CN106287198A - 一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置 - Google Patents

一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置 Download PDF

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Abstract

一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置，涉及移动运输低温容积及固定式低温容器的固定连接领域；包括低温容器、外层壳体和多组弹簧补偿连接装置；其中弹簧补偿连接装置包括上盖、压紧装置和底板，本发明能够通过内部构件的尺寸变形，实现低温容器变形收缩后的连接装置变形补偿，从而解决低温容器连接的变形协调问题；弹性补偿连接装置为模块化组件结构，可根据连接截面内的支撑需求设置若干组，并通过弹簧参数设计，满足支撑刚度及减振要求；同时弹性补偿连接装置在安装时处于松弛状态，实现了低温容器与外层壳体狭小间距情况下无预压缩装配，工装支持需求低；安装后通过调节螺栓实现压缩量调整，易于操作。

Description

一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置
技术领域
本发明涉及一种移动运输低温容积及固定式低温容器的固定连接领域，特别是一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置。
背景技术
在低温容器的连接技术方面，国内外通常采用铰接拉杆的方案，依靠铰接点的转动及拉杆弹性变形，实现对容器轴向和径向收缩变形的补偿。铰接拉杆一般分为受压管/柱型支撑结构，及张力型拉杆结构；国内外航天运输领域，低温火箭一般捆绑与芯级之间采用拉杆结构，芯级自身低温贮箱通过结构壳段承受变形产生的应力；部分火箭及低温上面级、在轨飞行器一般采用拉杆的悬挂式结构。在交通运输等涉及低温技术时，也普遍采用拉杆等形式实现连接。
《固定式真空绝热低温容器的支撑结构》一文中具体介绍吊索、吊带、支柱、拉杆等固定式低温容器的常用连接装置形式《特种低温容器径向支撑结构热力耦合模拟分析》一文中低温容器支承结构由环氧玻璃钢管与不锈钢管组成。《空间低温容器支撑结构设计及特性分析》文中空间低温容器为外壳与内胆组成的双层壳体，两层壳体之间采用固定杆和支撑环组合构成的碟形支架结构，承力构件依然为支撑杆系。本方案采用高强钢制弹簧作为径向承力及减振构件。《低温贮箱连接支撑结构优化设计》文中优化设计对象为运载火箭低温贮箱间的常规杆系连接装置，不存在狭小间隙内变形协调约束。
专利《一种可旋转杆式支撑装置》将低温容器的常规拉杆端头改进为球头螺母形式，利用球头螺母转动实现容器变形补偿，《Support arrangement for a space basedcryogenic vessel》提出的低温容器连接方案，采用贯穿容器的吊索作为连接装置，并在内外层结构之间设置管状结构和环形缓冲装置，用于变形协调。《Cryogenic tank supportsystem》提出的低温容器与外层壳体之间设置一个筒段，筒段内外分别设置支撑环，用于支撑内部低温容器及外部壳体，支撑环屈服应力较低，发挥变形协调及减振作用。专利《Support system for vacuum insulated cyl indrical cryogenic vessels》提供低温容器侧壁采用折叠的弹簧片作为支撑和减振结构，且弹簧片为整体环状结构，整个容器共2个此类支撑截面。
传统连接及上述连接方案，普遍通过连杆实现低温容器连接，对内外层壳体的间距要求大，造成内部容器体积受限。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置，解决低温容器在加注后受低温影响尺寸收缩情况下，与外层壳体或支撑结构的间存在的相对变形问题，并解决了低温容器的连接刚度与减振问题，内外层结构小间隙情况下的常温装配问题。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置，弹簧补偿连接装置包括上盖、压紧装置和底板；上盖侧面为内凹空腔结构，压紧装置内嵌在上盖的内凹空腔处，底板固定安装在上盖的下表面；上盖和底板将压紧装置密封在上盖的内部；压紧装置的一端与外部外层壳体固定连接，另一端与外部低温容器固定连接。
在上述的一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置，所述的压紧装置包括双排弹簧、调节螺栓、上压块和压紧组件；其中，压紧组件位于最底端，双排弹簧并列对称的安装在压紧组件的上表面；上压块固定安装在双排弹簧的上表面；调节螺栓固定安装在上压块的上表面；调节螺栓的顶端面与外部外层壳体的内壁固定连接；压紧组件的下表面与外部低温容器的外侧壁固定连接。
在上述的一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置，所述的上压块为凸台结构，在上压块的下表面设置有两个与双排弹簧内径相配合的凸台，在装配时，伸入双排弹簧的端面。
在上述的一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置，所述的压紧组件包括下压块和柔性垫；其中下压块固定安装在柔性垫的上表面，双排弹簧的固定安装在下压块的下表面；柔性垫的下表面与外部低温容器固定连接。
在上述的一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置，所述下压块为凸台结构，在下压块的上表面设置有两个与双排弹簧内径相配合的凸台，在装配时，伸入双排弹簧的端面。
在上述的一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置，所述的上盖顶端设置有两个孔，上盖侧面的内凹空腔处竖直中线位置设置有凸起，凸起将上盖侧面的内凹空腔结构分为两个竖直对称的空间；所述凸起顶端设置有水平的滑槽。
在上述的一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置，装配时，上压块水平放置在上盖的滑槽内；双排弹簧分别竖直对称放置在上盖侧面的内凹空腔结构的两个竖直对称的空腔中。
在上述的一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置，所述上盖顶端孔的内径与调节螺栓的外径尺寸相配合且孔与调节螺栓处于同轴位置。
在上述的一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置，外部低温容器装入外部外层壳体前，弹簧补偿连接装置的调节螺栓与上压块不接触，上压块与弹簧松弛，压紧组件位于上盖内，不遮阻外部低温容器的安装；外部低温容器装入外部外层壳体后，拧紧调节螺栓，实现对上压块、弹簧的挤压，进而推动压紧组件外伸出上盖的底面，与外部低温容器贴合；加注低温液体后，低温容器径向收缩，在弹簧的挤压作用下，压紧组件继续外伸，始终与低温容器紧密贴合，从而实现变形补偿。
在上述的一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置，所述柔性垫为非金属材料；柔性垫与外部低温容器之间涂覆二硫化钼实现润滑。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明中弹性补偿连接装置具有变形补偿能力。其内部设有钢制弹簧，弹簧下端通过压紧装置与低温容器紧密接触；在容器径向变形、与外层壳体间隙发生变化时，弹簧发生压缩或伸长变形，推动压紧组件与低温容器紧密接触，从而实现低温容器与外层壳体间的变形补偿；
(2)本发明中弹性补偿连接装置为模块化组件结构，每套组件由上盖、压紧装置、底板弹簧、调节螺栓、上压块、下压块和柔性垫组装而成。各套组件的弹簧在受压状态下产生低温容器与外层壳体之间的挤压力，弹簧支撑刚度体现为系统的连接刚度及减振性能，在实际应用中，可根据系统的连接刚度及减振需求，增减模块化组件的套数；
(3)本发明中弹性补偿连接装置在安装时处于松弛状态，实现了低温容器与外层壳体狭小间距情况下无预压缩装配，工装支持需求低；安装后通过调节螺栓实现压缩量调整，易于操作。
附图说明
图1为本发明外层壳体与低温容器连接中的布局示意图；
图2为本发明弹性补偿连接装置的主要构成图；
图3为本发明弹性补偿连接装置的组件爆炸图；
图4为压紧装置的详细构成图；
图5为压紧装置在上盖内部的基本安装状态示意图；
图6为上盖的内部构造图；
图7为本发明的安装状态示意图，安装时调节螺栓暂未安装，压紧组件处于上盖内部；
图8为本发明的工作状态示意图，拧紧调节螺栓，压紧组件挤压在低温容器上。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图1所示为外层壳体与低温容器连接中的布局示意图，如图2所述为弹性补偿连接装置的主要构成图，由图可知，低温容器1安装在外层壳体2内部，在外型尺寸限定情况下，为最大限度增加容积，低温容器1与外层壳体2间隙较小。弹簧补偿连接装置3包括上盖4、压紧装置5和底板6；上盖4侧面为内凹空腔结构，压紧装置5内嵌在上盖4的内凹空腔处，底板6固定安装在上盖4的下表面；上盖4和底板6将压紧装置5密封在上盖4的内部；压紧装置5的一端与外部外层壳体2固定连接，另一端与外部低温容器1固定连接。
如图3所示为弹性补偿连接装置的组件爆炸图，如图4所示为压紧装置的详细构成图，由图可知，所述的压紧装置5包括双排弹簧7、调节螺栓8、上压块9和压紧组件12；其中，压紧组件12位于最底端，双排弹簧7并列对称的安装在压紧组件12的上表面；上压块9固定安装在双排弹簧7的上表面；调节螺栓8固定安装在上压块9的上表面；调节螺栓8的顶端面与外部外层壳体2的内壁固定连接；压紧组件12的下表面与外部低温容器1的外侧壁固定连接。
上压块9为凸台结构，在上压块9的下表面设置有两个与双排弹簧7内径相配合的凸台，在装配时，伸入双排弹簧7的端面。
下压块10与柔性垫11通过胶粘或机械连接形式安装在一起，构成压紧组件12；柔性垫11为非金属结构，用于消除弹簧补偿连接装置对容器的磨损及划伤，并降低热传导，其他构件为金属结构；其中下压块10固定安装在柔性垫11的上表面，双排弹簧7的固定安装在下压块10的下表面；柔性垫11的下表面与外部低温容器1固定连接，且柔性垫11与外部低温容器1之间涂覆二硫化钼实现润滑。
下压块10为凸台结构，在下压块10的上表面设置有两个与双排弹簧7内径相配合的凸台，在装配时，伸入双排弹簧7的端面。
调节螺栓8、上压块9、双排弹簧7、下压块10及柔性垫11沿低温容器1径向布局，形成对低温容器(1)径向挤压的串列布局，这些结构安装在上盖4的内部。
如图6所示为上盖的内部构造图，由图可知，上盖4顶端设置有两个孔13，上盖4侧面的内凹空腔处竖直中线位置设置有凸起14，凸起14将上盖4侧面的内凹空腔结构分为两个竖直对称的空间；所述凸起14顶端设置有水平的滑槽15。
图5所示为压紧装置在上盖内部的基本安装状态示意图，由图可知，装配时，上压块9水平放置在上盖4的滑槽15内；双排弹簧7分别竖直对称放置在上盖4侧面的内凹空腔结构的两个竖直对称的空腔中。
上盖4顶端孔13的内径与调节螺栓8的外径尺寸相配合且孔13与调节螺栓8处于同轴位置。
如图7所示为安装状态示意图，安装时调节螺栓暂未安装，压紧组件处于上盖内部；如图8所示为工作状态示意图，拧紧调节螺栓，压紧组件挤压在低温容器上，由图可知，外部低温容器1装入外部外层壳体2前，弹簧补偿连接装置3的调节螺栓8与上压块9不接触，上压块9与弹簧7松弛，压紧组件12位于上盖4内，不遮阻外部低温容器1的安装；外部低温容器1装入外部外层壳体2后，拧紧调节螺栓8，实现对上压块9、弹簧7的挤压，进而推动压紧组件12外伸出上盖4的底面，与外部低温容器1贴合；加注低温液体后，低温容器1径向收缩，在弹簧7的挤压作用下，压紧组件12继续外伸，始终与低温容器1紧密贴合，从而实现变形补偿。
双排弹簧补偿连接装置工作原理为：低温容器1加注低温液体前处于未收缩状态，通过调节螺栓8挤压实现压紧组件12对容器的挤压支撑，此时双排弹簧7压缩量超过低温容器1的低温收缩量。低温容器1加注低温液体后发生径向及轴向收缩，径向收缩时双排弹簧7伸长，推动压紧组件12继续挤压低温容器1的侧壁，发挥支撑连接及减振作用；轴向收缩时，压紧组件12的柔性垫11与低温容器1的侧壁发生滑动，柔性垫11不因滑动划伤低温容器1，且热导率低。
双排弹簧补偿连接装置防错原理为：上盖4为整体式结构，上盖4内部的各组双排弹簧7间设置凸起14，使各双排弹簧7独立在各自通道内，避免因双排弹簧7侧向变形而失效。上盖4内部的上压块9运动区间设置滑槽15，滑槽15尺寸比双排弹簧运动区间宽，以避免调节轴承超调，造成低温容器过度受压。
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 (10)

1.一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置，其特征在于：弹簧补偿连接装置(3)包括上盖(4)、压紧装置(5)和底板(6)；上盖(4)侧面为内凹空腔结构，压紧装置(5)内嵌在上盖(4)的内凹空腔处，底板(6)固定安装在上盖(4)的下表面；上盖(4)和底板(6)将压紧装置(5)密封在上盖(4)的内部；压紧装置(5)的一端与外部外层壳体(2)固定连接，另一端与外部低温容器(1)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置，其特征在于：所述的压紧装置(5)包括双排弹簧(7)、调节螺栓(8)、上压块(9)和压紧组件(12)；其中，压紧组件(12)位于最底端，双排弹簧(7)并列对称的安装在压紧组件(12)的上表面；上压块(9)固定安装在双排弹簧(7)的上表面；调节螺栓(8)固定安装在上压块(9)的上表面；调节螺栓(8)的顶端面与外部外层壳体(2)的内壁固定连接；压紧组件(12)的下表面与外部低温容器(1)的外侧壁固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置，其特征在于：所述的上压块(9)为凸台结构，在上压块(9)的下表面设置有两个与双排弹簧(7)内径相配合的凸台，在装配时，伸入双排弹簧(7)的端面。
4.根据权利要求2所述的一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置，其特征在于：所述的压紧组件(12)包括下压块(10)和柔性垫(11)；其中下压块(10)固定安装在柔性垫(11)的上表面，双排弹簧(7)的固定安装在下压块(10)的下表面；柔性垫(11)的下表面与外部低温容器(1)固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置，其特征在于：所述下压块(10)为凸台结构，在下压块(10)的上表面设置有两个与双排弹簧(7)内径相配合的凸台，在装配时，伸入双排弹簧(7)的端面。
6.根据权利要求1所述的一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置，其特征在于：所述的上盖(4)顶端设置有两个孔(13)，上盖(4)侧面的内凹空腔处竖直中线位置设置有凸起(14)，凸起(14)将上盖(4)侧面的内凹空腔结构分为两个竖直对称的空间；所述凸起(14)顶端设置有水平的滑槽(15)。
7.根据权利要求1-6所述的一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置，其特征在于：装配时，上压块(9)水平放置在上盖(4)的滑槽(15)内；双排弹簧(7)分别竖直对称放置在上盖(4)侧面的内凹空腔结构的两个竖直对称的空腔中。
8.根据权利要求7所述的一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置，其特征在于：所述上盖(4)顶端孔(13)的内径与调节螺栓(8)的外径尺寸相配合且孔(13)与调节螺栓(8)处于同轴位置。
9.根据权利要求8所述的一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置，其特征在于：外部低温容器(1)装入外部外层壳体(2)前，弹簧补偿连接装置(3)的调节螺栓(8)与上压块(9)不接触，上压块(9)与弹簧(7)松弛，压紧组件(12)位于上盖(4)内，不遮阻外部低温容器(1)的安装；外部低温容器(1)装入外部外层壳体(2)后，拧紧调节螺栓(8)，实现对上压块(9)、弹簧(7)的挤压，进而推动压紧组件(12)外伸出上盖(4)的底面，与外部低温容器(1)贴合；加注低温液体后，低温容器(1)径向收缩，在弹簧(7)的挤压作用下，压紧组件(12)继续外伸，始终与低温容器(1)紧密贴合，从而实现变形补偿。
10.根据权利要求4所述的一种适应低温容器变形的弹簧补偿连接装置，其特征在于：所述柔性垫(11)为非金属材料；柔性垫(11)与外部低温容器(1)之间涂覆二硫化钼实现润滑。
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