CN109477600A - 管接头 - Google Patents

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Abstract

提供一种管接头，用于在超高压条件下使用，且接头的直径不会相对地变大。该管接头具备：第1及第2接头部件，其具有相互连通的流体通路；和密封垫片，其夹设在第1及第2接头部件的对接端面之间，在第1及第2接头部件的对接端面上形成有环状的密封突起，该管接头的特征在于，在将第1及第2接头部件的内径设为D1、将密封垫片的内径设为D2、将密封突起的直径设为D3、将密封垫片的外径设为D4时，以式(1)规定的系数F为0.4以下，式(1)：F＝(D3 2‑D1 2)/(D4 2‑D2 2)。

Description

管接头
技术领域
本发明涉及管接头，尤其涉及使密封垫片塑性变形来进行面密封的管接头。
背景技术
在专利文献1中，作为使密封垫片塑性变形来进行面密封的管接头，已知如下管接头，具备：具有相互连通的流体通路的管状的第1接头部件及管状的第2接头部件；夹设在第1接头部件的右端面与第2接头部件的左端面之间的圆环状密封垫片；和保持圆环状密封垫片且被第1接头部件保持的护圈(retainer)，通过从第2接头部件侧螺纹嵌合到第1接头部件的螺母，将第2接头部件固定到第1接头部件上。
关于这种形态的接头，由于密封性能高而主要在半导体制造装置领域中可举出实绩。
另一方面，近年来，随着燃料电池汽车领域的发展，而要求用于供给超高压氢的接头，针对各种形态的接头进行了研究。
这样的在技术领域中要求的耐超高压性能通常要能够承受100MPa以上的压力，而且在高压气体保安法中，规定必须在使用压力的1.25倍的耐压试验中合格。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3876351号公报
发明内容
在超高压条件下使用上述以往的管接头的情况下，具有会发生泄露的问题。
本发明的目的在于提供一种适于在超高压条件下使用的管接头。
本发明为一种管接头，具有：第1及第2接头部件，其具有相互连通的流体通路；和密封垫片，其夹设在第1及第2接头部件的对接端面之间，在第1及第2接头部件的对接端面上形成有环状的密封突起，上述管接头的特征在于，在将第1及第2接头部件的内径设为D1、将密封垫片的内径设为D2、将密封突起的直径设为D3、将密封垫片的外径设为D4时，以下述式(1)规定的系数F为0.4以下。
式(1)：F＝(D3 2-D1 2)/((D4 2-D2 2)
本发明人在第1及第2接头部件内部的流体通路中流动有超高压流体的条件下进行有限元分析，发现了密封垫片的变形会对泄露的发生造成影响。而且发现了将D1～D4组合得到的指标为某固定值以下会带来有利效果，从而创作出本发明。
管接头的耐压性能被推定为与密封垫片的变形量和接头部件的变形量相关。
首先，密封垫片的变形量被推定为依存于密封垫片的刚性。这是因为若密封垫片的刚性高则因内压导致的密封垫片的变形量变小。若将密封垫片的厚度考虑成固定，则在圆筒管的内壁处开始屈服时的内压P1由于与圆筒管的刚性成正比所以被推定为与(D4 2-D2 2)成正比。
另外，接头部件的变形量由于是因内压施加于接头部件的对接端面而产生的，所以被推定为与被施加来自高压流体的压力的密封突起的直径D3以及第1及第2接头部件的内径D1所夹的圆环的面积成反比，在第1及第2接头部件的对接端面处开始屈服时的内压P2被推定为与(D3 2-D1 2)成反比。
因此，由于密封垫片的变形和接头部件的变形同时发生，所以密封垫片的耐压性能被推定为以负相关与系数F＝(D3 2-D1 2)/(D4 2-D2 2)成比例，实际上通过有限元法，发现了F优选为0.4以下。
此外，D1因流动的高压流体的压力和流量而受到现实性限制，D4因管接头的物理大小的方面而受到现实性限制，因此，出于这些现实性限制，实际上，无法使系数F的下限为一定值以下。
发明效果
可提供通过调整第1及第2接头部件的内径D1、密封垫片的内径D2、密封突起的直径D3及密封垫片的外径D4而能够适用于超高压规格的管接头。
附图说明
图1是表示本发明的管接头的一个实施方式的纵剖视图。
图2是用于模拟对图1的管接头施加了内压时的应力、形变的模型的概略图。
图3是表示密封垫片开始偏离的压力P与系数F之间的关系的曲线图。
图4是表示密封垫片与接头部件的密接性消失时的压力P与系数F之间的关系的曲线图。
图5是表示密封垫片与接头部件的密接性消失时的密封垫片的位移与系数F之间的关系的曲线图。
具体实施方式
以下，参照附图来例示性地详细说明本发明的优选实施例。但是，本实施例所记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等只要没有特别特定的记载，则其主旨并不是将本发明的范围限定于此，仅仅只是说明例。
管接头具有：管状的第1接头部件(1)及管状的第2接头部件(2)，其具有相互连通的流体通路；圆环状密封垫片(3)，其夹设在第1接头部件(1)的右端面与第2接头部件(2)的左端面之间；和护圈(5)，其保持圆环状密封垫片(3)且被第1接头部件(1)保持，通过从第2接头部件(2)侧螺纹嵌合到第1接头部件(1)的螺母(4)，将第2接头部件(2)固定到第1接头部件(1)上。在各接头部件(1)(2)的对接端面的半径方向上分别形成有圆环状密封突起(7)(8)，在各接头部件(1)(2)的对接端面的外周部上分别形成有环状的防过紧突起(9)(10)。
密封垫片(3)的两个端面为相对于轴向成直角的平坦面。在密封垫片(3)的外周面上设有由向外凸缘构成的防脱部(3b)。
两个接头部件(1)(2)及密封垫片(3)为SUS316L制。
在螺母(4)的右端部形成有向内凸缘(11)，该凸缘(11)的部分嵌于第2接头部件(2)的周围。在螺母(4)的左端部的内周上形成有内螺纹(12)，其与形成在第1接头部件(1)的右侧的外螺纹(14)螺纹嵌合。在第2接头部件(2)的左端部外周上形成有向外凸缘(13)，在向外凸缘(13)与螺母(4)的向内凸缘(11)之间夹设有防止共转用的推力球轴承(6)。
各防过紧用环状突起(9)(10)比圆环状密封突起(7)(8)更向左右方向密封垫片(3)侧突出，在要比恰当的紧固进一步紧固时，将护圈(5)从其两面按压。
当从用手紧固的状态通过扳手等进一步紧固螺母(4)时，防过紧突起(9)(10)与护圈(5)之间的间隙成为0，针对紧固的阻力变得非常大，防止了过度紧固。
第1接头部件(1)的内周(1a)、第2接头部件(2)的内周(2a)以及密封垫片的内周(3a)形成了流体通路。
优选的是，将第1及第2接头部件的内径设为D1、将密封垫片的内径设为D2、将密封突起的直径设为D3以及将密封垫片的外径设为D4时的系数F＝(D3 2-D1 2)/(D4 2-D2 2)为0.4以下。更优选系数F为0.3以下。
在此，D3是将圆环状密封突起(7)(8)的最突出部分的中央点连结的直径，D4是圆环状密封垫片(3)的不包含防脱部(3b)的外径。
当系数F成为0.4以下时出现密封垫片的变形被抑制的倾向。由于当系数F成为0.3以下时密封垫片的变形会被抑制得低，所以更为优选。
图2是用于模拟对管接头施加了内压时的应力、应变的模型的概略图。将被第1管接头(1)和第2管接头(2)夹持的密封垫片(3)作为基本结构、且将内周(1a)(2a)的内径设为D1、将内周(3a)的内径设为D2、将圆环状密封突起(7)(8)的直径设为D3以及将密封垫片(3)的外径(不包括防脱部(3b)的外径)设为D4来进行分析。
(试验例1)
使部件的材料为不锈钢，进行了有限元分析。在下表[表1]中示出了D1～D4的值、该值时的系数F及密封垫片(3)开始偏离时的压力P，在图3中示出了表示该F与P之间的关系的曲线图。此外，虚线为近似直线。
[表1]
观察图3，可知系数F与密封垫片开始偏离的压力P之间的关系处于线性关系，可知系数F为妥当的系数。
(试验例2)
接下来，使部件的材料为不锈钢，进行了有限元分析。在下表[表2]中示出了D1～D4的值、该值时的系数F及密封垫片(3)-接头部件(1)(2)之间的密接性消失时的压力P，在图4中示出了表示该F与P之间的关系的曲线图。此外，虚线为近似直线。
[表2]
观察图4，对密封垫片与接头部件的密接性开始消失的压力进行了分析，因此，虽然与图3相比近似直线的倾斜度减小，但系数F与密接性开始消失的P之间的关系与图3同样地线性关系被保持得非常高，能够明白系数F的妥当性。
(试验例3)
接下来，在与试验例2相同的条件下进行了有限元分析。在下表[表3]中示出了D1～D4的值、该值时的系数F及密封垫片(3)-接头部件(1)(2)之间的密接性消失时的密封垫片的内径位移、密封垫片的外径位移及密封垫片的圆环状密封突起(7)(8)的位移，在图5中示出了表示该F与位移之间的关系的曲线图。此外，位移的单位为mm。
[表3]
在图5中，以实线示出了密封垫片内径的位移，以长虚线示出了密封垫片外径的位移，以短虚线示出了密封垫片的圆环状密封突起位置的位移。系数F为0.66～0.52的区间是随着系数F减小而位移均增大，系数F为0.52～0.40的区间是不依存于系数F而位移均大致固定，系数F为0.40～0.27的区间是随着系数F减小而位移均减小，在系数F为0.27以下的区间中位移均减到最小而保持固定状态。
由于位移越小越对提高耐压性能有利，所以优选是位移转为减少的0.4以下的系数F。而且，更优选是位移最小且被保持固定的0.3以下的系数F。
工业实用性
关于超高压规格的配管的管接头，能够提供紧凑的最佳形状的管接头。
附图标记说明
1：第1接头部件
2：第2接头部件
3：密封垫片
7：圆环状密封突起
8：圆环状密封突起

Claims (1)

1.一种管接头，具备：
第1接头部件及第2接头部件，其具有相互连通的流体通路；和
密封垫片，其夹设在所述第1接头部件及第2接头部件的对接端面之间，
在所述第1接头部件及第2接头部件的对接端面上形成有环状的密封突起，所述管接头的特征在于，
在将所述第1接头部件及第2接头部件的内径设为D1、将所述密封垫片的内径设为D2、将所述密封突起的直径设为D3、将所述密封垫片的外径设为D4时，
以下述式(1)规定的系数F为0.4以下，
式(1)：F＝(D3 2-D1 2)/(D4 2-D2 2)。
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