Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
MEMBRANE-DIAPHRAGM BELLOWS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/083196
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to mechanical engineering. The inventive membrane-diaphragm bellows comprises a set of axisymmetrical movable elements, which are sealingly connected to each other. Said set of movable element is embodied in the form of successively alternating plate elements of two different types, i.e. elastic membranes (2) and rigid non-deformable plates (3) (diaphragms) provided with holes (5) in the middle thereof. The elastic membrane (2) is sealingly fixed, by the central section thereof, to the circumference of the opening (5) embodied in a rigid diaphragm (3) arranged thereabove and to the circumference of a diaphragm (4) arrange thereunder. A subsequent membrane (2) is fixed in the opposite order etc, thereby making it possible to produce said movable elements of two types by means of a successive assembling. The external sizes of the set of diaphragms and membranes (2), respectively, are reduced. A step jig is mounted on the top movable platform of the membrane-diaphragm bellows for pulling out each rigid diaphragm and, correspondingly, the elastic membrane connected thereto. The invention ensures the required cyclic operational life of the membrane-diaphragm bellows and makes it possible to increases the reliability and performance of the bellows operation.

Inventors:
Maksimov, Lev Nikolaevich (ul. Krasny pr-t, 87/1-23 Novosibirsk, 9, 63004, RU)
Application Number:
PCT/RU2006/000040
Publication Date:
August 10, 2006
Filing Date:
February 02, 2006
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
Maksimov, Lev Nikolaevich (ul. Krasny pr-t, 87/1-23 Novosibirsk, 9, 63004, RU)
International Classes:
F16J3/04
Foreign References:
RU2112175C1
SU781465A1
SU1033013A3
JP2000130582A
Attorney, Agent or Firm:
Komarov, Lev Evgenievich (ul. Shkolnaya, 35 of. 1, Moscow 4, 10954, RU)
Download PDF:
Claims:
Формула изобретения.
1. Мембраннодиафрагменный сильфон (МДС) содержит набор осесимметричных подвижных элементов, герметично соединенных между собой, при этом, упомянутый набор подвижных элементов выполнен не однотипным, а в виде последовательно чередующихся пластинчатых элементов двух различных типов, а именно: эластичных мембран и жестких недеформируемых пластин (диафрагм) с центральными отверстиями в них, так что с одной стороны эластичная мембрана своей центральной частью герметично закреплена вокруг отверстия в вышерасположенной жесткой диафрагме, а с другой стороны закреплена по периметру нижерасположенной диафрагмы, при этом последующая мембрана закреплена в обратном порядке и т.д., с результирующим образованием именно в такой последовательной сборке подвижных элементов указанных двух типов, некоторого подобия гофрам традиционных сильфонов, но при этом наружные размеры набора диафрагм и соответственно мембран ступенчато уменьшаются от максимального значения, например, в верхней подвижной части сборки и такая торцевая диафрагма закреплена на верхней подвижной платформе всей сборки в целом, а наименьшая по размеру нижняя диафрагма закреплена на неподвижной платформе, снабженной отверстием для прохода в дальнейшем рабочего газа или рабочей жидкости внутрь МДС и при этом на верхней подвижной платформе МДС закреплен ступенчатый кондуктор, который в процессе рабочего удлинения всей сборки своими внутренними уступами принудительно выдвигает каждую жесткую диафрагму и соответственно связанную с ней эластичную мембрану на конструктивно заданный предельно допустимый уровень их взаимной раздвижки, независимо от суммарной раздвижки всего МДС и тем самым обеспечивается реализация требуемого ресурса циклической работы МДС для его конкретного технического предназначения.
2. МДС по п.1 , отличающийся тем, что эластичные мембраны выполнены с использованием в качестве их силового каркаса металлотканей или металлизированных тканевых материалов из особо прочных волокон, а требуемая газонепроницаемость мембран обеспечивается путем применения аморфизированных металлических покрытий и (или) аморфизированной фольги.
3. МДС по п.п.l или 2., отличающийся тем, что его диафрагмы, соприкасающиеся с рабочим газом внутри самого МДС, оснащены зонами размещения известных тепло аккумулирующих материалов, например, слоем тончайших металлических нитей или зонами с носителями каталитических веществ, применение которых позволяет осуществлять при работе МДС определенные термодинамические и (или) термохимические процессы, например, регенерацию тепла и (или) каталитические реакции.
4. МДС по п.п.l или 2, отличающийся тем, что герметизированный набор эластичных мембран и жестких недеформируемых диафрагм конструктивно выполнен в виде тороида и снабжен дополнительным внутренним ступенчатым кондуктором.
5. МДС по п.п.l или 2, отличающийся тем, что герметизированный набор эластичных мембран и жестких диафрагм конструктивно выполнен в виде продолговатого устройства с закругленными торцами и снабжен соответственно увеличенным количеством отверстий в нижней неподвижной платформе для прохода внутрь МДС рабочего газа или рабочей жидкости.
6. МДС по любому из п.п.l 3, отличающийся тем, что в дополнение к использованию внешних подвижных кондукторов внутри МДС на неподвижной платформе установлен центральный ступенчатый кондуктор, ограничивающий предельно допустимый верхний уровень расположения диафрагм и содержащий зоны размещения материалов и (или) веществ, например, для регенерации тепла или осуществления каталитических реакций.
7. МДС по п.п. l или 2, отличающийся тем, что набор эластичных мембран и жестких диафрагм выполнен поворотного типа, в котором неподвижные платформы закреплены на корпусе внешнего статора, а подвижные платформы закреплены на поворотном рабочем вале и оснащены внешними и внутренними поворотными ступенчатыми кондукторами и при этом внешний кондуктор проходит через выборки в статоре.
Description:
МЕМБРАННО-ДИАФРАГМЕН ЫЙ СИЛЬФОН ( МДС )

Область техники

Изобретение относится к области машиностроения, в частности решения проблем замены широко распространенных во всем мировом автотранспортном двигателестроении традиционных поршневых систем на системы и устройства, которые принципиально не содержат каких-либо подвижных контактных уплотнений, каковыми являются, например, известные поршневые кольца и т.п.. Преимущественно изобретение относится к решению проблем реализации именно беспоршневого преобразования энергии расширяющихся газов в механическую энергию в соответствующих конструкциях тепловых и (или) пневматических двигателей, в специальных упругих элементах высокого давления, а также беспоршневого (безуплотнительного) нагнетания криогенных жидкостей в зоны их последующей газификации под высоким и сверхвысоким давлением. Кроме того, изобретение открывает новые технические возможности в решении проблем нагнетания целого ряда специфических жидкостей, которые по своему предназначению категорически не допускают какого-либо их загрязнения, например, жидкостей, химически особо чистых или биологических особо стерильных.

Предшествующий уровень техники

Известен мембранный сильфон ("Перспективы развития упругих чувствительных элементов", M., ЦИНТИ, 1961г., стр.127), состоящий из отдельных штампованных деталей-мембран, имеющих форму половины гофра. Соединение их по внешнему и внутреннему контуру осуществляется пайкой. Однако этот тип сильфонов получил ограниченное применение из-за незначительной усталостной прочности по сравнению с нормальным типом, разрушение при знакопеременных нагрузках происходит в местах

пайки. По этой причине указанные мембранные сильфоны используются лишь только в малом перечне приборов в качестве упругих элементов с малой жесткостью.

Известен мембранный сильфон (RU 21 12175 Cl , 27.05.1998), состоящий из кольцевых мембран, изогнутых и герметично скрепленных между собой по наружному и внутреннему контурам попарно и попеременно. Мембраны жестко соединены совместным изгибом стенок соседних мембран на 180° два раза в противоположных направлениях.

Однако это ведет к усложнению технологии изготовления сильфона.

Раскрытие изобретения

В основу изобретения положена задача: создание простого, надежного, высокопроизводительного сильфона.

По существу создастся многоцелевой конструктивный комплекс, в котором функционально объединяется целый ряд технических решений, в том числе раннее порознь известных из достижений в различных областях научно-технического прогресса. Наиболее важные технические решения, которые в данном изобретении впервые объединяются и которые при этом являются существенными отличительными признаками, характеризуются нижеследующими краткими пояснениями.

Поставленная задача решается тем, что:

Мембранно-диафрагменный сильфон (МДС) содержит набор осесимметричных подвижных элементов, герметично соединенных между собой, при этом, упомянутый набор подвижных элементов выполнен не однотипным, а в виде последовательно чередующихся пластинчатых элементов двух различных типов, а именно: эластичных мембран и жестких недеформируемых пластин (диафрагм) с центральными отверстиями в них, так что с одной стороны эластичная мембрана своей центральной частью герметично закреплена вокруг отверстия в вышерасположенной жесткой диафрагме, а с другой стороны закреплена по периметру нижерасположенной диафрагмы, при этом последующая мембрана закреплена в обратном порядке и т.д., с результирующим образованием

именно в такой последовательной сборке подвижных элементов указанных двух типов, некоторого подобия гофрам традиционных сильфонов, но при этом наружные размеры набора диафрагм и соответственно мембран ступенчато уменьшаются от максимального значения, например, в верхней подвижной части сборки и такая торцевая диафрагма закреплена на верхней подвижной платформе всей сборки в целом, а наименьшая по размеру нижняя диафрагма закреплена на неподвижной платформе, снабженной отверстием для прохода в дальнейшем рабочего газа или рабочей жидкости внутрь МДС и при этом на верхней подвижной платформе МДС закреплен ступенчатый кондуктор, который в процессе рабочего удлинения всей сборки своими внутренними уступами принудительно выдвигает каждую жесткую диафрагму и соответственно связанную с ней эластичную мембрану на конструктивно заданный предельно допустимый уровень их взаимной раздвижки, независимо от суммарной раздвижки всего МДС и тем самым обеспечивается реализация требуемого ресурса циклической работы МДС для его конкретного технического предназначения.

Кроме того:

- эластичные мембраны выполнены с использованием в качестве их силового каркаса металлотканей или металлизированных тканевых материалов из особо прочных волокон, а требуемая газонепроницаемость мембран обеспечивается путем применения аморфизированных металлических покрытий и (или) аморфизированной фольги;

- диафрагмы, соприкасающиеся с рабочим газом внутри самого

МДС, оснащены зонами размещения известных теплоаккумулирующих материалов, например, слоем тончайших металлических нитей или зонами с носителями каталитических веществ, применение которых позволяет осуществлять при работе МДС определенные термодинамические и (или) термохимические процессы, например, регенерацию тепла и (или) каталитические реакции; герметизированный набор эластичных мембран и жестких

недеформируемых диафрагм конструктивно выполнен в виде торой да и снабжен дополнительным внутренним ступенчатым кондуктором;

- герметизированный набор эластичных мембран и жестких диафрагм конструктивно выполнен в виде продолговатого устройства с закругленными торцами и снабжен соответственно увеличенным количеством отверстий в нижней неподвижной платформе для прохода внутрь МДС рабочего газа или рабочей жидкости.

- в дополнение к использованию внешних подвижных кондукторов внутри МДС на неподвижной платформе установлен центральный ступенчатый кондуктор, ограничивающий предельно допустимый верхний уровень расположения диафрагм и содержащий зоны размещения материалов и (или) веществ, например, для регенерации тепла или осуществления каталитических реакций;

- набор эластичных мембран и жестких диафрагм выполнен поворотного типа, в котором неподвижные платформы закреплены на корпусе внешнего статора, а подвижные платформы закреплены на поворотном рабочем вале и оснащены внешними и внутренними поворотными ступенчатыми кондукторами и при этом внешний кондуктор проходит через выборки в статоре.

Исходный базовой концепцией усовершенствования вышеуказанного прототипа является конструктивное разделение в предлагаемом МДС традиционных упругих элементов, присущих всем известным сильфонам, на две функционально различные составляющие, а именно - на конструктивные составляющие ответственные за обеспечение прежде всего механической прочности сильфонного устройства при его работе под высокими сверхвысоким давлением, и на составляющие, которые ответственны в наибольшей мере за требуемую эластичность и подвижность конструкции в целом.

Соответственно в создаваемом новом конструктивном комплексе объединяются в общую сборку два типа базовых элементов

- это жесткие недеформируемые диафрагмы и располагаемые между ними эластичные мембраны с центральными отверстиями для прохода в дальнейшем внутрь МДС рабочего газа или рабочей жидкости. При этом каждая мембрана своей центральной частью с одной стороны герметично закрепляется вокруг отверстия в расположенной над ней жесткой диафрагме, а со своей противоположной стороны такая мембрана закрепляется по периметру нижерасположенной диафрагмы, а последующая мембрана закрепляется далее в обратном порядке и т.д., с результирующим образованием именно в такой последовательной сборке некоторого подобия гофрам традиционных сильфонов, в частности, гофрам вышеуказанного прототипа.

В указанной последовательной сборке двух типов подвижных конструктивных элементов МДС наружные размеры жестких диафрагм ступенчато уменьшаются, начиная, например, с верхней диафрагмы, которая закрепляется на соответственно верхней подвижной платформе, а наименьшая по размеру нижняя диафрагма закрепляется на неподвижной платформе, снабженной общим каналом подвода в дальнейшем рабочего газа или жидкости внутрь сборки в целом.

В предложенный конструктивный комплекс впервые вводится дополнительный подвижный элемент - ступенчатый кондуктор, который закрепляется на вышеупомянутой подвижной платформе МДС, При рабочих циклах с пространственной раздвижкой всей сборки мембран и диафрагм, такой кондуктор своими внутренними уступами (которые выполнены так, что последовательно упираются в соответствующие размерные ступеньки диафрагм), последовательно выводит каждую диафрагму и соответственно связанную с ней эластичную мембрану на конструктивно заданный предельно допустимый уровень их взаимный раздвижки. Именно такое техническое решение по конструктивному ограничению предельной раздвижки каждого из подвижных базовых звеньев МДС, т.е. ограничению раздвижки

соответственно спаренных мембран и диафрагм, независимо от суммарной раздвижки всего МДС, создает в итоги необходимые условия для реализации того расчетного рабочего ресурса, который требуется для конкретного функционального предназначения предлагаемого МДС.

Эластичные мембраны выполняются с использованием в качестве их силового каркаса металлических тканей или металлизированных тканевых материалов из особо прочных волокон. Такое техническое решение является конкретным применением, но новому назначению раннее известных научно-технических достижений, детально представленных, в частности, в книге "Металлизация тканей", M., 1972 г., Кац Н.В.

Требуемая газонепроницаемость эластичных мембран достигается путем использования аморфизированных металлических покрытий наружных слоев мембран, например, аморфизированной фольгой. Это является еще одним конкретным применением по новому назначению раннее известных научно-технических достижений, детально представленных, в частности, в книге "Аморфные металлы", К.Судзуки и др., M., 1987 г.

В составе объединяемых в устройстве МДС в единый конструктивный комплекс нескольких технических решений, в том числе раннее порознь известных, применяется ряд таких, которые позволяют реализовать предлагаемое принципиальное построение МДС в виде сборки не только круговых мембран и диафрагм, но и продолговатых устройств с закругленными торцами, а также в виде тороидов или поворотного типа и т.п.

Особым отличительным признаком предлагаемой конструкции МДС является возможное размещение в ею внутреннем пространстве таких раннее известных материалов и (или) веществ, с помощью которых впервые открывается возможность осуществления при циклической работе МДС функционально важных термодинамических и (или) термохимических процессов. Для этого те диафрагмы, которые

соприкасаются с рабочим газом внутри самого МДС (условно называемые активными диафрагмами) конструктивно оснащены зонами размещения известных тепло аккумулирующих материалов, например, слоя тончайших металлических нитей или зонами с носителями каталитических веществ, применение которых соответственно позволяет осуществлять при циклической работе МДС регенерацию тепла и (или) определенные каталитические реакции. С этой же целью в дополнение к подвижным активным диафрагмам возможно применение внутри МДС неподвижных зон размещения вышеуказанных материалов и веществ в соответствующем устройстве, например, неподвижных ступенчатых ограничителей предельно верхнего размещения диафрагм.

Краткое описание фигур чертежа Сущность изобретения поясняется прилагаемые чертежами, на которых представлено:

Фиг.l - Принципиальное устройство базового мембранно-диафрагменной блока;

Фиг.2 - МДС в сборе с внешним кондуктором в положении полного растяжения;

Фиг.З - МДС в рабочем положении с частью раздвинутых диафрагм;

Фиг.4 - МДС в положении полною сжатия;

Фиг.5 - МДС тороидального типа;

Фиг.6 - МДС продолговатого типа с закругленными торцами; Фиг.7 - МДС поворотного типа в положении полного сжатия;

Фиг.8 - МДС с внутренним ступенчатым ограничителем верхнего положения диафрагм;

Фиг.9 - МДС поворотного типа в положении полного растяжения;

На приведенных чертежах изображено: 1 - верхняя диафрагма;

2 - эластичная мембрана в междиафрагменном пространстве;

3 -диафрагма с внутренним закреплением мембраны;

4 - диафрагма с внешним закреплением мембраны;

5 - отверстие для прохода рабочего газа или рабочей жидкости;

6 - фрагмент увеличенного изображения внешней зоны закрепления мембран; 7 - газонепроницаемая прослойка;

8 - силовой каркас эластичной мембраны;

9 - фрагмент увеличенною изображения внутреннего устройства активной диафрагмы;

10 - фрагмент увеличенного изображения сечения по A-A; 11 - зона размещения тепло аккумулирующих материалов и (или) каталитических веществ;

12 - верхняя подвижная платформа;

13 - условно обозначенное приложение внешних сил;

14 - накладная шайба зоны периферийного закрепления мембран; 15 - зона герметизирующий пропайки или оплавления;

16- нижняя неподвижная платформа;

17 - подвижный ступенчатый кондуктор;

18 - внутренняя ступень кондуктора;

19 - ограничитель предельного растяжения; 20 - условное изображение прохода рабочего газа или рабочей жидкости;

21 - фрагмент увеличенного изображения сжатого состояния всех мембран и диафрагм;

22 - внутренний разрезной ступенчатый кондуктор;

23 - сжатое положение поворотных диафрагм; 24 - элементы статора;

25 - внутренний поворотный кондуктор;

26 - поворотный блок;

27 - внешний ступенчатый кондуктор поворотного блока;

28 - канал подачи рабочего газа; 29 - внутренний ступенчатый ограничитель;

30 - подвижная платформа в верхнем положении;

31 - нижнее положение платформы 30;

32 - отверстия для прохода рабочего газа;

33 - диафрагма поворотного типа;

34 - мембрана поворотного типа в междиафрагм енном положении;

35 - внешняя зона закрепления мембраны на диафрагме поворотного типа; α - угол циклических поворотов;

Lmах -максимальное раскрытие МДС;

L(t) - переменное во времени рабочее раскрытие МДС.

Лучший вариант осуществления изобретения

Созданный мембранно-диафрагменый сильфон и его функционирование конкретизируются нижеследующими главными фрагментами практического осуществления данного изобретения с поясняющим привлечением приложенных графических материалов. Осуществление изобретения в соответствии с представленными чертежами поясняется следующим кратким описанием конструкции МДС и его действия.

Основной базовый блок МДС представляет собой пластинчатый набор, состоящий из недеформируемых диафрагм (начиная с верхней - 1) и эластичных мембран - 2, располагаемых в междиафрагменном пространстве. При этом мембраны герметично закреплены на диафрагмах так, что одни диафрагмы имеют внутреннее закрепление мембран (3), а другие - внешнее периферийное закрепление (4). Внутреннее закрепление мембран осуществляется вокруг центральных отверстий (5). Диафрагмы последовательно уменьшаются в своем наружном размере с соответствующим образованием характерных радиальных ступенек. Верхняя диафрагма 1 герметично закрепляется на подвижной платформе 12, а нижняя - на неподвижной платформе 16, оснащенной отверстием для прохода в дальнейшем рабочего газа или рабочей жидкости 20. На верхней подвижной платформе 12 закреплен внешний ступенчатый кондуктор 11 , ступени 18 которого по характерному размеру соответствуют размерным ступеням подвижных диафрагм.

В исходном положении, когда под действием внешней силы (13) МДС полностью сжат (Фиг.4), кондуктор 17 находится в своем нижнем положении. При последующей подаче внутрь МДС рабочего газа или жидкости (20) под давлением достаточным для преодоления внешней силы (13) с соответствующим подъемом верхней платформы 12, ступенчатый кондуктор 17 (при одновременном его подъеме) своими ступенями 18 последовательно поднимает диафрагмы, начиная с верхних (как это изображено на Фиг.З) и далее выполняет свое главное функциональное предназначение по принудительной раздвижке диафрагм вплоть до упора ограничителя 19 в неподвижную платформу 16, обеспечивая тем самым конструктивно заданную предельно допустимую раздвижку не только каждого подвижного звена, но и суммарную предельную раздвижку МДС в целом, как это изображено на Фиг.2.

С принципиальной точки зрения аналогичным образом устроены и действуют другие возможные варианты конструктивного исполнения МДС, например, в виде тороида (Фиг.5) или в виде набора не круговых мембран и диафрагм, а продолговатого типа с соответственно закругленными торцами (Фиг.6), а также поворотного типа (Фиг.7) и т.п.

Промышленная применимость

Настоящее изобретение промышленно применимо, так как для его осуществления не требуется специальных материалов, оснастки и новой технологии. Изобретение, названное мембранно-диафрагменный сильфон, открывает перспективу замены широко распространенных во всем мировом автотранспортном двигателестроении традиционных поршневых систем на системы и устройства, которые принципиально не содержат каких-либо подвижных контактных уплотнений, каковыми являются, например, известные поршневые кольца и т.п.

Наиболее важные технические решения, которые в данном изобретении впервые объединяются в единый конструктивный комплекс, представляют, в частности, использование по новому назначению

известных достижений в области создания металлизированных тканей и получения аморфных металлов.