CN112555527A - 一种油气输送用非金属柔性复合管扣压接头及其连接方法 - Google Patents

一种油气输送用非金属柔性复合管扣压接头及其连接方法 Download PDF

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CN112555527A CN202011534070.7A CN202011534070A CN112555527A CN 112555527 A CN112555527 A CN 112555527A CN 202011534070 A CN202011534070 A CN 202011534070A CN 112555527 A CN112555527 A CN 112555527A
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赵勇
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刘德俊
田永强
刘和平
陈浩明
李超
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Abstract

本发明目的在于提供一种油气输送用非金属柔性复合管扣压接头及其连接方法，包括左金属接头芯(1)、右金属接头芯(2)、金属外紧套(3)、左外套筒(4)、右外套筒(5)、环形密封件(6)；所述左金属接头芯(1)与右金属接头芯(2)通过金属外紧套(3)连接；所述金属外紧套(3)设置在左金属接头芯(1)右部；所述左外套筒(4)设置在金属外紧套(3)左侧；所述右外套筒(5)设置在右金属接头芯(2)上；所述环形密封件(6)设置在左金属接头芯(1)与右金属接头芯(2)之间。解决现有接头耐压能力低、连接强度和密封性能不稳定，无法达到油气输送时的中高压要求的问题。

Description

一种油气输送用非金属柔性复合管扣压接头及其连接方法
技术领域
本发明涉及非金属柔性复合管管道连接领域，具体涉及一种油气输送用非金属柔性复合管扣压接头及其连接方法。
背景技术
目前非金属柔性复合管管体间的连接主要有电熔管件连接和金属扣压管件连接。金属扣压连接是油气田中中高压非金属柔性复合管管道应用最广泛的一种连接技术，该连接是用机械方法把金属外套筒-非金属柔性复合管管端-金属接头芯扣压成为可以保证密封并承受一定轴向荷载的接头,再将两个接头利用金属外紧套螺纹连接。该连接方法简单、施工便捷,因而受到市场青睐，但可能存在以下缺陷：一是非金属柔性复合管管端因压缩变形和服役温度使得接头处与管道主体变形不一致，进而接头与管体连接处易产生较大应力集中或因热膨胀系数不同使得连接强度不稳定；二是传统接头水平段螺纹设计上扣方式或者配合结构本身存在的问题，容易导致连接部分连接强度和气密性不稳定；三是金属接头芯密封面一般采用密封圈密封，这种密封圈耐压能力低，且金属接头和弹性体密封件在输送不同温度介质的时候部件之间会因为热胀冷缩产生空隙，密封性能不稳定，无法达到油气输送时的中高压要求。不锈钢或者碳钢材质的金属接头在配合处会有较小的结构突变，同时由于CO2和Cl-的存在，会加剧金属接头内部的腐蚀，需要进一步对防腐涂料及工艺进行研究。
发明内容
本发明提供一种油气输送用非金属柔性复合管扣压接头及其连接方法，利用扣压式和斜坡倒角的设置，以及特殊环形密封件，解决现有接头耐压能力低、连接强度和密封性能不稳定，无法达到油气输送时的中高压要求的问题。
本发明的实现方式：
一种油气输送用非金属柔性复合管扣压接头，包括左金属接头芯(1)、右金属接头芯(2)、金属外紧套(3)、左外套筒(4)、右外套筒(5)、环形密封件(6)；所述左金属接头芯(1)与右金属接头芯(2)通过金属外紧套(3)连接；所述金属外紧套(3)设置在左金属接头芯(1)右部；所述左外套筒(4)设置在金属外紧套(3)左侧；所述右外套筒(5)设置在右金属接头芯(2)上；所述环形密封件(6)设置在左金属接头芯(1)与右金属接头芯(2)之间。
优选的，所述左金属接头芯(1)为圆柱状，内设通道；所述左金属接头芯(1)内通道和非金属柔性复合管内部直径相同；所述左金属接头芯(1)右部设有第一凸台(11)，所述第一凸台(11)右面设有第一凹槽(12)；所述左金属接头芯(1)右端设有扭矩台肩(13)；所述扭矩台肩(13)的左端面外侧设有台肩凸起(131)；所述第一凹槽(12)与扭矩台肩(13)之间为第一水平段(14)；所述左金属接头芯(1)右端面设有第一环形密封件放置面(15)；所述左金属接头芯(1)左部外侧设有若干偏梯形凹槽结构(16)；所述左金属接头芯(1)左侧的外径渐扩至第一水平段(14)外径大小；所述第一水平段(14)处厚度为6.3～9.9mm。
优选的，所述偏梯形凹槽结构(16)呈环向分布；所述偏梯形凹槽结构(16)左端斜面(161)为18°；所述偏梯形凹槽结构(16)右端斜面(162)为43°；所述左端斜面(161)与右端斜面(162)之间为第二水平段(163)；所述若干偏梯形凹槽结构(16)之间设有第三水平段(164)。
优选的，所述右金属接头芯(2)为圆柱状，内设通道；所述右金属接头芯(2)左端面设有第二环形密封件放置面(21)；所述右金属接头芯(2)左部设有斜面锥形凸台(22)；所述斜面锥形凸台(22)外表面设有斜面锥形外螺纹(221)；所述斜面锥形凸台(22)右面设有第二凸台(23)；所述第二凸台(23)左面设有第二凹槽(24)；所述第二凸台(23)右面设有第二偏梯形凹槽结构(25)；所述第二凸台(23)右面部分与第一凸台(11)左面部分对称设置。
优选的，所述金属外紧套(3)呈漏斗形，左部直径小于右部直径，右部外表面呈六边形；所述金属外紧套(3)左端和左金属接头芯(1)右端活动连接；所述金属外紧套(3)左端内侧设有与扭矩台肩(13)对应的台扣(31)；所述金属外紧套(3)右部内壁设有与斜面锥形内螺纹(32)对应的斜面锥形内螺纹(32)；所述金属外紧套(3)通过斜面锥形内螺纹(32)与斜面锥形外螺纹(221)连接右金属接头芯(2)。
优选的，所述左外套筒(4)右端设有卡扣台(41)；所述卡扣台(41)下端扣在第一凹槽(12)中；所述左外套筒(4)右部内壁设有与偏梯形凹槽结构(16)对应的偏梯形凸起结构(42)；所述偏梯形凸起结构(42)顶部第四水平段(421)尺寸窄于偏梯形凹槽结构(16)底部第二水平段(163)0.8～1.2mm。
优选的，本发明中右外套筒(5)与左外套筒(4)对称设置。
优选的，所述环形密封件(6)为环形结构，包括外环(61)、中间凸起(62)和内环(63)；所述外环(61)上端面设有外环形上密封凸起(611)；所述外环(61)内侧连接中间凸起(62)；所述中间凸起(62)上端面设有上沟槽(621)；所述中间凸起(62)内侧连接内环(63)；所述内环(63)上端面设有内环形上密封凸起(631)；所述外环(61)与内环(63)厚度相等，中间凸起(62)厚度大于外环(61)与内环(63)；所述中间凸起(62)内部设有三维金属网；所述外环(61)、内环(63)和中间凸起(62)的上端与下端对称设置；所述第一环形密封件放置面(15)与环形密封件(6)上端面对应设置；所述第二环形密封件放置面(21)与环形密封件(6)下端面对应设置。
优选的，所述左金属接头芯(1)、右金属接头芯(2)、金属外紧套(3)、左外套筒(4)和右外套筒(5)的内外表面均有纳米涂层。
优选的，本发明提供一种油气输送用非金属柔性复合管扣压接头的连接方法，包括如下步骤：
(1)将金属外紧套(3)和左金属接头芯(1)活动连接，将左外套筒(4)和左金属接头芯(1)通过内胀外压机械配合，将右外套筒(5)和右金属接头芯(2)通过内胀外压机械配合；
(2)将环形密封件(6)上部放置在第一环形密封件放置面(15)，右金属接头芯(2)左端第二环形密封件放置面(21)与形密封件(6)下部连接；
(3)转动金属外紧套(3)，通过斜面锥形内螺纹(32)与斜面锥形外螺纹(221)啮合，连接左金属接头芯(1)与右金属接头芯(2)。
本发明的有益效果：
(1)金属外套筒内壁的偏梯形凸起结构顶端窄于金属接头芯的偏梯形凹槽底部，增大接触面积，使得热膨胀系数不同的非金属柔性复合管管体和金属接头在服役过程中始终密切贴合，消除因服役温度不同导致接触处产生缝隙，偏梯形承载面可以更多的承担非金属柔性复合管管材承受内压时产生的轴向载荷，使得接头具有更好的抗弯曲性能；
(2)金属外套筒和金属接头芯水平段尺寸配合，金属接头芯斜坡倒角设置有弧度，使得非金属柔性复合管管端结构均匀过渡且弧面能起到更好的密封作用，有效减小应力集中，提高接头的抗过扭和抗疲劳能力；
(3)金属外套筒和金属接头芯配合扭矩台肩活动连接，扭矩台肩为副密封并有过扭保护的作用，将环向应力减小至最低，反向角可以提高接头的结构强度；
(4)本发明提供了一种特殊环形密封件，传统密封圈由橡胶构成，具有较好的弹性但结构强度很差，所述含氟弹性体环形密封件防腐和密封效果更好，其内部金属增强结构能提供一定强度，通过金属接头芯端面对其进行限制固定，即使发生形变依然能紧密贴合接头，能够有效延长密封件使用寿命，有效提升密封件耐压性能；
(5)金属外紧套和金属接头芯采用锥形斜面螺纹连接，不仅可以副密封提高接头的密封能力，而且可以分担轴向力加强管段承受内压的强度；
(6)采用耐磨损、耐高温高压优异的防腐涂料，进一步保证在机械扣压过程中涂料的完整性，提高机械配合位置较小结构突变处的抗冲蚀腐蚀能力，提升整个接头的抗老化、开裂、破损能力，保证整个接头装置的密封性能和连接性能，保证工作安全。
附图说明
图1为接头结构剖面图；
图2为左金属接头芯示意图；
图3为左金属接头芯剖视图；
图4为右金属接头芯示意图；
图5为右金属接头芯剖视图；
图6为金属外紧套示意图；
图7为金属外紧套剖视图；
图8为左外套筒剖视图；
图9为右外套筒剖视图；
图10为环形密封件立体图；
图11为环形密封件剖视图；
图12为左外套筒局部放大剖视示意图；
图13为左金属接头芯局部放大剖视示意图；
图中，1左金属接头芯，11第一凸台，12第一凹槽，13扭矩台肩，131台肩凸起，14第一水平段，15第一环形密封件放置面，16偏梯形凹槽结构，161左端斜面，162右端斜面，163第二水平段，164第三水平段，2右金属接头芯，21第二环形密封件放置面，22斜面锥形凸台，221斜面锥形外螺纹，23第二凸台，24第二凹槽，3金属外紧套，31台扣，32斜面锥形内螺纹，4左外套筒，41卡扣台，42偏梯形凸起结构，421第四水平段，5右外套筒，6环形密封件，61外环,611外环形上密封凸起，62中间凸起，621上沟槽，63内环，631内环形上密封凸起。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种油气输送用非金属柔性复合管扣压接头，包括左金属接头芯(1)、右金属接头芯(2)、金属外紧套(3)、左外套筒(4)、右外套筒(5)、环形密封件(6)；所述左金属接头芯(1)与右金属接头芯(2)通过金属外紧套(3)连接；所述金属外紧套(3)设置在左金属接头芯(1)右部；所述左外套筒(4)设置在金属外紧套(3)左侧；所述右外套筒(5)设置在右金属接头芯(2)上；所述环形密封件(6)设置在左金属接头芯(1)与右金属接头芯(2)之间。
进一步，所述左金属接头芯(1)为圆柱状，内设通道；所述左金属接头芯(1)内通道和非金属柔性复合管内部直径相同；所述左金属接头芯(1)右部设有第一凸台(11)，所述第一凸台(11)右面设有第一凹槽(12)；所述左金属接头芯(1)右端设有扭矩台肩(13)；所述扭矩台肩(13)的左端面外侧设有台肩凸起(131)；所述第一凹槽(12)与扭矩台肩(13)之间为第一水平段(14)；所述左金属接头芯(1)右端面设有第一环形密封件放置面(15)；所述左金属接头芯(1)左部外侧设有若干偏梯形凹槽结构(16)；所述左金属接头芯(1)左侧的外径渐扩至第一水平段(14)外径大小；所述第一水平段(14)处厚度为6.3～9.9mm。
进一步，所述偏梯形凹槽结构(16)呈环向分布；所述偏梯形凹槽结构(16)左端斜面(161)为18°；所述偏梯形凹槽结构(16)右端斜面(162)为43°；所述左端斜面(161)与右端斜面(162)之间为第二水平段(163)；所述若干偏梯形凹槽结构(16)之间设有第三水平段(164)。
进一步，所述右金属接头芯(2)为圆柱状，内设通道；所述右金属接头芯(2)左端面设有第二环形密封件放置面(21)；所述右金属接头芯(2)左部设有斜面锥形凸台(22)；所述斜面锥形凸台(22)外表面设有斜面锥形外螺纹(221)；所述斜面锥形凸台(22)右面设有第二凸台(23)；所述第二凸台(23)左面设有第二凹槽(24)；所述第二凸台(23)右面设有第二偏梯形凹槽结构(25)；所述第二凸台(23)右面部分与第一凸台(11)左面部分对称设置。
进一步，所述金属外紧套(3)呈漏斗形，左部直径小于右部直径，右部外表面呈六边形；所述金属外紧套(3)左端和左金属接头芯(1)右端活动连接；所述金属外紧套(3)左端内侧设有与扭矩台肩(13)对应的台扣(31)；所述金属外紧套(3)右部内壁设有与斜面锥形内螺纹(32)对应的斜面锥形内螺纹(32)；所述金属外紧套(3)通过斜面锥形内螺纹(32)与斜面锥形外螺纹(221)连接右金属接头芯(2)。
进一步，所述左外套筒(4)右端设有卡扣台(41)；所述卡扣台(41)下端扣在第一凹槽(12)中；所述左外套筒(4)右部内壁设有与偏梯形凹槽结构(16)对应的偏梯形凸起结构(42)；所述偏梯形凸起结构(42)顶部第四水平段(421)尺寸窄于偏梯形凹槽结构(16)底部第二水平段(163)0.8～1.2mm。
进一步，所述右外套筒(5)与左外套筒(4)对称设置。
进一步，所述环形密封件(6)为环形结构，包括外环(61)、中间凸起(62)和内环(63)；所述外环(61)上端面设有外环形上密封凸起(611)；所述外环(61)内侧连接中间凸起(62)；所述中间凸起(62)上端面设有上沟槽(621)；所述中间凸起(62)内侧连接内环(63)；所述内环(63)上端面设有内环形上密封凸起(631)；所述外环(61)与内环(63)厚度相等，中间凸起(62)厚度大于外环(61)与内环(63)；所述中间凸起(62)内部设有三维金属网；所述外环(61)、内环(63)和中间凸起(62)的上端与下端对称设置；所述第一环形密封件放置面(15)与环形密封件(6)上端面对应设置；所述第二环形密封件放置面(21)与环形密封件(6)下端面对应设置。
进一步，所述左金属接头芯(1)、右金属接头芯(2)、金属外紧套(3)、左外套筒(4)和右外套筒(5)的内外表面均有纳米涂层；
进一步，本实施例所述纳米涂层为深圳市易珑科技有限公司生产的易珑水性纳米合金防腐涂料EC-7036。
实施例2
本实施例提供一种油气输送用非金属柔性复合管扣压接头的连接方法，包括如下步骤：
(1)将金属外紧套(3)和左金属接头芯(1)活动连接，将左外套筒(4)和左金属接头芯(1)通过内胀外压机械配合，将右外套筒(5)和右金属接头芯(2)通过内胀外压机械配合；
(2)将环形密封件(6)上部放置在第一环形密封件放置面(15)，右金属接头芯(2)左端第二环形密封件放置面(21)与形密封件(6)下部连接；
(3)转动金属外紧套(3)，通过斜面锥形内螺纹(32)与斜面锥形外螺纹(221)啮合，连接左金属接头芯(1)与右金属接头芯(2)。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作出的进一步详细说明，不能认为本发明的具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作处若干简单的推演或替换，都应该视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种油气输送用非金属柔性复合管扣压接头，其特征在于：包括左金属接头芯(1)、右金属接头芯(2)、金属外紧套(3)、左外套筒(4)、右外套筒(5)、环形密封件(6)；所述左金属接头芯(1)与右金属接头芯(2)通过金属外紧套(3)连接；所述金属外紧套(3)设置在左金属接头芯(1)右部；所述左外套筒(4)设置在左金属接头芯(1)上，在金属外紧套(3)左边；所述右外套筒(5)设置在右金属接头芯(2)上；所述环形密封件(6)设置在左金属接头芯(1)与右金属接头芯(2)之间。
2.根据权利要求1所述一种油气输送用非金属柔性复合管扣压接头，其特征在于：所述左金属接头芯(1)为圆柱状，内设通道；所述左金属接头芯(1)右部设有第一凸台(11)，所述第一凸台(11)右侧设有第一凹槽(12)；所述左金属接头芯(1)右端设有扭矩台肩(13)；所述扭矩台肩(13)的左端面外侧设有台肩凸起(131)；所述第一凹槽(12)与扭矩台肩(13)之间为第一水平段(14)；所述左金属接头芯(1)右端面设有第一环形密封件放置面(15)；所述第一凹槽(12)左侧设有若干偏梯形凹槽结构(16)；所述左金属接头芯(1)左端的外径渐扩至第一水平段(14)外径大小；所述第一水平段(14)处厚度为6.3～9.9mm。
3.根据权利要求2所述一种油气输送用非金属柔性复合管扣压接头，其特征在于：所述偏梯形凹槽结构(16)呈环向分布；所述偏梯形凹槽结构(16)左端斜面(161)为18°；所述偏梯形凹槽结构(16)右端斜面(162)为43°；所述左端斜面(161)与右端斜面(162)之间为第二水平段(163)；所述若干偏梯形凹槽结构(16)之间设有第三水平段(164)。
4.根据权利要求1所述一种油气输送用非金属柔性复合管扣压接头，其特征在于：所述右金属接头芯(2)为圆柱状，内设通道；所述右金属接头芯(2)左端面设有第二环形密封件放置面(21)；所述右金属接头芯(2)左部设有斜面锥形凸台(22)；所述斜面锥形凸台(22)外表面设有斜面锥形外螺纹(221)；所述斜面锥形凸台(22)右侧设有第二凸台(23)；所述第二凸台(23)左面设有第二凹槽(24)；所述第二凸台(23)右侧设有第二偏梯形凹槽结构(25)；所述第二凸台(23)右面部分与第一凸台(11)左面部分对称设置。
5.根据权利要求1所述一种油气输送用非金属柔性复合管扣压接头，其特征在于：所述金属外紧套(3)呈漏斗形，左部直径小于右部直径，右部外表面呈六边形；所述金属外紧套(3)左端和左金属接头芯(1)右端活动连接；所述金属外紧套(3)左端内侧设有与扭矩台肩(13)对应的台扣(31)；所述金属外紧套(3)右部内壁设有与斜面锥形外螺纹(221)对应的斜面锥形内螺纹(32)；所述金属外紧套(3)通过斜面锥形内螺纹(32)与斜面锥形外螺纹(221)配合，连接右金属接头芯(2)。
6.根据权利要求1所述一种油气输送用非金属柔性复合管扣压接头，其特征在于：所述左外套筒(4)右端设有卡扣台(41)；所述卡扣台(41)下端扣在第一凹槽(12)中；所述左外套筒(4)左部内壁设有与偏梯形凹槽结构(16)对应的偏梯形凸起结构(42)；所述偏梯形凸起结构(42)顶部第四水平段(421)尺寸窄于偏梯形凹槽结构(16)底部第二水平段(163)0.8～1.2mm。
7.根据权利要求1所述一种油气输送用非金属柔性复合管扣压接头，其特征在于：所述右外套筒(5)与左外套筒(4)对称设置。
8.根据权利要求1所述一种油气输送用非金属柔性复合管扣压接头，其特征在于：所述环形密封件(6)为环形结构，包括外环(61)、中间凸起(62)和内环(63)；所述外环(61)上端面设有外环形上密封凸起(611)；所述外环(61)内侧连接中间凸起(62)；所述中间凸起(62)上端面设有上沟槽(621)；所述中间凸起(62)内部设有三维金属网；所述中间凸起(62)内侧连接内环(63)；所述内环(63)上端面设有内环形上密封凸起(631)；所述外环(61)与内环(63)厚度相等，中间凸起(62)厚度大于外环(61)与内环(63)；所述外环(61)、内环(63)和中间凸起(62)的上端与下端对称设置；所述第一环形密封件放置面(15)与环形密封件(6)上端面对应设置；所述第二环形密封件放置面(21)与环形密封件(6)下端面对应设置。
9.根据权利要求1所述一种油气输送用非金属柔性复合管扣压接头，其特征在于：所述左金属接头芯(1)、右金属接头芯(2)、金属外紧套(3)、左外套筒(4)和右外套筒(5)的内外表面设有纳米涂层。
10.权利要求1所述一种油气输送用非金属柔性复合管扣压接头的连接方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将金属外紧套(3)和左金属接头芯(1)活动连接，将左外套筒(4)和左金属接头芯(1)通过内胀外压机械配合，将右外套筒(5)和右金属接头芯(2)通过内胀外压机械配合；
(2)将环形密封件(6)上部放置在第一环形密封件放置面(15)，右金属接头芯(2)左端第二环形密封件放置面(21)与形密封件(6)下部连接；
(3)转动金属外紧套(3)，通过斜面锥形内螺纹(32)与斜面锥形外螺纹(221)啮合，连接左金属接头芯(1)与右金属接头芯(2)。
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