一种多维度高速飞行能实时高效排放的隔膜密封夹持组件的制作方法

1.本技术涉及压力容器设计技术领域，具体而言，涉及一种多维度高速飞行能实时无阻滞高效排放的隔膜密封夹持组件。


背景技术：

2.随着科技技术的不断进步，对小型飞行器在高空快速飞行、飞行中实时工作、各种苛刻的空间环境也提出了很高的要求，落压式隔膜贮箱需要经历地面测试重力环境、微重力环境、高真空环境、返回段真空大气环境(50km以上)、短期过载环境等严苛空间环境。而现有隔膜贮箱的传统设计，在高速飞行状态下，存在封液、排放效率不高，实时性不强，气液互相渗透、密封性不好的技术问题，以及，焊接热量对非金属隔膜与薄壁金属壳体一体成型后，隔膜易损坏的不足。
3.针对相关技术中，传统隔膜贮箱在高速飞行状态下，存在排放效率不高、实时性不强、密封性不好的技术问题，以及，焊接热影响对隔膜损伤的不足，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

4.本技术的主要目的在于提供一种多维度高速飞行能实时高效排放的隔膜密封夹持组件，通过橡胶隔膜采用超薄、超柔软多棱筋，实现多维度无阻滞实时高效排放，通过铆钉式l型组合环夹持方式实现零夹气密封隔离，同时通过焊接衬底解决超薄焊接难题，减少焊接热影响对隔膜的损伤。
5.为了实现上述目的，本技术提供了一种多维度高速飞行能实时高效排放的隔膜密封夹持组件。
6.根据本技术的多维度高速飞行能实时高效排放的隔膜密封夹持组件，包括：夹持结构以及隔膜结构，其中：夹持结构包括外夹持环以及内夹持环；隔膜结构包括橡胶隔膜以及密封环；橡胶隔膜与密封环通过外夹持环与内夹持环组装压紧在一起，并且密封环夹持固定在外夹持环与内夹持环之间；密封夹持组件通过所述外夹持环与贮箱薄壁壳体焊接连接。
7.进一步的，外夹持环横截面为倒l型，内夹持环的横截面为正l型，外夹持环与内夹持环配合连接形成矩形空间；密封环夹持固定在外夹持环与内夹持环之间，且位于矩形空间内。
8.进一步的，外夹持环的顶端垂直向上延伸形成有连接端，外夹持环的连接端与内夹持环的上端环壁通过铆钉连接固定形成矩形空间。
9.进一步的，外夹持环的底端外侧形成有焊接衬底，密封夹持组件通过焊接衬底与贮箱上壳体和贮箱下壳体焊接连接。
10.进一步的，密封夹持组件、贮箱上壳体、贮箱下壳体之间的焊接采用氩弧焊，焊接衬底距离密封环的距离不小于18mm。
11.进一步的，外夹持环的与贮箱壳体内壁紧贴的圆环面上开设有通孔槽。
12.进一步的，通孔槽的宽度在4mm～6mm之间，沿外夹持环的圆环面均布3～5个。
13.进一步的，橡胶隔膜的材料为丁基橡胶，厚度在0.8mm～1.0mm之间。
14.进一步的，橡胶隔膜的外表面均布有若干多棱筋。
15.进一步的，多棱筋为半圆棱；多棱筋与橡胶隔膜一体成型。
16.在本技术实施例中，提供一种多维度高速飞行能实时高效排放的隔膜密封夹持组件，具有良好的气液密封性能，具有与超薄壁壳体间良好的刚性支撑和防止焊接热影响的能力，具有在高速飞行状态下能实现多维度无阻滞高排放效率排放液体的能力，对于贮箱在超低压加速环境下实时供应很实用，同时提高了产品排放可靠性、运行安全性。具体如下：
17.(1)本技术针对气液共体落压式隔膜贮箱“零夹气”脱气去离子水供应高要求，提出了一种隔膜密封夹持组件，实现了夹持环矩形空间与隔膜结构密封环的多面接触挤压式紧密贴合，同时具备了高低温环境(已考核
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10℃～+70℃)下的高密封性能，改善了传统双面压紧密封的模式受热涨冷缩等影响出现密封效果不佳的不足，达到了气液高效密封的目的。
18.(2)针对贮箱壳体高温氩弧焊产生较大热量容易损伤橡胶隔膜的现状，在密封夹持组件上设置焊接衬底，焊接衬底远离隔膜结构密封环18mm～23mm，有效降低了焊接传递热对橡胶的影响，使传递的温度降低至橡胶材料可接受的范围，从而有效避免了焊接热影响，同时为超薄壁壳体(0.4mm)焊接提供了刚性支撑，使隔膜组装焊接成为可能，有效避免了焊接热量过大导致橡胶隔膜受损粘连等缺陷而出现气液渗透及液体无法排出。
19.(3)针对贮箱在低压高速飞行环境下实现多维度实时无阻滞液体供给、高排放效率液体排放的高标准要求，在橡胶隔膜外表面上设置多棱筋，避免贮箱运行过程中橡胶隔膜与贮箱内壁大面积贴合而形成密封带阻止了液体的供应，使液体排放效率达到了99％以上。
20.综上，本技术的多维度高速飞行能实时高效排放的隔膜密封夹持组件，橡胶隔膜采用超薄、超柔软多棱筋实现多维度无阻滞实时高效排放，铆钉式l型组合环夹持方式实现了零夹气密封隔离，同时通过焊接衬底解决了超薄焊接难题。
附图说明
21.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，使得本技术的其它特征、目的和优点变得更明显。本技术的示意性实施例附图及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
22.图1是根据本技术实施例提供的一种多维度高速飞行能实时高效排放的隔膜密封夹持组件的整体结构示意图；
23.图2是根据本技术实施例提供的一种多维度高速飞行能实时高效排放的隔膜密封夹持组件的剖面结构示意图；
24.图3是根据本技术实施例提供的隔膜结构的局部放大结构示意图；
25.图4是根据本技术实施例提供的夹持结构的局部放大结构示意图；
26.图中：1
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外夹持环，2
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内夹持环，3
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铆钉，4
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焊接衬底，5
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橡胶隔膜，6
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密封环，7
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多
棱筋，8
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通孔槽。
具体实施方式
27.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
28.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
29.在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
30.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
31.另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。
32.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
33.隔膜密封夹持组件主要是实现落压式隔膜贮箱内气、液分离，满足液腔“零夹气”脱气去离子水供应。同时确保贮箱在高速飞行过程中液体不受加速度等力学环境影响能满足实时高排放效率排放。其结构设计既需要解决贮箱内高品质密封问题，又要解决高速状态下实时高效率供应，弥补传统设计排放效率不高、密封性不好、焊接热影响大的不足。
34.其难点在于：其一、系统对排放液体要求高，要确保液腔是“零夹气”的脱气去离子水，其隔离界面的密封性能存在一定的风险和技术难题，这对作为气液隔离界面的隔膜夹持组件密封性能提出了更高的要求，不允许气腔内的气体渗透至液腔内。其二、落压式隔膜贮箱壳体为超薄壁壳体(壁厚0.4mm)，其气腔壳体、隔膜夹持组件与液腔壳体三部分间是通过焊接而成，气液腔隔离界面属于非金属材料与金属材料间接触，在焊接过程中会产生高温热量，并通过金属夹持结构热传导作用容易导致密封位置橡胶受热受损而发生粘连，存在高温易受损的技术难题，无法实现高效密封。其三、该落压式隔膜贮箱是在高速飞行环境中，需要经受各种恶劣环境考核，同时，要实现多维度状态下实时供应去离子水，存在多维度高速、实时供应容易受动力学环境影响出现限流、滞流、阻流等技术难题，一方面供应过程中流率不允许受到影响，另一方面应确保贮箱高排放效率排放。
35.针对落压式隔膜贮箱实现“零夹气”去离子水供应的气液腔高效隔离与密封、焊接
高温热应力导致橡胶密封接触点粘连和多维度高速飞行下的液腔高排放效率排放三大技术难题，本技术提供了一种多维度高速飞行能实时高效排放的隔膜密封夹持组件的新型设计，即采用超薄超软多棱式隔膜设计结构实现了贮箱在超低压加速环境的多维度实时高效排放(排放效率达到了99％以上)，实现了橡胶隔膜5在加速度运行环境下平稳翻转，避免了液体排放时质心偏移，为小型飞行器飞行姿态的精确控制提供了便利。采用寿命性能较优的隔膜材料丁基橡胶减少了气体渗透而实现了“零夹气”密封隔离，确保了脱气去离子水供应。引进新型铆钉式金属夹持环组合结构进行锁底焊接避免了焊接过程中高温传热对隔膜结构的影响。本技术涉及的结构已在某型号着陆器上成功通过飞行验证。
36.本技术实施例的一种多维度高速飞行能实时高效排放的隔膜密封夹持组件，包括：夹持结构以及隔膜结构，其中：夹持结构包括外夹持环1以及内夹持环2；隔膜结构包括橡胶隔膜5以及密封环6；橡胶隔膜5与密封环6通过外夹持环1与内夹持环2组装压紧在一起，并且密封环6夹持固定在外夹持环1与内夹持环2之间；密封夹持组件通过外夹持环1与贮箱薄壁壳体焊接连接。
37.具体的，外夹持环1设置在紧贴超薄壁壳体内壁圆周上，与内夹持环2配套使用，用于夹持固定隔膜结构。橡胶隔膜5采用丁基橡胶材料，选择原则是与存储介质具有良好的i级相容性，丁基橡胶材料与去离子水具有良好的相容性，橡胶隔膜5厚度一般取0.8mm～1.0mm，其主要目的是隔离贮箱内气体和液体，并通过隔膜翻转时气体推动液体在微重力或恶劣的加速度环境下能够满足供给要求。外夹持环1与内夹持环2的组装，可以采用铆钉等连接方式，本技术不作具体限定，均属于本技术保护范围。外夹持环1与贮箱薄壁壳体(包括贮箱上壳体和贮箱下壳体)焊接连接，巧妙实现非金属组件与金属组件的“一体成型”，实现了“零渗透”的密封效果，同时通过非金属橡胶隔膜5的参与实现隔膜翻转。
38.更进一步的，外夹持环1横截面为倒l型，内夹持环2的横截面为正l型，外夹持环1与内夹持环2配合连接形成矩形空间；密封环6夹持固定在外夹持环1与内夹持环2之间，且位于矩形空间内。
39.具体的，外夹持环1与内夹持环2配合使用，组合形成矩形空间，用于放置隔膜结构密封环6，矩形空间尺寸大小由隔膜结构密封环6的尺寸、材料压缩系数、密封性能决定，通过密封件标准获得，本技术不作具体限定。更具体的，密封环6是采用圆形结构与橡胶隔膜5通过模具形成一个整体，通过夹持环形成的矩形空间固定及挤压密封，密封环6大小与夹持环矩形区域应配套，满足密封手册要求，实现气、液的高效率密封，密封环6半径一般取值3～4mm。
40.进一步的，外夹持环1的顶端垂直向上延伸形成有连接端，外夹持环1的连接端与内夹持环2的上端环壁通过铆钉3连接固定形成矩形空间。铆钉3数量由夹持环直径决定，一般在直径180mm～260mm的均布圆上设置24个铆钉孔。其主要目的是固定夹持环，并为贮箱超薄壁柱段壳体提升刚性。铆钉3是用来连接内夹持环2和外夹持环1，同时铆钉3与隔膜结构能接触的一侧需要做圆滑和去毛刺处理，防止划伤隔膜结构。
41.进一步的，外夹持环1的底端外侧形成有焊接衬底4，密封夹持组件通过焊接衬底4与贮箱上壳体和贮箱下壳体焊接连接。密封夹持组件、贮箱上壳体、贮箱下壳体之间的焊接采用氩弧焊，焊接衬底4顶部距离密封环6底部(或矩形空间底部)的距离不小于18mm，一般不小于18mm～23mm。
42.具体的，焊接衬底4是与贮箱超薄壁壳体装配成一体通过焊接连接贮箱上壳体、密封夹持组件和下壳体，完成最终产品的组装组焊。焊接衬底4应与夹持环用于密封环6夹持的部位保持一定的距离，可有效避免焊接热量对密封环6的破坏影响，确保焊接热量对密封环6产生影响导致密封环6与夹持环粘连或损毁。其主要目的是连接各部组件，保证了超薄壁壳体焊接时的刚性和圆度，并作为锁底避免了焊接过程中产生的飞溅多余物。
43.进一步的，外夹持环1的与贮箱壳体内壁紧贴的圆环面上开设有通孔槽8。
44.优选的，通孔槽8的宽度在4mm～6mm之间，沿外夹持环1的圆环面均布3～5个。
45.具体的，在外夹持环1紧贴贮箱壳体内壁的圆环面上开通四个5mm宽的通孔槽8，防止外夹持环1外侧空腔内夹气，不利于焊接。
46.进一步的，橡胶隔膜5的外表面均布有若干多棱筋7。
47.具体的，多棱筋7是通过模具布置在橡胶隔膜5外表面的多条棱，多棱筋7横截面为半圆结构并与橡胶隔膜5一体成型，一周形成西瓜瓣的多棱筋结构，多棱筋7半径约为0.9～1.2mm，根据实际情况一般均布12～16条，防止橡胶隔膜5紧贴贮箱内壁形成液体密封导致大部分液体无法排出降低了排放效率，同时避免了在高速飞行中受到加速度及微重力等环境影响而阻滞液体的顺畅排放，因此两棱间隙可适当设置较小，避免大面积接触壳体内壁，在半膜多棱交汇的位置，可设置长度不一的棱，既可提高排放效率，又减少了棱的密集均布。即多棱筋的半径和数量组合共同决定了不封液，保证高排放效率。
48.在本技术提供的多维度高速飞行能实时高效排放的隔膜密封夹持组件，具有良好的气液密封性能，具有与超薄壁壳体间良好的刚性支撑和防止焊接热影响的能力，具有在高速飞行状态下能实现多维度无阻滞高排放效率排放液体的能力，对于贮箱在超低压加速环境下实时供应很实用，同时提高了产品排放可靠性、运行安全性。
49.本技术的多维度高速飞行能实时高效排放的隔膜密封夹持组件的一个具体实施例：
50.某型号着陆器上橡胶隔膜密封夹持组件，采用最大外径260mm的密封夹持环结构，夹持环厚度为1mm～1.5mm，通过24个直径为3.5mm的铆钉连接固定，形成了一个7.3mm
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4.4mm的矩形密封区域，夹持直径为6mm密封环实现贮箱壳体与隔膜结构的连接，在距离矩形空间底部最小约18mm(18mm可避开焊接对密封环的热影响)的位置设置焊缝衬底，衬底厚度为1.5mm，宽度为6.5mm，在厚度为0.9mm的橡胶隔膜外曲面上均布了16条半径1mm的半圆棱，其中4条为长棱、12条为短棱，实现液体的引流。
51.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。