CN1014263B - 具有高温工作能力的流体管接头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种由套管套装而成的流体管接头，而套管之间形成一段环形空间，适于放置管子的端头，在内套管的一端有一环形隆脊，外套管通过在隆脊周围发生变形而连接到内套管上，套管与管子之间的连接是通过挤压外套管而夹紧位于两套管之间的管子，内套管的槽上带有棱角，该棱角嵌入管子的内表面而获得密封和牢固连接，同时外套管的凹槽处也挤入了管子的变形材料，防止了转动。

Description

挤压连接的流体管接头确实具有许多优点，故已扩大了它在某些装置中的使用范围，如美国专利Re28457对此结构作了论述，可是，这些管接头在管槽中要采用分开的密封材料，因而不适于在高温情况下使用。以前的另一种挤压管接头曾在美国4328892号专利中作了介绍，这种管接头在某些情况下无需使用分开的密封元件，而是采用金属对金属的密封，但其结构仍不适于在极高温情况下使用。

本发明提供一种改进的流体管接头，它克服了上述技术问题，可适于在诸如喷气式飞机发动机管道连接等极高温场合使用，这种管接头在低温情况下使用也能保持很高的强度。

本管接头是由内、外套管套装而成，在两套管之间形成环形空间，供管子端头装入。通过滚压外套管的局部区段，使其内壁变形，整个环带隆起，套合在内套管的里端上，这是一项在工厂进行的操作，内套管的外表面上有一些环形槽，并有环形台及小转角端，当外套管受到径向挤压力作用时，环形台及小转角端压入管子内壁，其结果形成牢固地接合，并实现金属对金属的密封。外套管的内壁有几个分隔开的纵向浅槽，当挤压操作发生时，管子外表面因变形而挤入这些浅槽内，从而防止管子和管接头之间发生相对转动。

通过选择适当热膨胀系数的套管材料和管子材料，可以保证管接头的高温工作能力，为达到这一目的，内套管材料应比外套管及管子材料的热膨胀系数大，因此，当温度升高时，内套管的膨胀速率比管子和外套管的膨胀速率都大，因而对管子内壁贴得愈来愈紧，同样，由于内套管的膨胀速率比外套管的大，故在两套管连接处，内套管对 外套管内壁也压贴得更紧，因此，随着温度的提高，管接头的连接和密封性能不但不会受损，反而得到提高。

下面对图例加以阐述。

图1是本发明管接头部件分解的立体图;

图2是管接头开始装配时的纵向剖视图;

图3是与图2相似的视图，但两套管已连接在一起;

图4是沿图1的4-4剖切线方向得出的管接头外套管横截面视图，图中表示出管接头与管子连接时的防转纵向沟槽;

图5是管子插入管接头以后，在挤压操作前管接头的局部纵向剖视图;

图6是管接头与管子挤压后的纵向剖视图;

图7是管接头作为直管连接时的平面图;

图8是管接头作为T形管连接时的平面图。

下面对本发明作详细阐述：

本发明管接头由两个套管10和11组成，套管10的左端如图所示是传统性的结构，即具有端头锥面12和如普通扩口式管接头一样供连接用的台肩13。

在套管10外面，在靠近端面16处，是带有小锥角的锥面15，锥面15的里边是相对较长的圆柱表面17，17之后是过渡的弯曲表面18，连接看一段直径较小的短圆柱面19，再后是第二段过渡弯曲表面20，连接一段长度更短、直径更小、与台肩13邻近的圆柱面21。

在套管10的内部，有一段始终比相邻锥面12的直径为小的圆柱面22，接着是台肩23，再过去是直径较大的中间内圆面24， 面24的轴向尺寸比面22的短。套管10在结构尺寸上是匀称的，台肩23设在套管外表面19的径向以内，而套管外面的过渡表面18设在内表面24的外部。

带圆角的台肩26连接内表面24到另一段直径更大的内圆柱面27，面27又连接直径再稍大些的内圆面28，面28是管接头在端面16处的管子入口段。此外，在面27上开有三个在圆周方向均布的轴向拉槽29，贯通管子入口内圆面28，拉槽离开台肩26一段距离，当管接头挤压到管子上时，这些槽起防转的作用，下面将作讨论。

本套管10带有壁厚比台肩26的另一边为薄的表面27和28，套管10管壁最厚处在台肩23左端。

套管11和套管10相比，其直径较小，管壁较薄，材料的热膨胀系数较大，材料的硬度和强度较高。套管11内有邻近端面32的第一段内圆柱面31和紧接着的直径比31稍大而更长的内圆柱面33。该表面33一直通到套管11的另一端34处。

在套管11的外表面上，外圆面36通过倒圆边与端面34相连，端面34以内，外圆面36为环槽37所隔断，从环槽37再隔一小段便是与37槽深相同但却更宽的一段环槽38，环槽37和38之间是一段环形台39。在套管11的另一端面32处是一段外环增大部分，带有外端锥面40和内端锥面41，41越过宽环槽33与外圆面36的内端相连，增大的外环面上带有拱形环槽42，环槽42与锥面40和41的交界处形成两间相隔不远的环脊。

操作开始时，先把套管11置于套管10内，如图2所示，套管11的端面32放置到套管10的中部，紧靠内台肩23，套管11 的另一端面34邻近外套管10的端面16处，并沿轴向向里凹进，然后，在套管10的外圆面19处施加压力，对这一段进行径向向内滚压，使套管10和11连接在一起如图3所示，外圆面19向内变形直到与套管10的外圆面21齐平，使套管10内壁表面24处的材料向内嵌入到套管11厚端的环槽42及其环脊内，这样，套管10在相对于套管11的锥面40、端面32和锥面41处向内变形，使两套管之间形成紧密连接，实现对流体的密封。

再把管子43装入管接头内，进入套管10和11所形成的环形空间44内如图5所示，管子43的端面45向前通过套管11的环形台39，通常定位在邻近套筒10内连接内圆面24和27的台肩26处，套管件最好是结构尺寸比较匀称，使管子43既能不受阻地进入套管10和11所形成的空间而又间隙不太大，对管接头部件材料的选择要使内套管11的热膨胀系数比管子的热膨胀系数大，套管10的热膨胀系数比管子的热膨胀系数小。

接着，挤压管接头，使之与管子43完全接合，这一操作是通过使用径向挤压工具对套管10的外圆面17施加外压力完成的，这一挤压操作直到外圆面17的直径大体上与外圆面19处的直径相同为止。

在操作过程中，套管10的内壁压向管子43，而管子43又向内压向套管11的外表面，套管11难以发生变形，但仍有不足够抗衡受压缩的能力，使管子43的内圆面在环形台39处向内变形，靠贴套管11的环槽37和38，使环形台39两边的转角47和48压入管子43的内表面，同样，套管11的环槽37的外边转角49也嵌入管子43的内表面，在这些转角位置处产生金属对金属的密封， 有效地防止流体沿管子端头部分的内表面向外洩漏，同时，管子因变形而紧贴套管11。

管子43的外表面被挤入三个隔开的拉槽29内，防止了管子43相对于套管10和11转动。

内套管11由相当硬而强度高的材料制成，它能抵抗挤压时的压力，其变形情况前已叙述。套管11相对较薄的内壁径要尽量做成大一些，以便使管接头不致过分限制流体的流动，外套管10的材料比内套管11材料的延展性大，强度也低一些，因此在挤压操作时，套管10能压贴管子，并使管子向内紧贴套管11，套管10的延展性有助于使管接头经受住管子施加于它的弯曲力。

本管接头很适于高温环境如在喷气式飞机发动机中使用，当管接头各部件温度升高时，套管11对管子43内壁压得更紧，这是由于两者的热膨胀系数不同所致，套管11比管子43的热膨胀系数大，因此当温度升高时，它不断向外增大对管子内壁的压力，同样，由于套管11比套管10的热膨胀系数大，故随着温度的提高，在两套管接合处，套管11始终向外增大对套管10的压力，由于外套管10比管子43的热膨胀系数小，使管子43对外套筒10的压紧力增加，因此，在高温情况下，管接头不会丧失其密封性能，始终在结构上压紧在一起，实现有效的金属对金属密封。

在套管10的入口内圆面28处涂上一层干的润滑膜能显著地改善其抗弯曲性能，润滑剂渗透内圆面28，填满低凹点，使圆面均匀而光滑，在涂有干润滑剂处，可避免套管10与管子43之间金属对金属的接触，因而，管接头在受振动的情况下，其内圆面28不会磨损管子，从而大大延长管子的使用寿命，假如没有这层润滑剂，只是 经过一般加工的内圆面28的表面粗糙度可能会对管子43增加应力，导致在振动情况下管子破损，这一润滑膜只需很薄，其绝大部分能渗入表面28，有一种在极端环境下使用的干性润滑剂固态膜层，如二硫化钼基混合石墨的膜层，其总厚度为0.0005英寸，在温度高达1100°F时仍然有效。

管接头除受到挠曲载荷外，还受到剧烈的拉伸载荷、冲击载荷以及其他有害的载荷。

虽然前面叙述的只是在一端扩口的普通管接头的情况，但根据本发明制造的管接头还有其他许多结构形式，如图7所示管接头51是直管连接型，管接头的两端均能接管，其连接情况如图6管接头右端所示，经挤压后管子连接在一起。

图8表示本发明的另一实例，为T形管连接。

前面仅就图例清楚明了详细阐述了管接头的情况，本发明的精神和范围只受下述权项所限。

Claims (20)

1、一种流体管接头组件，该组件包括有：

第一个套管；第二个套管，以及

供夹紧装于第一个套管与第二个套管之间的管子并使其形成流体密封的装置，这是通过在第一个套管的外部施加一个向内的径向力，使第一个套管发生变形来实现的；其特征在于：

套装在第一个套管内的第二个套管，在第一个套管和第二个套管之间留出一段环形空间，用以容纳管子的端头；

供把第一个套管和第二个套管连接起来并在其向形成流体密封的装置；

第二个套管的热膨胀系数大于第一个套管的热膨胀系数。

2、一种如权利要求1所述的流体管接头，其特征在于：

短于第一个套管并装在第一个套管中的第二个套管，第二个套管的第一端头位于第一个套管的两端中间，其第二个端头邻近第一个套管的一端，在第二个套管的外圆上，在邻近其第一个端头处有一隆起部分，第一个套管围绕该隆起部分变形，使两个套管接合在一起，并在其间形成流体密封。

3、如权利要求2所述管接头组件，其特征在于第二个套管的材料比第一个套管的材料硬。

4、如权利要求2或3所述管接头组件，其特征在于第二个套管从其隆起部分到第二个端头之间的壁厚小于第一个套管的壁厚。

5、一种如权利要求1或2或3所述流体管接头，其特征在于：

供夹紧容纳在所述环形空间的管子并在其间形成流体密封的装置，这是通过在第一个套管的外部向内施加一个径向力，使第一个套管发生变形来实现的，

第一个套管带有与第二个套管的外壁相对的圆柱形内壁，该内壁上带有纵向槽，由于第一个套管的变形，使管子外表面的一部分嵌入这些纵向槽内，防止了管子相对于该组件转动。

6、一种如权利要求1或2或3所述的组件，其特征在于：

第一个套管有第一个端头、第二个端头和位于两个端头之间的内台肩，

第二个套管被装在第一个套管中，它带有贴紧在上述内台肩上的第一个端头和对过的第二个端头，该第二个端头邻近第一个套管的第二个端头，

从第二个套管的第二个端头到邻近于上述内台肩处之间，第一个套管和第二个套管限定了一段环形空间，

第一个套管和第二个套管均有供两套管互相接合的部分，使第一个套管固接到第二个套管上，在邻近第一个套管的内台肩处形成套管间的流体密封，

第二个套管的外表面上有槽形部分，用于与装入环形空间内的管子形成密封并使管子保持于其中，这是通过径向挤压第一个套管，使之在管子上产生压力，引起管子向内变形而实现的。

7、如权利要求6所述管接头组件，其特征在于：供第一个套管与第二个套管固接而形成流体密封的部分，其结构是这样的：第二个套管在邻近其第一个端头处有一外部隆起部分，而第一个套管的内表面在该隆起部分周围发生变形。

8、如权利要求6所述管接头组件，其特征在于：槽形部分是环形的，因此在槽形部分之间形成棱角和外表面，通过第一个套管的径向挤压，使该棱角和外表面嵌入管子的内壁。

9、如权利要求8所述管接头组件，其特征在于槽形部分包括有邻近第二个套管的第二个端头的第一个较窄环槽和位于该第一环槽里边、相隔一段距离的第二个较宽环槽，因此在两环槽之间留有一段台面，在台面两端构成棱角。

10、如权利要求6所述管接头组件，其特征在于第一个套管的内表面上有隔开的凹槽部分，用以容纳管子外部变了形的部分，这是通过对第一个套管的挤压来实现的，因此，防止了该管子相对于第一个套管转动。

11、如权利要求10所述管接头组件，其特征在于隔开的凹槽部分包括有设置在第一个套管内表面上的若干纵向槽。

12、如权利要求6所述管接头组件，其特征在于第二个套管的热膨胀系数大于第一个套管的热膨胀系数。

13、如权利要求6所述管接头组件，其特征在于第一个套管从其第二个端向里一直通到越过第二个套管台面处的整段壁厚小于第一个套管从该处向里的壁厚。

14、如权利要求6所述管接头组件，其特征在于第二个套管从其第二个端头向里一直通到越过该台面处的整段壁厚小于第二个套管邻近其第一个端头处的壁厚。

15、如权利要求6所述管接头组件，其特征在于第二个套管的第二个端头在轴向方向凹进第一个套管的第二个端头里面。

16、如权利要求6所述管接头组件，其特征在于第二个套管的隆起部分包含一个位于其第一端头处的增大环径部分，该增大环径部分的外表面上有一个环槽。

17、如权利要求6所述管接头组件，其特征在于，增大环径部分的两端均有一个锥面，与其上的环槽相接，由此构成隔开的一对棱边。

18、如权利要求6所述管接头组件，其特征在于第二个套管的材料与第一个套筒的材料相比，热膨胀系数较大，屈服强度和硬度较高。

19、把管接头连接到管子上的方法其特征是包括以下步骤：

制备第一个套管，其材料是有第一种热膨胀系数;

制备第二个套管，其材料是有比第一个套管大的第二种热膨胀系数;

把第二个套管插入第一个套管内，在两者之间形成一段环形空间;

把第一个套管固接到环形空间内的第二个套管上;

把一根管子的端头插入环形空间内，管子材料的热膨胀系数小于第二个套管材料的热膨胀系数;

然后，挤压第一个套管，从而夹紧处于第一个套管和第二个套管之间的管子端头。

20、如权利要求19所述方法，其特征是为了把第一个套管按此法连接到第二个套管上，第二个套管上带有一段环形隆起部分，该环形隆起部分先定位于第一个套管内，然后，在邻近该环形隆起部分处挤压第一个套管，使第一个套管的内壁在第二个套管的该环形隆起部分周围发生变形。

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