CN109899604A - 多曲面自平衡低刚度橡胶软管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多曲面自平衡低刚度橡胶软管，橡胶管体采用橡胶作为基质材料与骨架层硫化成整体，橡胶管体外侧部分内扣，缠绕在中间法兰上，并且由外法兰和压紧法兰进行紧固，硫化成的三法兰一体结构,抗拔脱性好。骨架层是由交叉缠绕的偶数层纤维帘线构成，使橡胶软管在管内流体工作压力作用下，轴向基本不变形，不会给系统带来附加力和位移。橡胶软管管体上有多个相同形状的弧形回转凸面结构，相邻两弧形回转凸面结构之间有一防变形的约束法兰。本发明三个自由度方向上抗冲击变形位移补偿能力强，隔振性能优越，同时轴向刚度低。采用本发明，单根可实现多根单曲弧形体挠性接管串联的功能，振动控制效果得到显著提升，还大大降低了产品的刚度。

Description

多曲面自平衡低刚度橡胶软管

技术领域 本发明涉及一种用于舰船或潜艇上的管路连接中，可增强管路连接系统中的轴向和径向位移补偿能力，起到良好的隔振作用的多曲面自平衡橡胶软管。

背景技术 目前，舰船海水管路系统中大量使用了平衡式直管以及弧形体可大变形挠性接管。平衡式直管以及弧形体可大变形挠性接管存在重量尺寸小、安全可靠性高等许多优点，其在海水系统中的普及带来了良好的减振效果，为舰船减振降噪做出了重要贡献。

CN100572887C公开了本申请人的专利《一种有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，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。该发明用作管路系统挠性连接件，补偿由于振动、冲击作用引起管路在三个自由度方向上的大位移补偿。但是随着舰船减振降噪技术的不断提高，第一声通道的隔振技术已得到巨大提高，第二声通道控制技术已不能与第一声通道控制技术匹配，这造成了管路系统振动噪声极大的问题。问题产生的原因在于现有挠性接管刚度相对较大以及位移补偿能力相对较小。这个问题可以通过安装多根单曲面挠性接管提高管路系统振动控制效果来解决，但是多根单曲面挠性接管的串联会带来所需布置空间大、施工安装复杂以及成本大幅提高等新的困扰。

CN1265116C还公开了本申请人的专利《三法兰结构自平衡式挠性接管》，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，胶管管体由内胶层、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，初始缠绕角度根据公式计算，芳纶帘布沿中间法兰回绕后由内法兰、外法兰夹紧固定。

针对下一代安静型舰船海水管路系统隔振性能要求更高、冲击位移补偿能力更大的需求，迫切需要研制一种新型低刚度平衡式挠性接管。

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多曲面自平衡低刚度橡胶软管。

本发明目的的实现方式为：多曲面自平衡低刚度橡胶软管，橡胶软管管体由骨架层和橡胶管体构成，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，橡胶管体与骨架层硫化成整体结构，软管管体呈弧形回转凸面结构；橡胶管体外侧部分内扣，缠绕在内圈上，并且由外法兰和压紧法兰压紧；外法兰上有用于连接的螺栓孔；橡胶软管管体长150-560mm,管径32-300mm，上有2-5个相同形状的弧形回转凸面结构，弧形回转凸面结构弦长75mm-160mm，弧高24mm-45mm；弧形回转凸面结构之间有约束体；所述约束体为一圆环状法兰；

所述纤维帘线缠绕角计算公式为：

式中，α为管体外法线与轴线上方向夹角，R₁、R₂分别为体母线曲率半径和曲率半径所在直线被母线和轴线所截距离，d为弧形管曲率中心到轴线的距离。

本发明有以下优点：

1、骨架层由纤维帘线构成织成的帘布按照平衡性设计原理计算的角度缠绕而成，实现了软管多曲面管体结构的平衡性，使软管在管内流体的工作压力作用下，轴向基本不变形，不会给系统带来附加力和位移；

2、软管管体由橡胶管体与骨架层硫化成整体结构，橡胶管体外侧部分内扣，缠绕在内圈上，由外法兰和压紧法兰进行紧固，并通过硫化使其粘连成三法兰一体结构，有优异的抗拔脱性能和密封性能；

3、软管管体上有多个相同形状的弧形回转凸面结构，可以在较小的轴向尺寸内达到三个自由度方向上的较大的位移补偿能力，隔振性能优越；

4、软管管体上有多个相同形状的弧形回转凸面结构，单根多曲面挠性接管可实现多根单曲弧形体挠性接管串联的功能，使得管路系统振动控制效果获得显著提升；并且大大降低了产品的刚度。

附图说明

图1是本发明结构侧视图，

图2是本发明结构主视图，

图3是缠绕角度计算示意图。

具体实施方式

下面结合参照附图详述本发明。

参照图1、2，本发明的软管管体由骨架层和橡胶管体5构成，骨架层4由芳纶纤维织成的帘布按平衡性计算的角度缠绕形成，橡胶管体与骨架层硫化成整体结构。橡胶管体外侧部分内扣，缠绕在内圈2上，并且由外法兰1和压紧法兰3 压紧紧固并通过硫化使其粘连，这种连接方式能有效的提高抗拔脱性能，还可以增长挠性段的相对长度，提高位移补偿能力和减振性能。

本申请人通过对橡胶软管力学分析模型的建立，根据理论计算所得的缠绕轨迹方程，使用相应的缠绕工艺，使骨架材料缠绕角度及缠绕张力得到有效的精确控制，研究表明，合理设计挠性管体的骨架缠绕角度，可实现管体在一定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角度交叉缠绕，体现在弧形管体材料的缠绕角度为一随空间变化的空间角度。本发明采用能满足平衡性时帘线理论平衡缠绕角度和帘线缠绕模型轨迹的纤维帘线缠绕角公式，如下：

式中，为帘线角，α为管体外法线与轴线上方向夹角，R₁、R₂分别为体母线曲率半径和曲率半径所在直线被母线和轴线所截距离，d为弧形管曲率中心到轴线的距离(见图3)。

在管体骨架缠绕方面，纤维帘线按照此帘线缠绕角公式得出的角度缠绕，既能保证橡胶管体在高压作用下的平衡性，又能保证性能达到设计指标。

如对管径为80mm的橡胶软管(见图3)，其参数如下所示：

不同方向角处，帘线缠绕角见下表：

由于本发明提供位移补偿的工作特性，软管管体的骨架层材料为芳纶、聚酯、尼龙或涤纶纤维帘线；优选骨架层采用芳纶纤维帘线。芳纶骨架可以采用四层或六层结构，两层芳纶帘线之间交错布置，可提高位移补偿能力。

参照图2，外法兰1上有用于连接的螺栓孔7，本发明与其它橡胶软管进行连接时，可通过穿过螺栓孔的螺栓进行连接。

本发明的橡胶软管管体上有多个相同形状的弧形回转凸面结构，弧形回转凸面结构之间有约束体6，所述约束体为一圆环状法兰，圆环状法兰能保证两弧形回转凸面结构间过度部分在正常工作中不发生变形，使橡胶软管达到技术要求。

本发明的橡胶软管管体长150-560mm,管径32-300mm，上有2-5个相同形状的弧形回转凸面结构，但在工程应用实际中一般有2或3个相同形状的弧形回转凸面结构。弧形回转凸面结构弦长75mm-160mm，弧高24mm-45mm。

采用多个相同形状的弧形回转凸面结构的管体，优越性在于其可以在较小的轴向尺寸内达到三个自由度方向上的较大的冲击大变形位移补偿能力，即同样长度的橡胶软管，本发明的位移补偿能力要远远超过单曲面橡胶软管。因此隔振性能优越。

将本发明放在管路连接系统中，可实现多根单曲面挠性接管串联时才能达到的位移补偿能力，达到完美的替代作用，使得管路系统空间布置面积更小，缓解了苛刻的施工条件，降低了施工成本。同时振动控制效果获得显著提升；还大大降低轴向静刚度，大幅提高了管路系统的安全性。

本发明成型时，先将骨架层4和橡胶管体分层铺设在直管模具上，铺设好后，通过在外部加装工装，取下直管模具向内部充压可成型。

下面用具体实施例详述本发明。

实施例1、橡胶软管管体长150mm,管径32mm，上有2个相同形状的弧形回转弧形回转凸面结构弦长75mm，弧高25mm。

实施例2、橡胶软管管体长560mm,管径100mm，上有5个相同形状的弧形回转弧形回转凸面结构弦长112mm，弧高29mm。

实施例3、橡胶软管管体长480mm,管径300mm，上有3个相同形状的弧形回转弧形回转凸面结构弦长160mm，弧高45mm。

实施例4、橡胶软管管体长528/mm,管径200mm，上有4个相同形状的弧形回转弧形回转凸面结构弦长132mm，弧高36mm。

实施例5、橡胶软管管体长375mm,管径32mm，上有5个相同形状的弧形回转弧形回转凸面结构弦长75mm，弧高25mm。

实施例6、橡胶软管管体长336mm,管径100mm，上有3个相同形状的弧形回转弧形回转凸面结构弦长112mm，弧高29mm。

本申请人对同样长度的单弧形回转凸面结构及双弧形回转凸面结构的橡胶软管作了轴向位移补偿，横向位移补偿及刚度实验，实验结果见下表。

从表中可见，两根相同长度的橡胶软管，双弧形回转凸面结构的轴向位移补偿能力是传统单弧形回转凸面结构轴向位移能力的三倍，横向位移补偿能力更是达到了5倍。可见多弧形回转凸面结构橡胶软管的位移补偿能力大幅提高，刚度大幅度降低，性能获得显著提高。

本发明针对下一代安静型舰船海水管路系统隔振性能要求更高、冲击位移补偿能力更大的需求，提供了一种新型多曲面低刚度平衡式挠性接管，本发明采用多段呈弧形回转凸面结构的橡胶软管，单根橡胶软管可实现多根单曲面挠性接管串联的功能，满足了下一代安静型舰船管路系统减振降噪设计需求。

Claims (5)

1.多曲面自平衡低刚度橡胶软管，橡胶软管管体由骨架层和橡胶管体构成，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，橡胶管体与骨架层硫化成整体结构，软管管体呈弧形回转凸面结构；其特征在于：橡胶管体外侧部分内扣，缠绕在内圈上，并且由外法兰和压紧法兰压紧；外法兰上有用于连接的螺栓孔；橡胶软管管体长150-560mm,管径32-300mm，上有2-5个相同形状的弧形回转凸面结构，弧形回转凸面结构弦长75mm-160mm，弧高24mm-45mm；弧形回转凸面结构之间有约束体；所述约束体为一圆环状法兰；

所述纤维帘线缠绕角计算公式为：

式中，α为管体外法线与轴线上方向夹角，R₁、R₂分别为体母线曲率半径和曲率半径所在直线被母线和轴线所截距离，d为弧形管曲率中心到轴线的距离。

2.根据权利要求1所述的多曲面自平衡低刚度橡胶软管，其特征在于：橡胶软管管体上有2或3个相同形状的弧形回转凸面结构。

3.根据权利要求3所述的多曲面自平衡低刚度橡胶软管，其特征在于：骨架层材料为芳纶、聚酯、尼龙或涤纶纤维帘线。

4.根据权利要求1所述的多曲面自平衡低刚度橡胶软管，其特征在于：骨架层采用芳纶纤维帘线。

5.根据权利要求1所述的多曲面自平衡低刚度橡胶软管，其特征在于：芳纶骨架可以采用四层或六层结构，两层芳纶帘线之间交错布置。