CN111649187A - 一种具有内支撑的管道补偿器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有内支撑的管道补偿器，包括波纹管体，所述波纹管体的两端均固定设置有连接法兰，每个所述连接法兰的内表面均固定连接有一支架，两个所述支架相互靠近的一侧均固定连接有一连接环，两个所述连接环相互靠近的一端互勾在一起。本发明提供了一种具有内支撑的管道补偿器，结构紧凑，补偿性能好，且使补偿器不会失稳。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种具有内支撑的管道补偿器。
背景技术
运载火箭在飞行过程中出现的俯仰、偏航和滚转的姿态，是通过液体火箭发动机摇摆一定角度带来推力方向变化来实现的，这就要求发动机的相关管路为柔性管道，以补偿管路的径向弯曲和轴向伸缩的变形量。
通常火箭发动机中柔性管路采用金属波纹管结构为管道补偿器，为防止失稳在金属波纹管外部的两端设置有稳定拉杆，这种结构设计，不仅使得结构不紧凑，且拉杆的刚度还对径向弯曲产生影响，从而影响了管道补偿器的补偿性能。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种具有内支撑的管道补偿器，补偿性能好，且使补偿器不会失稳。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有内支撑的管道补偿器，包括波纹管体，所述波纹管体的两端均固定设置有连接法兰，每个所述连接法兰的内表面均固定连接有一支架，两个所述支架相互靠近的一侧均固定连接有一连接环，两个所述连接环相互靠近的一端互勾在一起。
可选地，所述连接环为U型环，所述U型环的开口端与所述支架固定连接，闭口环形端相互套接；两个所述连接环垂直设置。
可选地，所述连接环为长条闭口环，所述长条闭口环的两端均为圆弧形端，所述长条闭口环的一端与所述支架固定连接，另一端相互套接，两个所述连接环垂直设置。
可选地，所述支架为十字支板，所述十字支板的外缘焊接在所述连接法兰的内表面上。
可选地，两个所述十字支板的安装的角向位置一致，一个所述U型环的开口端焊接在相应支架的第一、第三象限的板面上，另一个所述U型环的开口端焊接在相应支架的第二、第四象限的板面上。
可选地，所述波纹管体包括间隔套设在一起的外波纹管和内波纹管，所述外波纹管和内波纹管的两端均密封连接在所述连接法兰上，使得所述外波纹管和内波纹管之间形成密闭腔体，所述连接法兰上设置有与所述密闭腔体连通的连通口，所述连通口与抽气开关连接；所述密闭腔体抽真空后充入CO2气体。
可选地，所述连接法兰靠近所述波纹管体的一侧设置有第一连接板和第二连接板，所述第一连接板与所述内波纹管的端部焊接在一起，所述第二连接板与所述外波纹管的端部焊接在一起。
可选地，所述内波纹管靠近端部的位置设置有第一凹槽，所述第一凹槽设置在所述内波纹管位于所述密闭腔体的面上，所述第一凹槽内放置有随型的内端环，所述内端环的端部和所述内波纹管的端部均与所述第一连接板焊接；所述外波纹管靠近端部的位置设置有第二凹槽，所述第二凹槽设置在所述外波纹管位于所述密闭腔体外的面上，所述第二凹槽内放置有随型的外端环，所述外端环的端部和所述外波纹管的端部均与所述第二连接板焊接。
可选地，所述第一凹槽和所述第二凹槽对应设置，所述第一凹槽内放置有环形支撑块，所述环状支撑块位于所述第一凹槽内的部分随型设置，所述环状支撑块的顶部高出所述第一凹槽，且所述环状支撑块的顶部抵靠在所述第二凹槽位于所述密闭腔体的面上。
可选地，每个所述连接法兰的内表面均固定连接有导流环板，所述导流环板伸入所述波纹管体内腔，且所述导流环板上设置有斜面导向圆环段；两个所述导流环板伸入所述波纹管体内腔的一端间隔一设定距离，所述设定距离大于所述波纹管体的压缩的距离。
从上述技术方案可以看出，本发明提供的内支撑的管道补偿器，通过所述波纹管体的变形实现一定角度的弯曲变形补偿，通过设置两个所述支架，及两个互勾在一起的连接环7的链状连接的内支撑结构，保证整个补偿器不会由于补偿角度过大而导致所述波纹管体的失稳，结构紧凑，补偿效果好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的具有内支撑的管道补偿器的轴向剖切结构示意图；
图2为本发明实施例提供的具有内支撑的管道补偿器的局部剖切的立体结构示意图；
图3为本发明实施例提供的连接法兰连接位置的局部放大结构示意图；
图4为本发明实施例提供的U型环与十字支板的一种角度的连接结构示意图；
图5为本发明实施例提供的U型环与十字支板的另一种角度的连接结构示意图；
图6为本发明实施例提供的环状支撑块与内端环的一种角度的装配结构示意图；
图7为本发明实施例提供的环状支撑块与内端环的另一种角度的装配结构示意图；
图8为本发明实施例提供的具有内支撑的管道补偿器的弯曲补偿结构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种具有内支撑的管道补偿器，补偿性能好，且使补偿器不会失稳。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图8，本发明提供了一种具有内支撑的管道补偿器，包括波纹管体，所述波纹管体的两端均固定设置有连接法兰4，每个连接法兰4的内表面均固定连接有一支架，两个所述支架相互靠近的一侧均固定连接有一连接环7，两个连接环7相互靠近的一端互勾在一起。
其中，两个所述支架用于实现对连接环7的定位及连接，两个连接环7互勾在一起，避免了管道补偿器的过度拉伸。这种结构设置，不仅可以满足管道补偿器的收缩和拉伸需求，还能满足管道补偿器的弯曲需求。可以理解的，连接环7的环孔长度和宽度能满足所述波纹管体的伸缩及弯曲变形的需要。
本发明的内支撑的管道补偿器，通过所述波纹管体的变形实现一定角度的弯曲变形补偿，通过设置两个所述支架，及两个互勾在一起的连接环7的链状连接的内支撑结构，保证整个补偿器不会由于补偿角度过大而导致所述波纹管体的失稳，结构紧凑，补偿效果好。
具体的，如图2和图4所示，两个连接环7均为U型环，所述U型环的开口端与所述支架固定连接，闭口环形端互勾在一起，形成如同铁链的两个相邻的链节的连接结构。为了提高补偿角度范围，两个所述U型环垂直设置。此处的垂直设置，是指两个所述U型环所在的平面垂直。
进一步的，为了保证结构连接的可靠性，同时尽量降低结构对管道内流通的介质的影响，所述支架为十字支板6，如图4所示，十字支板6包括四个分支板，每个所述分支板的外缘均焊接在连接法兰4的内表面上。为了提高连接强度，十字支板6的垂直于介质流向的截面为十字形截面，所述分支板的长度沿介质流向延伸，以延长其外缘与连接法兰4的连接长度。
具体的，一个所述U型环的开口端焊接在其相应十字支板6的第一象限、第三象限的板面上，另一个所述U型环的开口端焊接在相应十字支板6的第二象限、第四象限的板面上。可以理解的，上述的结构设置，是基于两个十字支板6的象限对应定义的基础上来说的，上述的第一象限、第二象限、第三象限和第四象限，是为了区别两个所述U型环连接在各自对应的十字支板6上的不同位置，以便实现两个所述U型环的交叉垂直连接，并没有特定的位置含义。
在其他实施例中，连接环7也可以是其他形状的开口环形结构，此处不做限定。当然，在其他实施例中，连接环7也可以为闭口环形结构，具体的，连接环7为长条闭口环，所述长条闭口环的两端均为圆弧形端或仅用于互勾的一端为圆弧形端，所述长条闭口环的一端与所述支架固定连接，另一端互勾在一起，两个所述连接环垂直设置。其中，所述支架可以是单个长条形板，两个所述长条形板的边缘分别固定连接在连接法兰4的内表面上，且两个所述长条形板垂直设置，以便连接的两个所述长条闭口环垂直设置。具体连接环7的结构此处不做限定，仅对其中一种结构进行了阐述。此结构的所述支架的连接稳定性即可靠性相较于十字支板6结构均较差。
当液体火箭发动机的推进剂为低温介质时，如液氢(-252℃)、液氧(-183℃)，要求流经的管道具备保温功能。为了使管道补偿器具有保温功能，所述波纹管体包括间隔套设在一起的外波纹管1和内波纹管2，从而在外波纹管1和内波纹管2之间形成夹层空间。外波纹管1和内波纹管2的两端均密封连接在连接法兰4上，从而在外波纹管1、内波纹管2及两个连接法兰4之间形成密闭腔体。连接法兰4上设置有与所述密闭腔体连通的连通口，所述连通口与抽气开关10连接。通过抽气开关10的A口将补偿器的所述密闭腔体进行抽真空处理，使其真空度小于10Pa。稳定一段时间后充入CO2气体，充入的CO2气体的绝压为0.12MPa。当工作管路的低温推进剂流过补偿器的内腔时，补偿器的所述密闭腔体内的CO2遇冷迅速凝华成干冰，使夹层内形成真空环境。可以很好的保证推进剂需要的绝热条件。由于管道补偿器为需要进行长度和角度补偿的软管，隔热材料的包覆会影响其补偿效果，上述结构的隔热结构实现了管道补偿器的保温要求。
所述密闭腔体内充入0.12MPa(略大于大气压)的CO2气体，这样就使得所述密闭腔体内为正压，保护外波纹管1和内波纹管2不会受大气压而变形。CO2在0.12MPa压力下凝固温度约-78℃，当补偿器流过低温介质(如液氢-252℃或液氧-183℃)时，所述密闭腔体内的CO2迅速凝华成固体二氧化碳，此时所述密闭腔体为真空腔体，能起到绝热效果，保证推进剂的温度的稳定。二氧化碳无毒阻燃、容易获取、价格便宜、低温推进剂的温度很容易将二氧化碳凝华成干冰。
在一具体实施例中，连接法兰4靠近所述波纹管体的一侧设置有第一连接板41和第二连接板42，第一连接板41和第二连接板42间隔设置，从而使得连接法兰4在第一连接板41和第二连接板42之间形成空腔43，便于与抽气开关10连通。所述空腔与位于外波纹管1和内波纹管2之间的夹层连通形成所述密闭腔体。第一连接板41与内波纹管2的端部焊接在一起，第二连接板42与外波纹管1的端部焊接在一起。当然，外波纹管1和内波纹管2也可以直接间隔开焊接在实心连接法兰4上，此处不做限定。
为了提高端部连接处的刚度，内波纹管2靠近端部的位置设置有第一凹槽，所述第一凹槽设置在内波纹管2位于所述密闭腔体的面上，所述第一凹槽内放置有随型的内端环8。内端环8的端部和内波纹管2的端部均与第一连接板41焊接。外波纹管1靠近端部的位置设置有第二凹槽，所述第二凹槽设置在外波纹管1位于所述密闭腔体外的面上，所述第二凹槽内放置有随型的外端环9，外端环9的端部和外波纹管1的端部均与所述第二连接板焊接。内端环8和外端环9均为金属材质，通过设置内端环8和外端环9，提高了内波纹管2和外波纹管1的端部刚度。
具体的，所述第一凹槽和所述第二凹槽对应设置。所述第一凹槽内放置有环形支撑块3，环状支撑块3位于所述第一凹槽内的部分随型设置，环状支撑块3与所述第一凹槽过盈配合。环状支撑块3的顶部高出所述第一凹槽，且环状支撑块3的顶部抵靠在所述第二凹槽位于所述密闭腔体的面上。环状支撑块3高出所述第一凹槽的顶部可以位于环状支撑块3的中心线位置，也可以位于边缘位置，只要保证其顶部能抵住所述第二凹槽位于所述密闭腔体的面即可。环状支撑块3安装于内端环8的所述第一凹槽处，增加了内端环8的整体刚度。当补偿器有一定角度弯曲时，环状支撑块3的顶部可支撑外端环9与外波纹管1，使连接法兰4与外波纹管1、外端环9、内波纹管2、内端环8的连接具备较好的整体刚度。
为了方便安装，环状支撑块3包括两个对拼在一起的半环支撑块，且为了保证连接法兰4的空腔与所述夹层连通成所述密闭腔体，以便对整个所述密闭腔体抽真空或者注入气体，两个半环支撑块的对接处留设有预设间隙31。预设间隙31的大小由本领域技术人员根据需要设定。
每个连接法兰4的内表面均固定连接有导流环板5，由于有两个连接法兰4，因此，也设置有两个导流环板5。导流环板5伸入所述波纹管体的内腔，且导流环板5上设置有斜面导向圆环段51，用于将通过的介质引向管腔的中心位置。两个导流环板5伸入所述波纹管体内腔的一端间隔一设定距离，所述设定距离大于所述波纹管体的压缩的距离，避免影响所述波纹管体的补偿效果。导流环板5可使通过内腔的流体介质沿补偿器的轴向流动，避免介质与内波纹管2的接触带来的紊流摩阻。
十字支板6作为所述U型环的支座，采用薄板结构与连接法兰4氩弧焊接，保证刚度同时又减少了补偿器的流阻截面积。为了保证连接刚度，十字支板6伸入所述波纹管体的内腔的外缘焊接在导流环板5的内侧面上。
上述各图中的箭头代表流体流动方向。
其中，环状支撑块3的顶部为圆角结构，避免应力集中。材质为聚四氟乙烯，摩擦系数低、耐腐蚀性能强。
安装时，将两端连接法兰4用工装固定，将法兰的第一连接板41依次与导流环板5、内波纹管2、内端环8(已安装环状支撑块3)对齐配合，然后采用等离子弧焊接。将法兰的第二连接板42依次与外波纹管1、外端环9对齐配合，然后采用等离子弧焊接，如图3中的C处。将十字支板6的外缘一部分装配于导流环板5的内壁，一部分装配于连接法兰4的内表面，然后用氩弧焊将所有接触处固定，如图3中的B处所示。两个十字支板6的安装的角向位置保持一致。
本发明的具有内支撑的管道补偿器，通过外波纹管1、内波纹管2的变形实现一定角度的弯曲变形补偿，通过两个所述U型环的链环状连接的内支撑结构，保证整个补偿器不至由于补偿角度过大而导致内外波纹管的失稳。通过外波纹管1与内波纹管2之间的真空的所述密闭腔体实现补偿器的绝热保温性能。本发明的具有内支撑的管道补偿器可应用于火箭发动机上的需一定位移补偿且需保证推进剂保温性能的管路上，也可应用于石油化工等领域。
在本方案的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本方案的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本方案的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种具有内支撑的管道补偿器，包括波纹管体，所述波纹管体的两端均固定设置有连接法兰，其特征在于，每个所述连接法兰的内表面均固定连接有一支架，两个所述支架相互靠近的一侧均固定连接有一连接环，两个所述连接环相互靠近的一端互勾在一起。
2.根据权利要求1所述的具有内支撑的管道补偿器，其特征在于，所述连接环为U型环，所述U型环的开口端与所述支架固定连接，闭口环形端相互套接；两个所述连接环垂直设置。
3.根据权利要求1所述的具有内支撑的管道补偿器，其特征在于，所述连接环为长条闭口环，所述长条闭口环的两端均为圆弧形端，所述长条闭口环的一端与所述支架固定连接，另一端相互套接，两个所述连接环垂直设置。
4.根据权利要求2所述的具有内支撑的管道补偿器，其特征在于，所述支架为十字支板，所述十字支板的外缘焊接在所述连接法兰的内表面上。
5.根据权利要求3所述的具有内支撑的管道补偿器，其特征在于，两个所述十字支板的安装的角向位置一致，一个所述U型环的开口端焊接在相应支架的第一、第三象限的板面上，另一个所述U型环的开口端焊接在相应支架的第二、第四象限的板面上。
6.根据权利要求1所述的具有内支撑的管道补偿器，其特征在于，所述波纹管体包括间隔套设在一起的外波纹管和内波纹管，所述外波纹管和内波纹管的两端均密封连接在所述连接法兰上，使得所述外波纹管和内波纹管之间形成密闭腔体，所述连接法兰上设置有与所述密闭腔体连通的连通口，所述连通口与抽气开关连接；
所述密闭腔体抽真空后充入CO2气体。
7.根据权利要求6所述的具有内支撑的管道补偿器，其特征在于，所述连接法兰靠近所述波纹管体的一侧设置有第一连接板和第二连接板，所述第一连接板与所述内波纹管的端部焊接在一起，所述第二连接板与所述外波纹管的端部焊接在一起。
8.根据权利要求7所述的具有内支撑的管道补偿器，其特征在于，所述内波纹管靠近端部的位置设置有第一凹槽，所述第一凹槽设置在所述内波纹管位于所述密闭腔体的面上，所述第一凹槽内放置有随型的内端环，所述内端环的端部和所述内波纹管的端部均与所述第一连接板焊接；所述外波纹管靠近端部的位置设置有第二凹槽，所述第二凹槽设置在所述外波纹管位于所述密闭腔体外的面上，所述第二凹槽内放置有随型的外端环，所述外端环的端部和所述外波纹管的端部均与所述第二连接板焊接。
9.根据权利要求8所述的具有内支撑的管道补偿器，其特征在于，所述第一凹槽和所述第二凹槽对应设置，所述第一凹槽内放置有环形支撑块，所述环状支撑块位于所述第一凹槽内的部分随型设置，所述环状支撑块的顶部高出所述第一凹槽，且所述环状支撑块的顶部抵靠在所述第二凹槽位于所述密闭腔体的面上。
10.根据权利要求1所述的具有内支撑的管道补偿器，其特征在于，每个所述连接法兰的内表面均固定连接有导流环板，所述导流环板伸入所述波纹管体内腔，且所述导流环板上设置有斜面导向圆环段；两个所述导流环板伸入所述波纹管体内腔的一端间隔一设定距离，所述设定距离大于所述波纹管体的压缩的距离。
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- 2020-07-09 CN CN202010657042.8A patent/CN111649187A/zh active Pending
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