Сильфоны

Сильфон – это манометрический упругий элемент, широко используемый в различных областях техники. Он представляет собой тонкостенную, гофрированную в окружном направлении трубку, способную давать значительные перемещения под действием давления, осевой или поперечной силы и изгибающего момента.

При осесимметричном нагружении характеристика сильфона близка к линейной, а эффективная площадь практически постоянна.

Сильфоны, изготовленные из тонкостенных (однослойных) трубок, называются бесшовными.

В некоторых случаях, например, для увеличения прочности или для защиты от агрессивных сред, сильфоны изготавливаются многослойными.

Сварные сильфоны свариваются из штампованных кольцевых мембран. Такие сильфоны можно изготовить с более глубокими гофрами, поэтому они могут быть менее жесткими, чем бесшовные сильфоны. В некоторых случаях применения важно, чтобы сварные сильфоны можно было сконструировать таким образом, чтобы они способны были выдержать большие перегрузки давлением, подобно «складывающимся» мембранным чувствительным элементам.

Сильфоны используются в качестве чувствительных элементов приборов для преобразования в перемещение или в усилие различных измеряемых параметров: давления, температуры, уровня, расхода и т.д.

Сильфоны могут развивать значительные перестановочные усилия, что обеспечивает малый порог чувствительности приборов и позволяет использовать их в качестве элементов силовых приводов. Они также служат в различных приборах компенсаторами теплового расширения жидкости, что объясняется их высокой податливостью и способностью значительно изменять объем. Возможность получения сильфонов, обладающих малой осевой и изгибной жесткостью, позволяет успешно применять их в качестве разделителей сред, а также упругих выводов осевых и угловых перемещений.

Сильфоны широко применяют и как компенсаторы теплового расширения трубопроводов, элементы гидравлических дистанционных передач. В последнем случае используется свойство сильфонов значительно изменять объем.

Исходной заготовкой для получения металлических бесшовных сильфонов является тонкостенная трубка, изготовление которой при малых допусках на толщину связано со значительными технологическими трудностями.

При формовании гофров трубка закрепляется в зажимах специального гидроформовочного станка. На определенном расстоянии друг от друга вдоль трубки устанавливаются разъемные матрицы. В трубку под давлением подается жидкость, под действием которого стенка трубки выпучивается в промежутках между матрицами. Затем заготовку сжимают в осевом направлении. При этом матрицы складываются, а заготовка принимает нужную форму.

Для крупносерийного производства сильфонов различных типоразмеров созданы переналаживаемые полуавтоматически станки и установки, а для массового выпуска сильфонов для приборов холодильной техники создано комплексно-автоматизированное производство (Орел – автоматизированная линия).

Для процесса изготовления характерны большие пластические деформации. Используются дисперсионно-твердеющие сплавы и нержавеющие стали.

Измерительные сильфоны изготавливаются в основном из дисперсионно-твердеющих сплавов 36НХТЮ, БрБ2, из нержавеющих сталей 12Х18Н9Т и 08Х18Н10Т и полутомпака Л80. На бесшовные измерительные сильфоны разработан ГОСТ 21482-76.

Трудности производства тонкостенных бесшовных трубок высокой точности – одна из причин появления сварных сильфонов. При изготовлении сварных сильфонов заготовку не приходится подвергать значительным пластическим деформациям, поскольку она состоит из отдельно отштампованных кольцевых мембран. На сварные сильфоны разработан ГОСТ 21754-76.

Круг материалов шире, так как необязательна высокая пластичность материала.

Глубина гофра практически не ограничена, а это значит, что сильфон может быть более чувствителен.

Длина сильфона не ограничена.

Можно предохранить изделие от перегрузок – сильфон складывается. Это требование является очень важным при разделении сред.

Сильфоны выполняют разнообразные функции.

1 - В качестве манометрического элемента (для преобразования давления в перемещение):

2 - Чувствительные элементы по принципу силовой компенсации (преобразование давления в усилие).

3 - Компенсатор теплового расширения жидкости (используется возможность менять объем).

4 - Разделители сред, уплотнители, упругие выводы осевых и угловых перемещений.

Нужно уметь определять осевую и изгибную жесткость сильфона, а также величину возникающих в нем рабочих напряжений.

Перейдем к описанию геометрии сильфона. Для этого изобразим полугофр:

;