CN111692343B - 一种低温连接器超疏水防冰罩 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低温连接器超疏水防冰罩，属于低温连接器领域。本发明为了克服现有的低温连接器周围环境水分容易凝结成冰，导致连接部位“冻死”以及氦气消耗量大的问题，设计超疏水防冰罩包括连接器隔离罩和接口隔离罩，两部分隔离罩通过分段连接框进行连接，所述连接器隔离罩包括软质后罩、硬质固定罩、连接插销、可伸缩段、软质连接罩和分段连接框，所述接口隔离罩包括分段连接框、软质密封罩、硬质外罩、真空吸盘、吹除管路和软质密封垫。本发明以可分离防护罩和超疏水技术实现低温管路连接部位不结冰的目的，消除连接器因冻结无法脱离的重大风险，并为连接器脱落后的再次对接提供便利。

Description

一种低温连接器超疏水防冰罩

技术领域

本发明属于低温连接器技术领域，具体涉及一种低温连接器超疏水防冰罩。

背景技术

目前的低温连接器存在一个共同的缺陷：即在低温环境下，与连接部位的环境水分容易凝结成冰，长时间集聚可能导致连接部位“冻死”，存在连接器无法脱落的风险，某次试验时连接器部位的结冰情况如图1所示。

为保证连接器正常脱落，对连接器部位进干燥氦气持续吹除的方式，以减少局部环境的水含量，控制结冰总量，在连接器脱落前的一段时间，通常还需要加大吹除量进行除冰。长时间的吹除过程氦气的消耗量也越大，而氦气属于战略资源，我国目前是贫氦国家，氦气的储量和产量较小，生产和运输周期较长，大量氦气的消耗不仅不经济，还给日益增长的高密度发射需求增加了保障的难度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提供一种低温连接器超疏水防冰罩，以克服现有的低温连接器周围环境水分容易凝结成冰，导致连接部位“冻死”，以及氦气消耗量大的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种低温连接器超疏水防冰罩，所述超疏水防冰罩包括连接器隔离罩和接口隔离罩，两部分隔离罩通过分段连接框进行连接，所述连接器隔离罩包括软质后罩、硬质固定罩、连接插销、可伸缩段、软质连接罩和分段连接框，所述接口隔离罩包括分段连接框、软质密封罩、硬质外罩、真空吸盘、吹除管路和软质密封垫；

所述软质后罩与连接器后端管路连接，采用包扎式密封连接方式，可与连接器后端管路紧密结合；

所述硬质固定罩连接所述软质后罩，并包围连接器，用于固定所述连接器隔离罩与所述连接器的相对位置；所述硬质固定罩的4个角内部留有插销孔；

所述可伸缩段连接所述硬质固定罩，用于通过伸展和压缩调节所述连接器隔离罩的总长度；

所述软质密封罩连接所述可伸缩段，可适应所述分段连接框展开和闭合两种形态；

所述连接器隔离罩的分段连接框连接所述软质密封罩，与所述接口隔离罩的分段连接框采用磁性材料吸合的方式连接沟通成一个共同的封闭腔；

所述连接插销插入所述硬质固定罩的插销孔，且在所述连接器隔离罩和所述接口隔离罩连接时插入两者的分段连接框的限位孔；

所述软质密封罩连接所述接口隔离罩的分段连接框，可适应所述分段连接框展开和闭合两种形态；

所述硬质外罩连接所述软质密封罩，用于提供一个支撑框架；

所述真空吸盘位于所述硬质外罩内，通过螺栓固定在所述硬质外罩的框架上，用于吸附在低温设备表面；

所述软质密封垫连接到所述硬质外罩，位于低温设备表面和所述硬质外罩之间，用于通过所述真空吸盘使所述接口隔离罩与所述低温设备连接时，实现连接部位简易密封；

所述吹除管路位于所述硬质外罩内，用于向所述接口隔离罩内吹气。

进一步地，所述软质密封罩采用透明材质，便于观察罩内连接器的状态，也有利于连接器的重新对接。

进一步地，所述连接器隔离罩和所述接口隔离罩的分段连接框展开为菱形，闭合时收缩成十字结构，可实现分段自密封。

进一步地，所述分段连接框包括框架、磁性材料、自由活动轴和动力活动轴，其框架包括8根硬质材料段，框架上设置磁性材料，连接框为菱形结构，每条边上两段硬质材料，其间有一个自由活动轴；角上的两段间设置动力活动轴和扭力弹簧，靠所述扭力弹簧提供闭合的动力，角上的两段间还设置限位孔，用于连接插销插入。

进一步地，所述分段连接框开闭状态通过所述连接插销控制：两罩连接时所述连接插销处于限位孔内使得所述扭力弹簧为张开状态，框架为打开的菱形状态；连接器退后至一定距离时，所述连接插销脱离限位孔，所述扭力弹簧在弹力作用下驱动所述分段连接框自动闭合。

进一步地，连接器隔离罩和所述接口隔离罩的分段连接框的磁性材料的安装极性相反。

进一步地，所述真空吸盘共4个，位于所述硬质外罩的4个角附近，通过螺栓固定在外罩框架上，吸盘顶部有状态转换装置，可通过所述状态转换装置的起立和平躺两种姿态实现吸盘的抽空吸附和释放脱离功能。

进一步地，所述软质密封垫采用耐低温材料。

进一步地，所述吹除管路使用软管，一方面往隔离罩中提供干燥氦气，维持罩内正压状态，以避免环境湿空气进入罩内；另一方面当接口断开时，通过固定在软管上的牵引机构牵动所述真空吸盘的状态转换机构，使得所述真空吸盘释放脱离后实现所述接口隔离罩与低温设备分离。

(三)有益效果

本发明提出一种低温连接器超疏水防冰罩，本发明在隔离罩连接和脱离状态下，连接部位(包括隔离罩与连接器后软管的连接部位)均可以实现简易密封，通过氦气供气软管不断对隔离罩内进行补气(脱离后连接器端隔离罩可由连接器气封路供气)，从密封较差处向外排气，可保持罩内微正压状态，避免环境湿空气进入。连接器脱落后，接口隔离罩一直保持正压状态，接口端面干燥无冰，重新对接时只要先将隔离罩连接部位对接好(磁性材料吸合对齐)，再展开连接框架、插上定位销，即可在干燥环境下进行连接器对接工作，隔离罩的软质连接材料采用透明材质，更有利于连接器的二次对接。连接器隔离罩和接口隔离罩的分段连接框的磁性材料的安装极性相反，在磁力作用下可吸合，连接后沟通成一个共同的封闭腔，闭合时收缩成十字结构，可实现分段自密封。从而，本发明以可分离防护罩和超疏水技术实现低温管路连接部位不结冰的目的，消除连接器因冻结无法脱离的重大风险，并为连接器脱落后的再次对接提供便利。

附图说明

图1为现有的低温连接器接口部位结冰情况图；

图2为本发明的隔离罩总体示意图；

图3为本发明的隔离罩总体详细示意图；

图4为本发明的连接器隔离罩分解原理示意图；

图5为本发明的分段连接框结构示意图；

图6为本发明的分段连接框状态示意图；

图7为本发明的接口隔离罩分解原理示意图；

图8为本发明的接口隔离罩内部原理示意图；

图9为本发明的真空吸盘状态转换装置示意图；

图10为本发明的接口隔离罩对接示意图(吸盘吸附)；

图11为本发明的两段隔离罩连接框对接示意图；

图12为本发明的连接器对接示意图(可连接段压缩)；

图13为本发明的连接器尾部软质后罩密封示意图；

图14为本发明的正常连接状态(脱离前初始状态)；

图15为本发明的可伸缩段展开(连接器脱落)示意图；

图16为本发明的插销解除后分段自密封示意图；

图17为本发明的隔离罩分体后示意图；

图18为本发明的分段连接框磁力吸合连接示意图；

图19为本发明的开后罩、展开连接框并上插销示意图；

图20为本发明的收拢可压缩段对接连接器示意图；

图21为本发明的后罩合罩示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为解决氦气消耗同时控制连接器接口部位结冰，本发明创造性地提出了低温连接器超疏水防冰隔离罩的设计方案，以可分离防护罩和超疏水技术实现低温管路连接部位不结冰的目的，消除连接器因冻结无法脱离的重大风险，并为连接器脱落后的再次对接提供便利。

为实现低温连接器加注后不结冰和脱离后二次对接的需求，隔离罩应满足以下功能：

1)隔离罩在连接器连接状态下能实现局部环境相对密封，或者“只出不进”，维持罩内的干燥环境。

2)隔离罩在连接器脱落后，依旧能维持连接口部位的干燥环境，且二次对接时，也能保持局部环境干燥。

基于上述功能需求，进行了隔离罩的结构设计，总体分为连接器隔离罩和接口隔离罩两段，如下图2、图3所示。

隔离罩分为两部分，一部分为连接器隔离罩，另一部分为接口隔离罩，两部分隔离罩通过图中的分段连接框进行连接，合体时可以构成一个共同的隔离空间，连接器脱离时又可以分别形成各自的简易密封空间。以下对两部分隔离罩以及其连接部位进行功能介绍。

1、连接器隔离罩

连接器隔离罩包括软质后罩、硬质固定罩、连接插销、可伸缩段、软质密封罩和分段连接框。

1)软质后罩

软质后罩与连接器后端管路连接，采用包扎式密封连接方式，可与连接器后端管路紧密结合；

2)硬质固定罩

硬质固定罩连接软质后罩，并包围连接器，主要起到罩体与连接器相对位置固定的作用。连接方式可以为焊接等固定连接方式。硬质固定罩的4个角内部留有插销孔用于连接插销插入。

3)可伸缩段

可伸缩段连接硬质固定罩，能够维持基本框架形状，通过伸展和压缩调节连接器隔离罩的总长度，使得连接器与分段连接框口能发生相对位移。连接方式可以为焊接等固定连接方式。

4)软质密封罩

软质密封罩连接可伸缩段，且是一个过渡段，可适应分段连接框展开和闭合两种形态，采用透明材质，便于观察罩内连接器的状态，也有利于连接器的重新对接。连接方式可以为焊接等固定连接方式。

5)分段连接框

分段连接框连接软质密封罩，连接方式可以为焊接等固定连接方式。分段连接框展开为菱形，与接口隔离罩的分段连接框采用磁性材料吸合的方式可以连接沟通成一个共同的封闭腔，闭合时收缩成十字结构，可实现分段自密封。

分段连接框的示意图如图5所示。

分段连接框共有两套，连接器隔离罩和接口隔离罩各一套，其基本结构相同。包括框架、磁性材料、自由活动轴和动力活动轴等部件。

其框架包括8根硬质材料段，两个分段连接框靠框架上的磁性材料吸合在一起，从而实现简易密封。

分段连接框为菱形结构，每条边上两段硬质材料，其间有一个自由活动轴；角上的两段间设置动力活动轴和扭力弹簧，靠扭力弹簧提供闭合的动力。角上的两段间还设置限位孔，用于连接插销插入。连接框开闭状态通过插销控制：两罩连接时连接插销限位于限位孔内使得弹簧为张开状态，连接框架为打开的菱形状态；连接器退后至一定距离时，连接插销脱离限位孔，扭力弹簧在弹力作用下驱动隔离罩连接装置的分段连接框自动闭合。

分段连接框的状态转换示意图如图6所示。

6)连接插销

连接插销插入硬质固定罩的插销孔，且在连接器隔离罩和接口隔离罩连接时插入两者的分段连接框的限位孔。主要起到连接部位支撑以及连接框展开后的限位定形作用，插销有一段自由行程，连接器脱离初期向后平移，插销处于自由状态，仍可维持限位功能，当连接器继续后移，至全部退至连接器隔离罩内部空间时，带动插销脱离，分段连接框闭合形成两个独立的封闭空间(此时仍处于磁吸状态，两段隔离罩不脱离)。

2、接口隔离罩

接口隔离罩包括分段连接框、软质密封罩、硬质外罩、真空吸盘、吹除管路和软质密封垫。接口隔离罩的分解原理示意图如图7所示、图8所示。

1)分段连接框

接口隔离罩分段连接框结构同上，磁性材料的安装极性与连接器隔离罩分段连接框的正好相反，在磁力作用下与之吸合，连接后沟通成一个共同的封闭腔，闭合时收缩成十字结构，可实现分段自密封。

2)软质密封罩

软质密封罩同连接器隔离罩，且连接到分段连接框。连接方式可以为焊接等固定连接方式。

3)硬质外罩

硬质外罩连接到软质密封罩，提供一个支撑框架，当真空吸盘吸附时，维持接口隔离罩的基本形状，硬质外罩在两段隔离罩连接时还起到另一个支点的作用，同固定在连接器上的硬质隔离罩一起支撑所有隔离罩部件。连接方式可以为焊接等固定连接方式。

4)真空吸盘

吸盘共4个，位于菱形硬质外罩内的4个角附近，通过螺栓固定在外罩框架上，用于吸附在低温设备表面，吸盘顶部有状态转换装置，如图9所示，可通过状态转换装置的起立和平躺两种姿态实现吸盘的抽空吸附和释放脱离功能。

5)软质密封垫

软质密封垫连接到硬质外罩，采用耐低温材料，位于低温设备表面和硬质外罩之间，通过吸盘使接口隔离罩与低温设备连接时，实现连接部位简易密封的功能。连接方式可以为焊接等固定连接方式。

6)吹除管路

吹除管路位于硬质外罩内，使用软管，一方面可以往隔离罩中提供干燥氦气(或氮气，根据工况选择)，维持罩内正压状态，以避免环境湿空气进入罩内；另一方面当接口断开时，可通过固定在软管上的牵引机构牵动吸盘状态转换机构，使得吸盘释放脱离后实现接口隔离罩与低温设备分离。

3、隔离罩工作状态

隔离罩的主要工作状态包括安装、脱离和二次对接。

1)隔离罩安装

隔离罩安装在连接器对接前，低温设备和连接器均处于常温状态，主要工作步骤包括接口隔离罩对接、真空吸盘吸附固定、两段隔离罩连接框对接、连接器对接、连接器尾部软质后罩密封等。效果图分别如图10～图13所示。

2)隔离罩脱离

隔离罩脱离分为两段：连接器隔离罩脱离和接口隔离罩脱离。

连接器隔离罩脱离与连接器脱落同步进行，主要工作步骤包括可伸缩段展开(连接器脱落)、插销解除、分段自密封、隔离罩分体(摆杆摆开)等。如图14～图17所示。连接器隔离罩分体后，保持自密封状态随摆杆摆开，接口连接器仍保持自密封状态吸附在低温设备上，此时接口处为低温状态，密封状态维持可防止该处结冰影响二次对接。

接口隔离罩脱离时，吹除气管受到拉力，传递给真空吸盘的牵引装置，从而取消真空吸附状态，接口隔离罩随即自动脱落。

3)隔离罩二次对接

隔离罩在低温下二次对接类似于脱离的逆流程，主要步骤包括分段连接框磁力吸合连接、连接框展开并开后罩上插销、收拢可压缩段对接连接器、后罩合罩等，如图18～图21所示。该过程打开后罩后需要保持正压吹除送风状态，以继续维持连接端面的干燥环境。

连接器对接时也可在后罩上设置内置密封手套，能够进行罩内操作且不需要打开后罩破坏密封。

按照上述方案，隔离罩连接和脱离状态下，连接部位(包括隔离罩与连接器后软管的连接部位)均可以实现简易密封，但密封效果与其他部位相比较差。此时，通过氦气供气软管不断对隔离罩内进行补气(脱离后连接器端隔离罩可由连接器气封路供气)，从密封较差处向外排气，可保持罩内微正压状态，避免环境湿空气进入。

连接器脱落后，接口隔离罩一直保持正压状态，接口端面应干燥无冰，重新对接时只要先将隔离罩连接部位对接好(磁性材料吸合对齐)，再展开连接框架、插上定位销，即可在干燥环境下进行连接器对接工作，隔离罩的软质连接材料采用透明材质，更有利于连接器的二次对接。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种低温连接器超疏水防冰罩，其特征在于，所述超疏水防冰罩包括连接器隔离罩和接口隔离罩，两部分隔离罩通过分段连接框进行连接，所述连接器隔离罩包括软质后罩、硬质固定罩、连接插销、可伸缩段、软质密封罩和分段连接框，所述接口隔离罩包括分段连接框、软质密封罩、硬质外罩、真空吸盘、吹除管路和软质密封垫；

所述软质后罩与连接器后端管路连接，采用包扎式密封连接方式，可与连接器后端管路紧密结合；

所述硬质固定罩连接所述软质后罩，并包围连接器，用于固定所述连接器隔离罩与所述连接器的相对位置；所述硬质固定罩的4个角内部留有插销孔；

所述可伸缩段连接所述硬质固定罩，用于通过伸展和压缩调节所述连接器隔离罩的总长度；

所述连接器隔离罩的所述软质密封罩连接所述可伸缩段，可适应所述分段连接框展开和闭合两种形态；

所述连接器隔离罩的分段连接框连接所述连接器隔离罩的所述软质密封罩，与所述接口隔离罩的分段连接框采用磁性材料吸合的方式连接沟通成一个共同的封闭腔；

所述连接插销插入所述硬质固定罩的插销孔，且在所述连接器隔离罩和所述接口隔离罩连接时插入两者的分段连接框的限位孔；

所述接口隔离罩的所述软质密封罩连接所述接口隔离罩的分段连接框，可适应所述分段连接框展开和闭合两种形态；

所述硬质外罩连接所述接口隔离罩的所述软质密封罩，用于提供一个支撑框架；

所述真空吸盘位于所述硬质外罩内，通过螺栓固定在所述硬质外罩的框架上，用于吸附在低温设备表面；

所述软质密封垫连接到所述硬质外罩，位于低温设备表面和所述硬质外罩之间，用于通过所述真空吸盘使所述接口隔离罩与所述低温设备连接时，实现连接部位简易密封；

所述吹除管路位于所述硬质外罩内，用于向所述接口隔离罩内吹气。

2.如权利要求1所述的低温连接器超疏水防冰罩，其特征在于，所述的连接器隔离罩和接口隔离罩的所述软质密封罩采用透明材质，便于观察罩内连接器的状态，也有利于连接器的重新对接。

3.如权利要求1所述的低温连接器超疏水防冰罩，其特征在于，所述连接器隔离罩和所述接口隔离罩的分段连接框展开为菱形，闭合时收缩成十字结构，可实现分段自密封。

4.如权利要求3所述的低温连接器超疏水防冰罩，其特征在于，所述分段连接框包括框架、磁性材料、自由活动轴和动力活动轴，其框架包括8根硬质材料段，框架上设置磁性材料，连接框为菱形结构，每条边上两段硬质材料，其间有一个自由活动轴；角上的两段间设置动力活动轴和扭力弹簧，靠所述扭力弹簧提供闭合的动力，角上的两段间还设置限位孔，用于连接插销插入。

5.如权利要求4所述的低温连接器超疏水防冰罩，其特征在于，所述分段连接框开闭状态通过所述连接插销控制：连接器隔离罩和接口隔离罩连接时所述连接插销处于限位孔内使得所述扭力弹簧为张开状态，框架为打开的菱形状态；连接器退后至一定距离时，所述连接插销脱离限位孔，所述扭力弹簧在弹力作用下驱动所述分段连接框自动闭合。

6.如权利要求4所述的低温连接器超疏水防冰罩，其特征在于，所述连接器隔离罩和所述接口隔离罩的分段连接框的磁性材料的安装极性相反。

7.如权利要求1所述的低温连接器超疏水防冰罩，其特征在于，所述真空吸盘共4个，位于所述硬质外罩的4个角附近，通过螺栓固定在外罩框架上，吸盘顶部有状态转换装置，可通过所述状态转换装置的起立和平躺两种姿态实现吸盘的抽空吸附和释放脱离功能。

8.如权利要求1所述的低温连接器超疏水防冰罩，其特征在于，所述软质密封垫采用耐低温材料。

9.如权利要求1所述的低温连接器超疏水防冰罩，其特征在于，所述吹除管路使用软管，一方面往隔离罩中提供干燥氦气，维持罩内正压状态，以避免环境湿空气进入罩内；另一方面当接口断开时，通过固定在软管上的牵引机构牵动所述真空吸盘的状态转换机构，使得所述真空吸盘释放脱离后实现所述接口隔离罩与低温设备分离。

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