CN116379231A - 用于液氧输送的柔性低温复合软管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于液氧输送的柔性低温复合软管，包括内线圈、外线圈及设置在内线圈与外线圈之间的柔性管主体；所述柔性管主体包括包覆在内线圈外表面的具有液氧相容性且液氧不可透过的液氧相容层、包覆在液氧相容层外表面且具有低温强韧性及密封性的加固层以及包覆在加固层外表面且具有耐磨耐老化性的保护层。本发明的柔性低温复合软管，其重量轻、弯曲半径小，且采用了具有液氧相容性的聚合物作为内层及密封层，不仅能够代替真空绝热金属波纹管对液氧等低温液体介质进行大流量输送，且安全性高。

Description

用于液氧输送的柔性低温复合软管

技术领域

本发明涉及低温复合软管技术领域，具体涉及一种用于液氧输送的柔性低温复合软管。

背景技术

对于液体火箭发动机，其需要大量的液氧、液氢等燃料。目前，对于液氧输送，普遍使用真空绝热金属波纹管，但是真空绝热金属波纹管具有质量重、弯曲半径大等缺点，不能很好地满足低温介质大流量输送需求，因此，对液氧输送管道的减重和柔性改善有着迫切的需求。虽然目前工程上已有利用柔性低温复合软管代替真空绝热金属波纹管用于低温介质运输，但这种复合软管主要用于液化天然气低温介质，并不适合用于液氧输送，其用于液氧输送时容易在机械冲击、摩擦、静电等点火源存在的情况下出现燃烧爆炸等重大安全事故。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于液氧输送的柔性低温复合软管，能满足低温液氧的大流量输送需求，且安全性高。

本发明采用的技术方案为：

用于液氧输送的柔性低温复合软管，包括内线圈、外线圈及设置在内线圈与外线圈之间的柔性管主体；

所述柔性管主体包括：

包覆在内线圈外表面的具有液氧相容性且液氧不可透过的液氧相容层；

包覆在液氧相容层外表面且具有低温强韧性及密封性的加固层；

包覆在加固层外表面且具有耐磨耐老化性的保护层。

进一步地，所述液氧相容层由聚合物套筒及聚合物薄膜层构成，且所述液氧相容层的聚合物套筒设置至少1层，所述液氧相容层的聚合物薄膜层设置至少1层。

进一步地，所述液氧相容层的聚合物套筒及聚合物薄膜层的材质为含氟聚合物。

进一步地，所述液氧相容层的含氟聚合物为全氟正丙基乙烯基醚-四氟乙烯共聚物(PFA)、聚全氟乙丙烯(FEP)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)中的至少一种。

在上述技术方案中，柔性低温复合软管的最内层采用液氧相容性且液氧不可透过的液氧相容层，能保证在液氧输送过程中的安全性，防止发生燃烧爆炸等安全事故。

进一步地，所述加固层包括低温强韧性聚合物层及设置在低温强韧性聚合物层内侧、外侧的密封层；

所述低温强韧性聚合物层由具有低温强韧性的聚合物编织物层及聚合物薄膜层构成，且所述低温强韧性聚合物层的聚合物编织物层设置至少1层，所述低温强韧性聚合物层的聚合物薄膜层设置至少5层；

所述密封层由具有液氧相容性的聚合物密封套筒及聚合物薄膜层构成，且所述密封层的聚合物密封套筒设置至少1层，所述密封层的聚合物薄膜层设置至少5层。

进一步地，所述低温强韧性聚合物层的聚合物编织物层及聚合物薄膜层的材质为聚酰亚胺、聚酯、聚丙烯、超高分子量聚乙烯中的至少一种。

进一步地，所述密封层的聚合物密封套筒及聚合物薄膜层的材质为含氟聚合物。

进一步地，所述密封层的含氟聚合物为全氟正丙基乙烯基醚-四氟乙烯共聚物(PFA)、聚全氟乙丙烯(FEP)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)中的至少一种。

在上述技术方案中，由于液氧相容层所采用的聚合物材料的低温力学性能较差，因此在液氧相容层外层设置加固层，且该加固层不仅需要提高软管的低温力学性能，尤其是低温强韧性，而且还需保证软管的密封性，故将加固层设计为夹层结构，采用具有液氧相容性的密封层将低温强韧性聚合物层的内外两侧包覆。

进一步地，所述保护层由具有耐磨耐老化性的聚合物编织物层及聚合物薄膜层构成，且所述保护层的聚合物编织物层设置至少1层，所述保护层的聚合物薄膜层设置至少1层。

进一步地，所述保护层的聚合物编织物层及聚合物薄膜层的材质为聚酯、超高分子量聚乙烯、尼龙中的至少一种。

本发明的有益效果为：

本发明所提供的一种用于液氧输送的柔性低温复合软管，其重量轻、弯曲半径小，且采用了具有液氧相容性的聚合物作为内层及密封层，不仅能够代替真空绝热金属波纹管对液氧进行大流量输送，且安全性高；另外，本发明的柔性低温复合软管可用于输送温度在-196～-120℃的低温液体介质，即除液氧外，还适用于输送液氮、液化天然气等低温液体介质。

附图说明

为了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为本发明复合软管的透视图；

图2为本发明复合软管的横截面图。

图中标注：

1.内线圈；2.外线圈；3.柔性管主体；31.液氧相容层；32.加固层；321.低温强韧性聚合物层；322.内密封层；323.外密封层；33.保护层。

具体实施方式

本发明提供了一种用于液氧输送的柔性低温复合软管，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

实施例1

参照图1及图2，本实施例提供一种用于液氧输送的柔性低温复合软管，包括内线圈1、外线圈2及设置在内线圈与外线圈之间的柔性管主体3；上述内线圈及外线圈均为金属丝，且内线圈1形成柔性低温复合软管的内径，外线圈2形成柔性低温复合软管的外径，柔性管主体3被夹紧在内线圈、外线圈之间；

上述柔性管主体3具体包括：

包覆在内线圈外表面的具有液氧相容性且液氧不可透过的液氧相容层31；

包覆在液氧相容层外表面且具有低温强韧性及密封性的加固层32；

包覆在加固层外表面且具有耐磨耐老化性的保护层33。

具体地，上述液氧相容层31由聚合物套筒及聚合物薄膜层构成，所述液氧相容层的聚合物套筒及聚合物薄膜层分别设置1层，且聚合物套筒包覆在聚合物薄膜层的外面；该液氧相容层31的聚合物套筒及聚合物薄膜层的材质为含氟聚合物，具体可采用聚三氟氯乙烯(PCTFE)或乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)。

上述加固层32包括低温强韧性聚合物层321及设置在低温强韧性聚合物层内侧、外侧的内密封层322、外密封层323；其中，低温强韧性聚合物层321由具有低温强韧性的聚合物编织物层及聚合物薄膜层构成，其中低温强韧性聚合物层321中聚合物编织层设置2层，聚合物薄膜层设置5层并紧密缠绕，且2层聚合物编织物层缠绕在聚合物薄膜层的外面；内密封层322及外密封层323由具有液氧相容性的聚合物密封套筒及聚合物薄膜层构成，且内密封层322及外密封层323的聚合物密封套筒均设置2层，内密封层322及外密封层323的聚合物薄膜层均设置5层，且内密封层322及外密封层323的聚合物套筒均包覆在相应的聚合物薄膜层的外面。

另外，上述低温强韧性聚合物层321的聚合物编织物层及聚合物薄膜层的材质为聚酰亚胺或聚酯或聚丙烯或超高分子量聚乙烯(分子量150万以上的无支链的线性聚乙烯)。上述内密封层322及外密封层323的聚合物密封套筒及聚合物薄膜层的材质为含氟聚合物，具体为全氟正丙基乙烯基醚-四氟乙烯共聚物(PFA)或聚全氟乙丙烯(FEP)或聚三氟氯乙烯(PCTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)。

上述保护层33由具有耐磨耐老化性的聚合物编织物层及聚合物薄膜层构成，且所述保护层的聚合物编织物层设置一层，聚合物薄膜层设置5层，且聚合物编织物层缠绕在聚合物薄膜层的外面；该保护层33的聚合物编织物层及聚合物薄膜层的材质为聚酯或超高分子量聚乙烯或尼龙。

实施例2

参照图1及图2，本实施例提供一种用于液氧输送的柔性低温复合软管，包括内线圈1、外线圈2及设置在内线圈与外线圈之间的柔性管主体3；上述内线圈及外线圈均为金属丝；

上述柔性管主体3具体包括：

包覆在内线圈外表面的具有液氧相容性且液氧不可透过的液氧相容层31；

包覆在液氧相容层外表面且具有低温强韧性及密封性的加固层32；

包覆在加固层外表面且具有耐磨耐老化性的保护层33。

具体地，上述液氧相容层31由聚合物套筒及聚合物薄膜层构成，且所述液氧相容层的聚合物套筒设置2层，聚合物薄膜层设置6层，且聚合物套筒包覆在聚合物薄膜层的外面；该液氧相容层31的聚合物套筒及聚合物薄膜层的材质为含氟聚合物，具体可采用聚三氟氯乙烯(PCTFE)与乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)的混合物。

上述加固层32包括低温强韧性聚合物层321及设置在低温强韧性聚合物层内侧、外侧的内密封层322、外密封层323；其中，低温强韧性聚合物层321由具有低温强韧性的聚合物编织物层及聚合物薄膜层构成，其中低温强韧性聚合物层321中聚合物编织层设置1层，聚合物薄膜层设置15层并紧密缠绕，且聚合物编织物层缠绕在聚合物薄膜层的外面；内密封层322及外密封层323由具有液氧相容性的聚合物密封套筒及聚合物薄膜层构成，且内密封层322及外密封层323的聚合物密封套筒均设置1层，内密封层322及外密封层323的聚合物薄膜层设置20层，且内密封层322及外密封层323的聚合物套筒均包覆在相应的聚合物薄膜层的外面。

另外，上述低温强韧性聚合物层321的聚合物编织物层及聚合物薄膜层的材质为聚酰亚胺与聚酯的混合物。上述内密封层322及外密封层323的聚合物密封套筒及聚合物薄膜层的材质为含氟聚合物，具体为全氟正丙基乙烯基醚-四氟乙烯共聚物(PFA)与聚全氟乙丙烯(FEP)的混合物。

上述保护层33由具有耐磨耐老化性的聚合物编织物层及聚合物薄膜层构成，且所述保护层的聚合物编织物层设置2层，聚合物薄膜层设置1层，且聚合物编织物层缠绕在聚合物薄膜层的外面；该保护层33的聚合物编织物层及聚合物薄膜层的材质为聚酯与超高分子量聚乙烯的混合物。

另外，需要说明的是，上述实施例1、2中所述及的液氧相容层、加固层及保护层中的聚合物薄膜层的厚度优选为0.01～0.1mm(具体到本实施例1、2中聚合物薄膜层的厚度为0.04mm)，所述及的液氧相容层、加固层及保护层中聚合物套筒的厚度优选为0.02～0.2mm(具体到本实施例1、2中聚合物套筒的厚度为0.1mm)，所述及的加固层及保护层中聚合物编织物层的厚度优选为0.05～0.3mm(具体到本实施例1、2中聚合物编织物层的厚度为0.15mm)，且为保证复合软管的柔性，上述液氧相容层、加固层及保护层中各聚合物套筒及聚合物编织物层的层数优选不超过5层。

另外，对上述实施例1、实施例2得到的低温复合软管根据中华人民共和国航天行业标准QJ3177-2003《液氧和加压氧环境中材料对机械冲击敏感性的试验方法》和ASTMD2512–95进行液氧相容性测试，实施例1及实施例2的低温复合软管的内层材料表面均未出现液氧敏感性反应，即未出现焦黑、闪火星、燃烧及爆炸等现象，说明其具有良好的液氧相容性；对上述实施例1、实施例2得到的低温复合软管根据BS EN 13766:2010标准进行耐压测试，其在液氮流体介质(或温度高于液氮的其它低温介质)中工作压力≤1.3MPa条件下能符合耐压要求。

需要说明的是，本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.用于液氧输送的柔性低温复合软管，其特征在于，包括内线圈、外线圈及设置在内线圈与外线圈之间的柔性管主体；

所述柔性管主体包括：

包覆在内线圈外表面的具有液氧相容性且液氧不可透过的液氧相容层；

包覆在液氧相容层外表面且具有低温强韧性及密封性的加固层；

包覆在加固层外表面且具有耐磨耐老化性的保护层。

2.根据权利要求1所述的用于液氧输送的柔性低温复合软管，其特征在于，所述液氧相容层由聚合物套筒及聚合物薄膜层构成，且所述液氧相容层的聚合物套筒设置至少1层，所述液氧相容层的聚合物薄膜层设置至少1层。

3.根据权利要求2所述的用于液氧输送的柔性低温复合软管，其特征在于，所述液氧相容层的聚合物套筒及聚合物薄膜层的材质为含氟聚合物。

4.根据权利要求3所述的用于液氧输送的柔性低温复合软管，其特征在于，所述液氧相容层的含氟聚合物为全氟正丙基乙烯基醚-四氟乙烯共聚物、聚全氟乙丙烯、聚三氟氯乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的用于液氧输送的柔性低温复合软管，其特征在于，所述加固层包括低温强韧性聚合物层及设置在低温强韧性聚合物层内侧、外侧的密封层；

所述低温强韧性聚合物层由具有低温强韧性的聚合物编织物层及聚合物薄膜层构成，且所述低温强韧性聚合物层的聚合物编织物层设置至少1层，所述低温强韧性聚合物层的聚合物薄膜层设置至少5层；

所述密封层由具有液氧相容性的聚合物密封套筒及聚合物薄膜层构成，且所述密封层的聚合物密封套筒设置至少1层，所述密封层的聚合物薄膜层设置至少5层。

6.根据权利要求5所述的用于液氧输送的柔性低温复合软管，其特征在于，所述低温强韧性聚合物层的聚合物编织物层及聚合物薄膜层的材质为聚酰亚胺、聚酯、聚丙烯、超高分子量聚乙烯中的至少一种。

7.根据权利要求5所述的用于液氧输送的柔性低温复合软管，其特征在于，所述密封层的聚合物密封套筒及聚合物薄膜层的材质为含氟聚合物。

8.根据权利要求7所述的用于液氧输送的柔性低温复合软管，其特征在于，所述密封层的含氟聚合物为全氟正丙基乙烯基醚-四氟乙烯共聚物、聚全氟乙丙烯、聚三氟氯乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的用于液氧输送的柔性低温复合软管，其特征在于，所述保护层由具有耐磨耐老化性的聚合物编织物层及聚合物薄膜层构成，且所述保护层的聚合物编织物层设置至少1层，所述保护层的聚合物薄膜层设置至少1层。

10.根据权利要求9所述的用于液氧输送的柔性低温复合软管，其特征在于，所述保护层的聚合物编织物层及聚合物薄膜层的材质为聚酯、超高分子量聚乙烯、尼龙中的至少一种。

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