CN111649904B - 一种基于螺杆控温的夹膜方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于螺杆控温的夹膜方法。该夹膜方法通过加热位于膜片前后的左法兰、右法兰之间固定的连接螺杆，使得连接螺杆轴向伸长，连接螺杆的紧固螺母与右法兰分离；松开紧固螺母，打开伸缩油缸，推动左法兰和右法兰相背离，直至右法兰顶紧紧固螺母，关闭伸缩油缸；拆除旧的膜片，装夹新的膜片；再打开伸缩油缸，拉动左法兰和右法兰靠拢，并初步夹紧膜片，然后旋紧紧固螺母，关闭伸缩油缸；最后降低连接螺杆的温度，连接螺杆轴向收缩产生拉伸预应力，为新的膜片提供所需的夹紧力。该夹膜方法简单、高效、可靠，能够为激波风洞类地面试验设备的膜片提供足够夹紧力，特别适用于激波管口径大、压力高、夹紧力要求高、夹膜处测控需求多的情况。

Description

一种基于螺杆控温的夹膜方法

技术领域

本发明属于高超声速试验设备技术领域，具体涉及一种基于螺杆控温的夹膜方法。

背景技术

激波风洞等脉冲型试验设备是进行超高速地面模拟试验必不可少的关键设备。这类设备都有一个共同特点：试验前需要使用金属膜片将激波管分成若干管段，不同管段充入不同压力的气体，试验时再采取措施进行破膜从而完成试验。因此，需要在激波管的不同管段之间设计保证膜片夹紧密封的装置，这就是夹膜机构。

液压缸夹膜机构、断割螺纹夹膜机构、全螺纹夹膜机构是常用的夹膜机构。液压缸夹膜机构通过给液压缸加压的方式为膜片提供夹紧力，具有膜片厚度适应性强、驱动力转化夹紧力损耗小等优点，但是由于其提供的夹紧力取决于液压缸活塞的面积以及液压油的压力，对于大口径高压力的激波风洞，所需夹紧力大，液压缸尺寸大，密封设计、安装维修比较困难，密封失效风险高、危害严重。断割螺纹夹膜机构和全螺纹夹膜机构夹膜原理类似，即不同管段之间采用两端分别加工有正反螺纹的回转螺母连接，通过在回转螺母外侧安装油缸驱动回转螺母正向或反向旋转，使两管段靠拢或分离实现夹/松膜。螺纹夹膜机构具备结构紧凑、连接刚度高的优点，但是由于夹膜力是通过螺纹副旋转产生，在夹紧力负载大的工况下易发生螺纹咬合。此外，螺纹夹膜机构的夹膜组件均位于回转螺母内，不利于在夹膜处开展充放气、测控等操作。

当前，亟需发展一种适用于激波风洞的新型夹膜方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于螺杆控温的夹膜方法。

本发明的基于螺杆控温的夹膜方法，其特点是，所述的夹膜方法使用的夹膜装置包括左右排列的左法兰和右法兰，左法兰和右法兰的中心均开有内螺纹孔Ⅰ，左法兰的周向开有均布的内螺纹孔Ⅱ，右法兰的周向位置上开有与内螺纹孔Ⅱ对应的通孔；

驱动段为圆筒Ⅰ，圆筒Ⅰ的右端设置有外螺纹，驱动段的外螺纹与左法兰的内螺纹孔Ⅰ通过螺纹装配，将驱动段固定在左法兰的左端面上，驱动段的腔体内充有高压驱动气体；

被驱动段为圆筒Ⅱ，圆筒Ⅱ的左端设置有外螺纹，被驱动段的外螺纹与右法兰的内螺纹孔Ⅰ通过螺纹装配，将被驱动段固定在右法兰的右端面上，被驱动段的腔体内充有低压被驱动气体；

在左法兰右端面和右法兰的左端面之间的中轴线上，从前至后依次固定有水平移动的膜片Ⅰ、夹膜环Ⅰ、膜片Ⅱ和夹膜环Ⅱ；在左法兰右端面和右法兰的左端面之间还对称安装有伸缩油缸；

连接螺杆从左至右依次穿过内螺纹孔Ⅱ和通孔，连接螺杆的左端通过外螺纹与内螺纹孔Ⅱ的装配，将连接螺杆的左端固定在左法兰上，连接螺杆的右端通过外螺纹与紧固螺母装配，将连接螺杆的右端固定在右法兰上；

连接螺杆的中心轴线上开有空腔，在左法兰右端面和右法兰的左端面之间的空腔内安装有加热器，与加热器对应位置的连接螺杆外套装有水冷套，加热器与外置的电源连接；

所述的夹膜方法，包括以下步骤：

a.关闭水冷套中的冷却水流动，开启加热器对连接螺杆加热，连接螺杆轴向伸长，紧固螺母与右法兰的右端面分离，松开紧固螺母，松开的距离达到进行膜片Ⅰ和膜片Ⅱ的装夹和拆卸操作距离；

b.打开伸缩油缸，伸缩油缸推动左法兰和右法兰相背离，直至右法兰顶紧紧固螺母，关闭伸缩油缸；

c.拆除旧的膜片Ⅰ和膜片Ⅱ，装夹新的膜片Ⅰ和膜片Ⅱ；

d.打开伸缩油缸，伸缩油缸拉动左法兰和右法兰靠拢，并初步夹紧膜片Ⅰ和膜片Ⅱ，然后旋紧紧固螺母，使紧固螺母顶紧右法兰的右端面，关闭伸缩油缸；

e.降低加热器的温度，必要时，开启水冷套中的冷却水流动，加速连接螺杆冷却，随着连接螺杆温度的降低，连接螺杆轴向收缩，连接螺杆产生拉伸预应力，为新的膜片Ⅰ和膜片Ⅱ提供预紧力，直至夹紧新的膜片Ⅰ和膜片Ⅱ，得到所需的夹紧力。

进一步地，所述的水冷套为水冷夹套，开有进水口和出水口，水冷套内通入冷却水。

进一步地，所述的连接螺杆的材质为高温高强度钢。

进一步地，所述的加热器为杆式加热器。

进一步地，所述的夹膜环Ⅰ或夹膜环Ⅱ上开有充气孔、放气孔。

进一步地，所述的夹膜环Ⅰ或夹膜环Ⅱ上开有测量孔，测量孔安装有压力传感器或温度传感器。

本发明的基于螺杆控温的夹膜方法具有以下优点：

1.膜片预紧力由连接螺杆收缩变形产生，连接螺杆的拉伸预应力之和就是膜片夹紧力，力的转换效率高；

2.结构简单、产生的夹紧力大，以连接螺杆直径为200mm、材料采用高温高强度钢为例，100℃的温差可使连接螺杆的加热段产生大约1.2％的弹性形变，按加热长度占拉伸长度的一半计算，对应于每个连接螺杆能够产生3.8×10⁷N的预紧力；

3.安全可靠，膜片夹紧后，所有连接均为螺纹连接且有巨大的轴向预紧力，在未对连接螺杆进行再次加热升温前，所有连接不会发生松动；

4.在连接螺杆加热伸长后紧固螺母，此时，紧固螺母基本无负载，可以非常轻便的转动紧固螺母。

本发明的基于螺杆控温的夹膜方法简单、高效、可靠。

本发明的基于螺杆控温的夹膜方法能够为激波风洞类地面试验设备的膜片提供足够夹紧力，特别适用于激波管口径大、压力高、夹紧力要求高、夹膜处测控需求多的情况。

附图说明

图1为本发明的基于螺杆控温的夹膜方法使用的夹膜装置的结构示意图；

图2为本发明的基于螺杆控温的夹膜方法使用的夹膜装置的立体示意图。

图中，1.驱动段 2.左法兰 3.水冷套 4.连接螺杆 5.加热器 6.紧固螺母 7.右法兰8.膜片Ⅰ 9.夹膜环Ⅰ 10.膜片Ⅱ 11.夹膜环Ⅱ 12.伸缩油缸 13.被驱动段。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明。

以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

如图1、2所示，本实施例的基于螺杆控温的夹膜方法使用的夹膜装置包括驱动段1、左法兰2、水冷套3、连接螺杆4、加热器5、紧固螺母6、右法兰7、膜片Ⅰ8、夹膜环Ⅰ9、膜片Ⅱ10、夹膜环Ⅱ11、伸缩油缸12和被驱动段13；

驱动段1：为激波管的上游管段，内部为圆柱形腔体，试验时腔体内充入高压驱动气体，驱动段1的右端设置有外螺纹，与左法兰2中心的内螺纹孔Ⅰ进行螺纹连接；

左法兰2：通过螺纹安装在驱动段1右端，中心设置有内螺纹孔Ⅰ，四角加工有沿中心均布的内螺纹孔Ⅱ，内螺纹孔Ⅱ用于安装连接螺杆4；

膜片Ⅰ8：位于驱动段1的下游，为圆形薄膜片，由驱动段1和夹膜环Ⅰ9夹紧；

夹膜环Ⅰ9：位于膜片Ⅰ8下游，为圆筒形，用于承受膜片Ⅰ8张开后的各分瓣冲击，并容纳膜片Ⅰ8张开的各分瓣，夹膜环Ⅰ9上开有若干孔洞用于充、放气和测量；

膜片Ⅱ10：位于夹膜环Ⅰ9下游，为圆形薄膜片，由夹膜环Ⅰ9和夹膜环Ⅱ11夹紧；

夹膜环Ⅱ11：位于膜片Ⅱ10下游，为圆筒形，用于承受膜片Ⅱ10张开后的各分瓣冲击，并容纳膜片Ⅱ10张开的各分瓣，夹膜环Ⅱ11上开有若干孔洞用于充、放气和测量；

右法兰7：通过螺纹安装在被驱动段13的左端，中心设置有内螺纹孔Ⅰ，四角加工有与左法兰2的内螺纹孔Ⅱ对应的通孔，连接螺杆4可从通孔中穿过；

被驱动段13：为激波管的下游管段，内部为圆柱形腔体，试验时腔体内充入低压被驱动气体，被驱动段13的左端设置有外螺纹，与右法兰7的内螺纹孔Ⅰ进行螺纹连接。

连接螺杆4：为两端均加工有外螺纹的空心双头螺柱，数量为4个；连接螺杆4左侧外螺纹长度较短，安装在左法兰2的四角的内螺纹孔Ⅱ内，连接螺杆4右侧外螺纹长度较长，从右法兰7的四角的通孔内穿过，并与紧固螺母6通过螺纹连接；连接螺杆4的中心轴线上加工有圆形通孔，用于安装加热器5；连接螺杆4位于左法兰2的右端面和右法兰7的左端面之间的外表面上安装水冷套3；

水冷套3：为夹套结构，两侧设置有进、出水口，夹套内为冷却水流道；水冷套3通过过渡配合安装在连接螺杆4上，安装位置基本与加热器5位置对应，用于给加热后的连接螺杆4快速降温；水冷套3的数量为4个；

加热器5：为杆式加热器，表面进行绝缘处理，引线位于端头，加热器5安装在连接螺杆4的中心轴线的通孔内，用于加热连接螺杆4，使连接螺杆4产生冷热变形，加热器5位于连接螺杆4在左法兰2的右端面和右法兰7的左端面之间的部分；加热器5数量为4个；

紧固螺母6：安装在右法兰7右侧、连接螺杆4的右端外螺纹上，与连接螺杆4共同将左法兰2、右法兰7拉紧；数量为4个；

伸缩油缸12：两端分别固定在左法兰2的右端面和右法兰7的左端面上，用于控制左法兰2和右法兰7的分离和靠拢，数量为2件，上下对称安装。

本实施例的基于螺杆控温的夹膜方法包括以下步骤：

a.关闭水冷套3中的冷却水流动，开启加热器5对连接螺杆4加热，连接螺杆4轴向伸长，紧固螺母6与右法兰7的右端面分离，松开紧固螺母6，松开的距离达到进行膜片Ⅰ8和膜片Ⅱ10的装夹和拆卸操作距离；

b.打开伸缩油缸12，伸缩油缸12推动左法兰2和右法兰7相背离，直至右法兰7顶紧紧固螺母6，关闭伸缩油缸12；

c.拆除旧的膜片Ⅰ8和膜片Ⅱ10，装夹新的膜片Ⅰ8和膜片Ⅱ10；

d.打开伸缩油缸12，伸缩油缸12拉动左法兰2和右法兰7靠拢，并初步夹紧膜片Ⅰ8和膜片Ⅱ10，然后旋紧紧固螺母6，使紧固螺母6顶紧右法兰7的右端面，关闭伸缩油缸12；

e.降低加热器5的温度，必要时，开启水冷套3中的冷却水流动，加速连接螺杆4冷却，随着连接螺杆4温度的降低，连接螺杆4轴向收缩，连接螺杆4产生拉伸预应力，为新的膜片Ⅰ8和膜片Ⅱ10提供预紧力，直至夹紧新的膜片Ⅰ8和膜片Ⅱ10。

本实施例中的水冷套为水冷夹套，开有进水口和出水口，水冷套内通入冷却水。

本实施例中的连接螺杆的材质为高温高强度钢。

本实施例中的加热器为杆式加热器。

本实施例中的夹膜环Ⅰ或夹膜环Ⅱ上开有充气孔、放气孔。

本实施例中的夹膜环Ⅰ或夹膜环Ⅱ上开有测量孔，测量孔安装有压力传感器或温度传感器。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于螺杆控温的夹膜方法，其特征在于，所述的夹膜方法使用的夹膜装置包括左右排列的左法兰(2)和右法兰(7)，左法兰(2)和右法兰(7)的中心均开有内螺纹孔Ⅰ，左法兰(2)的周向开有均布的内螺纹孔Ⅱ，右法兰(7)的周向位置上开有与内螺纹孔Ⅱ对应的通孔；

驱动段(1)为圆筒Ⅰ，圆筒Ⅰ的右端设置有外螺纹，驱动段(1)的外螺纹与左法兰(2)的内螺纹孔Ⅰ通过螺纹装配，将驱动段(1)固定在左法兰(2)的左端面上，驱动段(1)的腔体内充有高压驱动气体；

被驱动段(13)为圆筒Ⅱ，圆筒Ⅱ的左端设置有外螺纹，被驱动段(13)的外螺纹与右法兰(7)的内螺纹孔Ⅰ通过螺纹装配，将被驱动段(13)固定在右法兰(7)的右端面上，被驱动段(13)的腔体内充有低压被驱动气体；

在左法兰(2)右端面和右法兰(7)的左端面之间的中轴线上，从左至右依次固定有水平移动的膜片Ⅰ(8)、夹膜环Ⅰ(9)、膜片Ⅱ(10)和夹膜环Ⅱ(11)；在左法兰(2)右端面和右法兰(7)的左端面之间还对称安装有伸缩油缸(12)；

连接螺杆(4)从左至右依次穿过内螺纹孔Ⅱ和通孔，连接螺杆(4)的左端通过外螺纹与内螺纹孔Ⅱ的装配，将连接螺杆(4)的左端固定在左法兰(2)上，连接螺杆(4)的右端通过外螺纹与紧固螺母(6)装配，将连接螺杆(4)的右端固定在右法兰(7)上；

连接螺杆(4)的中心轴线上开有空腔，在左法兰(2)右端面和右法兰(7)的左端面之间的空腔内安装有加热器(5)，与加热器(5)对应位置的连接螺杆(4)外套装有水冷套(3)，加热器(5)与外置的电源连接；

所述的夹膜方法，包括以下步骤：

a.关闭水冷套(3)中的冷却水流动，开启加热器(5)对连接螺杆(4)加热，连接螺杆(4)轴向伸长，紧固螺母(6)与右法兰(7)的右端面分离，松开紧固螺母(6)，松开的距离达到进行膜片Ⅰ(8)和膜片Ⅱ(10)的装夹和拆卸操作距离；

b.打开伸缩油缸(12)，伸缩油缸(12)推动左法兰(2)和右法兰(7)相背离，直至右法兰(7)顶紧紧固螺母(6)，关闭伸缩油缸(12)；

c.拆除旧的膜片Ⅰ(8)和膜片Ⅱ(10)，装夹新的膜片Ⅰ(8)和膜片Ⅱ(10)；

d.打开伸缩油缸(12)，伸缩油缸(12)拉动左法兰(2)和右法兰(7)靠拢，并初步夹紧膜片Ⅰ(8)和膜片Ⅱ(10)，然后旋紧紧固螺母(6)，使紧固螺母(6)顶紧右法兰(7)的右端面，关闭伸缩油缸(12)；

e.降低加热器(5)的温度，必要时，开启水冷套(3)中的冷却水流动，加速连接螺杆(4)冷却，随着连接螺杆(4)温度的降低，连接螺杆(4)轴向收缩，连接螺杆(4)产生拉伸预应力，为新的膜片Ⅰ(8)和膜片Ⅱ(10)提供预紧力，直至夹紧新的膜片Ⅰ(8)和膜片Ⅱ(10)，得到所需的夹紧力。

2.根据权利要求1所述的基于螺杆控温的夹膜方法，其特征在于，所述的水冷套(3)为水冷夹套，开有进水口和出水口，水冷套(3)内通入冷却水。

3.根据权利要求1所述的基于螺杆控温的夹膜方法，其特征在于，所述的连接螺杆(4)的材质为高温高强度钢。

4.根据权利要求1所述的基于螺杆控温的夹膜方法，其特征在于，所述的加热器(5)为杆式加热器。

5.根据权利要求1所述的基于螺杆控温的夹膜方法，其特征在于，所述的夹膜环Ⅰ(9)或夹膜环Ⅱ(11)上开有充气孔、放气孔。

6.根据权利要求1所述的基于螺杆控温的夹膜方法，其特征在于，所述的夹膜环Ⅰ(9)或夹膜环Ⅱ(11)上开有测量孔，测量孔安装有压力传感器或温度传感器。

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