Сильфон — гофрированная упругая оболочка¶
Сильфон — тонкостенная гофрированная упругая оболочка цилиндрической формы, изготовленная из металла, полимера или другого эластичного материала, способная воспринимать осевые, радиальные и угловые перемещения при сохранении герметичности. Сильфоны применяются в машиностроении, приборостроении, трубопроводной арматуре и криогенной технике в качестве уплотнений, компенсаторов и чувствительных элементов датчиков.
¶Происхождение термина
Слово «сильфон» происходит от греч. σιφων — трубка, гофра. Термин вошёл в техническую лексику в конце XIX — начале XX века вместе с развитием гофрированных металлических элементов, применявшихся в манометрах, компенсаторах теплового расширения трубопроводов и вакуумной технике.
¶Устройство и принцип работы
Сильфон представляет собой тело вращения, стенка которого выполнена в виде последовательности кольцевых гофров. Гофры придают оболочке продольную податливость: при осевой нагрузке гофры сжимаются или растягиваются, а при изгибе — деформируются асимметрично, воспринимая угол между соосными элементами. Благодаря малой толщине стенки (обычно от 0,1 до 2 мм) деформации остаются в пределах упругого диапазона материала, что обеспечивает высокий ресурс — от десятков до сотен тысяч циклов.
Основные характеристики сильфона:
- Число гофров — определяет величину допустимых перемещений: чем больше гофров, тем большую амплитуду осевого хода и изгиба компенсирует сильфон.
- Профиль гофра — арочный, U-образный, V-образный, косинусоидальный; профиль влияет на запас прочности и величину хода.
- Материал — коррозионно-стойкие стали (03Х16Н15М3, 12Х18Н10Т), никелевые сплавы (ХН78Т, ХН67ВМТЮ), латунь, бронза, титан, а также фторопласт и другие полимеры для агрессивных сред.
- Наличие сетки — одно- или двухслойная сетка из проволоки, навитая поверх гофров, воспринимает внутреннее давление, не давая сильфону раздуваться.
¶Классификация
По назначению сильфоны делятся на:
- Компенсаторные — устанавливаются в трубопроводах и компенсируют тепловое расширение, вибрации, осадочные подвижки. Могут быть одноразовые (неподвижные) и сферические (шарнирные), способные воспринимать значительные угловые перемещения.
- Уплотнительные — герметизируют подвижные соединения валов, штоков, затворов арматуры. Применяются в вакуумной технике, насосах, компрессорах.
- Измерительные (чувствительные элементы) — деформация сильфона под действием давления преобразуется в электрический сигнал. Сильфонные датчики давления широко распространены в промышленной автоматике.
- Металлорукавные — гибкие соединения для перекачки жидких и газообразных сред, включая криогенные (жидкий азот, кислород, водород).
¶Применение
В нефтегазовой и химической промышленности сильфонные компенсаторы устанавливаются на трубопроводах перекачки, в технологических линиях реакторов и теплообменников. В энергетике они гасят вибрации паропроводов турбин. В криогенной технике сильфоны из нержавеющих сталей обеспечивают герметичность подвижных соединений при температурах до −270 °C, где обычные уплотнения теряют эластичность.
В приборостроении сильфонные элементы служат чувствительными элементами манометров, дифференциальных давломеров и тягомеров. В медицинском оборудовании и пищевой промышленности используются сильфоны из нержавеющей стали с полированной внутренней поверхностью, допускающие стерилизацию.
В России производством сильфонов и сильфонных компенсаторов занимаются предприятия в Перми, Новосибирске, Москве и других промышленных центрах; продукция соответствует отраслевым стандартам и ГОСТ на компенсаторы металлические сильфонные.
¶Преимущества и ограничения
К достоинствам сильфонов относятся: герметичность без использования эластомеров, стойкость к широкому диапазону температур (от криогенных до 500–600 °C для жаропрочных сплавов), отсутствие необходимости в смазке, малый вес. Ограничения: относительно невысокое давление (обычно до 1,6–2,5 МПа без сетки и до 10 МПа и выше с сеткой), чувствительность к коррозионному растрескиванию при работе с агрессивными средами, ограниченный ресурс при циклических нагрузках.
¶См. также
- Компенсатор теплового расширения
- Гофротруба
- Манометр
¶Источники
- Каталоги и техническая документация предприятий-изготовителей сильфонных компенсаторов
- Справочная литература по трубопроводной арматуре и компенсирующим устройствам
- Отраслевые стандарты на металлические сильфонные компенсаторы