Способ изготовления металлического шланга для подводных коммуникаций
Владельцы патента RU 2375631:
Федеральное государственное унитарное предприятие Уфимское агрегатное предприятие "Гидравлика" (RU)
Изобретение относится к производству гибких металлических шлангов. Технический результат изобретения - повышение долговечности металлического шланга в условиях подводной эксплуатации. В способе изначально приготавливают комплект деталей, составленный из неосаженной либо частично осаженной по длине поперечно гофрированной камеры с гладкими концами, проволочной оплетки, опорных втулок, наружных колец и стаканов, после чего осуществляют сборку шланга, в ходе которой гладкие концы гофрированной камеры устанавливают коаксиально между наружным кольцом и опорной втулкой и соединяют между собой контактно-шовной сваркой, а гофрированную камеру покрывают снаружи проволочной оплеткой, концы которой устанавливают коаксиально между наружным стаканом и опорной втулкой и соединяют между собой сваркой. Новым в способе является то, что гофрированную камеру, взятую из приготовленного комплекта, подвергают перед сборкой полному осаживанию по длине, а покрытие гофрированной камеры оплеткой, коаксиальную установку ее концов между наружным стаканом и опорной втулкой, их соединение между собой сваркой выполняют при сжатой гофрированной камере осевой силой, величину которой определяют по формуле:
где Н - максимальная глубина погружения шланга в эксплуатации, м;
γ - плотность воды, г/см3;
Dy - внутренний диаметр гофрированной камеры, см;
h - высота профиля гофра, см.
5 ил.
Изобретение относится к производству гибких металлических шлангов для подводных коммуникаций, которые могут быть широко использованы в системах глубоководных аппаратов и подводных лодок.
Известен способ-прототип изготовления металлического шланга, в процессе которого изначально приготавливают комплект деталей, составленный из неосаженной либо частично осаженной (сближенной) по длине поперечно гофрированной камеры с гладкими концами, проволочной оплетки, опорных втулок, наружных колец и стаканов, после чего осуществляют сборку шланга, в ходе которой гладкие концы гофрированной камеры устанавливают коаксиально между наружным кольцом и опорной втулкой и соединяют между собой контактно-шовной сваркой, а гофрированную камеру покрывают снаружи проволочной оплеткой, концы которой устанавливают коаксиально между наружным стаканом и опорной втулкой и соединяют между собой сваркой (А.И.Крюков, И.М.Глинкин, В.И.Фионин. Гибкие металлические рукава. Издательство «Машиностроение», М. 1970 г., стр.142, рис.5.2в).
Однако металлический шланг, изготовленный в соответствии со способом-прототипом, недолговечен в условиях подводной эксплуатации, когда соотношение между давлением внутри шланга Р и давлением окружающей среды Рокр может периодически изменяться от Р<Pокр до Р>Рокр.
В режиме эксплуатации шланга при Р<Рокр имеет место укорочение (до 30%) шланга от сжатия гофрированной камеры внешним давлением, что вызывает одновременно:
- пластическую деформацию профиля гофрировки;
- отставание (вспучивание) оплетки от камеры.
С переходом шланга в режим эксплуатации при Р>Pокр его длина полностью восстанавливается за счет растяжения гофрированной камеры внутренним давлением, что вызывает одновременно:
- пластическую деформацию профиля гофрировки;
- восстановление контакта оплетки с камерой.
Периодически повторяющиеся циклы растяжения и сжатия гофрированной камеры с пластическим деформированием профиля гофрировки, а также значительные циклические перемещения оплетки вызывают быстрое разрушение шланга. Поэтому долговечность шланга, изготовленного по способу-прототипу, ничтожна в условиях подводной эксплуатации.
Предложенный способ изготовления направлен на повышение долговечности металлического шланга в условиях подводной эксплуатации.
Поставленная задача достигается способом изготовления металлического шланга для подводных коммуникаций, в процессе которого изначально приготавливают комплект деталей, составленный из неосаженной либо частично осаженной по длине поперечно гофрированной камеры с гладкими концами, проволочной оплетки, опорных втулок, наружных колец и стаканов, после чего осуществляют сборку шланга, в ходе которой гладкие концы гофрированной камеры устанавливают коаксиально между наружным кольцом и опорной втулкой и соединяют между собой контактно-шовной сваркой, а гофрированную камеру покрывают снаружи проволочной оплеткой, концы которой устанавливают коаксиально между наружным стаканом и опорной втулкой и соединяют между собой сваркой. В отличие от существующего способа гофрированную камеру, взятую из приготовленного комплекта, подвергают перед сборкой полному осаживанию по длине, а покрытие гофрированной камеры оплеткой, коаксиальную установку ее концов между наружным стаканом и опорной втулкой, их соединение между собой сваркой выполняют при сжатой гофрированной камере осевой силой, величину которой определяют по формуле:
где Н - максимальная глубина погружения шланга в эксплуатации, м;
γ - плотность воды, г/см3;
Dy - внутренний диаметр гофрированной камеры, см;
h - высота профиля гофра, см.
Повышение долговечности металлического шланга в условиях подводной эксплуатации достигается:
1. Полным осаживанием гофрированной камеры, взятой из приготовленного комплекта, что предотвращает его укорачивание от сжатия внешним давлением, исключает пластическую деформацию профиля гофрировки и отставание (вспучивание) оплетки при эксплуатации в режиме Р<Рокр.
2. Соединением (сваркой) оплетки с наружным стаканом и опорной втулкой, выполняемым при сжатой гофрированной камере осевой силой, определяемой из вышеприведенной формулы, что предотвращает удлинение шланга от внутреннего давления, исключает пластическую деформацию профиля гофрировки при эксплуатации шланга в режиме Р>Рокр, а также резко повышает радиальную устойчивость шланга к внешнему давлению при эксплуатации в режиме Р<Рокр.
Перечень графических изображений:
Фиг.1 - полное осаживание гофрированной камеры;
Фиг.2 - соединение гофрированной камеры с арматурой;
Фиг.3 - сжатие гофрированной камеры осевой силой;
Фиг.4 - установка проволочной оплетки и стакана (собранный шланг);
Фиг.5 - шланг после сборки.
Реализация предлагаемого способа изготовления металлического шланга для подводных коммуникаций осуществляется последовательным выполнением следующих операций.
Операция 1. Приготовление комплекта деталей для сборки. Приготавливают необходимый комплект деталей, состоящий в номенклатуре из неосаженной либо частично осаженной по длине поперечно гофрированной камеры 1 с гладкими концами, проволочной оплетки 2, опорных втулок 3, наружных стаканов 4 и колец 5.
Операция 2 (Фиг.1). Полное осаживание гофрированной камеры. Гофрированную камеру 1 подвергают полному осаживанию, например, на столе 6 пресса с применением нажимного штока 7 и подпятника 8. Гофрированная камера после осаживания - см. позицию 9.
Операция 3 (Фиг.2). Соединение гофрированной камеры с арматурой. Гладкие концы гофрированной камеры 9 устанавливают коаксиально между наружным кольцом 5 и опорной втулкой 3 и соединяют между собой контактно-шовной сваркой.
Операция 4 (Фиг.3). Сжатие гофрированной камеры осевой силой. Гофрированную камеру 9, надетую на гладкую скалку 10 с резьбовыми хвостовиками, подвергают осевому сжатию, например, через плунжеры 11 путем тарированной затяжки гайки 12 с осевым усилием Q, определяемым по формуле:
где Н - максимальная глубина погружения шланга в эксплуатации, м;
γ - плотность воды, г/см3;
Dy - внутренний диаметр гофрированной камеры, см;
h - высота профиля гофра, см.
Операция 5 (Фиг.4). Установка проволочной оплетки с наружным стаканом на опорной втулке (завершающая операция). Выполняют при сжатой (см. операцию 4) гофрированной камере. Гофрированную камеру 9 покрывают снаружи проволочной оплеткой 2, концы которой устанавливают коаксиально между наружным стаканом 4 и опорной втулкой 3 и соединяют между собой сваркой 13.
Изготовленный таким образом металлический шланг после освобождения от скалки 10 показан на фиг.5.
Пример изготовления металлического шланга с внутренним диаметром Dy=100 мм для эксплуатации в пресноводной акватории (γ=1 г/см3) на глубине Н≤400 м. Материал деталей - сталь 12Х18Н10Т.
Операция 1. Приготавливался комплект деталей для сборки шланга в номенклатуре:
- не осаженная по длине 2-х слойная (S=2×0,2 мм) гофрированная камера 1 Dy=100 мм с гладкими концами и параметрами гофрировки: t0=6,4 мм и h0=7,2 мм (1 шт.);
- двухслойная сетчатая оплетка 2 из проволоки ⌀ 0,5 мм (1 шт.);
- опорная втулка 3 (2 шт.);
- наружный стакан 4 (2 шт.);
- кольцо 5 (2 шт.).
Операция 2. Производилось полное осаживание гофрированной камеры по длине. Гофрированную камеру 1 надевали на нажимной шток 7 с подпятником 8, устанавливали на стол 6 пресса и производили полное осаживание (фиг.1). После полного осаживания (позиция 9) высота профиля гофра увеличилась до h=8,8 мм.
Операция 3. Производилось соединение гофрированной камеры с арматурой. Гладкие концы гофрированной камеры 9 устанавливали коаксиально между кольцом 5 и опорной втулкой 3 и соединяли между собой контактно-шовной сваркой (фиг.2).
Операция 4. Производилось сжатие гофрированной камеры осевой силой (фиг.3). Гофрированную камеру 9 с приваренными деталями 3 и 5 арматуры надевали на гладкую скалку 10 с резьбовыми хвостовиками и подвергали осевому сжатию через плунжеры 11 путем тарированной затяжки гайки 12 с осевым усилием Q, которое определяли по формуле:
где Н=400 - максимальная глубина погружения шланга в эксплуатации, м;
γ=1 г/см3 - плотность воды,
Dy=10 см - внутренний диаметр гофрированной камеры;
h=0,88 см - высота профиля гофра.
Операция 5 (завершающая). Производилась установка проволочной оплетки с наружным стаканом на опорной втулке. Выполнялась при сжатой (см. операцию 4) гофрированной камере. Гофрированную камеру 9 покрывали снаружи проволочной оплеткой 2, концы которой устанавливали коаксиально между наружным стаканом 4 и опорной втулкой 3 и соединяли между собой сваркой 13 (см. фиг.4).
Изготовленный таким способом образец металлического шланга после освобождения от скалки (фиг.5) подвергали опрессовке в барокамере внешним давлением, соответствующим давлению воды на глубине 400 м (40 кгс/см2). Варьируя давлением в полости шланга, обеспечивали циклическое изменение режимов эксплуатации от Р<Рокр до Р>Рокр.
В указанных условиях эксплуатации долговечность образца шланга превысила 10000 циклов изменения режима эксплуатации, что многократно превосходит долговечность шланга, изготовленного по способу-прототипу.
Способ изготовления металлического шланга для подводных коммуникаций, в процессе которого изначально приготавливают комплект деталей, составленный из не осаженной либо частично осаженной по длине поперечно гофрированной камеры с гладкими концами, проволочной оплетки, опорных втулок, наружных колец и стаканов, после чего осуществляют сборку шланга, в ходе которой гладкие концы гофрированной камеры устанавливают коаксиально между наружным кольцом и опорной втулкой и соединяют между собой контактно-шовной сваркой, а гофрированную камеру покрывают снаружи проволочной оплеткой, концы которой устанавливают коаксиально между наружным стаканом и опорной втулкой и соединяют между собой сваркой, отличающийся тем, что гофрированную камеру, взятую из приготовленного комплекта, подвергают перед сборкой полному осаживанию по длине, а покрытие гофрированной камеры оплеткой, коаксиальную установку ее концов между наружным стаканом и опорной втулкой, их соединение между собой сваркой выполняют при сжатой гофрированной камере осевой силой, величину которой определяют по формуле
где Н - максимальная глубина погружения шланга в эксплуатации, м;
γ - плотность воды, г/см3;
Dy - внутренний диаметр гофрированной камеры, см;
h - высота профиля гофра, см.
