zaharov

2.2. Трубопроводы и их соединения

			процессе эксплуатации
	Динамические
			В

действующие на трубопроводы

Повторно-статические

В процессе эксплуатации

Нагрузки,

В процессе

эксплуатации

В процессе

монтажа

Статические

В процессе изготовления

83

Вибрации, возбуждаемые неуравновешенными частями агрегатов (ротор двигателя и т. п.)

Скоростной напор и скачки давления

Колебания агрегатов и панелей летательного аппарата под действием массовых инерционных и аэродинамических сил

Пульсирующие потоки жидкости и гидравлические удары

Вибрации агрегатов силовых установок

Замена агрегатов при профилактических работах

Внутреннее давление при срабатывании агрегатов

Температурные деформации и тепловые удары

Деформации корпусов летательных аппаратов

Внутреннее давление жидкости (постоянное)

Деформация трубопроводов при замене агрегатов

Отклонения размеров мест крепления и заделок трубопроводов

Отклонения размеров трубопроводов после их изготовления

Отклонения при получении раструба трубы и изготовлении соединительной арматуры

Отклонения длины заготовки после ее раскроя

Отклонения концов трубы после изгиба

Отклонения по углам и радиусам изгиба

Отклонения от эталонного образца по конфигурации

Рис. 2.34. Классификация нагрузок, действующих на трубопроводы

84	Глава 2. АГРЕГАТЫ ГИДРОСИСТЕМ

это трубопроводы 3 и 4 групп по функциональной значимости. Изготовляются они по первой и второй группам точности.

Нагрузки, действующие на трубопровод, по характеру и интенсивности их воздействия на несущую способность трубопроводов, можно классифицировать на статические, повторно-статические и динамиче-

ские (рис. 2.34).

Гибкие трубопроводы (шланги) применяют, когда возможно относительное перемещение присоединяемых агрегатов. В качестве основы для изготовления гибких шлангов используется резина или фторопласт с металлической оплеткой. Шланги могут выдерживать высокие давления и знакопеременные температуры. Шланги с двумя-тремя слоями металлической оплетки способны работать при давлениях

60…80 МПа.

Важное значение имеет заделка концов в арматуру, предназначенную для соединений с элементами гидросистемы. Распространенный способ заделки при помощи зажимного наконечника 2 и ниппеля 3 показан на рис. 2.35.

1	2	3

Рис. 2.35. Схема заделки шланга:

1 – шланг; 2 – зажимной наконечник; 3 – ниппель

Хвостовик наконечника имеет внутреннюю нарезку с большим шагом. Во время сборки шланг 1 ввинчивают в наконечник 2 до упора. Затем ниппель ввинчивают в наконечник, он своей конусной поверхностью вдавливает конец шланга в нарезку и тем самым герметизирует соединение.

Металлические шланги имеют гофрированную внутреннюю трубку из бронзы или коррозионно-стойкой стали и наружную оплетку, прак-

2.2. Трубопроводы и их соединения

85

тически инертны к любым жидкостям, и могут выдерживать давления до 40 МПа при широком диапазоне температур (от –180 до +550 °С).

Ниже приведены рекомендуемые радиусы изгиба шлангов со стальной оплеткой, употребляемых на современных самолетах для гидросистем с давлением до 32 МПа (табл. 2.1).

Т а б л и ц а 2.1

Рекомендуемые радиусы изгиба шлангов

	Диаметр проходного сече-	4	6	8	10	12
	ния шланга, мм
	Прямолинейный участок
	от конца криволинейной	50	50	50	75	75
	части, мм
	Минимальный радиус из-	100	125	150	150	200
	гиба шланга, мм

Соединения трубопроводов. Сложный спектр нагрузок, действующих на трубопроводы, привел к большому разнообразию конструктивных решений соединений, соответствующих предъявляемым требованиям: обеспечение герметичности на всех режимах работы двигателей и на различных режимах и этапах полета; простота сборки, разборки и контроля этих операций; малая чувствительность к монтажным неточностям; снижение напряжений в заделке от монтажных неточностей, эксплуатационных деформаций и вибраций; увеличение степени герметичности с повышением давления в гидросистеме; максимальное уменьшение массовой плотности; малые значения коэффициента эффективной концентрации напряжений; независимость предела выносливости и степени герметичности от количества переборок; простота конструкции и технологичность изготовления.

Для соединения трубопроводов, не подлежащих демонтажу, применяются неразборные соединения с муфтами на герметизирующей пайке или сварке (рис. 2.36, а). Соединение труб при помощи пайки уменьшает массу трубопроводов на 20…25 %.

В гидросистемах в последнее время стали применять неразборные термомеханические соединения трубопроводов (например, в гидросистеме самолета Ту-204) с помощью соединительной муфты, изготовленной из металла, обладающего свойством «памяти формы».

86	Глава 2. АГРЕГАТЫ ГИДРОСИСТЕМ

1	м	1	2
	d
	тр
	d

2	2
	2
а						б

Рис. 2.36. Неразборные соединения трубопроводов:

а– сварное; б – термомеханическое; 1 – муфта; 2 – трубопровод

Висходном положении (рис. 2.36, б) при нормальной температуре

внутренний диаметр муфты dм меньше диаметра трубопровода dтр. Муфту охлаждают в жидком азоте при температуре –196 °С, с помощью

специальной прошивки под прессом увеличивают ее диаметр так, что он становится больше диаметра трубопровода, и производят сборку соединения. При нормальной температуре муфта почти восстанавливает свой начальный диаметр, плотно обжимая концы трубопроводов.

Такие соединения имеют преимущества:

высокую плотность монтажа трубопроводов (так как наружный диаметр муфты небольшой);

достаточную прочность и герметичность соединения;

возможность работать в широком диапазоне температур от –60

до +230 °С;

трехкратный выигрыш в массе по сравнению с обычными механическими соединениями.

Трубопроводы к агрегатам системы присоединяют с помощью соединительной арматуры в основном следующими двумя способами

(рис. 2.37):

а) соединение по наружному конусу с углом конуса, равным 74°; б) соединение по внутреннему конусу (осуществляется на полу-

сфере или полной сфере).

В качестве подвижных соединений трубопроводов используются гидрошарниры (цилиндрические или шаровые).

Цилиндрический гидрошарнир (рис. 2.38, а) состоит из неподвижно закрепленной оси 6, к штуцерам которой подводятся трубопроводы гидросистемы, и подвижного корпуса 3, к штуцерам которого

2.2. Трубопроводы и их соединения																															87
1					2				3					4		1				2									3		4

а

б

Рис. 2.37. Схемы неподвижных соединений трубопроводов:

а – по наружному конусу (1 – штуцер; 2 – гайка накидная; 3 – ниппель; 4 – трубопровод); б – по внутреннему конусу (1 – штуцер; 2 – гайка накидная;

2 – ниппель полусферический; 4 – трубопровод)

подсоединяются трубопроводы от агрегата (или другого подвижного элемента).

Шаровой гидрошарнир (рис. 2.38, б) состоит из сферического гидрошарнира 13, закрепляемого на конструкции фюзеляжа, и двух подвижных трубопроводов 2 и 12. В гидрошарнире 13 монтируется подвижный трубопровод 12 с шаровым шарниром 11 на конце. Второй подвижный трубопровод 2 имеет с одной стороны седло 10 для шарнира 11 трубопровода 12, а с другой – цилиндрический шарнир 1, который крепится непосредственно на подвижном гидроприводе.

Широкое применение в гидросистемах ЛА нашли подвижные соединения, показанные на рис. 2.39 и 2.40.

Поворотные и пружинящие соединения труб. Так как при высоких давлениях в гидросистеме гибкие шланги не могут обеспечить требуемой надежности, в последнее время стали применять поворотные и различные жесткие пружинящие соединения из стальных труб.

Схема типового поворотного соединения, применяемого в системе с давлением 21.0 МПа, показана на рис. 2.41.

Из пружинящих соединений наиболее простым является пружина в виде прямой трубы, деформирующейся при движении (повороте) цилиндра (рис. 2.42, а). Так как цилиндр качается вокруг оси 1, то точка 2, в которой трубопровод присоединен к цилиндру, описывает дугу, а следовательно, трубу, если считать зажим ее в точке 3 жестким, можно рассматривать как консольную балку длиной L, заделанную одним концом (рис. 2.42, б).

88	Глава 2. АГРЕГАТЫ ГИДРОСИСТЕМ

1	2	2	3	4	5	6

2
	1
	2	3	4	5
а
Рис. 2.38. Подвижные соединения трубопро-	11
водов (гидрошарниры)
а – цилиндрический с двумя трубопроводами	10
(1 – фторопластовое (защитное) кольцо; 2 – уп-	8 7		6
лотнение; 3 – корпус; 4 – шайба; 5 – стопорное
кольцо; 6 – ось); штуцер № 2 на виде спереди
условно повернут на 90 ; б – шаровой с одним
трубопроводом (1 – цилиндрический шарнир;
2, 12 – подвижные трубопроводы; 3 – вкладыш;	13
4 – прокладка; 5 – чехол; 6 – гайка; 7 – винт;				12
8, 9 – уплотнения; 10 – седло; 11 – шаровой шар-
нир; 13 – сферический шарнир)			б

6	5	4	3	2	1

Рис. 2.39. Подвижное соединение 1 (по ОСТ1 14450-86):

1 – труба; 2 – упорное кольцо; 3 – гайка; 4 – корпус; 5 – кольцо резиновое уплотнительное

2.2. Трубопроводы и их соединения			89
		2	1
5	4	3
Рис. 2.40. Подвижное соединение 2 (по ОСТ1 14450-86).

1 – корпус; 2 – кольцо резиновое уплотнительное; 3 – гайка; 4 – упорное кольцо; 5 – труба

Рис. 2.41. Поворотное соединение

В качестве второго типа пружинного соединения рассмотрим спираль, изображенную на рис. 2.43, а. Поскольку эта трубчатая спираль подобна обычной спиральной пружине, работающей на кручение, расчет ведется по тем же формулам, которые применяются для расчета пружин, работающих на скручивание. Однако при этом необходимо учитывать трубчатость сечения проволоки, а также давление жидкости.

Спираль рассматриваемого соединения целесообразно размещать так, чтобы центр витка (петли) пружины совпадал с центром поворота

90																																					Глава 2. АГРЕГАТЫ ГИДРОСИСТЕМ
3																					L			2

1

a

P

L

h

б

Рис. 2.42. Пружинное соединение трубопровода и его расчетная схема

3

а

1

2

1

2

б

Рис. 2.43. Присоединения труб к силовому цилиндру с поворотным движением

цилиндра 1 (см. рис. 2.43, а). Если цилиндр поворачивается на небольшой угол, то центр витка можно расположить в точке, находящейся ниже или выше центра вращения цилиндра, если только виток работает в той же плоскости, в которой поворачивается цилиндр. Виток должен быть зажат с обоих концов, т.е. в точках 2 и 3.

2.2. Трубопроводы и их соединения

91

Третьим типом пружинного соединения трубопровода является установка, выполненная по принципу спиральной пружины (см. рис. 2.43, б). Расчет такой пружины можно осуществить по тем же формулам, по которым рассчитывается обычная спиральная пружина. При этом учитывают трубчатое сечение материала, из которого изготовлена пружина, и распрямляющее действие давления жидкости.

Крайние витки трубы должны быть изогнуты по дуге большого радиуса, которая обеспечивает наименьшую концентрацию напряжений; зажим концов должен быть выполнен в точках 1 и 2 (см. рис. 2.43, б).

Способы повышения стойкости трубопроводов. Стойкость труб против разрушения, как правило, повышается с увеличением предела усталости материала трубы и с устранением источников возбуждения ее колебаний и источников возникновения высоких напряжений, а также с повышением демпфирования энергии колебаний трубы.

Поскольку выбор материала ограничен сортаментом труб, повышать их стойкость можно главным образом за счет улучшения качества их изготовления, а также устранения источников возбуждения колебаний и повышения демпфирования. При расчетах можно принимать, что предельное усталостное напряжение стандартной бесшовной трубы из углеродистой стали типа сталь 10 равно ~180 МПа и нержавеющий стали ~210 МПа.

Для уменьшения провисания и вибрации (колебаний) труб крепление их должно быть частым. Ниже в табл. 2.2 приведены рекомендуемые расстояния между узлами крепления труб.

					Т а б л и ц а 2.2
	Рекомендуемые расстояния между узлами крепления труб
		Расстояние между			Расстояние между
	Внешний	опорами, мм		Внешний	опорами, мм
			Трубы			Трубы
	диаметр			диаметр
		Трубы	из алюми-		Трубы	из алюми-
	трубы, мм			трубы, мм
		из стали	ниевых		из стали	ниевых
			сплавов			сплавов
	6	400	340	15	650	560
	8	450	380	20	700	600
	10	500	400	25	800	660
	12	580	500

92	Глава 2. АГРЕГАТЫ ГИДРОСИСТЕМ

Для демпфирования колебаний в зажимах труб применяют прокладки из материала, который хорошо поглощает энергию колебаний. Наиболее эффективный материал – пористая резина. Для большего демпфирования колебаний трубу не следует сильно затягивать, чтобы не возникли резонансные колебания при высоких возмущающих частотах. Демпфирующую прокладку выполняют в виде резиновой трубы, свободно насаженной на металлическую трубу. Зажимы следует монтировать так, чтобы ось трубы не была параллельна оси демпфера, а составляла с ним некоторый угол, равный ~10…20°. Типовые крепления трубопроводов показаны на рис. 2.44.

3	4	5	6	5	7
				2
					8
2		1		9
а			б		в
Рис. 2.44. Типовые крепления трубопроводов:

а, б – с помощью колодки; в – с помощью хомута; 1 – колодка; 2 – винт; 3 – накладка; 4 – прокладка; 5 – трубопровод; 6 – болт; 7 – прокладка; 8 – хомут; 9 – анкерная гайка

Как показывают испытания, применение указанных демпфирующих прокладок понижает напряжения в трубе в 4…6 раз. Так, например, при использовании демпфирующего зажима максимальные напряжения в трубе диаметром 6 мм и длиной 500 мм, достигавшие без применения зажима 170…180 МПа, снижены были до 30…37.5 МПа.

Однако для труб малого диаметра эти факторы имеют относительно небольшое значение и ими можно пренебречь. Это тем более допустимо, что движение жидкости во многих из компонентов трубопроводов не постоянное, а периодическое, и резонансные явления могут наступить при покоящейся жидкости. Следует лишь иметь в виду, что, поскольку давление жидкости может изменять частоту собственных колебаний системы, изменение давления может способствовать вхождению трубы в резонансные колебания, так как давление в гидросистемах в большинстве случаев изменяется от нуля до максимального значения.