CN111997783A - 一种摆动软管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种摆动软管，包括入口法兰、出口法兰和外波纹管。本方案通过外波纹管的伸缩变形实现补偿摆动软管在一定角度内的弯曲变形，以延长摆动软管的使用寿命，稳定支架组件能够对外波纹管的伸缩起到限制作用，避免外波纹管和内波纹管过渡伸长，影响推进剂的输送。
Description
技术领域
本发明涉及航天航空及石油化工技术领域，特别涉及一种摆动软管。
背景技术
摆动软管是液体火箭发动机中推进剂供应系统的重要元件，其作用是保证推进剂的正常可靠输送。
现有技术中的摆动软管在使用过程中不可避免的会随发动机一起摇摆，而摆动软管不能通过弯曲变形进行长度补偿，导致摆动软管的使用寿命缩短。
因此，如何延长摆动软管的使用寿命，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种摆动软管，以延长摆动软管的使用寿命。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种摆动软管，包括入口法兰、出口法兰和外波纹管，
所述外波纹管的一端与所述入口法兰连接，所述外波纹管的另一端与所述出口法兰连接，所述外波纹管的管壁上设置有用于支撑所述外波纹管的稳定支架组件，
所述稳定支架组件的个数至少为两个且沿所述外波纹管的周向均匀分布，所述稳定支架组件包括至少一个铰接杆组件，所述铰接杆组件包括第一铰接杆和第二铰接杆，
所述第一铰接杆的第一端能够与所述入口法兰铰接，或者，所述第一铰接杆的第一端与上一个所述铰接杆组件的所述第二铰接杆铰接，所述第一铰接杆的第二端与所述第二铰接杆铰接，
所述第二铰接杆的第一端与所述第一铰接杆的第二端铰接，所述第二铰接杆的第二端与下一个所述铰接杆组件的所述第一铰接杆铰接，或者所述第二铰接杆的第二端与所述出口法兰铰接。
优选的，在上述摆动软管中，所述外波纹管上间隔设置有多个第一管套，相邻两个所述第一管套之间的所述外波纹管的长度相等。
优选的，在上述摆动软管中，所述铰接杆组件的个数与所述第一管套的个数相等，上一个所述铰接杆组件的所述第二铰接杆与下一个所述铰接杆组件的所述第一铰接杆铰接的铰接轴与所述第一管套连接。
优选的，在上述摆动软管中，所述第一管套上设置有第一支座，上一个所述铰接杆组件的所述第二铰接杆与下一个所述铰接杆组件的所述第一铰接杆铰接的铰接轴与所述第一支座铰接；
所述第一铰接杆通过第二支座与所述入口法兰铰接，所述第二铰接杆通过第三支座与所述出口法兰铰接。
优选的，在上述摆动软管中，还包括内波纹管，所述内波纹管位于所述外波纹管内，且与所述外波纹管同轴布置，所述外波纹管与所述内波纹管之间形成夹层，所述外波纹管的一端与所述入口法兰的外筒连接，所述外波纹管的另一端与所述出口法兰的外筒连接，所述内波纹管的一端与所述入口法兰的内筒连接，所述内波纹管的另一端与所述出口法兰的内筒连接，
所述出口法兰的外筒上开设有与所述夹层连通的抽气口，所述抽气口上设置有堵头。
优选的，在上述摆动软管中，所述内波纹管上间隔设置有多个与所述第一管套位置对应的第二管套，相邻所述第二管套之间的所述内波纹管的长度相等。
优选的，在上述摆动软管中，所述第二管套的外壁设置有加强环，所述加强环包括两个相对布置的半圆环，所述半圆环与所述第二管套过盈配合。
优选的，在上述摆动软管中，所述夹层为二氧化碳夹层。
优选的，在上述摆动软管中，所述内波纹管的相邻波纹之间套设有加强圆环。
优选的，在上述摆动软管中，还包括拉杆组件，用于固定所述外波纹管的长度，设置在所述稳定支架组件上，
所述拉杆组件包括：
调节螺母；
锁紧螺母；
第一螺杆，所述第一螺杆的第一端与靠近所述入口法兰的所述铰接杆组件的所述第一铰接杆连接，所述第一螺杆的第二端与位于所述稳定支架组件的中间位置的所述铰接杆组件的所述第一铰接杆连接，所述第一螺杆的第二端设置有第一长条孔，所述第一螺杆的第二端通过与所述第一长条孔配合的第一螺栓与所述第一铰接杆连接；
第二螺杆，所述第二螺杆的第一端与靠近所述出口法兰的所述铰接杆组件的所述第二铰接杆连接，所述第二螺杆的第二端与位于所述稳定支架组件的中间位置的所述铰接杆组件的所述第二铰接杆连接，所述第二螺杆的第二端设置有第二长条孔，所述第二螺杆的第二端通过与所述第二长条孔配合的第二螺栓与所述第二铰接杆连接，所述第二螺杆的第二端与所述第一螺杆的第二端均与所述调节螺母连接，所述锁紧螺母设置在所述第二螺杆上能够与所述调节螺母相抵。
从上述技术方案可以看出，本发明提供的摆动软管，包括入口法兰、出口法兰和外波纹管。本方案通过外波纹管的伸缩变形实现补偿摆动软管在一定角度内的弯曲变形，以延长摆动软管的使用寿命，稳定支架组件能够对外波纹管的伸缩起到限制作用，避免外波纹管和内波纹管过渡伸长，影响推进剂的输送。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的摆动软管的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的摆动软管的左视图；
图3为本发明实施例提供的摆动软管的剖视图；
图4为本发明实施例提供的外波纹管的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的内波纹管的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的稳定支架组件的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的拉杆组件的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的拉杆组件的剖视图。
1、入口法兰，2、出口法兰，3、外波纹管，4、内波纹管，5、稳定支架组件，51、第一铰接杆，52、第二铰接杆，6、第一管套，7、加强环，8、拉杆组件，81、调节螺母，82、锁紧螺母，83、第一螺杆，84、第二螺杆，9、抽气口，10、加强圆环，11、第二管套。
具体实施方式
本发明公开了一种摆动软管，以延长摆动软管的使用寿命。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图8。本发明公开了一种摆动软管，包括入口法兰1、出口法兰2和外波纹管3。
如图1和3所示，外波纹管3的一端与入口法兰1连接，外波纹管3的另一端与出口法兰2连接。
优选的，外波纹管3与入口法兰1和出口法兰2通过氩弧焊连接。具体的，入口法兰1、出口法兰2用工装固定，将入口法兰1和出口法兰2与外波纹管3的两端压紧对齐进行预压缩，然后采用氩弧焊连接。
本方案通过外波纹管3的伸缩变形实现补偿摆动软管在一定角度内的弯曲变形，以延长摆动软管的使用寿命。
为了提高摆动软管工作的稳定性，本方案在外波纹管3的管壁上设置有稳定支架组件5。
稳定支架组件5的个数至少为两个，且沿着外波纹管3的周向均匀分布。
稳定支架组件5包括至少一个铰接杆组件。如图1、3和6所示，铰接杆组件包括第一铰接杆和第二铰接杆。
第一铰接杆51的第一端能够与入口法兰1铰接，或者，第一铰接杆51的第一端与上一个铰接杆组件的第二铰接杆52铰接，第一铰接杆的第二端与第二铰接杆52铰接，
第二铰接杆52的第一端与第一铰接杆51的第二端铰接，第二铰接杆52的第二端与下一个铰接杆组件的第一铰接杆51铰接，或者第二铰接杆52的第二端与出口法兰2铰接。
在稳定支架5包括一个铰接杆组件的实施例中，第一铰接杆51的第一端能够与入口法兰1的外筒铰接，第一铰接杆51的第二端与第二铰接杆52的第一端铰接，第二铰接杆52的第二端与出口法兰2的外筒铰接。
在稳定支架包括两个或者两个以上铰接杆组件的实施例中，靠近入口法兰1的第一铰接杆组件(此处命名靠近入口法兰1的铰接杆组件为第一铰接杆组件)的第一铰接杆51的第一端能够与入口法兰1的外筒铰接，第一铰接杆51的第二端与第一铰接杆组件的第二铰接杆52的第一端铰接，第一铰接杆组件的第二铰接杆52的第二端与下一个铰接杆组件的第一铰接杆51的第一端铰接，中间的铰接杆组件的第一铰接杆51和第二铰接杆52首尾依次铰接，靠近出口法兰2的第二铰接杆组件(此处命名靠近出口法兰2的铰接杆组件为第二铰接杆组件)，第二铰接杆组件的第一铰接杆51的第一端与上一个铰接杆组件的第二铰接杆52的第二端铰接，第二铰接杆组件的第一铰接杆51的第二端与第二铰接杆组件的第二铰接杆52的第一端铰接，第二铰接杆组件的第二铰接杆52的第二端与出口法兰2的外筒铰接。
外波纹管3伸缩时，稳定支架组件5能够对外波纹管3的伸缩起到限制作用，避免外波纹管3过渡伸长，影响推进剂的输送。
如图4所示，外波纹管3上间隔设置有多个第一管套6，相邻两个所述第一管套6之间的外波纹管3的长度相等。第一管套6能够对外波纹管3起到支撑作用，保证外波纹管3始终处于被撑起的状态，使得外波纹管3各个位置沿自身轴线方向的直径尽可能相等。
优选的，铰接杆组件的个数与第一管套6的个数相等，上一个铰接杆组件的第二铰接杆与下一个铰接杆组件的第一铰接杆铰接的铰接轴与对应位置的第一管套6连接。
第一管套6为稳定支架组件提供了安装基础，且单个铰接杆组件仅能对位于相邻两个第一管套6之间的外波纹管3的长度进行调节。
为了降低铰接杆组件与外波纹管3的连接难度，本方案在第一管套6上设置有第一支座，上一个铰接杆组件的第二铰接杆与下一个铰接杆组件的第一铰接杆铰接的铰接轴与第一支座铰接。
优选的，第一管套6为金属管套，第一支座与第一管套6焊接连接。
为了降低第一铰接杆51与入口法兰1的连接，入口法兰1的外筒上设置有第二支座，第一铰接杆51与第二支座铰接连接。
优选的，第二支座与入口法兰1的外筒焊接连接。
为了降低第二铰接杆52与出口法兰2的连接，出口法兰2的外筒上设置有第三支座，第二铰接杆52与第三支座铰接连接。
优选的，第三支座与出口法兰2的外筒焊接连接。
本方案公开的摆动软管，还包括内波纹管4，内波纹管4位于外波纹管3内，且与外波纹管3同轴布置。内波纹管4的直径小于外波纹管3的直径，在内波纹管4与外波纹管3之间形成夹层。外波纹管3与内波纹管4之间的夹层为真空状态时，此时夹层为保温夹层，可保证内波纹管4内的推进剂的绝热性能。
如图3所示，外波纹管3的一端与入口法兰1的外筒连接，外波纹管3的另一端与出口法兰2的外筒连接，内波纹管4的一端与入口法兰1的内筒连接，内波纹管4的另一端与出口法兰2的内筒连接。
为了实现气体能够充入夹层内，出口法兰2的外筒上开设有与夹层连通的抽气口，具体的，在出口法兰2的圆锥面开Φ7mm孔(沉孔Φ12mm，深0.8mm)，将充抽气开关的出口插接于抽气口，然后采用插接氩弧焊。
技术人员可以通过抽气口对夹层进行抽真空操作，在通过抽气口向夹层内充入二氧化碳等气体。出气口上设置有堵头，避免空气进入夹层，也能够防止夹层内的气体泄漏。
具体的，通过抽气口9对夹层进行抽真空处理，使其真空度小于10Pa，稳定一段时间后充入绝压为0.12MPa的CO2气体，用标准件4YC1299-89的堵头拧紧。当低温推进剂如液氢-252℃、液氧-183℃流过内波纹管4时，夹层的CO2遇冷迅速凝华成干冰，使夹层内形成真空环境，可以很好的保证推进剂的绝热条件。
本方案通过外波纹管3与内波纹管4的伸缩变形实现补偿摆动软管在一定角度内的弯曲变形，以延长摆动软管的使用寿命。
优选的，内波纹管4与入口法兰1和出口法兰2通过氩弧焊连接。具体的，入口法兰1、出口法兰2用工装固定，将入口法兰1的内筒和出口法兰2的内筒与内波纹管4的两端压紧对齐进行预压缩，然后采用氩弧焊连接。
为了进一步优化上述技术方案，本方案在内波纹管4上间隔设置有多个与第一管套6位置对应的第二管套11，相邻第二管套11之间的内波纹管4的长度相等。
第二管套11能够对内波纹管4起到支撑作用，使得第二管套11各个位置沿自身轴线方向的直径尽可能相等，保证内波纹管4与外波纹管3之间各处的夹层厚度相等。
外波纹管3和内波纹管4的中间由第一管套6和第二管套11作为支撑连接，形成直线型复式波纹管，此种设计可提高摆动软管的承压能力、大角度位移补偿能力和疲劳寿命。
本方案在第二管套11的外壁设置有加强环7。加强环7包括两个相对布置的半圆环，半圆环与第二管套11过盈配合。软管在摇摆时，内波纹管和外波纹管均通过弯曲变形来补偿随发动机发生摇摆时的长度变化，加强环的作用是支撑内波纹管和外波纹管的中间管段，防止靠近加强环的位置处发生干涉和整体失稳。
加强环为半圆环的结构，方便安装。
此处需要说明的是，半圆环与第二套管过盈配合，为半圆环沿自身轴线方向的宽度较第二管套11沿自身轴线方向的宽度大，第二管套11包括能够套设在内波纹管4上的圆筒和与圆筒连接的挡边，挡边沿圆筒的径向方向设置，半圆环与第二管套11配合后，半圆环沿自身轴线方向的侧壁与第二管套11的挡边相贴合，且过盈配合。
第一管套6的结构与第二管套11的结构相同。
本方案中加强环7为聚四氟乙烯环。聚四氟乙烯环摩擦系数低、耐腐蚀性能强。本方案中加强环7与外波纹管3之间的间隙为0.1-0.3mm。
本方案公开的摆动软管还包括拉杆组件8，拉杆组件8用于固定入口法兰1与出口法兰2之间的距离，固定摆动软管的长度。
拉杆组件8能够对摆动软管进行预压缩，提高摆动软管的角度位移补偿能力。
在摆动软管安装在火箭发动机上后，需要将拉杆组件8拆下。摇摆软管的入口法兰1和出口法兰2连接在液体火箭发动机的推进剂的管路上，则为工作状态。
在本方案的一个具体实施例中，拉杆组件8包括调节螺母81、锁紧螺母82、第一螺杆83和第二螺杆84。
第一螺杆83的第一端与靠近入口法兰1的铰接杆组件的第一铰接杆51连接，第一螺杆83的第二端与位于稳定支架组件的中间位置的铰接杆组件的第一铰接杆51连接，第一螺杆83的第二端设置有第一长条孔，第一螺杆83的第二端通过与第一长条孔配合的第一螺栓与第一铰接杆51连接；
第二螺杆84的第一端与靠近出口法兰2的铰接杆组件的第二铰接杆52连接，第二螺杆84的第二端与位于稳定支架组件的中间位置的铰接杆组件的第二铰接杆52连接，第二螺杆84的第二端设置有第二长条孔，第二螺杆84的第二端通过与第二长条孔配合的第二螺栓与第二铰接杆52连接，第二螺杆84的第二端与第一螺杆83的第二端均与调节螺母81连接，锁紧螺母82设置在第二螺杆84上能够与调节螺母81相抵。
锁紧螺母82设置在第二螺杆84上能够与调节螺母81相抵，防止在运输过程中锁紧螺母82自第一螺杆83或第二螺杆84上脱落，提高拉杆组件8运行的稳定性。
优选的，外波纹管3和内波纹管4由多层薄壁管旋压成U形波。具体的，根据液体火箭发动机的管路的通径、工作压力、补偿角度和使用寿命等条件，按照GB/T 12777-2008金属波纹管膨胀节通用技术条件，选用标准的U型波纹管，确定外波纹管3和内波纹管4的波形参数波高、波距、波峰圆角、波谷圆角等，然后采用316L薄壁管通过旋压加工工艺实现。
本方案在内波纹管4的相邻波纹之间套设有加强圆环10。由于内波纹管需要承受推进剂产生的内压，相邻波纹的波谷处套有加强圆环，加强圆环能够对内波纹管4的外壁起到加强作用，增强内波纹管4的强度，可显著提高薄壁波纹管的承压能力，避免推进剂撑破内波纹管4。
优选的，加强圆环10为单独设置的圆环状结构，能够套设在相邻波纹的波谷位置。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种摆动软管，其特征在于，包括入口法兰(1)、出口法兰(2)和外波纹管(3)，
所述外波纹管(3)的一端与所述入口法兰(1)连接，所述外波纹管(3)的另一端与所述出口法兰(2)连接，所述外波纹管(3)的管壁上设置有用于支撑所述外波纹管(3)的稳定支架组件(5)，
所述稳定支架组件(5)的个数至少为两个且沿所述外波纹管(3)的周向均匀分布，所述稳定支架组件(5)包括至少一个铰接杆组件，所述铰接杆组件包括第一铰接杆(51)和第二铰接杆(52)，
所述第一铰接杆(51)的第一端能够与所述入口法兰(1)铰接，或者，所述第一铰接杆(51)的第一端与上一个所述铰接杆组件的所述第二铰接杆(52)铰接，所述第一铰接杆(51)的第二端与所述第二铰接杆(52)铰接，
所述第二铰接杆(52)的第一端与所述第一铰接杆(51)的第二端铰接，所述第二铰接杆(52)的第二端与下一个所述铰接杆组件的所述第一铰接杆(51)铰接，或者所述第二铰接杆(52)的第二端与所述出口法兰(2)铰接。
2.根据权利要求1所述的摆动软管，其特征在于，所述外波纹管(3)上间隔设置有多个第一管套(6)，相邻两个所述第一管套(6)之间的所述外波纹管(3)的长度相等。
3.根据权利要求2所述的摆动软管，其特征在于，所述铰接杆组件的个数与所述第一管套(6)的个数相等，上一个所述铰接杆组件的所述第二铰接杆与下一个所述铰接杆组件的所述第一铰接杆铰接的铰接轴与所述第一管套(6)连接。
4.根据权利要求3所述的摆动软管，其特征在于，所述第一管套(6)上设置有第一支座，上一个所述铰接杆组件的所述第二铰接杆与下一个所述铰接杆组件的所述第一铰接杆铰接的铰接轴与所述第一支座铰接；
所述第一铰接杆(51)通过第二支座与所述入口法兰(1)铰接，所述第二铰接杆(52)通过第三支座与所述出口法兰(2)铰接。
5.根据权利要求3所述的摆动软管，其特征在于，还包括内波纹管(4)，所述内波纹管(4)位于所述外波纹管(3)内，且与所述外波纹管(3)同轴布置，所述外波纹管(3)与所述内波纹管(4)之间形成夹层，所述外波纹管(3)的一端与所述入口法兰(1)的外筒连接，所述外波纹管(3)的另一端与所述出口法兰(1)的外筒连接，所述内波纹管(4)的一端与所述入口法兰(1)的内筒连接，所述内波纹管(4)的另一端与所述出口法兰(1)的内筒连接，
所述出口法兰(2)的外筒上开设有与所述夹层连通的抽气口(9)，所述抽气口(9)上设置有堵头。
6.根据权利要求5所述的摆动软管，其特征在于，所述内波纹管(4)上间隔设置有多个与所述第一管套(6)位置对应的第二管套(11)，相邻所述第二管套(11)之间的所述内波纹管(4)的长度相等。
7.根据权利要求5所述的摆动软管，其特征在于，所述第二管套(11)的外壁设置有加强环(7)，所述加强环(7)包括两个相对布置的半圆环，所述半圆环与所述第二管套(11)过盈配合。
8.根据权利要求5所述的摆动软管，其特征在于，所述夹层为二氧化碳夹层。
9.根据权利要求5所述的摆动软管，其特征在于，所述内波纹管(4)的相邻波纹之间套设有加强圆环(10)。
10.根据权利要求1所述的摆动软管，其特征在于，还包括拉杆组件(8)，用于固定所述外波纹管(3)的长度，设置在所述稳定支架组件(5)上，
所述拉杆组件(8)包括：
调节螺母(81)；
锁紧螺母(82)；
第一螺杆(83)，所述第一螺杆(83)的第一端与靠近所述入口法兰(1)的所述铰接杆组件的所述第一铰接杆(51)连接，所述第一螺杆(83)的第二端与位于所述稳定支架组件的中间位置的所述铰接杆组件的所述第一铰接杆(51)连接，所述第一螺杆(83)的第二端设置有第一长条孔，所述第一螺杆(83)的第二端通过与所述第一长条孔配合的第一螺栓与所述第一铰接杆(51)连接；
第二螺杆(84)，所述第二螺杆(84)的第一端与靠近所述出口法兰(2)的所述铰接杆组件的所述第二铰接杆(52)连接，所述第二螺杆(84)的第二端与位于所述稳定支架组件的中间位置的所述铰接杆组件的所述第二铰接杆(52)连接，所述第二螺杆(84)的第二端设置有第二长条孔，所述第二螺杆(84)的第二端通过与所述第二长条孔配合的第二螺栓与所述第二铰接杆(52)连接，所述第二螺杆(84)的第二端与所述第一螺杆(83)的第二端均与所述调节螺母(81)连接，所述锁紧螺母(82)设置在所述第二螺杆(84)上能够与所述调节螺母(81)相抵。
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