CN104712865A - 一种可伸缩补偿连接管件 - Google Patents

Abstract

一种可伸缩补偿连接管件既可对连接管子实现严密的密封连接，又可通过管子在管件内进行伸缩的位移，令应用本管件连接的管道在任何恶劣的工况环境下形成的组合应力都始终低于管子材料的许用应力，有效解决了目前管道使用安全可靠性差的问题。

Description

一种可伸缩补偿连接管件

技术领域

本发明专利涉及一种管道连接管件，特别适合工况环境较恶劣的管道使用。

背景技术

管道输送是介质运送最简捷的运输方式，管子要通过管件的连接才能成为管道，管道的连接可靠性决定管道使用的安全可靠性，因此开发连接性能更好的管件是提高管道质量的需要。

目前，建筑给水管道按工作压力计算管壁的应力，其管壁强度的安全系数是很高的，但当管道发生水锤和遭遇较大的工作温差时所产生的组合应力，还很易造成管道的破坏，所以管道要加装伸缩补偿管件，以降低管道事故的发生率。但由于目前应用的伸缩补偿管件比较昂贵，所以一般相隔几十米甚至几百米才安装一个伸缩补偿管件。太长管线才有一个伸缩补偿管件要么会因管件伸缩补偿量太小，不能适应管道变形量；要么就是管件的补偿变化的滞后，令管道仍会出现破坏事故；同时目前中小口径管道普遍应用的波纹管式补偿管件是通过管型的反复变化进行伸缩的补偿，波纹管会在管道工作压力经常波动和管道的工作温差时刻变化下而频频变形，很容易造成材料的疲劳损坏，这又增加了管道使用的安全隐患。因此，怎样才能及时消除或减少管道的水锤冲击和管道的热胀冷缩形成的组合应力，是目前提高供水管道工作安全可靠性的迫切课题。

发明内容

本发明专利的目的是提供一种对连接管子实现严密密封的同时，既可通过管子在管件内的向外位移，增加管道的容积来消除或减少管道的水锤发生的冲击压力，又可通过管子在管件内的伸缩位移来补偿管道热胀冷缩造成管道长度的变化避免管道拉伸应力集中，令管道发生水锤冲击、遭遇更大的工作温差和承受外力形成的组合应力低于管子材料的许用应力的一种具有新颖连接功能的管件，有效解决了传统管件连接的管道存在安全可靠性较差的问题。

本发明专利插入式可伸缩补偿连接管件由插入件1、推力胶圈2、钢球环3、定位胶圈4、密封胶圈5、圆锥形内凹槽6、圆环形内凹槽7组成，插入件1外径比连接管子8的内径稍小，推力胶圈2安放在圆锥形内凹槽6的槽底处，定位胶圈4与推力胶圈2之间夹持着由多粒钢球排列成圆环状的钢球环3，安放在圆锥形内凹槽6上的推力胶圈2、钢球环3和定位胶圈4的外径分别比连接管子内径大、稍小和小，安放在圆环凹槽7上的密封胶圈5的外径比连接管子内径大。

该管件的工作原理是：当插入件1插进连接管子8内孔后，由于密封胶圈5的线径形成大于10％以上的径向压缩比，所以通过胶圈的受压反弹实现对连接管子8的密封连接。当管道完成密封连接后，再对管道施加数倍管道工作压力的定位压力，令管子在这个定位压力作用下，产生向外的轴向移出，形成管子日后可以移入的空位9，这时推力胶圈2由于密封连接时已被管子8内孔压紧，所以会在管子8轴向位移的摩擦力带动下，也跟随向外移动，将钢球环3推压楔入连接管子8内圆表面与管件的圆锥形内凹槽6斜面形成的向外渐窄的楔形缝隙内，将管件与连接管子楔接在一起，并以此产生的定位楔接摩擦力制约管子8的伸缩位移，令管子8在正常的工作压力下和平常的管道工作温差下不会出现轴向的伸缩位移，完成管件的定位连接。管道全面安装完成后，在管道使用过程中，当管道发生水锤，水锤冲击产生的压力大于管道安装时施加的定位压力的瞬间，管件内被楔接的管子8立即克服定位楔接的摩擦阻力，发生向外移出，以增加管道的容积来消除或减少水锤发生的压力；当管道遭遇更大的工作温差，令管道热胀冷缩产生的拉伸力大于管子8在管件内的定位楔接摩擦阻力时，管子8在管件内即以向内移入或向外移出补偿管道热胀冷缩造成管道长度变化。避免管道出现拉伸应力集中，令管道发生水锤和遭遇更大的工作温差形成的组合应力低于管子材料的许用应力，由于本管件具有避免组合应力过大造成管道损坏的结构，所以应用本管件可有效提高管道的安全可靠性。

附图说明

图1、插入式可伸缩补偿管件示意图

1、插入件；2、推力胶圈；3、钢球环；4、定位胶圈；5、密封胶圈；6、圆锥形内凹槽；7、圆环形内凹槽；8、管子；9、空位

图2、套入式可伸缩补偿管件示意图

10、推力胶圈；11、套入件；12、圆锥形外凹槽；13、钢球环；14、管子；15、密封胶圈；16、圆环形外凹槽；17、空位

具体实施方式

1、插入式可伸缩补偿管件安装

将推力胶圈2、钢球环3、定位胶圈4依次放在插入件1的圆锥形内凹槽6上，由于定位胶圈4的内径比圆锥形内凹槽6的槽底径小，所以胶圈的弹性收缩力在圆锥形内凹槽6的斜面作用下，将钢球环3压靠在推力胶圈2旁，令钢球环3被推力胶圈2和定位胶圈4相互夹持着。安放在圆锥形内凹槽6上的推力胶圈2、钢球环3和定位胶圈4的外径分别比连接管子8内径大、稍小和小，密封胶圈5的内径比圆环形内凹槽7的底径小，其安放在圆环形内凹槽7上后的外径比连接管子8内径大。然后将插入件1插进连接管子8的内孔，这时由于密封胶圈5的线径具有大于10％以上的径向压缩比，所以实现了管件与管子8的密封连接。当管道全部完成密封连接后，再通过对管道施加数倍管道工作压力的定位压力，令管子8在这内压下发生向外的轴向位移，形成管子8以后可以移入的空位9，这时已被管子8内孔压紧的推力胶圈2在管子8的位移摩擦力带动下，以翻转滚动的方式也跟随向外位移，将钢球环3推压楔进连接管子8的内圆表面与插入件1的圆锥形内凹槽6斜面形成的向外渐窄的楔形缝隙内，将管件的插入件1与连接管子8楔接在一起，令管道在正常的工作压力下和平常的工作温差下不会出现伸缩的位移，管子8的定位连接完成，管道安装全部完成。在管道使用过程中，当管道发生水锤和遭遇更大的工作温差时，管子8则可通过在管件内获得轴向伸缩位移的补偿，令管道形成的组合应力永远低于管子材料的许用应力。

2、套入式可伸缩补偿管件安装

将推力胶圈10、安放在套入件11的圆锥形外凹槽12的槽底上，将钢球环13安放在推力胶圈10旁，并令他们的内径分别小于和稍大于连接管子14的外径，将密封胶圈15安放在套入件11的圆环外凹槽16上，并令密封胶圈15的内径比连接管子14的外径小，然后将套入件11套进连接管子14的外圆，这时由于密封胶圈15的线径具有大于10％以上的径向压缩比，所以实现了管件与管子的密封连接。当管道全部完成密封连接后，再对管道施加数倍管道工作压力的定位压力，令管子14在这个定位内压下发生轴向位移，形成管子14以后可以移入的空位17，这时已被管子14外径压紧的推力胶圈10在管子14的位移摩擦力带动下以翻转滚动的方式也跟随向外位移，将钢球环13推压楔进连接管子14外圆表面与套入件11的圆锥形外凹槽12斜面形成的向外渐窄的楔形缝隙内，将管子14与管件的套入件11楔接在一起，令管道在正常的工作压力和平常的工作温差下不会出现伸缩的位移，完成管子的定位连接，管道安装全部完成。当管道使用过程中发生水锤和遭遇更大的工作温差时，管子14则可通过在管件内获得轴向位移的补偿，令管道形成的组合应力低于管子材料的许用应力。

这种可伸缩补偿管件可以是直通、三通、四通、弯头和堵头等管道连接应用的管件。安装这种管件施加的定位压力可根据管道的实际工况来决定。对于一般的管道施加管道的验收压力也可，或在密封连接后再通过外力直接拉拔管子，来形成楔接也可。对于一些会发生特别大的水锤冲击或工作温差很大的管道，则可应用具有多个圆锥形凹槽的管件或采用加厚管子壁厚以增加管子强度的方式来增加管件的定位楔接摩擦阻力来制约管子的伸缩位移，管件的定位楔接摩擦力与施加的定位压力、管子的刚度和厚度、圆锥形凹槽的数量成正比。这种以钢球楔入管件与连接管子形成的楔形缝隙的构造，由于排成圆环的钢球直径一致，所以在形成楔接的同时还可将管件与连接管子之间的圆环间隙调校均匀，令密封胶圈圆环的径向压缩比保持一致，有效提高管道密封的可靠性。

这种管件由于圆环形凹槽置于圆锥形凹槽前面，令推力胶圈跟随管子向外移动时，不需克服承受管道输送介质压力形成的阻力，所以可以保证推力胶圈推压钢球环的力度。同时，由于圆环凹槽的轴向宽度大于密封胶圈的轴向宽度，令密封胶圈前端圆环面都承受输送介质的压力，令密封胶圈最终形成的密封力等于胶圈安装时其线径径向尺寸受压形成的反弹密封力，加上胶圈轴向线径承受管道介质压力形成的胶圈径向胀大的密封力，而且胶圈这个径向胀大的密封力会随管道输送介质压力的增加而增加。

这种以楔形斜面产生的摩擦力来制约管子伸缩位移构造，由于在斜楔面向下行摩擦力比向上行的摩擦力小两个摩擦系数，所以本管件制约管子的向内移入的阻力小于制约管子向外移出的阻力，因而应用本管件连接的管道可有效避免长管线管道的热胀伸长时容易出现管道被顶弯曲变形的现象。这种管件当使用厚壁管来制造时，可采用车床切削加工成型；当使用薄壁管来制造时，可采用滚制或缩径或扩径等工艺成型。

这种可伸缩补偿连接管件，管件的安装包含密封连接和定位连接两道工序，密封连接是通过管件与管子相互插进，利用密封胶圈线径径向受压反弹实现密封连接；定位连接是在管件密封连接后，再令管子向外移出，形成一个管子以后可以反向移入的空位，这时推力胶圈在管子向外移动的摩擦力带动下也跟着向外移动，将钢球环推压楔进管子与管件两表面形成的向外渐窄的楔形缝隙内，以楔紧产生的定位楔接摩擦阻力来制约管子的拉伸位移，令管子在正常工作压力和平常的工作温差下不会发生轴向位移，完成定位连接，管道全面完成安装；在管道使用过程中，当管道发生水锤的瞬间，管子立刻通过在管件内的向外移出，增大管道的容积来消除或减少水锤产生的压力；当管道遭遇更大的工作温差，管子则可通过在管件内的向内移入或向外移出来补偿管道材料热胀或冷缩造成管道长度伸缩的变形量，避免管道出现拉伸应力的集中，令管道发生水锤和遭遇更大的工作温差时形成的组合应力低于管子材料的许用应力，具有可避免管道组合应力过大的结构；管件密封连接后进行的定位连接，可以通过向管道输入一定的定位压力，令管子在这个定位压力的作用下，向外移出；或可通过外力拉拔管子，令管子在这个拉拔力作用下，向外移出；管件可以是插入式，插入件的外径比连接管子内孔稍小，插入件上设有圆环形内凹槽和圆锥形内凹槽，安放在圆环形内凹槽上的密封胶圈的外径比连接管子内孔大，圆锥形内凹槽由内向外依次安放推力胶圈、钢球环和定位胶圈，钢球环是由数量多粒的钢球在推力胶圈与定位胶圈的夹持下，排列成圆环状，安放在圆锥形内凹槽上的推力胶圈、钢球环和定位胶圈的外径分别比连接管子内径大、稍小和小；管件可以是套入式，套入件的内孔比连接管子外径稍大，套入件上设有圆环形外凹槽和圆锥形外凹槽，安放在圆环形外凹槽上的密封胶圈内径比连接管子外径小，圆锥形外凹槽上由里向外依次安放推力胶圈和钢球环，钢球环是由数量多粒的钢球排列成圆环状，安放在圆锥形外凹槽上的推力胶圈和钢球环的内径分别比连接管子外径小和稍大安放在圆锥形内或外凹槽上的钢球可以通过粘胶将排列成圆环状的钢球粘靠在推力胶圈旁边，并令当推力胶圈推压钢球环时，其推力胶圈与钢球之间的粘结力失效；可伸缩补偿管件可以是直通、弯头、三通、四通、堵头和螺纹转换等连接管道的管件，管件的端部可以是插入件或套入件，插入件可通过车制、滚制和缩径等工艺成型，套入件可通过车制、滚制和扩径等工艺成型；当管道工作时，管子在管件伸缩移动，管件制约管子向内移入的阻力小于制约管子向外移出的阻力；：插入件和套入件可以是具有一个圆锥形内或外凹槽和一个圆环形内或外凹槽，或可以是具有多条的圆锥形内或外凹槽，管件制约管子的拉伸位移的定位楔接摩擦阻力与施加的定位压力、管子的刚度和厚度，以及和圆锥形内或外凹槽的数量成正比；当管件完成连接后，密封胶圈圆环的径向压缩比保持一致；密封胶圈置于推力胶圈前面，推力胶圈不与管道输送介质接触，圆环形凹槽的轴向宽度大于密封胶圈的轴向宽度，密封胶圈前端圆环面都承受管道输送介质的压力，管件工作时的最终形成的密封力等于密封胶圈在安装时其线径径向受压反弹形成的反弹密封力，加上其线径轴向承受管道介质压力形成的径向胀大密封力，其径向胀大密封力随管道输送介质压力增加而增加。

Claims (10)

1.一种可伸缩补偿连接管件，其特征在于：管件的安装包含密封连接和定位连接两道工序，密封连接是通过管件与管子相互插进，利用密封胶圈线径径向受压反弹实现密封连接；定位连接是在管件密封连接后，再令管子向外移出，形成一个管子以后可以反向移入的空位，这时推力胶圈在管子向外移动的摩擦力带动下也跟着向外移动，将钢球环推压楔进管子与管件两表面形成的向外渐窄的楔形缝隙内，以楔紧产生的定位楔接摩擦阻力来制约管子的拉伸位移，令管子在正常工作压力和平常的工作温差下不会发生轴向位移，完成定位连接，管道全面完成安装；在管道使用过程中，当管道发生水锤的瞬间，管子立刻通过在管件内的向外移出，增大管道的容积来消除或减少水锤产生的压力；当管道遭遇更大的工作温差，管子则可通过在管件内的向内移入或向外移出来补偿管道材料热胀或冷缩造成管道长度伸缩的变形量，避免管道出现拉伸应力的集中，令管道发生水锤和遭遇更大的工作温差时形成的组合应力低于管子材料的许用应力，具有可避免管道组合应力过大的结构。

2.根据权利要求1所述的一种可伸缩补偿连接管件，其特征在于：管件密封连接后进行的定位连接，可以通过向管道输入一定的定位压力，令管子在这个定位压力的作用下，向外移出；或可通过外力拉拔管子，令管子在这个拉拔力作用下，向外移出。

3.根据权利要求1所述的一种可伸缩补偿连接管件，其特征在于：管件可以是插入式，插入件的外径比连接管子内孔稍小，插入件上设有圆环形内凹槽和圆锥形内凹槽，安放在圆环形内凹槽上的密封胶圈的外径比连接管子内孔大，圆锥形内凹槽由内向外依次安放推力胶圈、钢球环和定位胶圈，钢球环是由数量多粒的钢球在推力胶圈与定位胶圈的夹持下，排列成圆环状，安放在圆锥形内凹槽上的推力胶圈、钢球环和定位胶圈的外径分别比连接管子内径大、稍小和小。

4.根据权利要求1所述的一种可伸缩补偿连接管件，其特征在于：管件可以是套入式，套入件的内孔比连接管子外径稍大，套入件上设有圆环形外凹槽和圆锥形外凹槽，安放在圆环形外凹槽上的密封胶圈内径比连接管子外径小，圆锥形外凹槽上由里向外依次安放推力胶圈和钢球环，钢球环是由数量多粒的钢球排列成圆环状，安放在圆锥形外凹槽上的推力胶圈和钢球环的内径分别比连接管子外径小和稍大。

5.根据权利要求1所述的一种可伸缩补偿连接管件，其特征在于：安放在圆锥形内或外凹槽上的钢球可以通过粘胶将排列成圆环状的钢球粘靠在推力胶圈旁边，并令当推力胶圈推压钢球环时，其推力胶圈与钢球之间的粘结力失效。

6.根据权利要求1所述的一种可伸缩补偿连接管件，其特征在于：可伸缩补偿管件可以是直通、弯头、三通、四通、堵头和螺纹转换等连接管道的管件，管件的端部可以是插入件或套入件，插入件可通过车制、滚制和缩径等工艺成型，套入件可通过车制、滚制和扩径等工艺成型。

7.根据权利要求1所述的一种可伸缩补偿连接管件，其特征在于：当管道工作时，管子在管件伸缩移动，管件制约管子向内移入的阻力小于制约管子向外移出的阻力。

8.根据权利要求1所述的一种可伸缩补偿连接管件，其特征在于：插入件和套入件可以是具有一个圆锥形内或外凹槽和一个圆环形内或外凹槽，或可以是具有多条的圆锥形内或外凹槽，管件制约管子的拉伸位移的定位楔接摩擦阻力与施加的定位压力、管子的刚度和厚度，以及和圆锥形内或外凹槽的数量成正比。

9.根据权利要求1所述的一种可伸缩补偿连接管件，其特征在于：当管件完成连接后，密封胶圈圆环的径向压缩比保持一致。

10.根据权利要求1所述的一种可伸缩补偿连接管件，其特征在于：密封胶圈置于推力胶圈前面，推力胶圈不与管道输送介质接触，圆环形凹槽的轴向宽度大于密封胶圈的轴向宽度，密封胶圈前端圆环面都承受管道输送介质的压力，管件工作时的最终形成的密封力等于密封胶圈在安装时其线径径向受压反弹形成的反弹密封力，加上其线径轴向承受管道介质压力形成的径向胀大密封力，其径向胀大密封力随管道输送介质压力增加而增加。