CN110861320A - 带自锁功能组合法兰的对称双曲面体减振接管及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带自锁功能组合法兰的对称双曲面体减振接管及制造方法,减振接管包括一个对称双曲面挠性管体、一个中间约束环和两个自锁式组合法兰,对称双曲面挠性管体中间套设着中间约束环,对称双曲面挠性管体的两端分别对应设有一个所述自锁式组合法兰、并同与之相对应的自锁式组合法兰相锁紧配合连接。本发明的减振接管具有高耐压、抗疲劳、低刚度、大位移补偿能力及优良的减振性能等综合性能;其自锁式组合法兰不仅实现了管体受压时骨架层自身的自锁,回绕的骨架层在锁紧法兰内壁与管体之间还形成了抗疲劳缓冲层,工作时密封法兰和锁紧法兰压紧骨架材料时彼此之间的卡槽锁紧回绕了骨架材料的紧固件,实现了高可靠的锁紧抗拔脱功能。
Description
技术领域
本发明涉及通海管路的管接件领域,具体的说是涉及一种带自锁功能组合法兰的对称双曲面体减振接管及制造方法。
背景技术
在现代舰船设计中,减振降噪是一个长久以来难以解决的重要技术难题,特别是通海管路系统的减振,由于涉及到舰船的声隐身性及安全性,越来越受到相关技术行业的重视。海水管路减振的主要元件是连接设备与海水管路的减振接管。作为海水管路中重要的减振元件,减振接管有大位移补偿能力、优良的减振性能、高可靠性等技术要求,在一些较为重要、复杂的部位还需要具有低刚度、平衡性等特殊性能。
在造船工业的发展过程中,国内相关行业研制开发了大量各式各样的减振接管,比较典型的有CKXT船用可曲挠单球橡胶接头、CKST船用可曲挠双球橡胶接头、金属波纹管、PXG平衡式减振接管等,并依据不同的使用要求其工作压力分为0.6MPa、1.0MPa、3.0MPa、4.0MPa等多个等级。其中CKXT船用可曲挠单球橡胶接头、CKST船用可曲挠双球橡胶接头刚度较低、减振效果较好,但安全可靠性较差,不适用于压力等级较高的重要管路系统;金属波纹管及PXG平衡式减振接管位移补偿能力及减振性能较差,不适用于位移补偿及减振要求较高的管路系统。此外还有一些新研制的高性能减振接管具有较大位移补偿能力及高可靠性,但普遍刚度较大,在未来重要的舰船海水管路军事应用中受到了一定程度的限制。
随着现代声隐身技术的高速发展,新型重要舰船对通海管路减振降噪的要求大大提高,其要求使用的减振接管需兼具高可靠性、低刚度、大位移补偿能力、优良的减振性能等综合技术性能,国内外现有公开的相关技术产品难以兼具上述性能特点。
发明内容
为解决上述背景技术中提出的问题,本发明的目的在于提供一种带自锁功能组合法兰的对称双曲面体减振接管及制造方法。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:
带自锁功能组合法兰的对称双曲面体减振接管,包括一个对称双曲面挠性管体、一个中间约束环和两个自锁式组合法兰,在所述对称双曲面挠性管体中部套设着中间约束环,在所述对称双曲面挠性管体的两端分别对应设有一个所述自锁式组合法兰,每个所述自锁式组合法兰均与所述对称双曲面挠性管体相锁紧配合连接。
上述技术方案中,所述中间约束环与对称双曲面挠性管体的外壁呈圆弧过渡连接,且将对称双曲面挠性管体分为左右对称的两段曲面挠性管体,每段所述曲面挠性管体的曲面弧度为60°~75°。
上述技术方案中,所述对称双曲面挠性管体包括骨架层,所述骨架层内、外侧分别对应设有内胶层和外胶层;
每个自锁式组合法兰包括密封法兰、紧固件及锁紧法兰,每个所述紧固件设在与之相对应的锁紧法兰和密封法兰所形成的环形腔体中;
装配时,所述骨架层的两端分别经一个紧固件回绕至与之相对应的锁紧法兰内壁,并通过与之相对应锁紧法兰和密封法兰锁紧;
上述技术方案中,每个所述密封法兰设置在与之相对应的锁紧法兰远离对称双曲面挠性管体的一侧、并同与之相对应的锁紧法兰固接;
在每个所述锁紧法兰上均设置有若干个安装孔,每个所述安装孔均为光滑通孔或螺纹孔。
上述技术方案中,所述锁紧法兰内壁为喇叭口结构。
上述技术方案中,所述紧固件为矩形截面的圆环。
带自锁功能组合法兰的对称双曲面体减振接管的制造方法,包括以下步骤:
(1-1)将内胶层材料包贴成圆筒;
(1-2)将骨架材料织成的帘布进行双面挂胶处理,以与圆筒中心线夹角为32°~38°一层一层逐次缠绕在步骤(1-1)包贴的圆筒上,缠绕总层数为偶数层,偶数层与奇数层对称交叉缠绕形成骨架层,其中,骨架材料采用KevlarAramid、Vectran高性能纤维材料;
(1-3)将中间约束环安装固定在步骤(1-2)制成的管段中间,中间约束环将管段分为对称两段;
(1-4)步骤(1-2)骨架层的两端经紧固件回绕至锁紧法兰内壁,并通过锁紧法兰和密封法兰锁紧,其中紧固件设在与之相对应的锁紧法兰和密封法兰所形成的环形腔体中;
(1-5)在骨架层外层安装双曲面形外模、并高压氮气充气成型,充气压力为1.0~1.3MPa,在中间约束环的约束条件下将步骤(1-1)至步骤(1-4)制成的挠性管体充气成型为对称双曲面形结构,即对称双曲面挠性管体,其中,双曲面形外模中每个曲面弧度均为60°~75°,中间约束环与对称双曲面挠性管体接触面为圆弧过渡;
(1-6)将步骤(1-5)中充气完毕的总成送硫化罐硫化,去除双曲面形外模后,即得上述技术方案中的带自锁功能组合法兰的对称双曲面体减振接管;其中硫化后的骨架层内、外侧分布有内胶层.和外胶层,所述内胶层和外胶层均为内胶层材料硫化而成;硫化条件为:温度155~165℃,压力1.3~1.7MPa,时间120~180分钟。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明的对称双曲面挠性管体中,骨架层的骨架材料采用KevlarAramid、Vectran等高性能纤维材料,以偶数层交叉缠绕包贴在圆筒内胶层上,骨架材料在内胶层上进行柱面螺旋缠绕时,缠绕轨迹与中心线夹角为32°~38°;管段中间安装一约束环将其均匀分为两段,经充气成型硫化成对称双曲面形结构对称,弧度为60°~75°。充气成型过程中骨架材料由柱面螺旋结构变形为空间双曲面螺旋,受内压作用下管体是一种轴向平衡结构,理论上可使对称双曲面挠性管体轴向变形为零,由于采用了对称双曲面体挠性管体结构及KevlarAramid、Vectran等高性能纤维材料增强管体,使本发明的减振接管具有高耐压、抗疲劳、低刚度、大位移补偿能力及优良的减振性能等综合性能;
2、自锁式组合法兰由密封法兰、紧固件及锁紧法兰以特殊的结合方式组成,不仅实现了管体受压时骨架层自身的自锁,回绕的帘布垫在锁紧法兰内壁与管体之间还形成了抗疲劳缓冲层,工作时密封法兰和锁紧法兰压紧骨架材料时彼此之间的卡槽锁紧回绕了骨架材料的紧固件,实现了高可靠的锁紧抗拔脱功能。
3、锁紧法兰内壁为喇叭口结构,喇叭口结构在额定尺寸范围内最大程度增加了管体挠性段的长度,保证挠性管体双曲面结构实现理想的弧度和具有较大的弯曲半径,有效降低减振接管的动、静刚度,提高了减振接管的位移补偿能力和减振性能。
附图说明
图1为本发明中对称双曲面体减振接管的第一种结构示意图;
图2为本发明中对称双曲面挠性管体的结构示意图;
图3为锁紧法兰的第一种结构示意图(通孔安装);
图4为图3中A-A方向的剖视图;
图5为第一种锁紧法兰结构与密封法兰锁紧骨架层的示意图;
图6为本发明中对称双曲面体减振接管的第二种结构示意图;
图7为锁紧法兰的第二种结构示意图(螺纹安装);
图8为图7中B-B方向的剖视图;
图9为第二种锁紧法兰结构与密封法兰锁紧骨架层的示意图;
图10为本发明中对称双曲面体减振接管的使用状态图;
附图标记说明:
1、对称双曲面挠性管体;1a、曲面挠性管体;1.1、内胶层;1.2、骨架层;1.3、外胶层;2、中间约束环;3、自锁式组合法兰;3.1、密封法兰;3.2、紧固件;3.3、锁紧法兰;3.3a、喇叭口结构;3.31、第一紧固槽;3.32、光滑通孔;3.33、螺纹孔;4、被连接管道;4.1、管道法兰;5、螺栓连接套件。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合附图和具体实施方式,进一步阐述本发明是如何实施的。
第一种实施方式:如图1所示,带自锁功能组合法兰的对称双曲面体减振接管,包括一个对称双曲面挠性管体1、一个中间约束环2和两个自锁式组合法兰3,在所述对称双曲面挠性管体1中部套设着中间约束环2,所述对称双曲面挠性管体1的两端分别对应设有一个所述自锁式组合法兰3,每个自锁式组合法兰3均与所述对称双曲面挠性管体1相锁紧配合连接。
本发明中,所述中间约束环2与对称双曲面挠性管体1的外壁呈圆弧过渡连接,所述中间约束环2将对称双曲面挠性管体1分为左右对称的两段曲面挠性管体1a,进一步的,所述紧固件3.2为矩形截面的圆环、且紧固件3.2进行倒角处理。如图2所示,每段曲面挠性管体1a的曲面弧度为60°~75°;所述对称双曲面挠性管体1包括骨架层1.2,所述骨架层1.2内、外侧分别对应设有内胶层1.1和外胶层1.3;内胶层1.1和外胶层1.3均采用氯丁橡胶制成,骨架层1.2均采用采用KevlarAramid、Vectran高性能纤维材料制成。
本实施方式中,对称双曲面挠性管体1的挠性管体部分是一种对称双曲面形结构,双曲面形橡胶复合材料管体原为一直管段,由内胶层1.1、骨架层1.2、外胶层1.3缠绕而成,骨架层1.2的骨架材料采用KevlarAramid、Vectran等高性能纤维材料,以与中心线设计的夹角一层一层逐次缠绕在内胶包贴的圆筒内胶层1.1上,缠绕总层数为偶数层,偶数层与奇数层对称交叉缠绕,管段中间安装一约束环2将其均匀分为两段,经充气成型硫化成对称双曲面形结构。充气成型过程中骨架材料由柱面螺旋结构变形为空间双曲面螺旋,在工作压力作用下双曲面形管体的轴向合力与骨架材料受力的轴向合力大小相等、方向相反,经理论推导及力学分析计算,若想使挠性管体在工作压力作用下轴向变形趋于零,骨架材料在内胶层2上进行柱面螺旋缠绕时,缠绕轨迹与中心线夹角为32°~38°;
如图1和图5所示,每个自锁式组合法兰3包括密封法兰3.1、紧固件3.2及锁紧法兰3.3,每个所述紧固件3.2设在与之相对应的锁紧法兰3.1和密封法兰3.3所形成的环形腔体(图中未示出)中;
装配时,所述骨架层1.2的两端分别经一个紧固件3.2回绕至与之相对应的锁紧法兰3.3内壁,并通过与之相对应锁紧法兰3.3和密封法兰3.1锁紧,其中,每个所述密封法兰3.1设置在与之相对应的锁紧法兰3.3远离对称双曲面挠性管体1的一侧、并同与之相对应的锁紧法兰3.3通过预紧螺栓组件(图中未示出)固紧;例如,预紧螺栓组件包括预紧螺栓和螺母
具体的,所述骨架层1.2的两端均沿着密封法兰3.1面向锁紧法兰3.3表面回绕,绕经与之相对应的紧固件3.2、以及锁紧法兰3.3面向锁紧法兰3.1表面,回绕至锁紧法兰3.3内壁、并通过锁紧法兰3.3和密封法兰3.1锁紧。
如图3至图5所示,在每个锁紧法兰3.3上设有第一紧固槽3.31,在每个密封法兰3.1上设有与第一紧固槽3.31相对应的第二紧固槽(图中未示出),装配时,锁紧法兰3.3上设有的第一紧固槽3.31同与之相对应密封法兰3.1上设有的第二紧固槽(图中未示出)形成用于固定紧固件3.2的环形腔体(图中未示出)。
如图3至图5所示,在每个所述锁紧法兰3.3均设置有若干个安装孔,每个安装孔均为光滑通孔3.32,每个密封法兰3.1同与之相对应的锁紧法兰3.3锁紧时,每个锁紧法兰3.3的多个光滑通孔3.32与密封法兰3.1上的通孔一一对应,并在锁紧法兰3.3与密封法兰3.1的相对应的安装孔内设置衬套6,预紧螺栓(图中未示出)穿设在衬套6内,并通过螺母紧固。
本实施方式中,所述锁紧法兰3.3内壁为喇叭口结构3.3a,喇叭口结构3.3a在额定尺寸范围内最大程度增加了管体挠性段的相对长度,使挠性管体双曲面结构具有较大的弧度和弯曲半径,锁紧法兰3.3内壁与骨架层1.2接触部位均采用圆弧过渡,圆弧半径大于5mm,回绕的骨架层1.2在锁紧法兰3.3内壁与管体之间形成抗疲劳缓冲层;
第二种实施方式:
如图6至图9所示,本实施方式与第一种实施方式的区别在于:每个所述密封法兰3.1设置在与之相对应的锁紧法兰3.3远离对称双曲面挠性管体1的一侧、并同与之相对应的锁紧法兰3.3通过预紧螺栓组件(图中未示出)固紧;例如,预紧螺栓组件包括预紧螺栓。
在每个所述锁紧法兰3.3均设置有若干个安装孔,每个安装孔均为螺纹孔3.33,每个密封法兰3.1同与之相对应的锁紧法兰3.3锁紧时,每个锁紧法兰3.3的多个螺纹孔3.33一一对应嵌设在密封法兰3.1上的通孔上,预紧螺栓的螺杆穿过密封法兰3.1上的通孔与锁紧法兰3.3的螺纹孔3.33螺纹连接,预紧螺栓的螺母设置在密封法兰远离锁紧法兰3.3的一侧。
如图10所示,本发明用于连接被连接管道4时,取出本发明中减震接管用于连接被连接管道4一端的自锁式组合法兰3上紧固的预紧螺栓组件(图中未示出),将被连接管道4端部设有的管道法兰4.1与自锁式组合法兰3中的密封法兰3.1贴合,此时管道法兰4.1上设有的安装孔与密封法兰3.1上设有的安装孔或锁紧法兰3.3的安装孔均一一对应,然后通过螺栓连接套件5(螺栓连接套件5根据锁紧法兰安装孔的结构需要设置,例如包括螺栓和螺母等)固接。在螺栓连接套件5拧紧作用力下锁紧法兰3.3和密封法兰3.1锁紧缠绕了骨架层1.2(或者骨架材料挂胶帘布)的紧固件3.2,管体受压时骨架层1.2压紧自身回绕的部分形成自锁,从而实现抗拔脱功能。
本发明提供的带自锁功能组合法兰的对称双曲面体减振接管,其工作压力包括0.6MPa、1.0MPa、3.0MPa、4.0MPa、6.4MPa等五个等级,公称通径包括40mm、50mm、65mm、80mm、100mm、125mm、150mm、175mm、200mm、250mm、300mm、550mm、650mm等十三种规格,采用KevlarAramid、Vectran等高性能纤维材料作为骨架材料,采用由密封法兰、紧固件及锁紧法兰三部分组成的自锁式组合法兰,在额定尺寸范围内最大程度设计了双曲面挠性管体的弧度和弯曲半径,使发明兼具高可靠性、低刚度、大补偿位移能力、优良的减振性能等综合技术性能。
本发明提供的带自锁功能组合法兰的对称双曲面体减振接管经检测,爆破压力达到3倍工作压力以上;工作压力下轴向变形小于2mm;工作压力作用下轴向极限位移补偿能力大于24mm(含拉、压),径向极限位移补偿能力大于20mm(含拉、压);10Hz~2000Hz频率范围内插入损失不小于12dB;以0~1.5倍工作压力进行充压疲劳至12000次以上无损坏;在工作压力作用下以位移24mm进行拉压疲劳至1500次以上无损坏;在工作压力作用下以位移20mm进行剪切疲劳至1500次以上无损坏;在工作压力作用下以±1mm振幅在三个主轴方向分别振动170h无损坏;抗冲等级为A级;使用寿命不小于10年。
本发明还提供了带自锁功能组合法兰的对称双曲面体减振接管的制造方法,包括以下步骤:
(1-1)将内胶层材料(如氯丁橡胶)包贴成圆筒;
(1-2)将骨架材料织成的帘布进行双面挂胶处理,以与圆筒中心线夹角为32°~38°一层一层逐次缠绕在步骤(1-1)包贴的圆筒上,缠绕总层数为偶数层,偶数层与奇数层对称交叉缠绕形成骨架层1.2,其中,骨架材料采用Kevlar Aramid、Vectran高性能纤维材料;
(1-3)将中间约束环2安装固定在步骤(1-2)制成的管段中间,中间约束环2将管段分为对称两段;
(1-4)步骤(1-2)骨架层1.2的两端经紧固件3.2回绕至锁紧法兰3.3内壁,并通过锁紧法兰3.3和密封法兰3.1锁紧,其中紧固件3.2设在与之相对应的锁紧法兰3.3和密封法兰3.1所形成的环形腔体中,锁紧法兰3.3和密封法兰3.1通过预紧螺栓组件紧固;
(1-5)在骨架层1.2外层安装双曲面形外模、并高压氮气充气成型,充气压力为1.0~1.3MPa,在中间约束环(2的约束条件下将步骤(1-1)至步骤(1-4)制成的挠性管体充气成型为对称双曲面形结构,即对称双曲面挠性管体1,其中,双曲面形外模的每个曲面弧度均为60°~75°,中间约束环2与对称双曲面挠性管体1接触面为圆弧过渡;
(1-6)将步骤(1-5)中充气完毕的总成送硫化罐硫化(硫化后的骨架层1.3内、外侧分布有内胶层1.1..和外胶层1.3,内胶层1.1和外胶层1.3均为氯丁橡胶),去除双曲面形外模后,即得上述所述的带自锁功能组合法兰的对称双曲面体减振接管;其中硫化条件为:温度155~165℃,压力1.3~1.7MPa,时间120~180分钟。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (7)
1.带自锁功能组合法兰的对称双曲面体减振接管,其特征在于,包括一个对称双曲面挠性管体(1)、一个中间约束环(2)和两个自锁式组合法兰(3),在所述对称双曲面挠性管体(1)中部套设着中间约束环(2),在所述对称双曲面挠性管体(1)的两端分别对应设有一个所述自锁式组合法兰(3),每个所述自锁式组合法兰(3)均与所述对称双曲面挠性管体(1)相锁紧配合连接。
2.根据权利要求1所述的带自锁功能组合法兰的对称双曲面体减振接管,其特征在于,所述中间约束环(2)与对称双曲面挠性管体(1)的外壁呈圆弧过渡连接,且将对称双曲面挠性管体(1)分为左右对称的两段曲面挠性管体(1a),每段所述曲面挠性管体(1a)的曲面弧度为60°~75°;。
3.根据权利要求2所述的带自锁功能组合法兰的对称双曲面体减振接管,其特征在于,所述对称双曲面挠性管体(1)包括骨架层(1.2),所述骨架层(1.2)内、外侧分别对应设有内胶层(1.1)和外胶层(1.3);
每个自锁式组合法兰(3)包括密封法兰(3.1)、紧固件(3.2)及锁紧法兰(3.3),每个所述紧固件(3.2)设在与之相对应的锁紧法兰(3.1)和密封法兰(3.3)所形成的环形腔体中;
装配时,所述骨架层(1.2)的两端分别经一个紧固件(3.2)回绕至与之相对应的锁紧法兰(3.3)内壁,并通过与之相对应锁紧法兰(3.3)和密封法兰(3.1)锁紧。
4.根据权利要求3所述的带自锁功能组合法兰的对称双曲面体减振接管,其特征在于,每个所述密封法兰(3.1)设置在与之相对应的锁紧法兰(3.3)远离对称双曲面挠性管体(1)的一侧、并与之相对应的锁紧法兰(3.3)固接;
在每个所述锁紧法兰(3.3)上均设置有若干个安装孔,每个所述安装孔均为光滑通孔(3.32)或螺纹孔(3.33)。
5.根据权利要求3所述的带自锁功能组合法兰的对称双曲面体减振接管,其特征在于,所述锁紧法兰(3.3)内壁为喇叭口结构(3.3a)。
6.根据权利要求3所述的带自锁功能组合法兰的对称双曲面体减振接管,其特征在于,所述紧固件(3.2)为矩形截面的圆环。
7.带自锁功能组合法兰的对称双曲面体减振接管的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1-1)将内胶层材料包贴成圆筒;
(1-2)将骨架材料织成的帘布进行双面挂胶处理,以与圆筒中心线夹角为32°~38°一层一层逐次缠绕在(1-1)包贴的圆筒上,缠绕总层数为偶数层,偶数层与奇数层对称交叉缠绕形成骨架层(1.2),其中,骨架材料采用KevlarAramid、Vectran高性能纤维材料;
(1-3)将中间约束环(2)安装固定在步骤(1-2)制成的管段中间,中间约束环(2)将管段分为对称两段;
(1-4)步骤(1-2)骨架层(1.2)的两端经紧固件(3.2)回绕至锁紧法兰(3.3)内壁,并通过锁紧法兰(3.3)和密封法兰(3.1)锁紧,其中紧固件(3.2)设在与之相对应的锁紧法兰(3.3)和密封法兰(3.1)所形成的环形腔体中;
(1-5)在骨架层(1.2)外层安装双曲面形外模、并高压氮气充气成型,充气压力为1.0~1.3MPa,在中间约束环(2)的约束条件下将步骤(1-1)至步骤(1-4)制成的挠性管体充气成型为对称双曲面形结构,即对称双曲面挠性管体(1),其中,双曲面形外模中每个曲面弧度均为60°~75°,中间约束环(2)与对称双曲面挠性管体(1)接触面为圆弧过渡;
(1-6)将步骤(1-5)中充气完毕的总成送硫化罐硫化,去除双曲面形外模后,即得权利要求3所述的带自锁功能组合法兰的对称双曲面体减振接管;其中硫化后的骨架层(1.3)内、外侧分布有内胶层(1.1).和外胶层(1.3),所述内胶层(1.1)和外胶层(1.3)均为内胶层材料硫化而成;硫化条件为:温度155~165℃,压力1.3~1.7MPa,时间120~180分钟。
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