[发明专利]一种基于球面承压原理的大尺寸高压管路补偿器

说明书

一种基于球面承压原理的大尺寸高压管路补偿器，包括：前内衬筒、后内衬筒、S形铠装波纹管、三角形底座、分离结构、限位结构、平衡拉杆；三角形底座和分离结构之间通过S形铠装波纹管固定连接。S形铠装波纹管的内部设置有通过周向重叠的球面连接部搭接的前内衬筒和后内衬筒。前内衬筒和后内衬筒的筒壁周向均布有用于平衡气压的节流孔，分离结构和限位结构通过球面副联接，三角形底座和限位结构之间通过多个周向均布的平衡拉杆固定连接。本发明拓宽了补偿器在高压大直径管路的应用领域，大幅度的提高了补偿器的承压能力。

技术领域

本发明涉及一种基于球面承压原理的大尺寸高压管路补偿器，属于热力管道系统技术领域。

背景技术

随着重型液体火箭发动机推力的增加，其管路压力也相应的大幅提高。若仍然采用硬管方案，导管应力水平较高或需要更多的变形空间，造成发动机可靠性和使用维护性降低，一般通过设置高压补偿器来避免以上问题。高压补偿器通常由波纹管、内衬筒和推力平衡装置组成，分别对应补偿器的补偿、导流和承压属性。补偿器工作时，高达几十吨甚至更高的压力推力作用在平衡装置上，极易引起破坏失效，因此补偿器的承压设计就显得尤为重要。

目前常用的补偿器的设计方案有：内铰型补偿器，外铰万向节型补偿器，如图8所示。两种补偿器均存在不足：1)内铰型补偿器，通过在波纹管内部设置三脚架或者关节轴承来承担拉力，造成波纹管直径变大，压力推力明显高于外铰型，且平衡装置工作在管路介质中，流阻损失大，可靠性不高，使用维护性差，不适用于高压管路补偿。2)外铰万向节型补偿器，由于传力路径过长，会使外铰内表面处于拉弯组合的应力状态，造成材料的局部静强度不足，因此，外铰万向节型补偿器不适用于大尺寸管路补偿。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种基于球面承压原理的大尺寸高压管路补偿器，大幅的提升了补偿器的承压能力，突破了补偿器在高压大直径管路领域应用的局限性。

本发明的技术方案是：

一种基于球面承压原理的大尺寸高压管路补偿器，包括：前内衬筒、后内衬筒、S形铠装波纹管、三角形底座、分离结构、限位结构、平衡拉杆；

三角形底座的一端焊接有外部高压管路，三角形底座的另一端焊接S形铠装波纹管的一端，S形铠装波纹管的另一端焊接分离结构的一端，分离结构的另一端与外部高压管路焊接，S形铠装波纹管的内部设置有前内衬筒和后内衬筒，所述前内衬筒的一端与分离结构的一端焊接固定，所述后内衬筒的一端与三角形底座的另一端焊接固定；所述前内衬筒的另一端和所述后内衬筒的另一端通过周向重叠的球面连接部搭接；

所述前内衬筒和后内衬筒的筒壁周向均布有节流孔，所述节流孔用于使筒壁内外的气压平衡；

分离结构的另一端的外壁和限位结构的内壁之间通过球面副联接，所述球面副和球面连接部的球心位置重合，所述球心位置位于S形铠装波纹管轴线中点；

三角形底座和限位结构之间通过多个周向均布的平衡拉杆固定连接。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1)本发明采用分离结构和限位结构形成的球形轴承作为承力部件，相比于传统平衡装置的轴鞘支承，大幅度的提高了补偿器的承压能力。

2)本发明摆脱了传力路径的限制，在大直径管路中，也不会产生较大的弯曲应力。

3)本发明平衡拉杆设置在S形铠装波纹管的外部，平衡拉杆与所述S形铠装波纹管之间不接触，流阻损失小，使用维护性好。

4)本发明平衡拉杆采用空间三角形布局，结构稳定性好。

5)本发明结构刚性好，相比于同规格的外铰万向节型平衡装置，刚度提高了约一个数量级。

6)本发明装配简单，使用维护性好。

附图说明