CN113175572A - 一种通风管路的高容错拼装连接结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种通风管路的高容错拼装连接结构，包括管体组件、配对法兰、密封元件和柔性软连接组件，其中，所述管体组件包括第一管体和第二管体，所述配对法兰包括第一法兰和第二法兰，管体组件与配对法兰为单侧柔性软连接组件连接或双侧柔性软连接组件连接，所述密封元件为“回”形结构弹性体，通过压缩变形实施第一法兰和第二法兰大端之间的密封。通过柔性软连接部件，整体结构紧凑，重量轻，补偿了大尺寸通风管路轴线累计偏差造成的安装误差，极大提高了地面安装效率，同时解决了传统硬连接组件无法承受空间站或其他载人航天器上行入轨恶劣力学环境的问题。

Description

一种通风管路的高容错拼装连接结构
技术领域
本发明属于航天空间站通风系统地面建设技术领域，特别涉及一种通风管路的高容错拼装连接结构。
背景技术
空间舱内通风系统包括风机结构、净化结构、管路装置等部分，工作时，各部分协同作用，为空间舱内航天员活动区及仪器区提供一定空气流动，满足所需通风需求。空间舱内的通风系统需在发射前完成分段加工、整体安装工作，与常见的地面通风管道不同，舱内管路安装后需能抗发射振动、满足地面系统测试功能等。并且，为保证在轨状态舱内通风的高能效，减少能量耗损，通风系统需具有较高的气密性。通风管路拼装连接结构用于实现管路分段的地面安装连接，通过合理设计，满足各阶段工况需求。
目前，地面建筑领域通风管道成熟安装方式有抱箍式、插接式、插条式、软管式及法兰连接等形式，针对载人航天器领域，主要有以下欠缺：一是，所有的地面建筑领域通风管道连接形式，均无法承受空间站或其他载人航天器上行入轨的恶劣力学环境；二是，空间舱内各分系统产品布局紧密、空间狭小，大型辅助设备无法协助进行吊装连接，传统的抱箍、插接、插条等连接方式不具备可行的操作空间，安装繁琐且精度较低；三是，考虑管路长期在轨的可靠性及气密性要求，密封结构需加强设计；此外，针对目前在研中国空间站项目，以往载人航天器的通风管路连接是在抱箍式的基础上进行了一定程度的结构加强，虽能满足苛刻的力学环境，但拼接段漏率较大，当舱体空间增大时，通风系统效能较低。
发明内容
针对大型空间舱体的通风管道安装问题、承受力学强度问题和在轨气密性问题，本发明人进行了锐意研究，设计了一种高容错、轻量化、操作简便、具有可靠密封的管道拼接连接结构形式，以解决舱内狭小空间通风管路地面安装繁琐、漏率高等问题，集成孤立部件，提升抗力学性能，同时可实现送风过程的低流阻，从而完成本发明。
本发明提供的技术方案如下：
一种通风管路的高容错拼装连接结构，包括管体组件、配对法兰、密封元件和柔性软连接组件，其中，
所述管体组件包括第一管体和第二管体，所述配对法兰包括第一法兰和第二法兰，第一管体的一端连接外侧通风管路，另一端与第一法兰连接；第二管体的一端连接外侧通风管路，另一端通过软连接组件与第二法兰连接；第一法兰和第二法兰均包括大端和小端，两大端之间夹设密封元件后对接，并通过穿设两大端的紧固安装件紧固；
所述密封元件为“回”形结构弹性体，通过压缩变形实施第一法兰和第二法兰大端之间的密封；
所述软连接组件包裹在第二法兰小端和第二管体一端的外表面，实施第二法兰和第二管体的非刚性连接。
根据本发明提供的一种通风管路的高容错拼装连接结构，具有以下有益效果：
(1)本发明提供的一种通风管路的高容错拼装连接结构，通过设置配对密封法兰硬连接结构，实现密封垫压缩静密封，提高了管路分段处气密性能；
(2)本发明提供的一种通风管路的高容错拼装连接结构，通过柔性软连接部件，补偿了大尺寸通风管路轴线累计偏差造成的安装误差，极大提高了地面安装效率，同时解决了传统硬连接组件无法承受空间站或其他载人航天器上行入轨恶劣力学环境的问题；
(3)本发明提供的一种通风管路的高容错拼装连接结构，整体结构紧凑、重量轻，采用多层织物-胶膜为主体的软连接结构形式，实现管路分段的地面安装连接，同时规避了抱箍卡箍结构，减小了连接位置的外包络，便于舱内有限空间条件下的布局实施，降低发射成本。
附图说明
图1为发明提供的一种实施方式中通风管路的高容错拼装连接结构示意图；
图2为发明提供的一种实施方式中第一管体的结构示意图；
图3为发明提供的一种实施方式中第二管体的结构示意图；
图4为发明提供的一种实施方式中第一法兰的结构示意图；
图5为发明提供的一种实施方式中第二法兰的结构示意图；
图6为发明提供的一种实施方式中密封元件的结构示意图；
图7为发明提供的一种实施方式中软连接组件的结构示意图。
附图标号说明
1-第一管体；2-第二管体；31-第一法兰；311-通孔；312-第一腔槽；313-圆弧凸台；314-第一法兰的中间区域；32-第二法兰；321-螺纹安装孔；322-第二腔槽；323-穿线缝制孔；324-第二法兰的中间区域；4-密封元件；5-紧固安装件；6-软连接组件；61-外层织物；62-二层薄膜；63-内层薄膜；64-底材织物。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
本发明提供了一种通风管路的高容错拼装连接结构，适用于空间舱内通风管路的拼装，如图1所示，包括管体组件、配对法兰、密封元件4和柔性软连接组件6，其中，所述管体组件包括第一管体1和第二管体2，所述配对法兰为通风管道的基础连接形式，包括第一法兰31和第二法兰32，第一管体1的一端连接外侧通风管路，另一端与第一法兰31连接(如通过伸入第一法兰31内腔中与第一法兰31连接)；第二管体2的一端连接外侧通风管路，另一端通过软连接组件6与第二法兰32连接；第一法兰31和第二法兰32均包括大端和小端，两大端之间夹设密封元件4后对接，并通过穿设两大端的紧固安装件5(如螺栓)紧固；密封元件4为“回”形结构弹性体，通过压缩变形实施第一法兰31和第二法兰32大端之间的密封；
所述软连接组件6包裹在第二法兰32小端和第二管体2一端的外表面，实施第二法兰32和第二管体2的非刚性连接。
如图2所示，所述第一管体1可以为圆管或方管，对应第一法兰31为圆口法兰或方口法兰。第一管体1为方管时，由于大的长宽比及管体长度，管口内部安装有管口支撑板，利于管口定型。
如图3所示，所述第二管体2可以为圆管或方管，对应第二法兰32为圆口法兰或方口法兰。第二管体2的头部边缘加工有阵列可穿线的细孔，用于与柔性软连接组件6的缝制连接。
如图4所示，所述第一法兰31的大端对接端面上加工有垂直通孔311，用于紧固安装件5的穿接；优选地，第一法兰31下部排列的通孔311开口至大端外缘形成开孔，便于舱内安装。第一法兰31的大端外缘前向凸出，高度高于内部区域，使对接端面形成第一腔槽312，深度记为H1。第一法兰的中间区域314开放，用于通风。
如图5所示，所述第二法兰32上加工有对应所述第一法兰31上通孔311的螺纹安装孔321。所述第一法兰31上的通孔311、以及所述第二法兰32上的螺纹安装孔321均为对称均匀分布，以实现配对安装紧固安装件5后对密封元件4的均匀挤压，保证漏率。
所述第二法兰32的大端外缘前向凸出，高度高于内部区域，使对接端面形成第二腔槽322，第二腔槽322的深度记为H2。第一腔槽312或第二腔槽322内设置至少一条周圈圆弧凸台313，圆弧凸台高度低于所在腔槽的深度，圆弧凸台313用于压缩密封垫。为保证安装密封，H1+H2≤D，其中D为密封元件4的厚度。
所述第二法兰32与软连接组件6、以及第二管体2与软连接组件6之间的连接方式为胶接及缝制相结合，为此，第二法兰32小端上垂直加工有阵列穿线缝制孔323。第二法兰的中间区域324开放，用于通风。
如图6所示，所述密封元件4为设置在第一法兰31与第二法兰32之间的密封垫，一体加工而成，密封垫周圈开孔，用于紧固安装件5穿过，中间区域开放，用于通风。密封垫厚度与两侧法兰腔槽厚度有关，即对称法兰腔槽深度之和小于密封垫厚度，可使法兰对接安装时密封垫被压缩，实现静态气密密封。进一步地，密封元件4胶接或直接硫化于不设置周圈圆弧凸台313的法兰端面上。
如图7所示，所述软连接组件6为套筒结构，包括底材织物64、内层薄膜63、二层薄膜62和外层织物61，由内向外依次胶接于第二管体2和第二法兰32上，其中，底材织物64作为胶接过渡层，与第二管体2和第二法兰32胶接，提供过渡基材；底材织物64的断裂强力≥450N，根据通风使用环境须具有一定的阻燃性，如选用美塔斯布；
内层薄膜63与底材织物64胶接，将第二管体2和第二法兰32连接，形成组合结构。内层薄膜63为整体TPU材料薄膜或BOPP薄膜等柔性食品级材料薄膜，且利用薄膜较低的表面粗糙度，实现气流通过过程较低流阻，起连接通道接口、提供送风通道作用。前两层胶接固化完成后，底材织物64、内层薄膜63与第二法兰32通过穿线缝制孔连接缝合；
二层薄膜62与内层薄膜63的结构状态一致，仍选用同规格材料薄膜，整体胶接覆盖缝制后的内层薄膜63，封堵穿线缝隙，降低漏率；
外层织物61选用整块织物，将二层薄膜62覆盖胶接，利用织物经纬方向上足够的韧性，整体增强柔性软连接部件的强度，满足地面容错安装及上行抗力学要求。二层薄膜62、外层织物61胶接于上层，主要起加强作用，并补合气密缝隙，降低漏率。外层织物61的性能要求与底材织物64一致，如选用美塔斯布。
本发明中，所述软连接组件6的基础构型为4层，底层及最外层为布制织物材料，内部材料根据对应通风段管路规格或环境苛刻情况，可设置更多层薄膜结构。软连接组件6胶接成型后，具有一定的柔性，内层薄膜63为气密胶膜材料，起密封作用，且表面粗糙度良好，提供低流阻通风流道。外层织物61为高韧性织物材料，提供结构强度。另外的薄膜与织物，配合对应接触零件，提供整体连接结构一定的胶接强度。整体软连接材料须具有良好的裁剪特性，不易产生毛边、细削等多余物。
本发明中，管体组件和配对法兰之间不仅可以为上述的单侧柔性软连接组件连接，还可以为双侧柔性软连接组件连接。此时，第一管体1的一端连接外侧通风管路，另一端通过软连接组件6与第一法兰31连接。所述第一管体1的头部边缘阵列设计了可穿线的细孔；所述第一法兰31相较于直接与第一管体连接，在小端上垂直加工有阵列穿线缝制孔，用于与柔性软连接组件6的缝制连接。
实施例
实施例1
一种通风管路的高容错拼装连接结构，用于空间舱内通风管路的拼装，管体组件和配对法兰之间为单侧柔性软连接组件连接，如图1至图7所示。其中，软连接组件6为套筒结构，最内侧为美塔斯布，第二层为整体TPU材料薄膜，与底层美塔斯布胶接，第三层与第二层结构状态一致，仍选用同规格TPU薄膜，封堵穿线缝隙，第四层(最外层)选用整块美塔斯布，将第三层覆盖胶接。以现实施例的材料选用及工艺状态进行性能测试与分析，规定送风通道与外界常温压差1Kpa的条件下，采用计时保压法进行气密性测试，软连接本体结构漏率优于0.5L/min。来回多次保压，每次保压10mins后，常温常压下采用万能材料试验机复测多层材料，断裂强力仍优于450N，相较试验初始材料断裂强力偏离低于6％。软质材料本身相较传统金属刚体材料，提供毫米级安装容错。实施例效果满足空间舱体的通风气密要求及强度要求，且主体材料的应用使产品减重明显，地面安装调试效率提升。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (11)

1.一种通风管路的高容错拼装连接结构，其特征在于，包括管体组件、配对法兰、密封元件(4)和柔性软连接组件(6)，其中，
所述管体组件包括第一管体(1)和第二管体(2)，所述配对法兰包括第一法兰(31)和第二法兰(32)，第一管体(1)的一端连接外侧通风管路，另一端与第一法兰(31)连接；第二管体(2)的一端连接外侧通风管路，另一端通过软连接组件(6)与第二法兰(32)连接；第一法兰(31)和第二法兰(32)均包括大端和小端，两大端之间夹设密封元件(4)后对接，并通过穿设两大端的紧固安装件(5)紧固；
所述密封元件(4)为“回”形结构弹性体，通过压缩变形实施第一法兰(31)和第二法兰(32)大端之间的密封；
所述软连接组件(6)包裹在第二法兰(32)小端和第二管体(2)一端的外表面，实施第二法兰(32)和第二管体(2)的非刚性连接。
2.根据权利要求1所述的通风管路的高容错拼装连接结构，其特征在于，所述第一法兰(31)的大端对接端面上加工有垂直通孔(311)，且第一法兰(31)下部排列的通孔(311)开口至大端外缘形成开孔，用于紧固安装件(5)的穿接。
3.根据权利要求2所述的通风管路的高容错拼装连接结构，其特征在于，所述第二法兰(32)上加工有对应所述第一法兰(31)上通孔(311)的螺纹安装孔(321)。
4.根据权利要求3所述的通风管路的高容错拼装连接结构，其特征在于，所述第一法兰(31)上的通孔(311)、以及所述第二法兰(32)上的螺纹安装孔(321)均为对称均匀分布。
5.根据权利要求4所述的通风管路的高容错拼装连接结构，其特征在于，所述第一法兰(31)的大端外缘前向凸出，高度高于内部区域，使对接端面形成第一腔槽(312)，所述第二法兰(32)的大端外缘前向凸出，高度高于内部区域，使对接端面形成第二腔槽(322)，第一腔槽(312)或第二腔槽(322)内设置至少一条周圈圆弧凸台(313)，圆弧凸台高度低于所在腔槽的深度，圆弧凸台(313)用于压缩密封垫。
6.根据权利要求4所述的通风管路的高容错拼装连接结构，其特征在于，所述第一腔槽(312)的深度为H1，第二腔槽(322)的深度为H2，密封元件(4)的厚度为D，则满足H1+H2≤D。
7.根据权利要求1所述的通风管路的高容错拼装连接结构，其特征在于，所述第二法兰(32)小端上垂直加工有阵列穿线缝制孔(323)，所述第二管体(2)的头部边缘加工有阵列可穿线的细孔，用于与柔性软连接组件(6)的缝制连接。
8.根据权利要求1所述的通风管路的高容错拼装连接结构，其特征在于，所述密封元件(4)为设置在第一法兰(31)与第二法兰(32)之间的密封垫，一体加工而成，密封垫周圈开孔，用于紧固安装件(5)穿过。
9.根据权利要求1所述的通风管路的高容错拼装连接结构，其特征在于，所述软连接组件(6)为套筒结构，包括底材织物(64)、内层薄膜(63)、二层薄膜(62)和外层织物(61)；其中，底材织物(64)作为胶接过渡层，与第二管体(2)和第二法兰(32)胶接，提供过渡基材；
内层薄膜(63)与底材织物(64)胶接，胶接固化完成后，底材织物(64)、内层薄膜(63)与第二法兰(32)通过穿线缝制孔连接缝合；
二层薄膜(62)整体胶接覆盖缝制后的内层薄膜(63)，封堵穿线缝隙；
外层织物(61)选用整块织物，将二层薄膜(62)覆盖胶接。
10.根据权利要求1所述的通风管路的高容错拼装连接结构，其特征在于，所述二层薄膜(62)为至少一层薄膜结构。
11.根据权利要求1至10之一所述的通风管路的高容错拼装连接结构，其特征在于，所述管体组件和配对法兰之间还可以为双侧柔性软连接组件连接，第二管体(2)通过软连接组件(6)与第二法兰(32)连接外，第一管体(1)通过软连接组件(6)与第一法兰(31)连接；所述第一管体(1)的头部边缘加工有阵列可穿线的细孔，所述第一法兰(31)相较于直接与第一管体连接，在小端上垂直加工有阵列穿线缝制孔，用于与柔性软连接组件(6)的缝制连接。
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