностью заготовки рукава, не дает возможности регулировать нажатие проволоки спирали на поверхность рукава при сборке. Задачей изобретения является создание напорно-всасывающего рукава с наружными гофрами, каркас которого близок к равновесному, что даст возможность уменьшить материалоемкость и увеличить срок службы рукава. Эта задача решается следующим образом. Перечень фигур чертежей. Фиг.1 - Общий вид напорно-всасывающего рукава с наружными гофрами. Фиг.2 - Схема укладки продольных нитей внутреннего слоя каркаса. Фиг.3 - Схема укладки продольных нитей наружного слоя каркаса. Фиг.4 - Схема наведения проволочной спирали на заготовку рукава. Фиг. 5 - Схема нанесения на заготовку рукава наружного комплексного слоя каркаса. Рукав имеет внутренний слой 1 из полимера в виде камеры, внутренний слой 7 продольных нитей. Расположение этих нитей показано на фиг.2. Угол
1 назначают так, чтобы не только компенсировать раскручивание спирали под действием внутреннего давления, но и обеспечить технологические возможности для нанесения этих нитей на рукав при сборке. Направление навивки нитей - обратное направлению спирали. Над спиралью 6 с полимерной прослойкой 4 имеется наружный слой 3 продольных нитей, навитых под углом 2 к оси рукава, см. фиг. 3. Направление навивки этих нитей - обратное направлению спирали. Величины углов 1 и 2 определяют теоретически, используя известные зависимости из теории расчета оболочек. Корректируют с учетом технологических возможностей и требований потребителей к гибкости рукава. Величины этих углов находятся в пределах от 3o до 10o. Когда требуется повышенная гибкость, углы 1 и 2 могут быть увеличены на 20o. Существенными признаками являются равенство этих углов, что дает минимальные напряжения сдвига между слоями рукава, и направление навивки нитей. Наружный слой 3 продольных нитей при сборке рукава должен быть сдеформирован по профилю гофров. Это достигается при помощи окружных нитей 2, см. фиг. 1, которые наносят на рукав одновременно с навивкой нитей 3. Поэтому продольные нити 3 и окружные нити 2 наружного слоя каркаса составляют единый комплекс. Окружные нити имеют шаг навивки не более двух шагов спирали. Направление - обратное направлению спирали. На концах рукава делают участки без спирали. Это манжеты для присоединения рукава к штуцерам оборудования. Силовой каркас манжет, которые должны выдерживать рабочее давление, составляют продольные нити 3, 7 и окружные нити 2. В зависимости от назначения рукава и от величины рабочего давления возможны варианты конструкции каркаса. Например, рукав может иметь каркас, состоящий только из спирали, наружного слоя продольных нитей 3 и окружных нитей 2. Для малых рабочих давлений можно ограничиться внутренним слоем 7 нитей под спиралью, или спиралью и одним слоем из окружных нитей 2, или комбинацией из внутреннего слоя продольных нитей 7, спирали и слоя окружных нитей 2. При выборе варианта учитывают и технологические возможности сборочного оборудования. Задачей создания способа сборки напорно-всасывающего рукава является обеспечение возможности наведения спирали при ее принудительном дозировании с учетом случайных колебаний диаметра заготовки рукава, а также стабилизация шага наведения спирали. Важной задачей является обеспечение формирования гофров на сыром рукаве в процессе его сборки. Эти задачи решаются так. Рукав собирают на вращающемся дорне 9, см. фиг.4. Вращение дорна осуществляют от привода 8 через механизм 19, обеспечивающий как вращение дорна, так и осевое перемещение дорна 9 или каретки 12. Через вариатор скорости 18 приводятся во вращение дозировочные ролики 13, которые отбирают проволоку 16 из бухты 17. Дозировочные ролики проталкивают проволоку в спиралеобразующее устройство 11. Стабилизацию шага спирали обеспечивают две направляющие параллельные пластины 10, которые расположены в плоскости изогнутой оси проволоки, свободно перемещающейся между пластинами. Пластины шарнирно крепят к каретке 12. Для подбора величины нажатия со стороны проволоки на заготовку рукава при ее сборке расстояния а и б от спиралеобразующего устройства до точки захода проволоки на рукав, а также угол 4 выхода проволоки из спиралеобразующего устройства регулируют при настройке сборочного станка. Привод дозировочных роликов имеет обгонную муфту 14, которая действует в сторону подачи проволоки. Это дает возможность без подрегулировки вариатора наносить спираль на утолщенные места заготовки. Утолщения могут быть из-за применения вспомогательной ткани для крепления концов спирали, за счет ткани или полимера, применяемых для ремонта поврежденных мест на камере и т.п. При отсутствии обгонной муфты могут появляться местные пережимы стенки рукава проволокой спирали, что повреждает камеру и затрудняет съем готового рукава с дорна. Возможен вариант неподвижного дорна, вокруг которого вращаются запас проволоки, дозировочное и спиралеобразующее устройства. В связи с тем, что петля проволоки будет перемещаться в вертикальной плоскости между пластинами 10 при изменении натяжения проволоки, можно передавать сигнал места нахождения - петли на привод вариатора 18, т.е. благодаря представленной кинематической схеме есть возможность автоматически управлять величиной натяжения проволоки при ее нанесении на заготовку рукава. Большое практическое значение имеет свободное формирование гофров на наружной поверхности рукава. Для того, чтобы гофры свободно формировались в процессе изготовления наружного нитяного слоя каркаса, нужно, чтобы продольные нити 3, см.фиг.5, поступали при сборке силового каркаса непосредственно в зону нанесения окружных нитей 2. Угол 3 является производным от этого условия. В противном случае свободное формирование гофров будет невозможным из-за трения между продольными нитями 3 и полимерным слоем, т.к. для формирования гофров требуется дополнительная длина нитей 3. Предприятиями-заявителями изготовлены опытные партии напорно-всасывающих рукавов с использованием заявляемых в изобретении конструкции рукава и способа изготовления. Рукава прошли стендовые и промышленные испытания, которые показали ожидаемые результаты.Формула изобретения
1. Рукав напорно-всасывающий, имеющий наружные гофры, включающий в себя внутренний слой, выполненный из полимера в виде камеры, каркас, состоящий из последовательно уложенных на камеру внутреннего слоя нитей, спирали из проволоки, наружного слоя нитей, промежуточного и наружного слоев из полимерного материала, отличающийся тем, что каркас рукава состоит из внутреннего слоя, содержащего продольные нити, расположенные под углом к образующей, наружного слоя каркаса, состоящего из продольных нитей, расположенных под одинаковым углом к образующей с нитями внутреннего слоя, и окружных нитей с шагом не более двух шагов спирали из проволоки, расположенной между слоями каркаса, причем направление навивки нитей всех слоев обратно направлению спирали. 2. Способ изготовления напорно-всасывающего рукава по п.1, заключающийся в том, что цилиндрическую оправку-дорн последовательно наносят внутренний слой, выполненный из полимера в виде камеры, внутренний слой нитей, навивают спираль из проволоки путем принудительного ее отбора из бухты и подачи ее на заготовку рукава через спиралеобразующее устройство при помощи дозировочных роликов, наносят промежуточные слои из полимерного материала, наружный слой каркаса из нитей, наружный слой полимерного материала, вспомогательные элементы: бинт и шнур для формирования гофров, отличающийся тем, что продольные нити наружного слоя каркаса рукава подают непосредственно под поток навиваемых окружных нитей каркаса. 3. Способ изготовления рукава по п.2, отличающийся тем, что дозировочные ролики приводятся в движение через обгонную муфту, которая действует в направлении подачи проволоки. 4. Способ изготовления рукава по п.2, отличающийся тем, что проволоку для спирали на участке между спиралеобразующим устройством и заготовкой рукава передают между двумя параллельными пластинами, которые расположены в плоскости изогнутой оси проволоки и шарнирно крепятся к каретке для наведения спирали на заготовку рукава.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
