CN102734574A - 管接头组件以及包括该组件的安全锁定管线连接系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管接头组件，包括第一管和第二管，其特征在于，在第一管的接头端形成有钟形部，钟形部由具有第一锥度角的第一圆锥形部分和第一圆柱形部分构成；在第二管的接头端形成有销形部，所述销形部包括具有第二锥度角的第二圆锥形部分；第一圆柱形部分的内径与第二管的本体的外径设置成确保在第二管插入第一管时彼此间形成紧配合；第一锥度角和第二锥度角设置成当第二管插入第一管时，在第一圆锥形部分和第二圆锥形部分之间限定有用于容纳粘合剂的锥形空间；并且所述第二管的内壁呈连续的直线。由此可以快捷地制作管接头，并且能够防止泄露和实现现场安装，同时还可以减少在管线内的流体发生湍流，并且使得整体管道具备双向输送能力。

Description

管接头组件以及包括该组件的安全锁定管线连接系统

技术领域

本发明涉及一种管连接装置，尤其涉及一种管接头组件。

特别地，本发明还涉及一种包括上述管接头组件的安全锁定管线连接系统以及制造上述管接头组件的方法。

背景技术

现有技术中已知有多种管线连接方法制得的管接头，包括焊接连接、螺纹拧接连接等。

公知地，采用焊接连接时，容易在管接头的焊接处形成砂眼，因此当用作诸如腐蚀性流体管道时对焊接工艺和手法要求较高，通常需要X光的设备来检测砂眼的合格率，方能投入使用。另外，当管线用来输送腐蚀性流体时，为了防止流体对管道内壁的化学侵蚀，在管内壁上往往涂覆有耐腐蚀性涂层，在实施管对管的焊接过程中，产生的瞬间高温无疑会破坏管材的内部涂层，这样会降低管材的抗腐蚀能力。再者，焊接所需的设备和装置较为复杂，焊接过程也较为耗时费力，焊接材料因其易燃性不易运输，便携性不佳；焊接所需的电力等能源的消耗不利于节能环保；并且焊接环境受天气制约影响较为严重（雨天和雪天往往不利于在室外进行焊接操作）。特别地，焊接形成的焊缝在管的内壁形成了起伏或折角，于是在管线系统输送流体时，在管接头的连接处的内壁并不均匀的成直线，容易形成湍流，降低了流体的流率。

采用螺纹拧接连接时，需要在工厂内利用大型数控机床对管壁进行螺纹切割，因此不利于在现场对管线进行加工和维修，便携性不佳。另外，由于螺纹切割自身的工艺问题，一般情况下气密性往往不是很高，而作为高气密性要求的流体运输使用时，则需要高昂的成本来引入精密的螺纹切割设备方能实现。同时，这种螺纹拧接由于需要机械手的参与，当管线较长或者口径较大时，操作起来不仅费时费力，而且大型机械手的成本也很高，因此对于管道的尺寸存在限制。进一步地，作为切割后的螺纹易于因运输不慎导致破损而在其相互拧接连接后丧失密封性能，且由于对管壁的螺纹加工会使得管接头处整体强度降低，管材耐用性不佳。特别地，由螺接形成的管接头在管和管的连接处内壁形成的凸起具有倾向于管的方向性，这使得管道内部的流体只能单方向流动，反之则由于具有方向性的凸起而造成极大的湍流，增加摩擦，降低流速，并且存在泄露的安全隐患。

发明内容

为了解决现有技术中管线连接效率低下、密封不够、对管材抗腐蚀性不良以及容易形成湍流而降低流体流率等问题，本发明一方面提出了一种管接头组件，包括第一管和第二管，在所述第一管的接头端形成有钟形部，所述钟形部由与所述第一管的本体接续的第一圆锥形部分和与所述第一圆锥形部分接续的第一圆柱形部分构成，所述第一圆锥形部分的母线与所述第一管的纵向轴线之间形成第一锥度角；在所述第二管的接头端形成有销形部，所述销形部包括与所述第二管的本体接续的第二圆锥形部分，所述第二圆锥形部分的母线与所述第二管的纵向轴线之间形成第二锥度角；所述第一圆柱形部分的内径与所述第二管的本体的外径设置成确保在所述第二管插入所述第一管时彼此间形成紧配合；所述第一锥度角和所述第二锥度角设置成当所述第二管插入所述第一管时，在所述第一圆锥形部分和所述第二圆锥形部分之间限定有用于容纳粘合剂的锥形空间；以及所述第二管的内壁呈连续的直线。

本发明的管接头机械强度良好，套接紧密快捷，并且在管接头的连接处留有用于粘合剂粘合密封的空间，设计合理精密，且由于第二管的内壁成连续的直线，因此在其与第一管配合形成管接头时，可以在管接头处减少湍流的形成。

特别地，所述第一管和所述第二管构成的整个管接头的内壁基本呈连续的直线。可以实现在这个管线系统输送流体时将湍流产生的几率降到最低，有效地保持了流体的稳定流速；同时还消除了管内流体流动方向性限制，使得整体管道具备双向输送能力，且消除了泄露的可能。

作为第一管和第二管的紧配合的一种具体手段，所述第一圆柱形部分的内径稍小于所述第二管的本体的外径。

优选地，所述第二锥度角比所述第一锥度角至少大2度。因此方便第二管的插入，并且留出足够的空间用来容纳粘合剂。

有利地，在第二圆锥形部分的外壁上布置有适于在所述锥形空间中形成固化壁并且在所述锥形空间的口处形成密封环的粘合剂。该粘合剂在粘合第一管和第二管的同时，可以保护管接头的锥形空间免于接触输送流体。

优选地，由所述粘合剂形成的所述密封环完全地桥接了所述第一管的内涂层和所述第二管的内涂层，如此一来，在整个管接头的内壁形成有效的屏障用来防止流体直接接触管的材料壁。

有利地，所述第二圆锥形部分的轴向长度小于所述第一圆锥形部分的轴向长度。这样在紧密连接第一管和第二管的同时，可以减少粘合剂的用量。

具体而言，所述第一管和所述第二管均为金属管。特别地，在金属管本身经过一定防腐防锈处理后，本发明的密封性可以使其用于水下管线的连接。

根据本发明的第二方面，提出了一种安全锁定管线连接系统，具有上述的管接头组件。

根据本发明的第三方面，提出了一种管接头组件的制造方法，包括如下步骤：

（a）提供第一管，在所述第一管的接头端形成钟形部，所述钟形部由与所述第一管的本体接续的第一圆锥形部分和与所述第一圆锥形部分接续的第一圆柱形部分构成，所述第一圆锥形部分的母线与所述第一管的纵向轴线之间形成第一锥度角；

（b）提供第二管，在所述第二管的接头端形成确保第二管的内壁呈连续的直线的销形部，所述销形部包括与所述第二管的本体接续的第二圆锥形部分，所述第二圆锥形部分的母线与所述第二管的纵向轴线之间形成第二锥度角，所述第二锥度角比所述第一锥度角大，使得当所述第二管插入所述第一管时能够在所述第一圆锥形部分和所述第二圆锥形部分之间限定锥形空间，所述第一圆柱形部分的内径稍小于所述第二管的本体的外径，使得在所述第二管插入所述第一管时彼此间形成紧配合；

（c）在所述第二圆锥形部分的外壁上布置粘合剂，使得当所述第二管插入所述第一管时，所述粘合剂适于在所述锥形空间中形成固化壁并且在所述锥形空间的口处形成密封环。

作为一种可选的方式，在步骤（b）中，所述第二管初始为圆柱形，通过机械切削所述第二管的接头端的外壁以形成所述销形部。

作为一种可选的方式，在步骤（b）中，所述第二管初始为圆柱形，通过机械切削所述第二管的接头端的内壁并且弯折该接头端形成所述销形部。

有利地，在步骤（a）、（b）中，所述第一管和所述第二管被设置成确保当所述第二管插入所述第一管时形成的整个管接头的内壁基本呈连续的直线。

优选地，在步骤（b）中，所述第一锥度角与第二锥度角之间的角度差至少为2度。

具体而言，在步骤（a）、（b）中，所提供的第一管和第二管为金属管。

有利地，在步骤（a）、（b）中，所提供的第一管和第二管具有内涂层。

优选地，在步骤（c）中，所述密封环完全桥接了所述第一管和第二管的内涂层。

根据以上三个方面，本发明能够提供一种在机械方面非常牢固的管接头和管线连接系统，使其在本领域内制造和维修起来相对快捷便宜，且具备在管线连接现场作业的能力，相比现有技术，更加节能环保，并且起到对整个管道连接建设的效率的大幅提高等优点。同时其良好的密封性能保证其能够在巨大压力下承载诸如烃产物的腐蚀性流体，并且极大地减少了在管线的连接处的流体湍流的现象，并消除了管内流体流动方向性限制，使得整体管道具备双向输送能力，且进一步消除了泄露的可能。

附图说明

图1示出了第一裸管的透视图和第二裸管的局部透视图；

图2示出了图1中的第一裸管和第二裸管套接完成后的管接头；

图3和4分别是与图1和2相似的局部放大示意图，其中第一管和第二管的内壁上设有涂层；

图5示出了用于将销形部套接在钟形部内的液压操作的牵引设备的剖视图；

图6和7示出了图5中的具有心轴的设备分别形成钟形部和销形部的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。对于所属技术领域的技术人员而言，从对发明的详细说明结合附图，将容易理解本发明的上述目的、特征和优点。

参照图1和2，示出了具有钟形部12的第一裸管1以及用来与第一裸管1套接的设有销形部16的第二裸管2。

钟形部12具有圆柱形部分18，该圆柱形部分18沿着纵向轴线20延伸。圆柱形部分18的圆柱形内壁22形成的孔的内径稍小于第二裸管2的圆柱形外壁24的外径，从而在壁22和24中间形成紧密的、金属对金属的、机械紧配合（参照图2）。

紧接着钟形部12的圆柱形部分18的是也沿着纵向轴线20延伸的圆锥形部分28。圆锥形部分28从圆柱形部分18的分界面29开始延伸，并且向内朝纵向轴线缩窄，最后与第一裸管1的本体接续。圆锥形部分28与管1在点30所在的径向平面处分界。从分界面29至点30，圆锥形部分28的母线与管1的纵向轴线20之间形成锥度角21。

第二裸管2具有作为本体的圆柱形部分32，该圆柱形部分32在点34和分界面36之间延伸。与圆柱形部分32接续的是一直延伸到管2的自由端面40的销形部16，所述销形部16包括圆锥形部分38。从分界面36至端面40，圆锥形部分38的外锥面向内缩窄，表现为圆锥形部分38的母线与管2的纵向轴线20之间形成锥度角23，但是整个第二管2的内壁保持呈连续的直线。

根据本发明，角23大于角21，从而当管接头形成时（图2），在圆锥形部分38的外圆锥形表面43和圆锥形部分28的内圆锥形表面44之间形成了空间42。空间42大致从分界面36延伸到端面40。空间42在相对的圆锥形表面43和44之间的径向宽度41从分界面36至端面40均匀地增加。宽度41在空间42中大小由角度21和23之间的角度差的大小决定。其中，角度差至少为2度。

空间42的轴向长度选择成不会限制由管1和2形成的管的孔。具体管接头的精确尺寸以及锥度角度差将取决于待连接的管的尺寸、管的壁厚、以及管是否为具有内部涂层而确定。

在实际操作中，形成管接头的方法可以以裸管和内涂层管实施，尽管此方法对内涂层管尤其实用。所述方法包括为一个管1在一端制造钟形部12，并且在另一管2的一端制造销形部16。在制造接头之前，销形部16的圆锥形部分38的外壁43首先涂覆有足够厚层的柔性粘合剂（例如液体环氧树脂），接着将销形部16逐渐地、有力地并且完全地套接在钟形部12的内部，柔性粘合剂于是从空间42中被逐渐地沿轴线方向被挤出，这种逐渐的挤压动作产生了有益的效果：（1）外壁43趋于对粘合剂施加分散的压力，而这对于管之间牢固和稳定的连接是所需的；（2）从空间42挤出的粘合剂也形成了密封管接头的口52的环50，使得管1和管2构成的整个管接头的内壁基本呈连续的直线。因此避免了大多数管接头常见的缺点：不可避免地在相对的壁43和44上形成毛边，使得在连接处形成“漏空”或小孔。这种漏空的存在对接头的牢固性和耐腐蚀性非常不利，同时进一步减少湍流产生的几率。

另外，在角21和23之间的角度差必须至少2度，从而柔性粘合剂可以在适合的压力下挤出，而不会形成漏空或小孔，并且可使用的足够容量的粘合剂使得在空间42中形成充分宽的环50从而完全覆盖口52。

图3和4基本与图1和2类似，除了管1和2具有内涂层60，在管1中，内涂层60延伸至点61邻近（优选地没有到）的圆柱形部分18和圆锥形部分28之间的分界面29。在管2中，涂层60覆盖整个内壁、以及从端面40至外壁38的点62的小部分。

通过在角21和23之间制造至少2度的角度差，当粘合剂固化后，粘合剂在空间42内形成了连续的、固化的锥形壁65（图4），并且在口处形成环50，进而钟形部的内壁上的涂层60变得完全与销形部的内壁上的涂层60桥接，由此在管接头形成的整个过程中为管接头的内壁提供了连续的内涂覆，从而不会有裸露的金属向由管承载的流动的腐蚀性流体暴露。

因此，可防止由管线承载的任何腐蚀性流体（例如烃产物）在管线的最脆弱的点（即，口52）处侵蚀管线的金属。迅速地固化以形成环50和固化锥形壁62的液态粘合剂在相对的圆锥形壁43和44之间提供了完美的密封。

在圆柱形部分18和24之间的紧的、金属对金属的配合，在内涂层管和裸管中为接头提供了所需的极高的机械强度和防泄漏连接，从而保护壁65和环50免于忍受过多的张力和扭转应力。进一步地，整个管接头的内壁呈连续的直线，极大地降低了流体在管线中输送产生湍流的几率，保持了流体的流率。

适于制造本发明的接头的设备70在图5-7中示意性地示出。在图5中示出的布置与制造由管1和2形成的管接头相关，管1和2已经具有形成在他们的端部处的销形部和钟形部。设备包括两个相对布置的阻挡构件71A和71B。每个阻挡构件具有中心孔，用来套接的管1和2的纵向轴线20贯穿该中心孔并与之同轴。从每个阻挡件的内部面延伸有锥形空腔74，该锥形空腔74向内朝纵向轴线20缩窄。空腔74形成了工具75、82和92的可选择地位于其中的容纳腔室。每个工具通过闩锁装置76和77手动锁定就位（为了简化视图仅在图5中示出在阻挡件71B上）。阻挡件71A和71B通过一对液压操作的筒72A和72B活动地联接。

工具75沿直径分开并且具有通过对筒72A和72B施加充分液压来夹紧管的齿（图5）。

图5示出了销形部16的圆锥形部分38如何伸缩地、有利地、并且完全地插入钟形部12的圆柱形部分18。钟形部和销形部的接合壁的可缩性并没有超过管的材料的弹性限制，并且牢固的机械紧配合和适当的约束力将一直予以保持。

在图6中，示出了设备70如何简单地适用于形成钟形部。其中，圆柱形部分18和钟形部12的锥形壁28能够由工具92的刚性的心轴90强力地插入圆柱形管1形成。工具92可为一个由U形夹-螺栓的机构紧紧地栓住的单元。心轴90与管1的纵向轴线20同轴地对齐。由于压力由筒72A和72B施加，阻挡件71A和71B朝彼此移动，因此迫使管部分1的圆柱形端部越过形成锥形部分28的心轴90。

在图7中，示出了设备70如何使用形成销形部，首先，管2的接头端的内壁利用本领域任意适合的方式被机械切割成预定的斜壁，接着利用设备70以与形成钟形部12的方式相反的方式向内弯折该接头端从而形成使得管2的内壁呈连续的直线的销形部16。工具82（图7）与工具92类似，除了其心轴80具有空腔81成形为用于弯折接头端形成销形部16。空腔81的圆锥形端部形成圆锥形部分38。工具82通过U形夹-螺栓布置83保持就位。

作为一种替代性实施例，可以直接通过机械切削管2的接头端的外壁以形成使得管2的内壁呈连续的直线的销形部16。

尽管在管制造工厂中，销形部和钟形部由自动化机械形成，在本领域期望具有便携式设备70来对破裂的管线进行维修，以及通过简单地在阻挡件71A和71B上互换不同口径和功能的工具75、82、90和92以在新的不同口径和壁厚的管上制造销形部和钟形部。具体而言，在实际维修过程中，通过将连接不良的管线中的管接头切除，现场即可直接利用便携式设备70对待加工或维修的管进行挤压或弯折切割操作形成销形部和钟形部，从而方便快捷地组装成新的管接头。相比焊接或螺接来说，本实用新型的管接头更加简单高效并且节省成本，同时形成的管接头密封强度好、机械连接紧密、并且可以减少湍流现象，这比其他已知的管接头的方案优秀得多。

值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利保护范围，本发明还可以对上述各种零部件的构造进行材料和结构的改进，或者是采用技术等同物进行替换。故凡应用本发明的说明书及图示内容所作的等效变化，或直接或间接运用本技术所述的管接头和含有管接头的安全锁定管线连接系统来连接金属管道，不论使用地点（地面、地下、水下等）和不论使用对象（输送天然气、输送水、输送原油等）均包含于本发明所涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种管接头组件，包括第一管和第二管，其特征在于，

在所述第一管的接头端形成有钟形部，所述钟形部由与所述第一管的本体接续的第一圆锥形部分和与所述第一圆锥形部分接续的第一圆柱形部分构成，所述第一圆锥形部分的母线与所述第一管的纵向轴线之间形成第一锥度角；

在所述第二管的接头端形成有销形部，所述销形部包括与所述第二管的本体接续的第二圆锥形部分，所述第二圆锥形部分的母线与所述第二管的纵向轴线之间形成第二锥度角；

所述第一圆柱形部分的内径与所述第二管的本体的外径设置成确保在所述第二管插入所述第一管时彼此间形成紧配合；

所述第一锥度角和所述第二锥度角设置成当所述第二管插入所述第一管时，在所述第一圆锥形部分和所述第二圆锥形部分之间限定有用于容纳粘合剂的锥形空间；以及

所述第二管的内壁呈连续的直线。

2.根据权利要求1所述的管接头组件，其特征在于，所述第一管和所述第二管构成的整个管接头的内壁基本呈连续的直线。

3.根据权利要求1所述的管接头组件，其特征在于，所述第一圆柱形部分的内径稍小于所述第二管的本体的外径。

4.根据权利要求1所述的管接头组件，其特征在于，所述第二锥度角比所述第一锥度角至少大2度。

5.根据权利要求1所述的管接头组件，其特征在于，在所述第二圆锥形部分的外壁上布置有适于在所述锥形空间中形成固化壁并且在所述锥形空间的口处形成密封环的粘合剂。

6.根据权利要求5所述的管接头组件，其特征在于，由所述粘合剂形成的所述密封环完全地桥接了所述第一管的内涂层和所述第二管的内涂层。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的管接头组件，其特征在于，所述第二圆锥形部分的轴向长度小于所述第一圆锥形部分的轴向长度。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的管接头组件，其特征在于，所述第一管和所述第二管均为金属管。

9.一种安全锁定管线连接系统，其特征在于，具有根据权利要求1至8中任一项所述的管接头组件。

10.一种管接头组件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

（a）提供第一管，在所述第一管的接头端形成钟形部，所述钟形部由与所述第一管的本体接续的第一圆锥形部分和与所述第一圆锥形部分接续的第一圆柱形部分构成，所述第一圆锥形部分的母线与所述第一管的纵向轴线之间形成第一锥度角；

（b）提供第二管，在所述第二管的接头端形成确保第二管的内壁呈连续的直线的销形部，所述销形部包括与所述第二管的本体接续的第二圆锥形部分，所述第二圆锥形部分的母线与所述第二管的纵向轴线之间形成第二锥度角，所述第二锥度角比所述第一锥度角大，使得当所述第二管插入所述第一管时能够在所述第一圆锥形部分和所述第二圆锥形部分之间限定锥形空间，所述第一圆柱形部分的内径稍小于所述第二管的本体的外径，使得在所述第二管插入所述第一管时彼此间形成紧配合；

（c）在所述第二圆锥形部分的外壁上布置粘合剂，使得当所述第二管插入所述第一管时，所述粘合剂适于在所述锥形空间中形成固化壁并且在所述锥形空间的口处形成密封环。

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