CN115405783A - 管路连接装置和空气管路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种管路连接装置和空气管路，可补偿被连接的两段管路之间的轴向位移和角向误差，且易于加工装配和拆卸维护。空气管路用于涡轮发动机，包括管路连接装置，管路连接装置包括用于连接第一段管路的第一连接件、用于连接第二段管路的第二连接件、第三连接件、周向分布的多个滚珠、设置于第一连接件的第一限位结构和设置于第二连接件的第二限位结构，第三连接件与第一连接件之间设置有弹簧，弹簧的弹力使第三连接件压紧第二连接件，第二连接件与第三连接件之间通过球面副相配合，第二连接件与第三连接件可相对于第一连接件轴向移动，第一限位结构和第二限位结构通过滚珠连接，第二限位结构通过滚珠相对第一限位结构进行移动和转动。

Description

管路连接装置和空气管路

技术领域

本发明涉及管路连接设计技术领域，具体涉及一种管路连接装置和空气管路。

背景技术

航空发动机的管路系统主要包含燃油管路、滑油管路和空气管路。空气管路作为发动机的重要组成部分，主要为航空发动机各部件输送冷却引气、防冰引气、封严引气以及功能性放气等，实现航空发动机各部件的正常运转。

空气管路通常安装在发动机的不同部件间的引气接口上，在发动机装配过程中，常由于其它部件的装配误差累积而导致后装配的空气管路难以安装。相比于其它燃油管路、滑油管路，空气管路的管径通常较粗，例如管径为1.5in至4in，如果管路上没有设置可调节的装置，则当装配中遇到因为累积误差而导致难以装配时，通常只能靠人工校形管路，效率较低，且会造成较大的装配应力，对于超过一定管径的空气管路则基本无法校管，只能补加工或重新加工，导致装配周期的延长和装配成本的增加。

目前的设计中，为了使空气管路在装配中能够具备一定的补偿调节能力，通常会在管路上焊接万向接头，以使管路能具有一定的角向补偿能力，但是万向接头通常只能补偿角度偏差，不能够补偿轴向位移，且万向接头本身制造时还需内部焊接金属波纹管，加工相对复杂，一旦焊接到管路上后便不能再拆卸和维护。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种管路连接装置，可补偿被连接的两段管路之间的轴向位移和角向误差，且易于加工装配和拆卸维护。

为实现所述目的的管路连接装置，包括第一连接件、第二连接件、第三连接件、周向分布的多个滚珠、第一限位结构和第二限位结构，所述第一连接件用于连接第一段管路，所述第二连接件用于连接第二段管路，所述第三连接件与所述第一连接件之间设置有弹簧，所述弹簧的弹力使所述第三连接件压紧所述第二连接件，所述第二连接件与所述第三连接件之间通过球面副相配合，所述第二连接件与所述第三连接件可相对于所述第一连接件轴向移动，所述第一限位结构设置于所述第一连接件，所述第二限位结构设置于所述第二连接件，所述第一限位结构和所述第二限位结构通过所述滚珠连接，所述第二限位结构通过所述滚珠相对所述第一限位结构进行移动和转动。

在所述的管路连接装置的一个或多个实施方式中，所述第一限位结构和所述第二限位结构的其中一个提供内限位部，所述第一限位结构和所述第二限位结构的其中另一个提供外限位部，所述外限位部位于所述内限位部的径向外侧，所述外限位部和所述内限位部通过所述滚珠连接。

在所述的管路连接装置的一个或多个实施方式中，所述第一限位结构和所述第二限位结构的其中一个还提供径向限位部，所述径向限位部限制所述滚珠向径向外侧移动的范围。

在所述的管路连接装置的一个或多个实施方式中，所述外限位部设置有多个沿周向分布的滚珠孔或滚珠槽，所述滚珠槽的长度方向沿所述外限位部的轴向或与所述轴向呈小于90度的夹角，所述滚珠一一对应地插入所述滚珠孔或所述滚珠槽，所述滚珠孔或所述滚珠槽贯穿所述外限位部，所述滚珠孔的直径或所述滚珠槽的宽度不小于所述滚珠的直径。

在所述的管路连接装置的一个或多个实施方式中，所述内限位部的外周面或所述外限位部的内周面设置有环形凹槽，所述滚珠可在所述环形凹槽内进行轴向或/和周向滚动。

在所述的管路连接装置的一个或多个实施方式中，所述内限位部的外周面或所述外限位部的内周面沿轴向间隔设置有两个环形凸肩，所述滚珠可在所述两个环形凸肩之间进行轴向或/和周向滚动。

在所述的管路连接装置的一个或多个实施方式中，所述第二连接件与所述第三连接件位于所述第一连接件的径向内侧，所述第一连接件的外环面提供所述内限位部。

在所述的管路连接装置的一个或多个实施方式中，所述管路连接装置还包括密封环，所述密封环与所述第一连接件、所述第二连接件和所述第三连接件相接触，并可随所述第二连接件和所述第三连接件轴向移动。

在所述的管路连接装置的一个或多个实施方式中，所述密封环的材料为石墨或包括石墨的复合材料。

在所述的管路连接装置的一个或多个实施方式中，所述多个滚珠的数量至少为三个，且沿周向均布。

在所述的管路连接装置的一个或多个实施方式中，所述管路连接装置还包括接管，所述第一连接件或/和所述第二连接件通过所述接管连接所述第一段管路或/和所述第二段管路。

该管路连接装置通过弹簧的弹力使第二连接件与第三连接件之间的内球面与外球面保持紧密接触，从而起到密封作用，并通过内球面与外球面组成的球面副使第二连接件与第三连接件之间可以发生角向偏转和周向旋转，且第二连接件与第三连接件可相对于第一连接件轴向移动，从而可以补偿被连接的两段管路之间的轴向位移和角向误差；通过设置第一限位结构、第二限位结构和周向分布的多个滚珠，可以减少摩擦力，使第一段管路和第二段管路之间的轴向位移、角向偏转和周向扭转更加顺畅，并限制第二连接件相对于第一连接件的轴向移动范围，以防止第二连接件与第一连接件、第三连接件之间脱开。该管路连接装置的结构简单，便于加工制造和装配，可以减少对管路进行装配校形或补加工或重新加工的概率，大幅度地提高管路的装配效率，缩短装配周期，降低装配成本，并能够有效地减少装配应力，且易于拆卸，从而能够更换或维修管路连接装置的受损零件，以提高管路的使用寿命。该管路连接装置不但适用于航空发动机的管路系统，还可以用于其他领域的管路系统。

本发明的另一个目的是提供一种空气管路，可补偿被连接的两段管路之间的轴向位移和角向误差，且易于加工装配和拆卸维护。

为实现所述目的的空气管路，用于涡轮发动机，包括前述的管路连接装置。

该空气管路具备良好的补偿调节能力，可以补偿管路之间的轴向位移和角向误差，可以减少对管路进行装配校形或补加工或重新加工的概率，大幅度地提高空气管路的装配效率，缩短装配周期，降低装配成本，并能够有效地减少装配应力，且易于拆卸和维护，从而可以提高空气管路的使用寿命。

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是根据一个实施方式的管路连接装置的轴测剖视示意图。

图2是根据图1的管路连接装置的剖视示意图。

图3是根据图2的管路连接装置补偿轴向位移时的剖视示意图。

图4是根据图2的管路连接装置补偿角向误差时的剖视示意图。

图5是沿图2中B方向的示意图。

图6是沿图2中A-A剖切线的剖视示意图。

图7是图2中C处的局部放大示意图。

图8是根据又一个实施方式的管路连接装置的剖视示意图。

图9是根据再一个实施方式的管路连接装置的剖视示意图。

图10是根据另一个实施方式的管路连接装置的剖视示意图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此对本发明实际要求的保护范围构成限制。

根据本发明的一个实施方式的管路连接装置100如图1至图4所示，包括第一连接件1、第二连接件2、第三连接件3、周向分布的多个滚珠9、第一限位结构11和第二限位结构12。

第一连接件1和第二连接件2分别用于连接第一段管路和第二段管路，例如通过焊接、或卡套连接、或管螺纹连接、或锥螺纹连接等管路连接方式连接，并根据连接方式的需要采用密封圈或其他密封方式，或者管路连接装置100还包括接管4，第一连接件1或/和第二连接件2通过接管4连接到第一段管路或/和第二段管路，接管4与第一连接件1或/和第二连接件2之间可以通过焊接、或卡套连接、或管螺纹连接、或锥螺纹连接等管路连接方式连接，并根据连接方式的需要采用密封圈或其他密封方式。

第三连接件3与第一连接件1之间设置有弹簧5，例如可以采用螺旋弹簧、或碟形弹簧、或波形弹簧等等，弹簧5的弹力使第三连接件3压紧第二连接件2。第二连接件2与第三连接件3可相对于第一连接件1轴向移动，如图2和图3所示，从而可以补偿管路连接装置100所连接的第一段管路和第二段管路之间的轴向位移。

继续参照图1至图4，第二连接件2与第三连接件3之间通过球面副6相配合，例如第二连接件2具有外球面8，第三连接件3具有内球面7。弹簧5的弹力使内球面7与外球面8保持紧密接触，从而通过相配合的内球面7与外球面8起到密封的作用，并通过球面副6使第二连接件2与第三连接件3之间可以发生角向偏转和周向旋转，如图2和图4所示，从而可以补偿管路连接装置100所连接的第一段管路和第二段管路之间的角向偏转和周向扭转。在另一个实施方式中，第二连接件2具有内球面，第三连接件3具有外球面，可以达到同样的技术效果。

继续参照图1至图4，第一限位结构11设置于第一连接件1，第二限位结构12设置于第二连接件2。第一限位结构11提供内限位部13和径向限位部17，内限位部13的外周面131设置有环绕该外周面131的环形凹槽15，环形凹槽15的轴向宽度大于滚珠9的直径，滚珠9可在环形凹槽15内进行轴向或/和周向滚动，并可以通过环形凹槽15的底部限制滚珠9向径向内侧移动的范围，以防止滚珠9从径向内侧脱出。第二限位结构12提供外限位部14，外限位部14位于内限位部13的径向外侧，外限位部14设置有多个沿周向分布的滚珠孔16，滚珠9一一对应地插入滚珠孔16，滚珠孔16贯穿外限位部14，滚珠孔16可以设置为圆孔，该圆孔的直径不小于滚珠9的直径，或者滚珠孔16也可以设置为其他形状的孔，例如椭圆孔或多边形孔或异形孔等等，滚珠孔16的截面尺寸能够使滚珠9通过。

装配时，将外限位部14安装到内限位部13的径向外侧，再将滚珠9从径向外侧一一装入滚珠孔16和环形凹槽15，从而通过滚珠9可移动地连接内限位部13和外限位部14，然后将径向限位部17安装在外限位部14的径向外侧，通过径向限位部17限制限制滚珠9向径向外侧移动的范围，以防止滚珠9从径向外侧脱出。

参照图1至图5，第一连接件1的外环面101设置有外螺纹102、止动凸肩103和卡槽104，径向限位部17通过内螺纹171连接到外螺纹102，并通过止动凸肩103和设置在卡槽104内的卡环18进行锁紧和定位。

由此，第二限位结构12通过滚珠9连接第一限位结构11，并通过滚珠9相对第一限位结构11进行移动和转动，可以减少摩擦力，使第一段管路和第二段管路之间的轴向位移、角向偏转和周向扭转更加顺畅，并可以限制第二连接件2相对于第一连接件1的轴向移动范围，以防止第二连接件2与第一连接件1、第三连接件3之间脱开。

在本发明的描述中，需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，当第一元件是用与第二元件相连或设置于第二元件的方式描述的，该说明包括第一元件和第二元件直接相连的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连的实施方式，还包括第一元件和第二元件为一体结构的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此也不能理解为对本发明保护范围的限制。此外，术语“径向内侧”和“径向外侧”是指相对于第一连接件1或第二连接件2的径向位于内侧或外侧。

在前述实施方式中，第一限位结构11提供内限位部13，第二限位结构12提供外限位部14，在另一些实施方式中，也可以由第一限位结构11提供内限位部13，第二限位结构12提供外限位部14，外限位部14位于内限位部13的径向外侧。由此，可以便于限制滚珠9的轴向和径向移动范围，将滚珠9保持在第一限位结构11和第二限位结构12之间，进而限制第二连接件2相对于第一连接件1的轴向移动范围。

在图1至图4所示的实施方式中，第一限位结构11提供径向限位部17，在另一些实施方式中，也可以由第二限位结构12提供径向限位部17，径向限位部17可以通过螺纹连接或卡接或其他方式连接到内限位部13、或外限位部14、或第一连接件1、或第二连接件2，可以通过卡环或定位销或其他结构对径向限位部17进行锁紧和定位。在又一些实施方式中，也可以通过外限位部14限制滚珠9向径向外侧移动的范围，从而可以不设置径向限位部17，详见后述。

参照图8，在又一个实施方式中，第一限位结构11提供内限位部13，第二限位结构12提供外限位部14和径向限位部17，外限位部14位于内限位部13的径向外侧。内限位部13的外周面131设置有环绕该外周面131的环形凹槽15，环形凹槽15的轴向宽度可以大于滚珠9的直径，也可以小于或等于滚珠9的直径，滚珠9可在环形凹槽15内进行周向滚动。外限位部14设置有多个沿周向分布的滚珠槽20，该滚珠槽20的长度方向沿外限位部14的轴向或与该轴向呈小于90度的夹角，滚珠9一一对应地插入该多个滚珠槽20，并可沿该滚珠槽20的长度方向滚动，该滚珠槽20贯穿外限位部14，该滚珠槽20的宽度不小于滚珠9的直径。装配时，将外限位部14安装到内限位部13的径向外侧，再将滚珠9从径向外侧一一装入滚珠槽20和内限位部13的环形凹槽15，从而通过滚珠9可移动地连接内限位部13和外限位部14，然后将径向限位部17通过螺栓21安装在外限位部14的径向外侧。

由此，可以通过滚珠9的滚动减少摩擦力，使第一段管路和第二段管路之间的轴向位移、角向偏转和周向扭转更加顺畅，并限制第二连接件2相对于第一连接件1的轴向移动范围，以防止第二连接件2与第一连接件1、第三连接件3之间脱开，还可以通过环形凹槽15的底部和径向限位部17限制滚珠9向径向内侧和径向外侧移动的范围，以防止滚珠9从径向脱出。

参照图9和图10，在另一些实施方式中，内限位部13设置有多个沿周向分布的限位孔23，限位孔23为设置在内限位部13的外周面131的盲孔，例如可以是圆孔或长孔或多边形孔或异形孔等等，多个滚珠9一一对应地插入多个限位孔23，外限位部14的内周面141沿轴向间隔设置有两个环形凸肩22，两个环形凸肩22的内侧的轴向距离大于滚珠9的直径，滚珠9可在两个环形凸肩22之间进行轴向或/和周向滚动，从而通过滚珠9可移动地连接内限位部13和外限位部14。

为了便于安装滚珠9，可以将外限位部14设置为分体式结构，例如设置为如图9所示的沿轴向剖开的结构，即由第一部分142和第二部分143组成外限位部14，或将外限位部14设置为沿径向剖开的结构，即由两个半环状结构组成，或将至少一个环形凸肩22设置为可拆卸的结构。

参照图10，为了便于安装滚珠9，也可以设置与两个环形凸肩22的内侧相通的滚珠安装通道24，例如孔或槽等结构，并在完成滚珠9的安装后用塞子25或其他方式将滚珠安装通道24封堵或关闭。

由此，可以通过滚珠9的滚动减少摩擦力，使第一段管路和第二段管路之间的轴向位移、角向偏转和周向扭转更加顺畅，并限制第二连接件2相对于第一连接件1的轴向移动范围，以防止第二连接件2与第一连接件1、第三连接件3之间脱开，还可以通过限位孔23的底部和外限位部14的内周面141限制滚珠9向径向内侧和径向外侧移动的范围，以防止滚珠9从径向脱出，可以不必设置径向限位部17，从而简化管路连接装置100的结构，缩小径向尺寸，以便于加工制造和装配。

需要注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一个实施方式”或“一些实施方式”并不一定是指同一实施方式。此外，本申请的一个或多个实施方式中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。例如，可以在外限位部14的内周面141设置环形凹槽，并在内限位部13的外周面131设置前述的限位孔23或其他滚珠限位结构，或者在内限位部13的外周面131沿轴向间隔设置两个环形凸肩，并在外限位部14设置前述的滚珠孔16或滚珠槽20或其他滚珠限位结构，等等。

在图1至图4、图8至图10所示的实施方式中，第二连接件2与第三连接件3位于第一连接件1的径向内侧，第一连接件1的外环面101提供内限位部13，从而可以简化管路连接装置100的结构，缩小径向尺寸，以便于加工制造和装配。在另一些实施方式中，也可以将内限位部13设置在第一连接件1的径向外侧。

参照图6，多个滚珠10的数量至少为三个，且沿周向均布，由此，可以使周向上的受力更加均衡，使第一段管路和第二段管路之间的轴向位移、角向偏转和周向扭转更加顺畅。

参照图2和图7，管路连接装置100还包括设置在第一连接件1、第二连接件2与第三连接件3之间的密封环19，密封环19可随着第二连接件2与第三连接件3轴向移动，密封环19在第二连接件2与第三连接件3的挤压下产生一定的径向膨胀变形，从而可以与第一连接件1保持径向贴合，以形成二次密封，对前述的内球面7和外球面8之间的密封起到补充和加强的作用，进一步增加管路连接装置100的密封性和可靠性，从而使管路连接装置100能够适用于更大的压力。

密封环19的材料可以采用石墨或包括石墨的复合材料，从而使密封环19具有润滑性，以便于随着第二连接件2与第三连接件3轴向移动，并减少内球面7和外球面8之间相对转动时的摩擦力，且可以承受较高的温度。

第一连接件1、第二连接件2、第三连接件3、第一限位结构11和第二限位结构12的材料可以采用不锈钢材料，以使管路连接装置100具有良好的耐高温性能和耐腐蚀性能。

该管路连接装置100通过弹簧5的弹力使第二连接件2与第三连接件3之间的内球面7与外球面8保持紧密接触，从而起到密封作用，并通过内球面7与外球面8组成的球面副6使第二连接件2与第三连接件3之间可以发生角向偏转和周向旋转，且第二连接件2与第三连接件3可相对于第一连接件1轴向移动，从而可以补偿被连接的两段管路之间的轴向位移和角向误差；通过设置第一限位结构11、第二限位结构12和周向分布的多个滚珠9，可以减少摩擦力，使第一段管路和第二段管路之间的轴向位移、角向偏转和周向扭转更加顺畅，并限制第二连接件2相对于第一连接件1的轴向移动范围，以防止第二连接件2与第一连接件1、第三连接件3之间脱开。

该管路连接装置100的结构简单，便于加工制造和装配，可以减少对管路进行装配校形或补加工或重新加工的概率，大幅度地提高管路的装配效率，缩短装配周期，降低装配成本，并能够有效地减少装配应力，且易于拆卸，从而能够更换或维修管路连接装置100的受损零件，以提高管路的使用寿命。该管路连接装置100不但适用于航空发动机的管路系统，还可以用于其他领域的管路系统。

根据本发明的一个或多个实施方式的空气管路用于涡轮发动机，包括前述的管路连接装置100。该空气管路具备良好的补偿调节能力，可以补偿管路之间的轴向位移和角向误差，可以减少对管路进行装配校形或补加工或重新加工的概率，大幅度地提高空气管路的装配效率，缩短装配周期，降低装配成本，并能够有效地减少装配应力，且易于拆卸和维护，从而可以提高空气管路的使用寿命。

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 (12)

1.管路连接装置，包括第一连接件、第二连接件和第三连接件，所述第一连接件用于连接第一段管路，所述第二连接件用于连接第二段管路，所述第三连接件与所述第一连接件之间设置有弹簧，所述弹簧的弹力使所述第三连接件压紧所述第二连接件，所述第二连接件与所述第三连接件之间通过球面副相配合，所述第二连接件与所述第三连接件可相对于所述第一连接件轴向移动，其特征在于，所述管路连接装置还包括周向分布的多个滚珠、第一限位结构和第二限位结构，所述第一限位结构设置于所述第一连接件，所述第二限位结构设置于所述第二连接件，所述第一限位结构和所述第二限位结构通过所述滚珠连接，所述第二限位结构通过所述滚珠相对所述第一限位结构进行移动和转动。

2.如权利要求1所述的管路连接装置，其特征在于，所述第一限位结构和所述第二限位结构的其中一个提供内限位部，所述第一限位结构和所述第二限位结构的其中另一个提供外限位部，所述外限位部位于所述内限位部的径向外侧，所述外限位部和所述内限位部通过所述滚珠连接。

3.如权利要求2所述的管路连接装置，其特征在于，所述第一限位结构和所述第二限位结构的其中一个还提供径向限位部，所述径向限位部限制所述滚珠向径向外侧移动的范围。

4.如权利要求3所述的管路连接装置，其特征在于，所述外限位部设置有多个沿周向分布的滚珠孔或滚珠槽，所述滚珠槽的长度方向沿所述外限位部的轴向或与所述轴向呈小于90度的夹角，所述滚珠一一对应地插入所述滚珠孔或所述滚珠槽，所述滚珠孔或所述滚珠槽贯穿所述外限位部，所述滚珠孔的直径或所述滚珠槽的宽度不小于所述滚珠的直径。

5.如权利要求2所述的管路连接装置，其特征在于，所述内限位部的外周面或所述外限位部的内周面设置有环形凹槽，所述滚珠可在所述环形凹槽内进行轴向或/和周向滚动。

6.如权利要求2所述的管路连接装置，其特征在于，所述内限位部的外周面或所述外限位部的内周面沿轴向间隔设置有两个环形凸肩，所述滚珠可在所述两个环形凸肩之间进行轴向或/和周向滚动。

7.如权利要求2至6中任一项所述的管路连接装置，其特征在于，所述第二连接件与所述第三连接件位于所述第一连接件的径向内侧，所述第一连接件的外环面提供所述内限位部。

8.如权利要求1至6中任一项所述的管路连接装置，其特征在于，所述管路连接装置还包括密封环，所述密封环与所述第一连接件、所述第二连接件和所述第三连接件相接触，并可随所述第二连接件和所述第三连接件轴向移动。

9.如权利要求8所述的管路连接装置，其特征在于，所述密封环的材料为石墨或包括石墨的复合材料。

10.如权利要求1至6中任一项所述的管路连接装置，其特征在于，所述多个滚珠的数量至少为三个，且沿周向均布。

11.如权利要求1至6中任一项所述的管路连接装置，其特征在于，所述管路连接装置还包括接管，所述第一连接件或/和所述第二连接件通过所述接管连接所述第一段管路或/和所述第二段管路。

12.空气管路，用于涡轮发动机，其特征在于，包括如权利要求1至11中任一项所述的管路连接装置。

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