CN113898790A - 一种管件支架及用于管件支架的热变形补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种管件支架及用于管件支架的热变形补偿装置，其中热变形补偿装置包括套筒，具有第一端和第二端，第二端设置有连通套筒外部的微小气隙以及第三连接部；以及活塞杆，包括内端和外端，内端位于套筒内，与套筒的内壁密封且可滑动配合，外端从第一端伸出位于套筒外侧；活塞杆的内端和套筒的第二端之间形成气室，微小气隙容许气室内的空气受热膨胀或受冷收缩而与套筒外界的气压形成压差，利用压差向外或向内推动活塞杆，活塞杆的外端和第三连接部用于与两个可相对移动的部件分别连接。通过套筒内的活塞杆的伸缩，可有效补偿管路热变形，减小管路应力。

Description

一种管件支架及用于管件支架的热变形补偿装置

技术领域

本发明涉及装配连接固定技术领域，具体涉及受热变形管路的固定支持。

背景技术

管路相当于发动机的血管，使发动机各部件之间、附件之间、部件与附件之间以及发动机与飞机之间相互连接，输送各自规定的流体介质，实现发动机运行、控制、操纵等功能。在发动机运行过程中，管路所处环境恶劣，需要承受振动、温度冲击，甚至物理碰撞，因此管路必须要使用卡箍固定，提高刚度和强度，以保证可靠连接固定，这是发动机稳定可靠工作的必要条件。由于管路所处环境温度变化较大，温度范围可以达到几百度，必然导致管路的受热变形，承受较大的热应力。

目前管路常用卡箍组件的连接固定方式，为刚性固定连接，连接部位可以视为刚性点，对管路为强约束。管路在发动机运行过程中，由于温度变化，管路必然会膨胀或收缩变形，由于卡箍的存在，管路受到约束，无法自由变形，会导致管路内存在较大的应力，影响管路的寿命和可靠性，在发动机严苛的工况下，可能导致裂纹、断裂等故障，甚至造成发动机的事故，后果非常严重，因此，必须采取一定措施补偿管路变形，减小管路应力。

例如，CN108953763公开了一种用于管件支架的热变形补偿装置，包括可弹性伸缩的弹性件和套设在所述弹性件外的筒状体，弹性件上端与管夹连接，下端固定安装。该装置可在热膨胀、低速摇摆工况等低速位移发生时允许柔性长管自由膨胀，释放热应力及一定的周期性交变载荷。

再如，CN203431398公开了另一种管道热变形补偿装置，包括伸缩套管和固定管套，通过在伸缩套管和固定管套之间设置填料函，伸缩套管相对固定管套可作往复直线移动，以吸收管道轴向热膨胀量，用以管道热补偿。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种用于管件支架的热变形补偿装置，其结构简单，可取消填料或弹性件，也可以补偿管路因温度变化而产生的变形。

为实现所述目的的热变形补偿装置包括套筒，具有第一端和第二端，所述第二端设置有连通套筒外部的微小气隙以及第三连接部；以及活塞杆，包括内端和外端，所述内端位于所述套筒内，与所述套筒的内壁密封且可滑动配合，所述外端从所述第一端伸出位于所述套筒外侧；

其中，所述活塞杆的内端和所述套筒的第二端之间形成气室，所述微小气隙容许所述气室内的空气受热膨胀或受冷收缩而与所述套筒外界的气压形成压差，利用所述压差向外或向内推动所述活塞杆，所述活塞杆的外端和所述第三连接部用于与两个可相对移动的部件分别连接。

所述第三连接部为外螺纹件，所述第二端具有内螺纹，所述外螺纹端与所述第二端螺纹连接，在所述螺纹连接的螺纹配合处形成所述微小间隙。

所述外螺纹件与所述第二端之间通过胶水粘结，用于螺纹防松。

所述套筒的内壁提供有密封面，所述活塞杆的内端套有密封圈，通过密封圈与所述密封面配合形成密封且可滑动的配合。

本发明的另一目的是提供一种管件支架，所述管件支架包括连接管件的管件连接部以及用于与固定基础连接的固定部，在所述连接部和所述固定部之间设置有上述热变形补偿装置。

所述管件支架还包括第二连接件，包括第四连接部和第五连接部；第三连接件，包括第六连接部和第七连接部；所述第四连接部和所述第三连接部铰接，所述第五连接部和所述第六连接部铰接，所述第七连接部和所述外端铰接，借此所述活塞杆、所述套筒、所述第二连接件和所述第三连接件形成四连杆机构，该四连杆机构可借助于所述活塞杆在所述套筒中的伸缩而活动，所述活塞杆的伸缩方向与管件的热变形方向相同。

所述活塞杆、所述套筒、所述第二连接件和所述第三连接件呈三角形布置。

所述第三连接件上设置所述管件连接部，所述第二连接件设置成所述固定部。

所述管件连接件为管箍，所述管箍与所述第三连接件铰接。

上述方案的优点在于，当管件因环境温度升高发生变形时，热变形补偿装置中的活塞杆承受两个力，一是管件施加的拉力，二是套筒气室内外压差力。初始受热阶段，管件对活塞杆是使其伸长的拉力，气室中空气由于受热膨胀，是使活塞杆伸长的推力，活塞杆在这两个力的作用下伸长，沿一方向运动，管件支架的受热变形也沿该方向，由此可减小管路受到的热变形应力。随着时间的增长，管件对活塞杆的拉力逐渐降低，同时由于气室中的空气通过微小气隙，即螺纹连接处与外部空气进行缓慢的流动交换，最终与外界达到稳定平衡状态。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为热变形补偿装置结构图。

图2为不含管路的管件支架示意图。

图3为管件支架结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

一种管件支架及用于管件支架的热变形补偿装置，可有效解决现有管路卡箍组件固定时因无法补偿管路因温度变化引起的变形的问题。如图1所示，热变形补偿装置包括套筒2，套筒2具有第一端21和第二端22，第一端21上表面有台阶边，防止活塞杆3滑动时从套筒内滑出；第二端22设置有连通套筒2 外部的微小气隙以及第三连接部7。热变形补偿装置还包括活塞杆3，活塞杆3 包括大直径内端32和小直径外端31，外端31为拉杆结构，从套筒2的第一端 21伸出，直到套筒2外侧，其端部有环形连接结构，用于与第三连接件30的第七连接部307铰接；内端32外形为圆柱形，位于套筒2内部，表面有两处密封槽，用于放置密封圈9，密封圈9与套筒2的内壁提供的密封面配合，形成活塞杆3和套筒2之间密封且可滑动的配合，同时不影响活塞杆3在套筒2 内的转动。

活塞杆3的内端32和套筒2的第二端22之间形成气室10，气室10内的空气受热膨胀或受冷收缩而与套筒2外的气压形成压差，利用所述压差向外或向内推动活塞杆3。第二端22内的所述微小气隙容许所述气室内的空气受热膨胀或受冷收缩而与所述套筒外界的气压形成压差，同时也可实现气室10内的封闭空气与外部空气进行缓慢的流动交换，并随时间增长最终达到套筒内外空气平衡、管路自由变形且无应力的状态。在图1中，套筒2的第二端22具有内螺纹，第三连接部7为“T”型外螺纹件，所述外螺纹件的外螺纹与第二端 22的内螺纹连接，但此处螺纹配合不具有气体密封功能，在螺纹配合处可形成微小间隙。所述外螺纹件与第二端22之间可通过胶水粘结，用于螺纹防松。

下面结合图2和图3对管件支架的结构进行阐述。所述管件支架由第三连接件30、第二连接件20、活塞杆3和套筒2组成，构成四连杆结构。第二连接件20包括第四连接部204和第五连接部205，第三连接件30包括第六连接部306和第七连接部307。第四连接部204和套筒2的第二端22内的第三连接部7铰接，即与图1所示的“T”型外螺纹件的凸出部铰接，第五连接部205 和第六连接部306铰接，第七连接部307和活塞杆3的外端31铰接，由此活塞杆3、套筒2、第二连接件20和第三连接件30形成四连杆机构。该四连杆机构可借助于活塞杆3在套筒2内的伸缩而活动，活塞杆3的伸缩方向与管件的热变形方向相同，同时，各个部位铰链连接可容许支架各部位在一定范围内转动，便于对变形管路进行补偿。

如图3所示，活塞杆3、套筒2、第二连接件20和第三连接件30呈三角形布置，其中第二连接件20设置成固定部，与发动机机匣连接以固定管件支架，第三连接件30设置成管件连接部，用于与管件连接件连接。上述三角形布置可为管件支架提供较为稳固的连接方式，确保管件支架仅沿活塞杆3的运动方向移动。在图2和图3中，管件连接件设置为管箍5，用以固定管件6，通过管箍5与第三连接件30铰接，可容许管件6与第三连接件30之间发生一定范围内的相对移动，从而增加管件支架对管路的变形补偿。

为减轻重量，除了连接紧固件如铰接的各个连接部采用金属材料，管件支架的其余部分均为非金属材料，例如第三连接件30、第二连接件20等。一种优选的实施方式为聚酰亚胺，该种材料耐高温达400℃以上，长期使用温度范围为-200～300℃，适合发动机机匣外表面的高温环境。同时具有优良的机械性能，弯曲强度(20℃)≥170MPa，拉伸强度≥100MPa，弹性模量可达数百GPa，密度为1.38～1.43g/cm³，具有良好的介电性能、耐有机溶剂、无毒等优良特性。

需要指出的是，由于复合材料的特点，该管件支架不适用承受过大振动、过高温度的部位，同时活塞杆3的伸长或收缩方向必须设置成与管件6的热变形方向一致，以实现对管路的热补偿。

如图1至图3所示的管件支架及用于管件支架的热变形补偿装置，具体安装步骤如下：

(1)将活塞杆3装好密封圈9后，放入套筒2内，放入深度根据具体使用环境而定，一般为套筒2深度的一半左右，再将第三连接部7，如图1所示为“T”型外螺纹件，通过所述“T”型外螺纹件的外螺纹与套筒2的第二端 22处的内螺纹配合连接，螺纹连接处可以加入少量胶水用于螺纹的防松，同时保证活塞杆3可在套筒2内沿轴线移动以及转动。需注意活塞杆3在套筒2内的伸长或收缩方向需设置为与管路的热变形方向一致。

(3)第二连接件20与第三连接件30通过第六连接部306和第五连接部205铰接；第二连接件20与套筒2的第二端22内的第三连接部7铰接，如图所示即与“T”型外螺纹件的凸出部铰接；第三连接件30与活塞杆3通过第七连接部307和活塞杆3的外端31铰接。借此活塞杆3、套筒2、第二连接件20 和第三连接件30形成四连杆机构，铰链连接处均可以转动，支架组件装配完成。

(4)第二连接件20作为固定部，可通过发动机上的固定孔等位置和发动机机匣固定。第三连接件30与管件连接件铰接，如图1至图3所示管件连接件为卡箍5，卡箍5再与特定的管件6连接。

当管件6因环境温度升高发生变形时，热变形补偿装置中的活塞杆3承受两个力，一是管件6施加的拉力，二是套筒2内气室10中空气的力。初始受热阶段，管件6对活塞杆3是使其伸长的拉力，气室10中空气由于受热膨胀，是使活塞杆3伸长的推力，活塞杆3在这两个力的作用下伸长，沿图3中A方向运动，因此管件支架的受热变形也沿A方向，由此可减小管路受到的热变形应力。随着时间的增长，管件6对活塞杆3的拉力逐渐降低，同时由于气室10中的空气通过微小气隙，即螺纹连接处与外部空气进行缓慢的流动交换，最终与外界达到稳定平衡状态。当管件6因环境温度降低发生变形时，管件6对活塞杆3产生与A方向相反的推力，此时气室10中的空气通过微小气隙逐渐排出到外界，气室10体积减小，补偿了管件6因环境温度降低而导致的移动。因此，管件支架及用于管件支架的热变形补偿装置可有效补偿管件6因受热或受冷产生的热变形，避免管件6因热应力而导致的裂纹、断裂等故障，由此延长了管路的寿命，增加了管路的可靠性。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (9)

1.用于管件支架的热变形补偿装置，其特征在于，包括：

套筒，具有第一端和第二端，所述第二端设置有连通套筒外部的微小气隙以及第三连接部；以及

活塞杆，包括内端和外端，所述内端位于所述套筒内，与所述套筒的内壁密封且可滑动配合，所述外端从所述第一端伸出位于所述套筒外侧；

其中，所述活塞杆的内端和所述套筒的第二端之间形成气室，所述微小气隙容许所述气室内的空气受热膨胀或受冷收缩而与所述套筒外界的气压形成压差，利用所述压差向外或向内推动所述活塞杆，所述活塞杆的外端和所述第三连接部用于与两个可相对移动的部件分别连接。

2.如权利要求1所述的热变形补偿装置，其特征在于，所述第三连接部为外螺纹件，所述第二端具有内螺纹，所述外螺纹端与所述第二端螺纹连接，在所述螺纹连接的螺纹配合处形成所述微小间隙。

3.如权利要求1所述的热变形补偿装置，其特征在于，所述外螺纹件与所述第二端之间通过胶水粘结，用于螺纹防松。

4.如权利要求1所述的热变形补偿装置，其特征在于，所述套筒的内壁提供有密封面，所述活塞杆的内端套有密封圈，通过密封圈与所述密封面配合形成密封且可滑动的配合。

5.一种管件支架，包括连接管件的管件连接部以及用于与固定基础连接的固定部，在所述连接部和所述固定部之间设置有热变形补偿装置，其特征在于，所述热变形补偿装置为如权利要求1至4中任一项所述的热变形补偿装置。

6.如权利要求5所述的管件支架，其特征在于，该管件支架还包括：

第二连接件，包括第四连接部和第五连接部；

第三连接件，包括第六连接部和第七连接部；

所述第四连接部和所述第三连接部铰接，所述第五连接部和所述第六连接部铰接，所述第七连接部和所述外端铰接，借此所述活塞杆、所述套筒、所述第二连接件和所述第三连接件形成四连杆机构，该四连杆机构可借助于所述活塞杆在所述套筒中的伸缩而活动，所述活塞杆的伸缩方向与管件的热变形方向相同。

7.如权利要求6所述的管件支架，其特征在于，所述活塞杆、所述套筒、所述第二连接件和所述第三连接件呈三角形布置。

8.如权利要求6所述的管件支架，其特征在于，所述第三连接件上设置所述管件连接部，所述第二连接件设置成所述固定部。

9.如权利要求8所述的管件支架，其特征在于，所述管件连接件为管箍，所述管箍与所述第三连接件铰接。

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