CN108180087B - 一种承高压的泵后燃料摇摆装置 - Google Patents

Abstract

一种承高压的泵后燃料摇摆装置，包括传力环叉、常平环、S型增强波纹管和导流筒；两个传力环叉分别连接在S型增强波纹管的进口端和出口端，传力环叉包括传力环和对称连接在传力环两侧的两个传力臂；常平环为环状结构，径向均布有安装孔；销轴与传力臂固定连接，关节轴承安装在常平环的安装孔内，常平环与销轴通过关节轴承铰接，使传力环叉相对常平环转动；传力环与S型增强波纹管固定连接；S型增强波纹管置于常平环内；用于梳理流场方向的导流筒与进口端传力环叉固定连接，置于S型增强波纹管内。本发明提供的承高压燃料摇摆装置可以适应液体火箭发动机高压燃料路双向摇摆要求，在输运高压介质的同时保证发动机摇摆过程中良好的位移补偿能力。

Description

一种承高压的泵后燃料摇摆装置

技术领域

本发明属于液体火箭发动机制造领域，可用于其它技术领域中需要在高压条件下摇摆的管路变形补偿。

背景技术

承高压的泵后燃料摇摆装置为高压管路的变形补偿器，属金属膨胀节领域，金属膨胀节可实现管路承压功能的同时补偿其周期性摇摆时的管路变形，在航天航空、石化、电力、汽车和船舶等行业均有广泛的应用。

标准JB-T 6171-2013提及角向型万向膨胀节具有能吸收任一平面内角位移并能承受内压的功能，由波纹管、销轴、铰链板、万向环和立板组成，该结构采用的波纹管未设置加强环，承内压能力不高于4MPa，传力摇摆的铰接板与万向环通过销轴铰接，在较大销轴向分离载荷下铰链板、万向环与销轴的铰接结构易出现变形卡滞，所以标准中角向性膨胀节不能解决高压摇摆问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可承高压的燃料摇摆装置，补充现有标准金属膨胀节方案承压能力不足的问题，该装置用于液体火箭发动机泵后燃料管路的高压介质输运及摇摆的变形补偿，适用于工作压力高于40MPa的高压管路双向摇摆。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种承高压的泵后燃料摇摆装置，包括传力环叉、常平环、S型增强波纹管；所述传力环叉有两个，分别连接在用于承压传力的S型增强波纹管的进口端和出口端，传力环叉包括传力环和对称连接在传力环两侧的两个传力臂；所述常平环为封闭环形，周向均布有安装孔；销轴与传力臂固定连接，关节轴承安装在常平环的安装孔内，常平环与销轴通过关节轴承铰接，使传力环叉相对常平环转动；传力环与S型增强波纹管固定连接；所述S型增强波纹管置于常平环内，在装置摇摆时产生角变形。

优选还包括用于梳理流场方向的导流筒；导流筒与进口端的传力环固定连接，置于S型增强波纹管内。

优选所述的S型增强波纹管包括膨胀节，端头铠装环和铠装环；膨胀节包括位于两端的直边段和位于两个直边段中间的多个依次连接的波节，波节包括依次连接的圆弧型波谷、设置在圆弧型波谷两端的直线型过渡段以及与直线型过渡段连接的圆弧型波峰；铠装环的横截面包括贴合段、补偿段和定位段，贴合段、补偿段分别与膨胀节的圆弧型波谷和直线型过渡段相适配，补偿段与圆弧型波峰之间设置有渐开型间隙，定位段的一端与补偿段连接，定位段的另一端设置有定位卡槽；端头铠装环包括第一焊接环板、第二焊接环板以及封头，第一焊接环板与第二焊接环板同心圆分布在封头外侧且第一焊接环板位于第二焊接环板内，第一焊接环板与膨胀节的直边段固定连接，封头内侧与最末端的波节相适配；第二焊接环板与传力环固定连接。

优选所述传力臂包括两条叉臂；常平环置于两条叉臂之间。

优选导流筒为流道渐收结构，导流筒的出口外径比S型增强波纹管最小内径小L*tg(a/2)，其中“L”为S型增强波纹管的长度，“a”为最大摇摆角度；导流筒的出口端不超过销轴的轴心位置。

优选所述传力环和传力臂整体机加工，形成一体结构。

优选所述传力环叉材料为不锈钢，常平环材料为马氏体不锈钢。

优选所述传力环与第二焊接环板焊接；传力环与导流筒焊接。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)采用S型增强波纹管，采用铠装环增强波纹管可提高结构承压能力、提高失稳极限压力、控制波纹管的整体变形，防止波纹管部分波段出现大变形，使摇摆管路压力提高至40MPa以上，克服了目前金属膨胀节柔性元件承压能力的不足；

(2)采用关节轴承及销轴铰链传力环叉与常平环，关节轴承径向承载能力强，且其内外圈有一定的偏转自由度，通过轴承偏转避免在较高径向力下传力环叉的传力臂和销轴变形导致的摇摆卡滞，且关节轴承内外圈的润滑层可减小整个装置的摇摆力矩，可降低对摇摆伺服机构的力矩要求；

(3)传力环叉集成了现有技术中铰链板、立板和接口法兰的功能，该零件整体机加工，可精确控制两个传力臂上安装孔的位置精度，确保整个装置销轴及关节轴承的位置精度；

(4)设置锥面导流筒，导流筒的出口通径综合考虑摆间隙余量及***流阻，降低整个摇摆装置的流阻。

附图说明

图1为本发明摇摆装置的整体半剖面示意图；

图2为本发明摇摆装置的S型增强波纹管、单波节剖面及端头铠装环示意图；

图3为本发明可承高压燃料摇摆装置的传力环叉的结构示意图；

图4为本发明可承高压燃料摇摆装置的常平环的结构示意图；

图5为本发明摇摆装置包括导流筒时的整体半剖面示意图；

其中附图标记为：1-传力环叉，2-常平环，3-导流筒，4-销轴，5-关节轴承，6-S型增强波纹管，7-膨胀节，8-直线段，9-端头铠装环，10-铠装环，11-波谷，12-过渡段，13-波峰，15-传力环，16-传力臂，17-销轴安装孔，19-关节轴承安装孔，20-第一焊接环板，21-封头，22-第二焊接环板，23-贴合段，24-补偿段，25-定位段，26-定位卡槽。

具体实施方式

如图1、图3、图4所示，本发明包括两个传力环叉1、常平环2、S型增强波纹管6；传力环叉1包括传力环15和对称连接在传力环15两侧的两个传力臂16，传力臂16上设置安装孔17；常平环2为封闭环形，周向均布有四个安装孔19；销轴4与传力臂16通过安装孔17固定连接；4个关节轴承5安装在常平环2的安装孔19内，使常平环2与销轴4铰接；传力环叉1连接在S型增强波纹管6的进口端和出口端。

如图2(a)S型增强波纹管示意图、图2(b)单波节剖面示意图、图2(c)端头铠装环示意图所示，S型增强波纹管6包括膨胀节7，端头铠装环9和铠装环10；膨胀节7包括位于两端的直边段8和位于两个直边段中间的多个依次连接的波节，波节由依次连接的圆弧型波谷11、设置在波谷两端的直线型过渡段12以及与过渡段连接的圆弧型波峰13组成；铠装环10的横截面包括贴合段23、补偿段24和定位段25，贴合段23、补偿段24分别于膨胀节的圆弧型波谷11和直线型过渡段12相适配，补偿段24与圆弧型波峰13之间设置有渐开型间隙，定位段25的一端与补偿段24连接，定位段25的另一端设置有定位卡槽26；端头铠装环9包括第一焊接环板20、第二焊接环板22以及封头21，第一焊接环板20与第二焊接环板22同心圆分布在封头21外侧且第一焊接环板20位于第二焊接环板22内，第一焊接环板20与膨胀节7的直边段8固定连接，封头21内侧与最末端的波节相适配；第二焊接环板22与传力环叉1的传力环15焊接。

如图5所示，摇摆装置还包括用于梳理流场方向的导流筒3；导流筒3为渐收锥形圆筒，置于S型增强波纹管6内侧，固定于进口端传力环叉1的传力环15，将流入摇摆装置内腔的高压流体介质导向出口，形成导流装置；导流筒3长度小于S型增强波纹管的1/2；导流筒3的出口外径比S型增强波纹管6最小内径小L*tg(a/2)，其中“L”为S型增强波纹管6的长度，“a”为最大摇摆角度；导流筒3的出口端不超过销轴4的轴心位置。

本发明布置于高压管路上；当高压流体介质通入装置时，S型增强波纹管6承受高压介质内压，产生的分离力通过端头铠装环9的第二焊接环板22传递至两端的传力环叉1，由两端的传力环叉1、销轴4、关节轴承5、常平环2形成的传力摇摆环节共同承载，实现承压功能；当装置摇摆时，其中一端传力环叉1保持固定，另一端传力环叉1摇摆；摇摆端的传力环叉1在外部机构的作用下带动S型增强波纹管6发生角变形；摇摆端传力环叉1上固定的销轴4相对于配合的关节轴承5转动，摇摆端传力环叉1相对于常平环2偏转；常平环2上关节轴承5相对配合的固定端传力环叉的销轴4转动，常平环2相对于固定端传力环叉1发生角度偏转。

对于需要摇摆的发动机，在连接固定部件与摇摆部件的管路上设置本发明，管路与本发明可为焊接连接。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种承高压的泵后燃料摇摆装置，其特征在于：包括传力环叉(1)、常平环(2)、S型增强波纹管(6)、用于梳理流场方向的导流筒(3)；所述传力环叉(1)有两个，分别连接在用于承压传力的S型增强波纹管(6)的进口端和出口端，传力环叉(1)包括传力环(15)和对称连接在传力环(15)两侧的两个传力臂(16)；所述常平环(2)为封闭环形，周向均布有安装孔；销轴(4)与传力臂(16)固定连接，关节轴承(5)安装在常平环(2)的安装孔内，常平环(2)与销轴(4)通过关节轴承(5)铰接，使传力环叉(1)相对常平环(2)转动；传力环(15)与S型增强波纹管(6)固定连接；所述S型增强波纹管(6)置于常平环(2)内，在装置摇摆时产生角变形；所述导流筒(3)为流道渐收结构；导流筒(3)与进口端的传力环(15)固定连接，置于S型增强波纹管(6)内，导流筒(3)的出口端不超过销轴(4)的轴心位置。

2.根据权利要求1所述的承高压的泵后燃料摇摆装置，其特征在于：所述的S型增强波纹管(6)包括膨胀节(7)，端头铠装环(9)和铠装环(10)；膨胀节(7)包括位于两端的直边段(8)和位于两个直边段(8)中间的多个依次连接的波节，波节包括依次连接的圆弧型波谷(11)、设置在圆弧型波谷(11)两端的直线型过渡段(12)以及与直线型过渡段(12)连接的圆弧型波峰(13)；铠装环(10)的横截面包括贴合段(23)、补偿段(24)和定位段(25)，贴合段(23)、补偿段(24)分别与膨胀节(7)的圆弧型波谷(11)和直线型过渡段(12)相适配，补偿段(24)与圆弧型波峰(13)之间设置有渐开型间隙，定位段(25)的一端与补偿段(24)连接，定位段(25)的另一端设置有定位卡槽(26)；端头铠装环(9)包括第一焊接环板(20)、第二焊接环板(22)以及封头(21)，第一焊接环板(20)与第二焊接环板(22)同心圆分布在封头(21)外侧且第一焊接环板(20)位于第二焊接环板(22)内，第一焊接环板(20)与膨胀节(7)的直边段(8)固定连接，封头(21)内侧与最末端的波节相适配；第二焊接环板(22)与传力环(15)固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的承高压的泵后燃料摇摆装置，其特征在于：所述传力臂(16)包括两条叉臂；常平环(2)置于两条叉臂之间。

4.根据权利要求 1或2所述的承高压的泵后燃料摇摆装置，其特征在于：所述导流筒(3)的出口外径比S型增强波纹管(6)最小内径小L*tg(a/2)，其中“L”为S型增强波纹管(6)的长度，“a”为最大摇摆角度。

5.根据权利要求4所述的承高压的泵后燃料摇摆装置，其特征在于：所述传力环(15)和传力臂(16)整体机加工，形成一体结构。

6.根据权利要求5所述的承高压的泵后燃料摇摆装置，其特征在于：所述传力环叉(1)材料为不锈钢，常平环(2)材料为马氏体不锈钢。

7.根据权利要求6所述的承高压的泵后燃料摇摆装置，其特征在于：所述的传力环(15)与第二焊接环板(22)焊接；传力环(15)与导流筒(3)焊接。

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