CN110712005A - 一种基于液压成型技术的贮箱装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种基于液压成型技术的贮箱装置，其包括筒段，具有沿纵向均匀分布的凸出波纹；前短壳，通过前连接环与筒段的前端连接；后短壳，通过后连接环与筒段的后端连接；前底，设置在前短壳内侧，通过前连接环与筒段的前端连接；以及后底，设置在后短壳内侧，通过后连接环与筒段的后端连接。

Description

一种基于液压成型技术的贮箱装置

技术领域

本公开涉及一种基于液压成型技术的贮箱装置。

背景技术

众所周知，航天用贮箱一般采用铝合金材料，目的是控制结构质量，增加火箭运载能力。但与不锈钢相比铝合金有焊接性能差、强度低、焊接工艺参数复杂、生产效率低下且成本很高等缺点。在火箭商业化快速发展的当今时代，只有控制火箭制造成本，研制出一款高效、高可靠性、可复用的火箭，才能在竞争日益激烈的行业中立足。因此，在结构分配质量充足的情况下，采用其他比铝合金密度大的材料制备贮箱成为可能。然而，如何设计一款低成本、制造周期短、具有更高力学性能和可靠性的贮箱是当前火箭行业亟待解决的问题之一。

发明内容

为了解决至少一个上述技术问题，本公开提供了一种基于液压成型技术的贮箱装置，其包括筒段，具有沿纵向均匀分布的凸出波纹；前短壳，通过前连接环与筒段的前端连接；后短壳，通过后连接环与筒段的后端连接；前底，设置在前短壳内侧，通过前连接环与筒段的前端连接；以及后底，设置在后短壳内侧，通过后连接环与筒段的后端连接。

根据本公开的至少一个实施方式，筒段还具有沿环向均匀分布的凸出波纹。

根据本公开的至少一个实施方式，波纹通过液压胀型工艺加工得到。

根据本公开的至少一个实施方式，波纹的高度根据筒段的直径在5mm～200mm范围内选择。

根据本公开的至少一个实施方式，筒段、前短壳和后短壳均由金属板滚弯后沿纵向焊接而成。

根据本公开的至少一个实施方式，前连接环和后连接环均由金属板滚弯后沿纵向焊接成圆筒，再经机加工而成。

根据本公开的至少一个实施方式，前底和后底均为旋转椭圆球面，由金属板通过整体旋压成型制备。

根据本公开的至少一个实施方式，金属板为不锈钢板。

根据本公开的至少一个实施方式，贮箱装置的环向焊缝均为塔接接头形式，贮箱装置的纵向焊缝采用钨极氩弧自动焊，其他焊缝采用手工氩弧焊。

根据本公开的至少一个实施方式，前底上设置有人孔法兰、液位传感器法兰和管接头；以及后底上设置有后底输送管法兰和消旋器。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是根据本公开至少一个实施方式的基于液压成型技术的贮箱装置外形图(从前底观察)。

图2是根据本公开至少一个实施方式的基于液压成型技术的贮箱装置外形图(从后底观察)。

图3是根据本公开至少一个实施方式的基于液压成型技术的贮箱装置的结构组成图(从前底观察)。

图4是根据本公开至少一个实施方式的基于液压成型技术的贮箱装置的A-A剖视图。

图5是根据本公开至少一个实施方式的基于液压成型技术的贮箱装置的B-B剖视图。

图6是根据本公开至少一个实施方式的基于液压成型技术的贮箱装置的C-C剖视图。

1-人孔法兰、2-前底、3-前短壳、4-前连接环、5-筒段、6-后短壳、7-后连接环、8-后底、9-后底输送管法兰、10-人孔盖、11-管接头、12-消旋器、13-液位传感器法兰

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

传统贮箱采用铝合金材料制备，本公开提供的贮箱装置主体部分则采用不锈钢材料，特别是0Cr18Ni10Ti不锈钢。与铝合金材料相比，不锈钢具有强度高、焊接性能好、机械加工性能好等优点，可以采用更先进的加工方法和更简便的加工步骤，从而达到减少加工工序、缩短生成周期、降低生成成本、提高贮箱安全性和可靠性的目的。当然，本公开提供的贮箱装置也可以采用其他材料制备，只要该材料能够满足制造该贮箱所需的加工工艺的要求以及满足贮箱的应用要求。

在本公开的至少一个实施方式中，本公开提供了一种基于液压成型技术的低成本、高可靠性贮箱装置，如图1～图6所示，该贮箱装置包括筒段5，具有沿纵向均匀分布的凸出波纹；前短壳3，通过前连接环4与筒段5的前端连接；后短壳6，通过后连接环7与筒段5的后端连接；前底2，设置在前短壳3内侧，通过前连接环4与筒段5的前端连接；以及后底8，设置在后短壳6内侧，通过后连接环7与筒段5的后端连接。除了纵向均匀分布的波纹，上述筒段5还可以具有沿环向均匀分布的凸出波纹。

该贮箱装置的前底2上设置有人孔法兰1、人孔盖10、液位传感器法兰13和管接头11；以及后底8上设置有后底输送管法兰9和消旋器12。

筒段5、前短壳3和后短壳6均由金属板滚弯后沿纵向焊接而成。前连接环4和后连接环7则由金属板滚弯后沿纵向焊接成圆筒，再经机加工而成。

传统铝合金贮箱壁厚度在3mm-5mm之间，采用网格加筋增强其径向刚度，通过化铣或机铣加工而成。然而，不锈钢贮箱壁厚在0.6mm-2mm之间，由于筒壁较薄，筒段5滚弯后径向刚度不足，但不锈钢贮箱无法设计成网格加筋结构。为了增加筒段5的径向刚度，本公开设计在其壁面加工凸出的纵向或环向波纹，以满足贮箱的使用要求。该波纹通过液压胀型工艺加工得到，即通过焊接得到的光筒壳在模具和液压机作用下，在环向和纵向一次成型出均匀分布的矮波，进而增加光筒壳的径向刚度。波纹的高度根据筒段5的直径在5mm～200mm范围内选择。这样，可以在不增加总质量的前提下，制备得到具有足够强度的筒段5。

前底2和后底8均为旋转椭圆球面，由金属板通过整体旋压成型制备。传统铝合金贮箱前、后底采用瓜瓣拼焊工艺方案，由于焊缝较多，大大降低了其整体力学性能。与铝合金相比，不锈钢具备更好的延伸率，其旋压一次成型缺陷少、可靠性高。本公开采用整体旋压底，一次成型，有效提高了前、后底的整体力学性能。

根据本公开的至少一个实施方式，贮箱装置的环向焊缝均为塔接接头形式。传统铝合金贮箱焊接工艺装备资金投入很大，且工艺装备装卡复杂。本公开环向焊缝采用搭接定位焊接工艺，焊接装配时，可通过搭接结构进行装配定位，无需装卡，有效避免了焊接工艺装备的投入。

贮箱装置的纵向焊缝采用钨极氩弧自动焊，其他焊缝采用手工氩弧焊。各部分的焊缝位置参见图4和图5。各部件焊接按标准QJ1842A-2011《结构钢、不锈钢溶焊技术条件》进行。其中，液位传感器法兰13和管接头11焊接时保证端面和前底2内表面平齐。消旋器12手动点焊至后底8上即可，保证牢靠。后底输送管法兰9与后底8内表面焊接后，将焊缝打磨至平滑过渡状态。

下面以一个具体示例说明本公开贮箱装置的制作步骤和主要加工工艺。然而，该示例仅用于说明本公开的技术实施细节，而不作为对本公开的范围的限定。

首先，加工贮箱装置的主体部分：

1)加工前短壳3和后短壳6：前、后短壳长度均为243mm，直接由一块不锈钢板滚弯成形后焊接为圆筒段。

2)加工前连接环4和后连接环7：前、后连接环为不锈钢板滚弯后焊接为圆筒段再机加而成。

3)加工前底2和后底8：前、后底为旋转椭圆球面，整体旋压成形；其上根据需要设置有人孔法兰1、加注液位传感器法兰13、输送管法兰等。

4)加工筒段5：贮箱筒段5长度为316mm，由一块不锈钢钢板滚弯而成，再纵向焊接为筒段5，加工得到的光筒段通过液压胀型工艺将筒段沿纵向涨出高度5mm的波纹。

贮箱主要部件材料为0Cr18Ni10Ti不锈钢。

箱体纵向焊缝采用钨极氩弧自动焊(TIG)，其他焊缝均采用手工氩弧焊。主要工艺流程为：

1)焊接前连接环4和前短壳3锁底环焊缝；

2)焊接前连接环4和前底2锁底环焊缝；

3)焊接后连接环7和后短壳6锁底环焊缝；

4)焊接后连接环7和后底8锁底环焊缝；

5)焊接箱体内部支架角焊缝；

6)焊接人孔法兰1、输送管法兰等；

7)装配防旋装置；

8)做X光检查；

9)箱体内部支架安装；

10)焊接箱筒段5和前、后连接环搭接焊缝。

整箱焊接完成后，做箱体液压试验，测量箱体容积，整箱烘干，检漏，研磨加注法兰、输送法兰对接面，箱体整体清理，总检查，喷漆，最后交付总装。

本公开提供的贮箱装置采用不锈钢材料，不仅可以大大降低火箭的制造成本、加快贮箱的制造周期，同时也可获得更高的力学性能和可靠性。传统铝合金贮箱加工工序多、制造周期长，本公开减少了加工工序、缩短了生产周期。本公开提供的贮箱装置主要具备如下优点：

1)焊接装配效率高：主体结构所有焊缝均采用搭接焊缝，方便焊接定位，减少不必要的定位工装投入；

2)整体力学性能好：前、后底制造时摒弃了瓜瓣拼焊成形工艺方案，采用整体旋压成形，减少了焊缝数量，提高了贮箱整体力学性能；同时，通过液压胀形工艺技术有效解决了薄壁筒段径向刚度差的问题；

3)生产制造周期短：大型焊接定位工装零投入，前、后底整体旋压成形工艺方案和液压胀型工艺方法的采用大大减少了贮箱生产制造周期；

4)性价比高：在材料费、机加工费、工装费、检测费、试验费、表面处理费等多个环节上有着无可比拟的价格优势。

本公开提供的技术方案不仅可以用于火箭用贮箱的制造，也可以应用于其他类似的压力容器或波纹管。只要其包括了本公开的必要技术特征，都应落入本公开的范围内。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种基于液压成型技术的贮箱装置，其特征在于，所述基于液压成型技术的贮箱装置包括：

筒段，所述筒段具有沿纵向均匀分布的凸出波纹；

前短壳，所述前短壳通过前连接环与所述筒段的前端连接；

后短壳，所述后短壳通过后连接环与所述筒段的后端连接；

前底，所述前底设置在所述前短壳内侧，通过所述前连接环与所述筒段的前端连接；以及

后底，所述后底设置在所述后短壳内侧，通过所述后连接环与所述筒段的后端连接。

2.根据权利要求1所述的基于液压成型技术的贮箱装置，其特征在于，所述筒段还具有沿环向均匀分布的凸出波纹。

3.根据权利要求2所述的基于液压成型技术的贮箱装置，其特征在于，所述波纹通过液压胀型工艺加工得到。

4.根据权利要求3所述的基于液压成型技术的贮箱装置，其特征在于，所述波纹的高度根据所述筒段的直径在5mm～200mm范围内选择。

5.根据权利要求1所述的基于液压成型技术的贮箱装置，其特征在于，所述筒段、所述前短壳和所述后短壳均由金属板滚弯后沿纵向焊接而成。

6.根据权利要求1所述的基于液压成型技术的贮箱装置，其特征在于，所述前连接环和所述后连接环均由金属板滚弯后沿纵向焊接成圆筒，再经机加工而成。

7.根据权利要求3所述的基于液压成型技术的贮箱装置，其特征在于，所述前底和所述后底均为旋转椭圆球面，由金属板通过整体旋压成型制备。

8.根据权利要求5至7任一项所述的基于液压成型技术的贮箱装置，其特征在于，所述金属板为不锈钢板。

9.根据权利要求8所述的基于液压成型技术的贮箱装置，其特征在于，所述贮箱装置的环向焊缝均为塔接接头形式，所述贮箱装置的纵向焊缝采用钨极氩弧自动焊，其他焊缝采用手工氩弧焊。

10.根据权利要求1所述的基于液压成型技术的贮箱装置，其特征在于，所述前底上设置有人孔法兰、液位传感器法兰和管接头；以及所述后底上设置有后底输送管法兰和消旋器。

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