Сильфон — гофрированная оболочка¶

Сильфон — тонкостенная гофрированная оболочка цилиндрической формы, способная воспринимать осевые нагрузки на растяжение и сжатие, герметично пропускать через себя шток или рабочую среду и компенсировать температурные деформации, вибрации и смещения соединяемых элементов. Сильфоны изготавливают из металлов (нержавеющая сталь, латунь, бронза, титан), полимеров и фторопластов. Применяются в машиностроении, трубопроводной арматуре, вакуумной технике, приборостроении и криогенной технике.

¶Происхождение термина

Слово «сильфон» происходит от греческого σιλφών — меха, кожаный мешок, использовавшийся в античности как духовой инструмент (род гармоники). В техническом значении термин закрепился в XIX веке, когда гофрированные металлические и кожаные трубки начали применять в паровых машинах, манометрах и компенсаторах.

¶Устройство и принцип работы

Сильфон представляет собой тело вращения с поперечным гофрированным профилем. Гофры могут быть круглыми, U-образными, трапециевидными или V-образными. Количество гофров и их геометрия определяют ход (величину осевой деформации), усилие сжатия и ресурс изделия.

Принцип работы основан на том, что при осевой деформации гофры распрямляются или сжимаются, а тонкие стенки изгибаются, не испытывая существенных пластических деформаций. Это позволяет компенсировать относительные перемещения соединяемых элементов, вызванные температурным расширением, усадкой фундаментов, вибрацией или неточностями монтажа.

Основные элементы сильфона:

• Гофрированная оболочка — рабочая часть, воспринимающая деформации.
• Присоединительные патрубки — приварные или резьбовые концы для стыковки с трубопроводом.
• Текстолитовые кольца (при наличии) — ограничивают поперечную деформацию гофров при высоком давлении.
• Сетчатый кожух — предотвращает раздувание сильфона при внутреннем давлении.

¶Классификация

По назначению сильфоны делятся на:

• Компенсаторы — для погашения температурных и монтажных деформаций трубопроводов.
• Мембранные уплотнения — для герметизации подвижных соединений (штоков, валов).
• Вакуумные сильфоны — для создания герметичных подвижных вводов в вакуумных камерах и приборах.
• Сильфоны приборные — чувствительные элементы давления в манометрах, датчиках, реле давления.
• Сильфоны герметизирующие — для герметизации электрических вводов, кабельных проходок.

По материалу:

По конструкции:

• Однокорпусные — сварной однорядный гофрированный элемент.
• Двухкорпусные — два ряда гофров, увеличивающие ход.
• Сильфонные компенсаторы с гибким элементом — сильфон в металлической оплётке.

¶Применение

¶Трубопроводная арматура

Сильфоны — основной элемент сильфонных компенсаторов, устанавливаемых на трубопроводах пара, горячей воды, химических сред. Они заменяют громоздкие сальниковые компенсаторы и линзовые компенсаторы там, где требуется герметичность и большой ход. В российской практике сильфонные компенсаторы стандартизированы ГОСТ Р 53676-2009 «Компенсаторы сильфонные».

¶Приборостроение

Гофрированная оболочка сильфона используется как чувствительный элемент в манометрах, барометрах, дифференциальных давлениях, реле давления. При изменении давления сильфон деформируется, и эта деформация преобразуется в показание прибора или электрический сигнал. Сильфонные датчики отличаются высокой точностью и коррозионной стойкостью.

¶Вакуумная техника

Вакуумные сильфоны обеспечивают герметичную передачу возвратно-поступательного или вращательного движения внутрь вакуумной камеры (например, для подвода образцов, перемещения деталей в вакуумных установках осаждения). Материал — обычно нержавеющая сталь или нержавеющая сталь с гальваническим покрытием.

¶Криогенная техника

Сильфоны применяются в трубопроводах жидких газов (азот, кислород, водород) и в криостатах, компенсируя огромные температурные деформации при охлаждении от 300 К до 4 К и ниже.

¶Машиностроение

Сильфоны служат уплотнениями штоков задвижек и клапанов, элементами гибких муфт, герметизирующими элементами в приводах и актуаторах.

¶Достоинства и ограничения

Достоинства сильфонов: полная герметичность, отсутствие смазочных материалов, широкий диапазон рабочих температур (от криогенных до 600 °C и выше), малое усилие деформации, длительный ресурс (при правильном расчёте — десятки тысяч циклов).

Ограничения: относительно невысокое сопротивление внутреннему давлению (особенно у больших диаметров), чувствительность к изгибающим моментам, необходимость ограничения хода защитными кольцами и сетками, риск усталостного разрушения гофров при циклических деформациях.

¶См. также

• Компенсатор линзовый
• Мембрана (техника)
• Сальниковое уплотнение

¶Источники

• ГОСТ Р 53676-2009. Компенсаторы сильфонные. Общие технические условия.
• Каталоги промышленных компенсаторов (ООО «Компенсатор-Инжиниринг», «Теплоком»).
• Справочник «Трубопроводная арматура: справочник» под ред. С. И. Косых.
• Техническая литература по вакуумной технике и приборостроению.