CN201259066Y - 有大位移补偿能力的平衡式弧形管接头 - Google Patents

Abstract

有大位移补偿能力的平衡式弧形管接头，涉及一种用于在大位移补偿情况下的橡胶管接头。由两端的连接法兰和中间的弧形管体构成，管体由内胶层、骨架层和外胶层组成，管体呈弧形回转凸面结构，骨架层是由交叉缠绕的偶数层纤维帘线构成，纤维帘线按平衡性设计原理计算的轨迹缠绕构成。本实用新型用作管路***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较大位移，实现管路在三个自由度方向上的大位移补偿。本实用新型具有较小尺寸，管体具有良好的平衡性，它在管内流体的工作压力作用下，轴向基本不变形，不会给***带来附加的力和附加位移。

Description

有大位移补偿能力的平衡式弧形管接头

技术领域

本实用新型涉及一种用于在大位移补偿情况下的橡胶管接头。

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或附加力，严重时会损坏管路***和设备。为了防止这类损害，需要在管路***中加入挠性连接件，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；同时它还必须具备可在小的轴向空间实现较大的位移补偿、优良的减振性能、抗拔脱性能和高的疲劳强度。但是在管路***中，管路***的工作压力经常发生变化或产生脉动冲击，这些变化和冲击可能会使挠性连接件产生变形，从而对管系和设备产生额外的附加作用力和位移，严重时会影响***的正常工作或带来严重的后果。可见，管路连接件在必须具备较低的垂向刚度、横向刚度和弯曲刚度以实现三个方向的位移补偿、平衡管系变形产生弯曲、内力的作用的同时，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。

中国人民解放军海军工程大学申请了发明专利《三法兰结构自平衡式挠性接管》(中国专利200410012867.7)，包括连接法兰、胶管管体，连接法兰由外法兰、中间法兰、内法兰及隔离套四个部件组成，胶管管体内胶层、骨架层及外胶层构成，骨架层由芳纶纤维织成的帘布按平衡性计算的角度缠绕形成，初始缠绕角度计算公式为：

cosα₁＝0.578(1+δ)

式中，α₁—初始缠绕角度，δ—芳纶线伸长率

芳纶帘布沿中间法兰回绕后由内法兰、外法兰夹紧固定。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述现状，旨在提供一种具有较小尺寸，在管内的工作压力作用下可保持轴向不变形，在三个自由度方向上可补偿管路由于振动、冲击作用引起的大位移的平衡式弧形管接头。

本实用新型目的的实现方式为，有大位移补偿能力的平衡式弧形管接头，由两端的连接法兰和中间的弧形管体构成，管体由内胶层、骨架层和外胶层组成，管体呈弧形回转凸面结构，骨架层是由交叉缠绕的偶数层纤维帘线构成，纤维帘线按平衡性设计原理计算的轨迹缠绕构成，缠绕轨迹公式为：

$\tan \mathrm{\α}=\sqrt{1+\frac{b}{r+b}}$

式中，α为帘线缠绕角，b为管体母线曲率中心至轴线距离，r为管体回转半径。

本实用新型综合考虑了轴向刚度和流噪声的影响，经理论和实验研究，采用按平衡性设计原理计算的轨迹缠绕公式将纤维帘线交叉缠绕成具有平衡特性的弧形橡胶软管，并与连接法兰配合，用作管路***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较大位移，实现管路在三个自由度方向上的大位移补偿。

本实用新型具有较小尺寸，管体具有良好的平衡性，它在管内流体的工作压力作用下，轴向变形小，不会给***带来过大的附加力和附加位移。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图

图2是纤维帘线交叉缠绕形式图

图3是缠绕轨迹公式所取参数示意图

具体实施方式

参照图1，本实用新型由两端的连接法兰4和中间的管体构成，管体由内胶层1、骨架层2和外胶层3组成。骨架层是由交叉缠绕的偶数层纤维帘线构成。

纤维帘线为芳纶、聚酯、尼龙或涤纶等纤维帘线。

大量的研究表明，合理设计挠性管体的骨架缠绕角度，可实现挠性管体在一定的内压作用下轴向基本不变形，体现在直管段上骨架材料按一固定的角度交叉缠绕，而体现在弧形管体上骨架材料的缠绕角度则为一变化的空间角度。

采用按平衡性设计原理计算的轨迹缠绕公式将纤维帘线按图2所示的交叉缠绕形式缠绕成具有平衡特性的弧形橡胶软管，可使弧形管接头实现平衡性要求。这种具有平衡特性的弧形橡胶软管，配合适当的连接法兰，用作管路***挠性连接件，可实现管路在三个自由度方向上的大位移补偿，同时还具有较小的空间尺寸、良好的减振性能，满足管路***减振抗冲要求。

图3表示缠绕轨迹公式 $\tan \mathrm{\α}=\sqrt{1+\frac{b}{r+b}}$ 式中的参数α、b、r。

α为帘线缠绕角，即帘线与缠绕点所在的管体母线之间的夹角；b为管体母线曲率中心至轴线距离，即缠绕点所在的管体母线的曲率中心到管体轴线的距离；r为管体回转半径，即缠绕点到管体轴线的距离。

管体的耐压强度取其最薄弱处即直径最大处进行计算，计算公式如下：

公式中：P_B为胶管耐压强度，Kgf/cm²；K_B为帘布强度，Kgf/cm；i为缠绕层数；D_计为计算直径，cm；C₃为帘布扯断伸长率+1；C′为综合修正系数。

根据上述耐压强度计算公式计算以及试验验证，本接头在轴向变形±20mm或径向变形±18mm时，管体耐压强度均能达到14MPa以上，即仍然达到三倍额定工作压力以上的可靠性储备，由此认为本接头具有大位移补偿能力。

下面举出本实用新型实例：接口通径为100mm的弧形管接头管体结构参数如下所示：

管体长度         150mm    母线曲率半径             150mm

母线对应的圆心角 60°     母线曲率中心至轴线距离b  79.9mm

骨架层数         4        帘线直径                 1.3mm

外胶层3厚度      3mm      骨架层2厚度              0.3mm

内胶层1厚度      3mm、

不同截面圆周角处的回转半径和帘线缠绕角见下表

按以上回转半径和帘线缠绕角所生产的本实用新型，在管内流体的3-4Mpa工作压力下，轴向变形小于2mm。当轴向变形±20mm或径向变形±18mm时，管体耐压强度可达到14MPa以上。

Claims (2)

1、有大位移补偿能力的平衡式弧形管接头，由两端的连接法兰和中间的挠性管体构成，管体由内胶层、骨架层和外胶层组成，其特征在于管体呈弧形回转凸面结构，骨架层是由交叉缠绕的偶数层纤维帘线构成，纤维帘线按平衡性设计原理计算的轨迹缠绕构成，缠绕轨迹公式为：

$\tan \mathrm{\α}=\sqrt{1+\frac{b}{r+b}}$

式中，α为帘线缠绕角，b为圆弧曲率中心至轴线距离，r为管体回转半径。

2、根据权利要求1所述的有大位移补偿能力的平衡式弧形管接头，其特征在于纤维帘线为芳纶、聚酯、尼龙或涤纶等纤维帘线。

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