一种真空管道弯头支撑结构设计方法及支撑结构技术

本发明专利技术属于高超声速地面模拟设备技术领域，公开了一种真空管道弯头支撑结构设计方法及支撑结构。本发明专利技术的真空管道弯头支撑结构设计方法包括计算真空管道弯头的上下面积差；设计配重基础块的结构尺寸；设计滑动托架的结构尺寸；设计联接支架的结构尺寸；进行数值模拟仿真；加工并安装弯头支撑结构；实时监控，保证使用安全。本发明专利技术的真空管道弯头支撑结构包括从下至上依次叠加的配重基础块、联接支架和滑动托架。本发明专利技术的真空管道弯头支撑结构设计方法及支撑结构基于真空管道的工作特性，通过配重进行滑动支撑，具有简单实用、适应性强、安全裕度高的优点，能够有效的解决真空管道弯头处工作时由于面积差产生的变形问题。工作时由于面积差产生的变形问题。工作时由于面积差产生的变形问题。

【技术实现步骤摘要】
一种真空管道弯头支撑结构设计方法及支撑结构


[0001]本专利技术属于高超声速地面模拟设备
，具体涉及一种真空管道弯头支撑结构设计方法及支撑结构。

技术介绍

[0002]目前，随着新型武器型号的发展，对地面试验模拟设备的要求越来越高，使得高超声速地面模拟设备的真空系统规模越来越庞大，导致真空球罐体积不断增大、真空管道直径也不断增大。
[0003]真空管道工作时，因其内部为真空状态，加之真空管道上存在弯头，使得真空管道受力情况非常复杂，不但要承受由于阀门、受力面积差等带来的盲板力作用，还要受其自身热变形产生的力的作用。如果真空管道的支撑结构设计不合理，将导致真空管道发生位移，严重时会导致设备的破坏，安全隐患极大。
[0004]当前，亟需发展一种真空管道弯头支撑结构设计方法及支撑结构。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的一个技术问题是提供一种真空管道弯头支撑结构设计方法，本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供一种真空管道弯头支撑结构，用于不同通径的真空管道弯头。
[0006]本专利技术的真空管道弯头支撑结构设计方法，包括以下步骤：S10.计算真空管道弯头的上下面积差；在高超声速风洞试验条件下，按照试验时真空管道内的最低气体压力，计算真空管道弯头前后两端出口的上下面积差，然后，计算上下面积差引起的、真空管道弯头所受到的向上的推力；S20.设计配重基础块的结构尺寸；将真空管道弯头所受到的向上的推力减去真空管道弯头的重量，再乘以安全系数，得到所需的配重；根据配重和配重材料计算配重基础块的体积，将配重基础块设计为方形体，将配重基础块的下部或者全部埋入地面中；S30.设计滑动托架的结构尺寸；根据真空管道弯头等直段外径R，按照R+ΔR设置滑动托架的内径，ΔR为预先设置的真空管道弯头与滑动托架之间的匹配间隙宽度；将滑动托架分为上中下三个部段；滑动托架的上部为圆环，圆环外表面设置加强筋；滑动托架的下部为平板；滑动托架的中部为若干个并列排列的支撑板，支撑板用于连接和支撑圆环；S40.设计联接支架的结构尺寸；联接支架分为上下两个部段；联接支架的上部为平板，平板与支撑板匹配；联接支架的下部为若干个垂直于配重基础块上表面的支柱，支柱之间设置有加强筋，支柱通过地脚安装在配重基础块的上表面；
S50.进行数值模拟仿真；将配重基础块、联接支架和滑动托架从下至上依次叠加，固定成真空管道弯头支撑结构，对真空管道弯头支撑结构进行数值模拟仿真，通过软件进行强度和结构校核；在强度和结构校核过程中，不断调节配重基础块、联接支架和滑动托架的参数指标，直至满足强度和结构校核指标要求；S60.加工并安装弯头支撑结构；分别加工滑动托架、联接支架、配重基础块，组装成弯头支撑结构，并将弯头支撑结构安装在真空管道弯头等直段上；S70.实时监控，保证使用安全；在高超声速风洞试验过程中，通过安装在真空管道弯头上的位移传感器实时监测真空管道弯头的工作状况，保证真空管道弯头使用安全。
[0007]通过真空管道弯头支撑结构设计方法获得的真空管道弯头支撑结构。
[0008]进一步地，所述的真空管道弯头支撑结构的联接支架由型钢焊接而成，或者由钢筋混凝土浇筑制作而成。
[0009]进一步地，所述的真空管道弯头支撑结构的联接支架设置有高度调整机构，适用于不同位置的真空管道弯头。
[0010]进一步地，所述的真空管道弯头支撑结构的配重基础块由钢筋混凝土制作而成，具有支撑和配重作用。
[0011]进一步地，所述的真空管道弯头支撑结构的ΔR的范围为0.01%R~0.1%R。
[0012]本专利技术的真空管道弯头支撑结构中的滑动托架与真空管道弯头等直段滑动联接，滑动托架限制真空管道弯头不能够在上下、左右方向移动，允许真空管道弯头沿真空管道弯头等直段轴向移动，以消除由于真空管道弯头热变形产生的位移。联接支架是联接滑动托架和配重基础块的关键部件，联接支架能够提供足够的抗拉和抗压强度，将真空管道弯头产生的向上的推力和向下的重力传到配重基础块上，联接支架还能够根据真空管道弯头高度调整高度。配重基础块的重量大于由于真空管道弯头面积差产生的向上的推力值，确保起到“配重”的作用。
[0013]本专利技术的真空管道弯头支撑结构设计方法及支撑结构基于真空管道的工作特性，通过配重进行滑动支撑，具有简单实用、适应性强、安全裕度高的优点，能够有效的解决真空管道弯头处工作时由于面积差产生的变形问题。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的真空管道弯头支撑结构设计方法流程图；图2为本专利技术的真空管道弯头支撑结构示意图；图3为实施例1的真空管道弯头受力分析图；图4为实施例1的真空管道弯头支撑结构安装示意图。
[0015]图中，1.真空阀门；2.真空管道弯头；3.真空球罐；4.地面；5.滑动托架；6.联接支架；7.配重基础块；F.向上的推力；G.重力。
具体实施方式
[0016]下面结合附图和实施例详细说明本专利技术。
[0017]实施例1：
[0018]本实施例的真空管道弯头支撑结构设计方法流程见图1。
[0019]本实施例以图2所示的水平布置的DN3600的真空管道弯头2为例，真空管道弯头2的后端与真空球罐3连接，真空管道弯头2的前端与真空阀门1连接，真空阀门1的前端还设置有波纹管。真空管道弯头2弯管段的中心轴线与真空管道弯头2等直段中心轴线的夹角为36
°
。通过计算得知，真空管道弯头2前后两端出口的上下面积差约为6.2m2。
[0020]如图3所示，将图4的真空管道弯头支撑结构安装在真空管道弯头2等直段。当真空阀门1处于开启状态，真空球罐3和真空管道弯头2抽真空时，由于真空管道弯头2前后两端出口的上下面积差的存在，随着真空管道弯头2内的压力不断下降，真空管道弯头2的受到向上的推力不断增大。当真空球罐3和真空管道弯头2内部抽真空至10000Pa时，真空管道弯头2的前后两端压差约为90kPa，向上的推力约为90kPa
×
6.2m2=558kN≈55吨；真空阀门1的重量约为30吨，真空管道弯头2的重量约为20吨，合计共约50吨。向上的推力55吨大于真空阀门1和真空管道弯头2的重量之和50吨。如果真空管道弯头支撑结构仅考虑承受真空阀门1和真空管道弯头2的重力以及真空管道弯头2轴向的力，就会在高超声速风洞试验时出现真空管道弯头2向上抬起的情况。本实施例取安全系数为1，配重基础块7的重量为5吨，采用钢筋混凝土浇筑制作。
[0021]但是，由于滑动托架5的存在，真空管道弯头2所受到的向上的推力通过滑动托架5传递到联接支架6，再传递到配重基础块7，因配重基础块7的重量限制，真空管道弯头2无法向上移动，确保了真空管道弯头2的稳定，同时也避免了由于真空管道弯头2的向上变形导致的真空管道弯头2和真空球罐3接口位置应力的集中。而且，因滑动托架5不限制真空管道弯头2的轴向位移，所以当真空管道弯头2受温度影响发生热变形时，真空管道弯头2可以沿真空管道弯头2等直段轴向伸展，避免了应力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真空管道弯头支撑结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S10.计算真空管道弯头（2）的上下面积差；在高超声速风洞试验条件下，按照试验时真空管道内的最低气体压力，计算真空管道弯头（2）前后两端出口的上下面积差，然后，计算上下面积差引起的、真空管道弯头（2）所受到的向上的推力；S20.设计配重基础块（7）的结构尺寸；将真空管道弯头（2）所受到的向上的推力减去真空管道弯头（2）的重量，再乘以安全系数，得到所需的配重；根据配重和配重材料计算配重基础块（7）的体积，将配重基础块（7）设计为方形体，将配重基础块（7）的下部或者全部埋入地面（4）中；S30.设计滑动托架（5）的结构尺寸；根据真空管道弯头（2）等直段外径R，按照R+ΔR设置滑动托架（5）的内径，ΔR为预先设置的真空管道弯头（2）与滑动托架（5）之间的匹配间隙宽度；将滑动托架（5）分为上中下三个部段；滑动托架（5）的上部为圆环，圆环外表面设置加强筋；滑动托架（5）的下部为平板；滑动托架（5）的中部为若干个并列排列的支撑板，支撑板用于连接和支撑圆环；S40.设计联接支架（6）的结构尺寸；联接支架（6）分为上下两个部段；联接支架（6）的上部为平板，平板与支撑板匹配；联接支架（6）的下部为若干个垂直于配重基础块（7）上表面的支柱，支柱之间设置有加强筋，支柱通过地脚安装在配重基础块（7）的上表面；S50...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈德江，齐大伟，吕德润，曾令国，朱超，吴斌，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：