CN106764230A - 一种双腔管连接器件及其制备、使用方法 - Google Patents

一种双腔管连接器件及其制备、使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于记忆合金管路连接与封堵技术领域，尤其涉及一种双腔管连接器件及其制备、使用方法。包括外圆环、内圆环、中间连接柱体及底圆，中间连接柱体连接两端的外圆环、内圆环；外圆环、内圆环为带筋结构或不带筋结构；本发明结合了管接头与封堵器的优点，利用外圆环加热紧固收缩，对被接管产生持续紧固，内圆环对被接管内径弹性支撑、记忆恢复支撑，实现管路的连接、封堵功能，解决现有封堵器连接后易渗漏的问题。同时采用双侧双腔管设计，可用于管路连接；外圆环内侧及内圆环外侧带有轴向支撑筋或周向支撑筋，通过支撑筋的设计，可有效提高抗扭转、紧固连接、密封、封堵性能。

Description

一种双腔管连接器件及其制备、使用方法
技术领域
本发明属于记忆合金管路连接与封堵技术领域，尤其涉及一种双腔管连接器件及其制备、使用方法。
背景技术
记忆合金用于管路封堵和连接主要是封隔器和管接头，它们适用的场合不同。
封隔器作为分层采油的密封保障措施在采油工程中广泛应用。传统的可取式封隔器的封隔件均以橡胶为密封材料。在高温和高压作业下容易老化，影响封隔器的使用寿命；且解封工艺比较复杂。超弹性TiNi合金可用作封隔器，靠刚性金属锥体和TiNi合金封隔件发生相对运动，锥体进入封隔件中，使TiNi合金封隔件沿径向胀大，直至封隔件与套管紧贴，实现对油、套管环形空间的密封；解封时，使封隔件与锥体分离，锥体对TiNi合金封隔件的支撑作用被去除，封隔件在其自身的超弹性作用下发生径向回复，实现封隔器与套管的分离。封隔器设计较为复杂，密封效果不好。
利用记忆合金制作连接或紧固件的基本原理是基于记忆合金构件的约束恢复特性。当记忆合金构件发生形状恢复时，利用被连接件或被紧固件对其进行位移限制，以至构件形状无法达到自由恢复时的尺寸，从而导致记忆合金连接或紧固件对校连接件或校紧固件产生一定的连接或紧固力。
常用记忆合金管接头为简单圆柱体，内孔加工有凸脊，在到马氏体状态，用机械力对管接头扩径，使得管接头的内径比被连接管外径稍大，随后加热，管接头受热收缩，抓紧被连接管，实现管路的紧固连接。记忆合金管接头连接与传统管路连接相比，具有结构简单，占用空间小，安装方便，连接可靠和重量轻等优点。但管接头无法用于管路的封堵，现有结构设计无法满足密封、紧固和封堵功能的一体式设计。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种记忆合金双腔管连接器件，包括外圆环1、内圆环2、中间连接柱体6及底圆3，中间连接柱体6连接两端的外圆环1、内圆环2；外圆环1、内圆环2为带筋结构或不带筋结构；
外圆环1、内圆环2的带内筋结构包括轴向支撑筋4或周向支撑筋5；
外圆环1具有记忆性能，能产生直径收缩，内圆环2具有超弹性性能或记忆性能，靠外圆环1管壁的环形紧固，内圆环2管壁的弹性支撑、记忆恢复，实现紧固连接，管路连接与封堵隔断，提高密封性；记忆合金双腔管连接器件外圆环1及内圆环2结构型式包括整体式或分片式结构型式。
记忆合金双腔管连接器件外圆环1内径大于被接管7外径，具有记忆性能，加热到马氏体逆相变温度以上能产生直径收缩，对被接管7保持持续紧固力。
记忆合金双腔管连接器件超弹性内圆环2外径大于被接管7内径0.1％～8％，具有超弹性性能，加载小于8％应变，卸载后，可恢复接近原来的外径尺寸；记忆性内圆环2外径小于被接管7内径，内圆环2外径记忆性能径向膨胀，装配后对被接管7保持持续支撑力，提高密封性能。
记忆合金双腔管外圆环1、内圆环2结构形式为整体式结构或分片式结构；整体式结构的外圆环1径向收缩约1％～8％、内圆环2弹性回复量约1％～8％，内圆环2径向膨胀量约0.1％～3％。分片式设计的外圆环1径向收缩约1％～20％、内圆环2弹性回复量约1％～20％，内圆环2径向膨胀量约0.1％～5％。
双腔管外圆环1内侧及内圆环2外侧带有轴向支撑筋4或周向支撑筋5。
一种双腔管连接器件制备方法及使用方法具体为；
超弹性内圆环结构的双腔管连接器件制备及使用方法
预先在马氏体状态将双腔管连接器件外圆环1扩径2％～18％，内圆环2内加限制芯杆，不扩径，塑形变形会提高记忆合金的相变温度，双腔管连接器件外圆环1的相变温度较初始状态有明显提高，而内圆环2保持原始形状，其相变温度低于外圆环1。内外圆环相变温度不同，材料的性能也不同；将被接管7放入双腔管连接器件的外腔内，外圆环1内径大于被接管7外径，具有记忆性能，加热到马氏体逆相变温度能产生直径收缩，径向收缩量约1％～8％，对被接管7保持持续紧固力。超弹性内圆环2外径大于被接管7内径，在同样温度下具有超弹性性能，装配后对被接管7保持持续稳定的支撑力，通过内外圆环的协同作用，显著提高双腔管连接器件的连接、密封性能；
记忆性内圆环结构的双腔管连接件制备及使用方法
预先在马氏体状态使用模具将双腔管连接器件外圆环1扩径2％～18％，同时将内圆环2径向压缩0.1％～8％，塑形变形会提高记忆合金的相变温度，双腔管连接器件外圆环1、内圆环2的相变温度较初始状态有提高；
将被接管7放入双腔管连接器件的外腔内，记忆合金双腔管连接器件外圆环1内径大于被接管7外径，具有记忆性能，加热到马氏体逆相变温度能产生直径收缩，径向收缩量约1％～8％；记忆性内圆环2外径小于被接管7内径，加热时径向膨胀量约0.1～3％，装配后对被接管7保持持续支撑力，通过内外圆环的协同作用，显著提高双腔管连接器件的连接、密封性能。
有益效果
本发明提供了一种双腔管连接器件，其结构简单，结合了管接头与封堵器的优点，利用外圆环加热紧固收缩，对被接管产生持续紧固，内圆环对被接管内径弹性支撑或记忆恢复支撑，实现管路的连接、封堵功能的一体式设计。外圆环内侧及内圆环外侧带有轴向支撑筋或周向支撑筋，通过支撑筋的设计，可有效提高抗扭转、紧固连接、密封、封堵性能。
附图说明
图1a-b为本发明一种双腔管连接器件整体式结构示意图，包括剖面图和俯视图。
图2a-b为本发明一种双腔管连接器件分片式结构示意图，包括剖面图和俯视图。
图3a-b为本发明一种双腔管连接器件轴向支撑筋结构示意图，包括剖面图和俯视图。
图4a-b为本发明一种双腔管连接器件周向支撑筋结构示意图，包括剖面图和俯视图。
图5为本发明一种双腔管连接器件双侧连接结构剖面图。
图6为本发明一种双腔管连接器件封堵示意剖面图。
1-外圆环、2-内圆环、3-底圆、4-轴向支撑筋、5-周向支撑筋、6-中间连接柱体、7-被接管
具体实施方式
下面结合附图，对优选实例作详细说明。本发明分别提供了超弹性、记忆性双腔管连接器件及其制备、使用方法。
实施例1：
超弹性双腔管连接器件及其制备及使用方法
所述的记忆合金双腔管连接器件结构主要由外圆环1、内圆环2、底圆3构成，为整体式结构，见附图1a-b；内部无支撑筋结构。外圆环1具有记忆性能，能产生直径收缩，对被接管7产生环形紧固，内圆环2具有超弹性性能，靠内圆环2管壁的弹性支撑接触，实现紧固接触连接，实现管路连接与封堵隔断，提高密封性。
所述的双腔管连接器件记忆合金采用NiTi合金，预先在马氏体状态将双腔管连接器件外圆环1由直径20mm扩径10％，塑形变形会提高记忆合金的马氏体逆相变温度Af约40℃，双腔管外圆环1的相变温度较初始状态有明显提高，达到110℃；而内圆环2保持原始形状，其马氏体逆相变温度Af低于外圆环1，为70℃。内外圆环相变温度不同，材料的性能也不同。
外圆环1内径为22mm略大于被接管7外径21.5mm，具有记忆性能，加热到140℃，超过马氏体逆相变温度，产生直径收缩量6％，对被接管7保持持续紧固力。
记忆合金双腔管连接器件内圆环2外径为19mm，略大于被接管7内径18.5mm，在低温马氏体下约束形状，缩小内径，与被接管7装配，加热到140℃，具有超弹性性能，弹性应变量约2.6％，受到被接管7限制，内圆环外径无法恢复到原始尺寸，装配后对被接管7保持持续稳定的支撑力，提高密封性能。通过内外圆环的协同作用，显著提高双腔管连接件的连接、密封性能。
实施例2：
带支撑筋超弹性双腔管连接器件及其制备及使用方法
在实施例1的NiTi合金双腔管连接器件整体式结构基础上，在双腔管连接器件外圆环1内侧带有轴向支撑筋4，图3为一种双腔管连接器件轴向支撑筋结构示意图。或在双腔管连接器件外圆环1内侧带有周向支撑筋5，图4为一种双腔管连接器件环向支撑筋结构示意图。带轴向支撑筋4结构设计可进一步提高耐冲击性能、密封性能，选择带周向支撑筋5结构，可进一步提高密封性能，抗拉脱性能。
实施例3：
双侧双腔管连接器件及其制备及使用方法
为了达到双侧紧固连接的目的，选用图5所示的双侧连接结构双腔管连接器件。
所述的双侧双腔管连接器件记忆合金材料采用NiTi合金，预先在马氏体状态将其中一侧双腔管连接器件外圆环1内径由直径15mm扩径8％，然后再将另一侧双腔管连接器件外圆环1内径由直径15mm扩径8％，扩径后相变温度为80℃；而内圆环2在扩径时加支撑芯杆，保持原始内径尺寸。
外圆环1内径为16.2mm，具有记忆性能，加热到120℃，超过马氏体逆相变温度，产生直径收缩量5％。记忆合金双腔管连接器件内圆环2外径为13.4mm，在低温马氏体下约束形状，缩小内径，加热到120℃，具有超弹性性能，弹性应变量约3.1％。双侧双腔管两侧可分别与不锈钢被接管连接，受到不锈钢被接管限制，外圆环1内径、内圆环2外径无法恢复到原始尺寸，产生紧固力，通过内外圆环的协同作用，显著提高双腔管连接件连接的密封性能。
实施例4：
记忆性双腔管连接器件及其制备、使用方法。
一种双腔管连接器件，所述的记忆合金双腔管连接器件结构主要由外圆环1、内圆环2、底圆3构成，为分片式结构，见附图2a-b；内部无支撑筋结构。外圆环1具有记忆性能，能产生直径收缩，对被接管7产生环形紧固，内圆环2具有记忆性能，靠内圆环2管壁的记忆恢复支撑接触，实现紧固接触连接，实现管路连接与封堵隔断，提高密封性，双腔管连接器件封堵原理示意图见附图6。
所述的双腔管连接器件记忆合金采用NiTiNb合金，预先在马氏体状态将双腔管外圆环1内径由直径15.5mm扩径16％，移去模具后，内径尺寸为17.4mm，塑形变形会提高记忆合金的马氏体逆相变温度Af约100℃，双腔管外圆环1的相变温度较初始状态有明显提高，达到50℃；而内圆环2外径压缩5％，移去模具后，内圆环2外径尺寸为13.8mm，其马氏体逆相变温度Af低于外圆环1，为-10℃，内外圆环相变温度不同。
外圆环1内径为17.4mm，大于被接管7外径17mm，具有记忆性能，加热到80℃，超过马氏体逆相变温度，产生直径收缩，收缩量7％，对被接管7保持持续紧固力。
记忆合金双腔管连接器件内圆环2外径为13.8mm，略小于被接管7内径14mm，在低温马氏体下约束形状，与被接管7装配，加热到80℃，记忆恢复，径向膨胀量约3.4％，受到被接管7限制，内圆环外径无法恢复到原始尺寸，装配后对被接管7保持持续稳定的支撑力，提高密封性能。

Claims (6)

1.一种记忆合金双腔管连接器件，其特征在于，包括外圆环(1)、内圆环(2)、中间连接柱体(6)及底圆(3)，中间连接柱体(6)连接两端的外圆环(1)、内圆环(2)；外圆环(1)、内圆环(2)为带筋结构或不带筋结构；
外圆环(1)、内圆环(2)的带筋结构包括轴向支撑筋(4)或周向支撑筋(5)；
外圆环(1)具有记忆性能，能产生直径收缩，内圆环(2)具有超弹性性能或记忆性能，靠外圆环(1)管壁的环形紧固，内圆环(2)管壁的弹性支撑、记忆恢复，实现紧固连接，管路连接与封堵隔断，提高密封性；记忆合金双腔管连接器件外圆环(1)及内圆环(2)结构型式包括整体式或分片式结构型式。
2.根据权利要求1所述的双腔管连接器件，其特征在于：记忆合金双腔管连接器件外圆环(1)内径大于被接管(7)外径，具有记忆性能，加热到马氏体逆相变温度以上能产生直径收缩，对被接管(7)保持持续紧固力。
3.根据权利要求1所述的双腔管连接器件，其特征在于：记忆合金双腔管连接器件超弹性内圆环(2)外径大于被接管(7)内径0.1％～8％，具有超弹性性能，加载小于8％应变，卸载后，可恢复接近原来的外径尺寸；记忆性内圆环(2)外径小于被接管(7)内径，内圆环(2)外径记忆性能径向膨胀，装配后对被接管(7)保持持续支撑力，提高密封性能。
4.根据权利要求1所述的双腔管连接器件，其特征在于：记忆合金双腔管外圆环(1)、内圆环(2)结构形式为整体式结构或分片式结构；整体式结构的外圆环(1)径向收缩约1％～8％、内圆环(2)弹性回复量约1％～8％，内圆环(2)径向膨胀量约0.1％～3％；分片式设计的外圆环(1)径向收缩约1％～20％、内圆环(2)弹性回复量约1％～20％，内圆环(2)径向膨胀量约0.1％～5％。
5.根据权利要求1所述的双腔管连接器件，其特征在于：双腔管连接器件外圆环(1)内侧及内圆环(2)外侧带有轴向支撑筋(4)或周向支撑筋(5)。
6.一种双腔管连接器件制备方法及使用方法，其特征在于，具体为
超弹性内圆环结构的双腔管连接器件制备及使用方法：
预先在马氏体状态将双腔管连接器件外圆环(1)扩径2％～18％，内圆环(2)内加限制芯杆，不扩径，塑形变形会提高记忆合金的相变温度，双腔管连接器件外圆环(1)的相变温度较初始状态有明显提高，而内圆环(2)保持原始形状，其相变温度低于外圆环(1)；内外圆环相变温度不同，材料的性能也不同；将被接管(7)放入双腔管连接器件的外腔内，外圆环(1)内径大于被接管(7)外径，具有记忆性能，加热到马氏体逆相变温度能产生直径收缩，径向收缩量约1％～8％，对被接管(7)保持持续紧固力；超弹性内圆环(2)外径大于被接管(7)内径，在同样温度下具有超弹性性能，先将内圆环(2)外径缩小，装配后，被接管(7)内径阻止内圆环外径的恢复，对被接管(7)保持持续稳定的支撑力，通过内外圆环的协同作用，显著提高双腔管连接件的连接、密封性能；
记忆性内圆环结构的双腔管连接器件制备及使用方法：
预先在马氏体状态使用模具将双腔管连接器件外圆环(1)扩径2％～18％，同时将内圆环(2)径向压缩0.1％～8％，塑形变形会提高记忆合金的相变温度，双腔管连接器件外圆环(1)、内圆环(2)的相变温度较初始状态有提高；
将被接管(7)放入双腔管连接器件的外腔内，记忆合金双腔管连接器件外圆环(1)内径大于被接管(7)外径，具有记忆性能，加热到马氏体逆相变温度能产生直径收缩，径向收缩量约1％～8％；记忆性内圆环(2)外径小于被接管(7)内径，加热时径向膨胀量约0.1～3％，装配后对被接管(7)保持持续支撑力，通过内外圆环的协同作用，显著提高双腔管连接器件的连接、密封性能。
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