CN2680949Y - 平衡式肘形挠性接管 - Google Patents

Abstract

平衡式肘形挠性接管，是一种呈90°弯曲结构的管路挠性连接件，其在管内流体的工作压力作用下可保持形状不变。它由管体及两端的接头构成，接头可为扣压式、三法兰结构等形式的胶管接头。管体由内胶层、骨架层和外胶层组成，其中骨架层是由纤维帘线按平衡性计算的角度缠绕构成的缠绕层。缠绕层有交叉的纵向缠绕层和环向缠绕层。本实用新型可用作管路系统直角转向部分的挠性连接件，以缓解管路系统中因热膨胀等因素产生的力和弯矩，补偿由于振动、冲击作用引起管路在三个自由度方向上的位移。本实用新型具有良好的平衡性，它在管内流体的工作压力作用下，轴向变形很小，面内或面外弯曲变形趋于零，形状可保持不变。

Description

平衡式肘形挠性接管

技术领域  本实用新型是一种呈90°弯曲结构的管路挠性连接件，其在管内流体的工作压力作用下可保持形状不变。

背景技术  在舰船和工业领域的一些重要管路系统中，由于振动、冲击和系统热冷缩等特殊环境因素的影响，会引起管路连接处或管路与设备之间产生一定的相对位移，严重时会损坏管路系统和设备。为防止这类位移引起的损害，需要有一种特殊结构的管路挠性连接件，它能够实现在三个自由度方向均具有良好的位移补偿能力。普通管路挠性连接件只能在两个方向上进行位移补偿，不能满足三向位移补偿的要求。根据弯曲结构的几何特性，采用呈90°弯曲形状的挠性软管可以实现在三个自由度方向上的位移补偿。但是在管路系统中，由于管内流体压力在弯曲处作用的不对称性，会在弯管部位产生较大的弯矩、扭矩和管壁内应力，如果使用弯曲形状的挠性软管，这些作用力和力矩会使管体发生变形。这种变形会对管系和设备产生附加的作用力和位移，严重时会影响系统的正常工作或带来严重的后果。通常，管路系统的弯曲部分采用金属弯头，因其管体刚度较大而具有较好的平衡性，可平衡弯矩、扭矩和管壁内应力的作用。显然使用弯曲型管路挠性连接件，在可实现三向位移补偿的情况下，还必须使其满足平衡性要求。平衡性的衡量指标是管路挠性连接件在管内流体工作压力作用下的长度变化率、弯曲变形和相应的反作用力。

经理论分析和实验研究发现，通过对具有肘形结构的橡胶软管骨架层进行特殊的设计，可使肘形橡胶软管实现平衡性要求。这种具有平衡特性的肘形橡胶软管，配合适当的胶管接头，用作管路系统直角转向部分的挠性连接件，可实现管路在三个自由度方向上的位移补偿，同时还具有良好的减振性能，满足管路系统减振抗冲要求。

目前，这种具有三向位移补偿能力的平衡式肘形挠性接管国内外还无相关产品。

发明内容本实用新型的目的是针对上述现状，旨在设计一种管体呈90°弯曲状，在管内流体的工作压力作用下可保持形状不变，在三个自由度方向上可补偿管路由于振动、冲击作用引起位移的平衡式管路挠性连接管。

本实用新型目的的实现方式为：平衡式肘形挠性接管，呈90°弯曲结构，它由管体及两端的接头构成，管体由内胶层1、骨架层2和外胶层3组成，中间的骨架层2是由纤维帘线缠绕构成的缠绕层，缠绕层由交叉的纵向缠绕层4、5组成，接头包括扣压式接头、三法兰式接头。

本实用新型可用作管路系统直角转向部分的挠性连接件，以缓解管路系统中因热膨胀等因素产生的力和弯矩，补偿由于振动、冲击作用引起管路在三个自由度方向上的位移。本实用新型具有良好的平衡性，它在管内流体的工作压力作用下，轴向变形很小，面内或面外弯曲变形趋于零，其形状可保持不变。

附图说明

图1本实用新型管体结构示意图

图2本实用新型管体A-A’剖面结构示意图

图3本实用新型骨架层纵向缠绕形式图

图4本实用新型骨架层环向缠绕形式图

图5扣压式胶管接头的本实用新型结构示意图

图6三法兰结构胶管接头的本实用新型结构示意图

具体实施方式  本实用新型由管体及两端的接头构成，管体由内胶层1、骨架层2和外胶层3组成。中间的骨架层2是由纤维帘线缠绕构成的缠绕层，缠绕层由交叉的纵向缠绕层4、5组成。接头包括为扣压式接头、三法兰式接头。

缠绕层还有环向缠绕层6，交叉的纵向缠绕层4、5、环向缠绕层6三层交替。

骨架层2由纤维帘线按新的平衡性设计原理计算的角度缠绕构成，缠绕角公式为：

式中，R为管体骨架层半径，r为管体弯管部分轴线的弯曲半径， 为管体弯管部分绕中心轴的偏转半径， $(r-R)\≤\tilde{r}\≤(r+R),$ 为管体截面圆周角，α为骨架纤维帘线的缠绕角，α₀为骨架纤维帘线初始缠绕角。

参照图1、2、3，纤维帘线采用纵向缠绕、环向缠绕，纵向缠绕层用来控制肘形橡胶软管管体轴向和弯曲变形，环向缠绕层用来控制肘形橡胶软管管体径向变形。

纵向缠绕、环向缠绕的缠绕角公式为：

式中，R为管体骨架层半径，r为管体轴线转角部分以O点为中心的弯曲半径， 为管体弯管部分绕中心轴的偏转半径， $r-R\≤\tilde{r}\≤r+R,$ 为管体截面圆周角，α_i为纤维帘线的缠绕角，i＝1表示帘线纵向正向缠绕，i＝2表示帘线纵向反向缠绕，i＝3表示帘线环向缠绕，α_0j为纤维帘线初始缠绕角，j＝1表示纵向缠绕，j＝2表示环向缠绕。

参照图3，纵向缠绕时的初始缠绕角α₀₁为： ${\mathrm{\α}}_{01}=\mathrm{arctg}\left(\frac{1.414r}{\tilde{r}}\right)$

参照图4，环向缠绕时的初始缠绕角α₀₂为： ${\mathrm{\α}}_{02}=\arccos \left(\frac{b}{2\mathrm{\πR}}\right)$

式中，b为环向缠绕层相邻两根纤维帘线间的距离，又称为纱带宽度，2d≤b≤10d，d为帘线直径。

纤维帘线按上述计算公式确定的角度交替进行纵向和环向缠绕，由此得到的肘形挠性接管具有良好的平衡性，它在管内流体的工作压力作用下，轴向变形很小，面内或面外弯曲变形趋于零，其形状可保持不变。

根据使用工作压力不同，本实用新型管体骨架层2骨架层材料为芳纶、聚酯、尼龙、涤纶等纤维帘线。

参照图5，扣压式胶管接头由芯杆8及其外的外套7、铜套9和铜套9外的连接件10构成，铜套9装在胶管端部去掉外胶层的部位，外套7扣压在装配好的芯杆8与管外。装配时铜套9装在胶管端部去掉外胶层的部位，与骨架层2直接接触，将外套7、芯杆8与软管装配以后，在专用的胶管接头扣压机上对外套7进行扣压，使接头组合件和胶管成为一个牢固的整体。连接件10根据使用部位、工作条件、压力高低、操作条件等多种因素可分别采用螺母或法兰，其中法兰可为固定法兰或活动法兰。

参照图6，三法兰接头由外法兰11、中间法兰12、内法兰13及其外的隔离套14构成，骨架层2帘线沿中间法兰12回绕后由内法兰13、外法兰11夹紧固定。

根据使用要求不同，肘形挠性接管接口通径≥20mm。

下面举出本实用新型实例：接口通径DN32的本实用新型结构参数如下：

纵向初始缠绕角  50°            环向初始缠绕角  89°

纱带宽度b       1.2mm           偏转半径     157mm

弯径r           133mm           芯模半径        19mm

内胶厚度        4.5mm           帘线直径        0.4mm

中胶厚度        2.0mm

纤维帘线在不同截面圆周角处的缠绕角如下表所示：

	纵向缠绕角(初始缠绕角为50°)		环向缠绕角α3(初始缠绕角为89°)
				α1	α2
	0°	50°				50°	89°
45°			51.2°	51.2°	89.05°
	90°	54.4°				54.4°	89.16°
135°			57.9°	57.9°	89.28°
	180°	59.4°				59.4°	89.33°

由此得到的平衡式肘形挠性接管在管内流体的工作压力作用下，轴向变形小于3mm，面内或面外弯曲变形小于1°，平衡反作用力小于20kg。

Claims (7)

1、平衡式肘形挠性接管，呈90°弯曲结构，由管体及两端的接头构成，管体由内胶层(1)、骨架层(2)和外胶层(3)组成，其特征在于中间的骨架层(2)是由纤维帘线缠绕构成的缠绕层，缠绕层由交叉的纵向缠绕层(4)、(5)组成，接头包括扣压式接头、三法兰式接头。

2、根据权利要求1所述的平衡式肘形挠性接管，其特征在于缠绕层有环向缠绕层(6)，交叉的纵向缠绕层(4)、(5)、环向缠绕层(6)三层交替。

3、根据权利要求1所述的平衡式肘形挠性接管，其特征在于骨架层(2)由纤维帘线按新的平衡性设计原理计算的角度缠绕构成，缠绕角公式为：

式中，R为管体骨架层半径，r为管体弯管部分轴线的弯曲半径， 为管体弯管部分绕中心轴的偏转半径， $(r-R)\≤\tilde{r}\≤(r+R),$ 为管体截面圆周角，α为骨架纤维帘线的缠绕角，a₀为骨架纤维帘线初始缠绕角。

4、根据权利要求1所述的平衡式肘形挠性接管，其特征在于扣压式胶管接头由芯杆(8)及其外的外套(7)、铜套(9)和铜套外的连接件(10)构成，铜套(9)装在胶管端部去掉外胶层的部位，外套(7)扣压在装配好的芯杆(8)与管外。

5、根据权利要求1所述的平衡式肘形挠性接管，其特征在于三法兰接头由外法兰(11)、中间法兰(12)、内法兰(13)及其外的隔离套(14)构成，骨架层(2)帘线沿中间法兰(12)回绕后由内法兰(13)、外法兰(11)夹紧固定。

6、根据权利要求1所述的平衡式肘形挠性接管，其特征在于骨架层(2)材料为芳纶、聚酯、尼龙、涤纶纤维帘线。

7、根据权利要求1所述的平衡式肘形挠性接管，其特征在于接管通径≥20mm。

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