CN1255640C - 平衡式肘形橡胶软管 - Google Patents

Abstract

平衡式肘形橡胶软管，是一种呈90°弯曲结构的橡胶软管，其在管内流体的压力作用下可保持形状不变。它由内胶层、骨架层和外胶层组成，骨架层由纤维帘线按平衡性计算的角度缠绕构成，缠绕层包括交叉的纵向缠绕层和环向缠绕层。本软管结构为平衡式结构，具有保持形状稳定的特性。本发明配合适当的胶管接头，可用作管路***直角转向部分的挠性连接件，缓解管路***中因热膨胀等因素产生的力和弯矩，补偿由于振动、冲击作用引起管路在三个自由度方向上的位移。本软管具有良好的平衡性，它在管内流体的工作压力作用下，轴向变形很小，面内或面外弯曲变形趋于零，其形状可保持不变。

Description

平衡式肘形橡胶软管

技术领域    本发明是一种呈90°弯曲结构的橡胶软管，其在管内流体的压力作用下可保持形状不变。

背景技术    在舰船和工业领域的一些重要管路***中，由于振动、冲击和***热胀冷缩等特殊环境因素的影响，会引起管路连接处或管路与设备之间产生一定的相对位移，严重时会损坏管路***和设备。为防止这类位移引起的损害，需要有一种特殊结构的管路挠性连接件，它能够实现在三个自由度方向均具有良好的位移补偿能力。普通管路挠性连接件只能在两个方向上进行位移补偿，不能满足三向位移补偿的要求。根据弯曲结构的几何特性，采用呈90°弯曲形状的挠性软管可以实现在三个自由度方向上的位移补偿。但是在管路***中，由于管内流体压力在弯曲处作用的不对称性，会在弯管部位产生较大的弯矩、扭矩和管壁内应力，如果使用弯曲形状的挠性软管，这些作用力和力矩会使管体发生变形。这种变形会对管系和设备产生附加的作用力和位移，严重时会影响***的正常工作或带来严重的后果。通常，管路***的弯曲部分采用金属弯头，因其管体刚度较大而具有较好的平衡性，可平衡弯矩、扭矩和管壁内应力的作用。显然使用弯曲型管路挠性连接件，在可实现三向位移补偿的情况下，还必须使其满足平衡性要求。平衡性的衡量指标是管路挠性连接件在管内流体工作压力作用下的长度变化率、弯曲变形和相应的反作用力。

经理论分析和实验研究发现，通过对具有肘形结构的橡胶软管骨架层进行特殊的设计，可使肘形橡胶软管实现平衡性要求。这种具有平衡特性的肘形橡胶软管，配合适当的胶管接头，用作管路***直角转向部分的挠性连接件，可实现管路在三个自由度方向上的位移补偿，同时还具有良好的减振性能，满足管路***减振抗冲要求。

目前，这种具有三向位移补偿能力的平衡式肘形橡胶软管国内外还无相关产品。

发明内容    本发明的目的是针对上述现状，旨在设计一种呈90°弯曲结构，在管内流体的工作压力作用下可保持形状不变，在三个自由度方向上可补偿管路由于振动、冲击作用引起的位移的平衡式肘形橡胶软管。

本发明目的的实现方式为：平衡式肘形橡胶软管，呈90°弯曲结构，管体由内胶层1、骨架层2和外胶层3组成，骨架层2是由纤维帘线缠绕构成的缠绕层，缠绕层由交叉的纵向缠绕层4、5组成。缠绕层有环向缠绕层6，交叉的纵向缠绕层4、5、环向缠绕层6三层交替，骨架层2由纤维帘线按新的平衡性设计原理计算的角度缠绕构成，缠绕角公式为：

式中，R为肘形橡胶软管骨架层半径，r为肘形橡胶软管弯管部分轴线的弯曲半径，

为肘形橡胶软管弯管部分绕中心轴的偏转半径， $(r-R)\≤\tilde{r}\≤(r+R),$ 为肘形橡胶软管截面圆周角，α为纤维帘线的缠绕角，α₀为纤维帘线初始缠绕角。

本软管结构为平衡式结构，具有保持形状稳定的特性。本发明配合适当的胶管接头，可用作管路***直角转向部分的挠性连接件，缓解管路***中因热膨胀等因素产生的力和弯矩，补偿由于振动、冲击作用引起管路在三个自由度方向上的位移。本软管具有良好的平衡性，它在管内流体的工作压力作用下，轴向变形很小，面内或面外弯曲变形趋于零，其形状可保持不变。

附图说明

图1本发明管体结构示意图

图2本发明管体A-A’剖面结构示意图

图3本发明骨架层纵向缠绕形式图

图4本发明骨架层环向缠绕形式图

具体实施方式    本发明由内胶层1、骨架层2和外胶层3组成。中间的骨架层2是由纤维帘线缠绕构成的缠绕层，缠绕层由交叉的纵向缠绕层4、5组成，缠绕层还有环向缠绕层6。交叉的纵向缠绕层4、5、环向缠绕层6三层交替。

骨架层2由纤维帘线按新的平衡性设计原理计算的角度缠绕构成，缠绕角公式为：

式中，R为管体骨架层半径，r为管体弯管部分轴线的弯曲半径， 为管体弯管部分绕中心轴的偏转半径， $(r-R)\≤\tilde{r}\≤(r+R),$ 为管体截面圆周角，α为骨架纤维帘线的缠绕角，α₀为骨架纤维帘线初始缠绕角。

参照图1、2、3，纤维帘线采用纵向缠绕、环向缠绕，纵向缠绕层用来控制肘形橡胶软管管体轴向和弯曲变形，环向缠绕层用来控制肘形橡胶软管管体径向变形。

纵向缠绕、环向缠绕的缠绕角公式为：

式中，R为管体骨架层半径，r为管体轴线转角部分以0点为中心的弯曲半径，

为管体弯管部分绕中心轴的偏转半径， $r-R\≤\tilde{r}\≤r+R$ 为管体截面圆周角，α_i为纤维帘线的缠绕角，i＝1表示帘线纵向正向缠绕，i＝2表示帘线纵向反向缠绕，i＝3表示帘线环向缠绕，α_0j为纤维帘线初始缠绕角，j＝1表示纵向缠绕，j＝2表示环向缠绕。

参照图3，纵向缠绕时的初始缠绕角α₀₁为：

${\mathrm{\α}}_{01}=\mathrm{arctg}\left(\frac{1.414r}{\tilde{r}}\right)$

参照图4，环向缠绕时的初始缠绕角α₀₂为：

${\mathrm{\α}}_{01}=\arccos \left(\frac{b}{2\mathrm{\πR}}\right)$

式中，b为环向缠绕层相邻两根纤维帘线间的距离，又称为纱带宽度，2d≤b≤10d，d为帘线直径。

骨架层2按上述计算公式确定的角度交替进行纵向和环向缠绕，由此得到的肘形橡胶软管具有良好的平衡性，它在管内流体的工作压力作用下，轴向变形很小，面内或面外弯曲变形趋于零，其形状可保持不变。

根据使用工作压力不同，本发明管体骨架层2骨架层材料为芳纶、聚酯、尼龙或涤纶等纤维帘线。

根据使用要求不同，肘形橡胶软管公称通径≥20mm。

下面举出本发明实例：接口通径DN32的平衡式肘形挠性接管管体结构参数如下所示：

纵向初始缠绕角     50°   环向初始缠绕角        89°

纱带宽度b          1.2mm  偏转半径

       157mm

弯径r              133mm  芯模半径           19mm

内胶厚度           4.5mm  帘线直径           0.4mm

中胶厚度        2.0mm

纤维帘线在不同截面圆周角处的缠绕角见下表

	纵向缠绕角(初始缠绕角为50°)		环向缠绕角α3(初始缠绕角为89°)
				α1	α2
	0°	50°				50°	89°
45°			51.2°	51.2°	89.05°
	90°	54.4°				54.4°	89.16°
135°			57.9°	57.9°	89.28°
	180°	59.4°				59.4°	89.33°

由此得到的平衡式肘形挠性接管在管内流体的工作压力作用下，轴向变形小于3mm，面内或面外弯曲变形小于1°，平衡反作用力小于20kg。

Claims (3)

1、平衡式肘形橡胶软管，呈90°弯曲结构，其特征在于管体由内胶层(1)、骨架层(2)和外胶层(3)组成，骨架层(2)是由纤维帘线缠绕构成的缠绕层，缠绕层由交叉的纵向缠绕层(4)、(5)组成，缠绕层有环向缠绕层(6)，交义的纵向缠绕层(4)、(5)、环向缠绕层(6)三层交替，骨架层(2)由纤维帘线按新的平衡性设计原理计算的角度缠绕构成，缠绕角公式为：

式中，R为肘形橡胶软管骨架层半径，r为肘形橡胶软管弯管部分轴线的弯曲半径， 为肘形橡胶软管弯管部分绕中心轴的偏转半径， $(r-R)\≤\tilde{r}\≤(r+R),$ 为肘形橡胶软管截面圆周角，α为纤维帘线的缠绕角，α₀为纤维帘线初始缠绕角。

2、根据权利要求1所述的平衡式肘形橡胶软管，其特征在于骨架层(2)材料为芳纶、聚酯、尼龙或涤纶纤维帘线。

3、根据权利要求1所述的平衡式肘形橡胶软管，其特征在于公称通径≥20mm。

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