Патент на изобретение №2375631

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ШЛАНГА ДЛЯ ПОДВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ

(57) Реферат:

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;

– плотность воды, г/см³;

D_y – 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 Р_окр может периодически изменяться от Р

окр до Р>Р_окр.

В режиме эксплуатации шланга при Р<Р_окр 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>P_окр 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;

– плотность воды, г/см³;

D_y – 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<Р_окр.

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>Р_окр, а также резко повышает радиальную устойчивость шланга к внешнему давлению при эксплуатации в режиме Р<Р_окр.

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;

– плотность воды, г/см³;

D_y – 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 D_y=100 мм для эксплуатации в пресноводной акватории (=1 г/см³) на глубине Н400 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 D_y=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;

=1 г/см³ – плотность воды,

D_y=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<Р_окр до Р>Р_окр.

В указанных условиях эксплуатации долговечность образца шланга превысила 10000 циклов изменения режима эксплуатации, что многократно превосходит долговечность шланга, изготовленного по способу-прототипу.

Формула изобретения

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;
– плотность воды, г/см³;
D_y – внутренний диаметр гофрированной камеры, см;
h – высота профиля гофра, см.

РИСУНКИ