CN105041760A - 一种高压薄壁大直径挤压油箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压薄壁大直径挤压油箱，包括油箱缸筒、支撑芯杆、活塞、端盖，其中，圆柱筒状结构的油箱缸筒一端连接有端盖，在油箱缸筒的中心轴线上设有支撑芯杆，支撑芯杆内腔安装有位移传感器，用于测量油箱中储油量；在支撑芯杆上密封套有活塞，活塞将油箱缸筒隔成油腔和气腔，活塞上设有对油气进行隔离的双道Y型密封圈，其与油箱缸筒的内壁配合；所述端盖为外凸的盖体，其与油箱缸筒阶梯型焊接；活塞内外圈设置双导向，以增大油箱的储油量。本发明活塞外圈采用Y型圈，其对缸筒变形适应能力强，采用该种形式密封可以有效补偿缸筒变形而造成的密封失效，使油箱在高振动、高冲击量级下工作时具有很好的密封效果。

Description

一种高压薄壁大直径挤压油箱

技术领域

本发明涉及一种高压薄壁大直径挤压油箱，用于运载火箭伺服系统。

背景技术

在国外大功率伺服能源方案中，冷气挤压式伺服能源以其相对简单的工作原理、相对低廉的制造成本而被部分型号采用，如欧空局的阿里安5和日本的H-Ⅱ系列火箭等，我国在某固体运载火箭Ⅰ级伺服系统的能源研制中也采用了冷气挤压式伺服能源方案。

在冷气挤压式伺服能源方案中，其用于气液之间能量转换的挤压式油箱为油液一次性不循环使用的油箱，它可以有多种不同形式。按其油气隔离方式的不同可以分为自由液面式、囊式、隔膜式、膜盒式及活塞式等。自由液面式油箱是利用火箭飞行的加速度作用实现油气隔离的，它最为简单，油箱内可不设置任何管理装置，但在应用时对油箱在箭上的安装布局及油箱出入口的设置方向有较高要求；囊式油箱是利用油箱内安装的橡胶囊实现油气隔离的，它对囊材料的相容性要求较高，可以做到油气的完全隔离，排出效率较高；隔膜式油箱一般用于球形贮箱的方案，它的隔膜突边被夹在夹持环的两个零件之间，外夹持环被焊到贮箱的赤道面上，通过隔膜实现油气的完全隔离，但隔膜寿命有限，排出效率稍低；膜盒式油箱利用金属膜盒实现油气隔离，它受到介质相容性的影响最小，但排出效率较前几种油箱大幅降低；活塞式油箱是采用可以自由移动的带有密封圈的活塞来实现油气隔离的，它具有工作寿命较长、排出效率高等特点，但重量相对较重。上述一些油箱形式中，只有膜盒式油箱及活塞式油箱因其工作时膜盒或活塞为线性移动可以实时线性监测油箱的用油量(即油面位移)。

在现有技术中，有的油箱适用于高温气体领域，其油箱缸筒壁厚较大，两端端盖与缸筒采用螺栓连接，整体重量和尺寸都比较大，而在航天领域，受特殊环境的限制，需要设计一种适应高压、常温、轻质、容量较大的挤压油箱，以适应航天的特殊需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为克服现有技术的不足，提供一种高压薄壁大直径挤压油箱，以适应航天对于油箱的高压、常温、轻质、大容量、高强度的特殊需求。

本发明的技术解决方案：

一种高压薄壁大直径挤压油箱，包括油箱缸筒、支撑芯杆、活塞、端盖，其中，圆柱筒状结构的油箱缸筒一端连接有端盖，在油箱缸筒的中心轴线上设有支撑芯杆，支撑芯杆内腔安装有位移传感器，用于测量油箱中储油量；在支撑芯杆上密封套有活塞，活塞将油箱缸筒隔成油腔和气腔，活塞上设有对油气进行隔离的双道Y型密封圈，其与油箱缸筒的内壁配合。

所述端盖为外凸的盖体，其与油箱缸筒阶梯型焊接。

活塞内外圈设置双导向，以增大油箱的储油量。

所述油箱缸筒厚度为7－10mm。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明活塞外圈采用Y型圈，其对缸筒变形适应能力强，采用该种形式密封可以有效补偿缸筒变形而造成的密封失效，使油箱在高振动、高冲击量级下工作时具有很好的密封效果；

(2)本发明通过设置外凸的盖体，并通过其与油箱缸筒进行阶梯型焊接，可有效规避航天特殊环境下的应力集中，避免油箱开裂；

(3)本发明在支撑芯杆内腔安装位移传感器，并在活塞内外圈设置双导向，一方面可以增大油箱的储油量，另一方面可以有效对大行程油面位移进行测量，使飞行用油量可以得到监测。

附图说明

图1为本发明结构剖视图；

图2为现有技术中油箱端盖处结构示意图；

图3为本发明端盖处结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明提供一种满足冷气挤压式伺服系统所用的挤压式油箱。挤压式油箱是针对某冷气挤压式伺服系统而特别研制的，油箱额定工作压力24MPa，针对挤压式油箱的工作特点，采用活塞式油箱的技术方案。由于箭上空间限制，油箱的直径较大，内径为290mm，但是壁厚很薄，只有8mm。油箱中需要油气隔离的介质为氦气和航空液压油，氦气分子小，密封较为困难，且活塞式油箱要在高振动、冲击量级下工作，为密封提出了更高的要求，因此挤压油箱活塞内外圈的密封是该方案能否成功的关键。另外，由于挤压式油箱液压油的非循环利用性，挤压油箱储油量多少是本发明需考量的一个很重要的指标，因此需要对油箱储油量进行监测。

为了保证活塞式油箱的轴向长度，避免焊缝处由于应力集中破坏，焊接端盖内表面采用阶梯型焊接结构。该类型焊接结构受力均匀，当油箱内腔承受24MPa压力时，它能很好的分散端盖所受应力，避免油箱焊缝处由于应力集中首先失效。

由于活塞式油箱是一次工作油箱，油液不可循环使用，因此用油量的多少是一个需要重点考量的指标。传统的LVDT式传感器受到箭上安装空间的约束无法满足测量要求，本发明针对油箱结构进行了改进设计，有效地实现了大行程油面位移测量，使飞行用油量可以得到监测。

具体结构为：

一种高压薄壁大直径挤压油箱，如图1所示，包括油箱缸筒1、活塞4、支撑芯杆3、端盖5，其中，圆柱筒状结构的油箱缸筒1一端连接有端盖5，在油箱缸筒1的中心轴线上设有支撑芯杆3，在支撑芯杆3上密封套有活塞4，活塞4将油箱缸筒1隔成油腔10和气腔11，油箱缸筒1厚度为7－10mm，活塞4上设有对油气进行隔离的双道Y型密封圈8，其与油箱缸筒1的内壁配合，以提高伺服系统的动态特性。具体地，采用双道Y型密封圈8一方面可以减小活塞4与油箱缸筒1壁的摩擦，另一方面运载火箭伺服系统工作时，伴随着严酷的振动冲击等力学环境条件，当油箱缸筒1承压时，由于油箱缸筒壁较薄，会产生较大变形，Y型密封圈8可以有效补偿油箱缸筒和活塞之间的间隙，保证可靠密封，防止油气混合。

所述端盖5为外凸的盖体，其与油箱缸筒1焊接，油箱的爆破压力大于48Mpa，传统端盖结构设计为内凹结构，如图2所示，在做油箱爆破压力试验时，当内腔压力升高到38MPa，由于图2端盖的结构形式会造成焊接部位明显的应力集中，在38MPa内压时，焊缝部位的应力已经达到1000MPa，已经达到材料抗拉强度极限，使焊接部位发生断裂，强度不满足要求，造成油箱的破坏。而利用本发明的外凸盖体，在48MPa内压下，焊缝部位的应力值约为800MPa(小于材料的抗拉强度极限1000MPa)，并且后续通过试验及实践验证，该结构均不会出现断裂情况。

支撑芯杆3内腔安装有测量活塞4位置的位移传感器2，进而测量油箱中储油量；活塞4内外圈双导向，增加活塞的有效行程，进而增大油箱的储油量。

工作时，高压氦气由气口7进入气腔11，在高压气体压力推动下，活塞4向左运动，为液压油增压，排出的高压油通过油液出口12为下游伺服作动器提供高压能源。

本发明未公开内容为本领域技术人员公知常识。

Claims (4)

1.一种高压薄壁大直径挤压油箱，其特征在于，包括油箱缸筒(1)、支撑芯杆(3)、活塞(4)、端盖(5)，其中，圆柱筒状结构的油箱缸筒(1)一端连接有端盖(5)，在油箱缸筒(1)的中心轴线上设有支撑芯杆(3)，支撑芯杆(3)内腔安装有位移传感器(2)，用于测量油箱中储油量；在支撑芯杆(3)上密封套有活塞(4)，活塞(4)将油箱缸筒(1)隔成油腔(10)和气腔(11)，活塞(4)上设有对油气进行隔离的双道Y型密封圈(8)，其与油箱缸筒(1)的内壁配合。

2.如权利要求1所述的一种高压薄壁大直径挤压油箱，其特征在于，所述端盖(5)为外凸的盖体，其与油箱缸筒(1)阶梯型焊接。

3.如权利要求1所述的一种高压薄壁大直径挤压油箱，其特征在于，活塞(4)内外圈设置双导向，以增大油箱的储油量。

4.如权利要求1所述的一种高压薄壁大直径挤压油箱，其特征在于，所述油箱缸筒(1)厚度为7－10mm。