一种适用于低温贮罐的电控支撑连接装置及控制方法

本发明涉及低温贮罐的内胆支撑的技术领域，具体涉及一种适用于低温贮罐的电控支撑连接装置及控制方法。

背景技术：

目前，用于低温贮罐内胆固定的支撑连接结构主要有拉杆、链锁和球支撑等，这些传统的支撑结构的设计重点在于保障其在任何使用状态下的强度，但在绝热性能方面的设计仅仅停留在选材方面。一般能够保障承载强度的支撑杆，即使选用导热系数较低的材料，其绝热效果依然不明显，尤其是在航空航天领域，用于火箭、飞行器等低温贮罐的支撑结构，为了满足支撑杆在发射阶段的大强度要求，杆件的设计一般具有较大的传热接触面积以满足强度的要求，因此，当贮罐长期处于在轨阶段时，支撑杆较大的接触面积，较长的传热路径，导致其绝热性能较差。

为了解决上述问题，美国nasa研究人员根据低温贮罐在发射及在轨时的不同受力状态，设计了一种pods支撑结构(被动在轨支撑连接结构)，该结构在设计时考虑了飞行器在轨时的热力断开特性。在飞行器发射和在轨阶段，在温差和一定加速度的条件下使在轨管产生形变改变传热路径，即相对于发射阶段，在轨阶段时，pods的接触杆与冷端杆和螺母均不发生接触，降低了在轨时贮罐通过支撑结构的漏热量，但其并未实现精准电控。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种适用于低温贮罐的电控支撑连接装置及控制方法，能够降低贮罐通过支撑结构的漏热量并实现精准电控。

本发明采用的技术方案如下：

一种适用于低温贮罐的电控支撑连接装置，包括连接件、电控系统及组合式支撑杆；

组合式支撑杆两端固定连接有连接件，一端连接件为热端，另一端连接件为冷端；通过电控系统控制组合式支撑杆内部的连接或断开改变或阻断传热路径。

进一步地，所述连接件为轴承。

进一步地，所述组合式支撑杆包括内套管、外套管、绝热支撑杆ⅰ、绝热支撑杆ⅱ及滑动密封套；组合式支撑杆采用一组以上；

所述内套管与外套管滑动配合，内套管与外套管之间设置有滑动密封套；绝热支撑杆ⅰ固定连接在内套管内，绝热支撑杆ⅱ固定连接在外套管内，绝热支撑杆ⅰ与绝热支撑杆ⅱ在电控系统控制下连接或断开。

进一步地，所述绝热支撑杆ⅰ与绝热支撑杆ⅱ均为l形杆，通过l形杆的勾部交错连接或断开。

进一步地，所述组合式支撑杆包括固定杆和活动杆组件，固定杆与活动杆组件并列设置；

活动杆组件包括绝热支撑杆ⅲ、绝热支撑杆ⅳ及滑片结构；所述滑片结构设置在绝热支撑杆ⅳ上，由电控系统控制带动绝热支撑杆ⅳ与绝热支撑杆ⅲ接触或分离。

进一步地，所述绝热支撑杆ⅰ、绝热支撑杆ⅱ、绝热支撑杆ⅲ、绝热支撑杆ⅳ为平板结构。

进一步地，所述电控系统包括电机、压力传感器、电路板、支撑架及弹簧；

所述电机通过弹簧与组合式支撑杆一端固定连接，所述电路板通过支撑架固定在电机上，用于检测组合式支撑杆连接或断开的状态；所述电机上设有压力传感器，压力传感器感应外界压力变化，向电机传输工作或停止信号；电机工作时，控制组合式支撑杆处于连接状态，电机停止时，组合式支撑杆在弹簧作用下分离。

进一步地，所述组合式支撑杆材料为不锈钢、玻璃钢、玻璃纤维/环氧树脂、石墨/环氧树脂、硼/环氧树脂或氧化铝/环氧树脂；连接件材料为殷钢或不锈钢。

进一步地，所述电控系统替换为信号接收装置，所述信号接收装置接收外部控制信号，控制组合式支撑杆内部的连接或断开。

一种适用于低温贮罐的电控支撑连接装置控制方法，所述电控支撑连接装置接收外部的控制信号，控制组合式支撑杆内部的连接或断开改变或阻断传热路径；或由电控支撑连接装置内部传感器感应外界压力变化，向电控系统传输工作或停止信号，控制组合式支撑杆内部的连接或断开改变或阻断传热路径。

有益效果：

本发明根据贮罐所处状态的不同改变组合式支撑杆内部的接触方式改变传热路径，在保证支撑强度的基础上，改善支撑杆的绝热性能，降低贮罐通过支撑结构的漏热量。

其次，组合式支撑杆是不仅可以改变传热路径，甚至可以阻断通过这根杆的传热，通过电控系统实现更为精准的控制。

附图说明

图1为本发明实施例1的电控支撑连接装置在承载较大时的结构示意图；

图2为本发明实施例1的电控支撑连接装置在承载较小时的结构示意图；

图3为图2中a-a处剖面示意图；

图4为本发明实施例2的电控支撑连接装置的结构示意图；

图5为图4中b处局部放大示意图；

图6为固定杆的平面示意图；

图7为本发明实施例2提供的低温贮罐为球形时的平面示意图；

图8为本发明实施例2提供的低温贮罐为球形时的三维示意图；

其中，1-球型轴承，2-螺母，3-密封圈，4-内套管，5-绝热支撑杆ⅰ，6-滑动密封套，7-绝热支撑杆ⅱ，8-外套管，9-弹簧，10-电控系统，11-密封套，12-电机，13-压力传感器，14-密封橡胶圈，15-电机端盖，16-电路板，17-滑片结构，18-活动杆组件，19-固定杆，20-电机壳体。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种适用于低温贮罐的电控支撑连接装置，包括连接件、电控系统及组合式支撑杆；组合式支撑杆两端固定连接有连接件，一端连接件为热端，另一端连接件为冷端；通过电控系统控制组合式支撑杆内部的连接或断开改变或阻断传热路径。

连接件为轴承，可以为球轴承、滚子轴承、滚针轴承或关节轴承。

实施例1

本实施例提供了一种适用于低温贮罐的电控支撑连接装置，电控支撑连接装置包括球型轴承1、组合式支撑杆及电控系统10。

如图1所示，其中，组合式支撑杆采用套筒式结构，包括内套管4、外套管8、绝热支撑杆ⅰ5、绝热支撑杆ⅱ7及滑动密封套6。内套管4与外套管8滑动配合，内套管4与外套管8之间设置有滑动密封套6；绝热支撑杆ⅰ5固定连接在内套管4内，绝热支撑杆ⅱ7固定连接在外套管8内。内套管4通过螺母2与球型轴承1固定连接，且二者之间设有密封圈3。该端球型轴承1为冷端。

绝热支撑杆ⅰ5与绝热支撑杆ⅱ7均为l形杆，通过l形杆的勾部交错连接或断开。绝热支撑杆ⅰ5与绝热支撑杆ⅱ7可以为平板结构。

内套管4和外套管8的材料可以选择s-玻璃纤维环氧树脂和石墨纤维环氧树脂等，由于整个过程贮罐处于在轨阶段的时间最长，优选地为在轨阶段绝热性能更好的石墨纤维环氧树脂。绝热支撑杆ⅰ5、绝热支撑杆ⅱ7的材料可选择环氧玻璃钢和不锈钢等，优选地采用绝热性能更好、强度更高的环氧玻璃钢材料。球型轴承1、螺母2的材料可以选择殷钢或奥氏体不锈钢等材料，优选地采用强度更好的奥氏体不锈钢。

电控系统10包括电机12、压力传感器13、电路板16、支撑架及弹簧9；电机12一端通过弹簧9与外套管8一端固定连接，电机12另一端为电机端盖，如图3所示，电机端盖15通过螺母2与球型轴承1固定连接，电机端盖15与螺母2之间设有密封套11。该端球型轴承1为热端。电机端盖15与电机壳体20之间设有密封橡胶圈14，以起到防尘、减震的作用。电路板16通过支撑架固定在电机12上，用于检测绝热支撑杆ⅰ5与绝热支撑杆ⅱ7的连接或断开状态；压力传感器13设置在电机壳体20内壁，压力传感器13感应外界压力变化，向电机12传输工作或停止信号；电机12工作时，带动外套管8相对内套管4滑动，使得绝热支撑杆ⅰ5与绝热支撑杆ⅱ7连接，电机12停止时，如图2所示，在弹簧9作用下，外套管8带动绝热支撑杆ⅱ7与绝热支撑杆ⅰ5分离。

使用时，可以选择采用一组以上组合式支撑杆设置在贮罐内胆与贮罐外壳之间或贮罐内胆与机动平台之间，也可以采用实施例1中的组合式支撑杆和固定杆19组合的形式，根据低温贮罐所处环境和受力状态的不同，选择不同的数量。

如图6所示，固定杆19两端分别通过螺母2与球型轴承1固定连接。固定杆19的材料可以选择不锈钢或环氧玻璃钢等，但优选地为导热系数较小但强度较高的环氧玻璃钢材料，一方面保证具有较好的绝热性能，另一方面保证具有足够的强度，且易于加工制造。本领域技术人员可以理解的是，除了上述材料外，还可以选择其他材料。

该电控支撑连接装置控制方法如下：

采用组合式支撑杆和固定杆19组合的形式，当低温贮罐承受压力较大时，压力传感器13感应到电磁信号，将信号传输到电机12，电机12驱动滑动外套管8压紧弹簧9，相对内套管4向电机12滑动，内套管4内部的绝热支撑杆ⅰ5与外套管8内部的绝热支撑杆ⅱ7的勾型表面相互接触，如图1所示，用以增大支撑杆的承载能力，与固定杆19共同承受较大载荷，保证贮罐的稳定和安全性；当低温贮罐所受压力较小时，压力逐渐减小到低于设定值时，电机12断电停止工作，弹簧9回到初始状态，带动外套管8相对内套管4向冷端方向滑动，内套管4内部的绝热支撑杆ⅰ5与外套管8内部的绝热支撑杆ⅱ7的勾型表面分离，接触断开，如图2所示，用以减少通过支撑杆的传热路径，降低通过支撑杆的漏热。

低温贮罐承受压力较大时，通过电控支撑连接装置的传热路径为：热端的球型轴承1—热端的螺母2—电控系统10—弹簧9—外套管8—外套管8内部的绝热支撑杆ⅱ7—内套管4内部的绝热支撑杆ⅰ5—内套管4—冷端的螺母2—冷端的球型轴承1。内套管4内部的绝热支撑杆ⅰ5与外套管8内部的绝热支撑杆ⅱ7之间的传热接触面积为两杆的勾型表面。

低温贮罐承受压力较小时，通过电控支撑连接装置的传热路径为：热端的球型轴承1—热端的螺母2—电控系统10—弹簧9—外套管8—内套管4—冷端的螺母2—冷端的球型轴承1，传热路径减少，提高了支撑杆的绝热性能，降低了通过支撑杆的漏热。

由此可见组合式支撑杆内部的连接或断开改变了传热路径。

实施例2

本实施例提供了一种适用于低温贮罐的电控支撑连接装置，包括球型轴承1、组合式支撑杆及信号接收装置。

如图4所示，其中，组合式支撑杆包括固定杆19和活动杆组件18，固定杆19与活动杆组件18并列设置，均设置在贮罐内胆与贮罐外壳之间或设置在贮罐内胆与机动平台之间。

固定杆19和活动杆组件18根据低温贮罐所处环境和受力状态的不同，选择不同的数量。

活动杆组件18采用滑槽式结构，包括绝热支撑杆ⅲ、绝热支撑杆ⅳ及滑片结构17；滑片结构17设置在绝热支撑杆ⅳ上，由电控系统10控制带动绝热支撑杆ⅳ与绝热支撑杆ⅲ接触或分离。滑片结构17由两个薄片上下压紧组成，下方薄片上设有滑槽，上方薄片上固定有螺丝，下方薄片固定不动，上方薄片固定在绝热支撑杆ⅳ上，螺丝沿下方薄片上的滑槽移动，带动上方薄片移动，使得绝热支撑杆ⅳ与绝热支撑杆ⅲ接触或分离。活动杆组件18的材料可选择环氧玻璃钢、不锈钢和复合树脂类材料，但此实施案例优选地为绝热性能更好、强度更高的环氧玻璃钢材料。

如图5所示，绝热支撑杆ⅲ、绝热支撑杆ⅳ为l型平板结构，二者勾型表面面接触。

该电控支撑连接装置控制方法如下：

当低温贮罐处于发射阶段时，支撑杆需要承受较大的载荷，为保障支撑强度，由航空航天测控中心发出信号，信号接收装置接收该信号，控制活动杆组件18的滑片结构17相对滑动，使绝热支撑杆ⅲ、绝热支撑杆ⅳ的勾型表面相互接触，保障支撑强度；当低温贮罐处于在轨阶段，所受外界载荷较小时，由航空航天测控中心发出信号，信号接收装置接收该信号，绝热支撑杆ⅲ、绝热支撑杆ⅳ的两个勾型表面接触断开，在此电控控制下传热路径被阻断，增强了支撑杆的绝热性能，减少了低温贮罐通过支撑杆的漏热量。

如图7、图8所示，可以应用在用于支撑车用、无人机用有外壳低温贮罐上，也可以应用在用于支撑航空航天用无外壳低温贮罐上。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。