CN114962809B - 一种中高压塑料复合管全通径连接结构及其连接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中高压塑料复合管全通径连接结构及其连接方法，包括第一管接头本体、第二管接头本体、第一复合管、第二复合管及螺纹锁紧环；所述第一复合管与第一管接头本体相连，所述第二复合管与第二管接头本体相连，所述第一管接头本体与第二管接头本体之间通过螺纹锁紧环相连；本发明较现有的连接方式具有连接结构与管道系统通径一致、连接强度以及密封性能可靠，结构简单、操作便捷、管材无需封端处理等优点。

Description

一种中高压塑料复合管全通径连接结构及其连接方法
技术领域
本发明涉及管道连接技术领域，具体涉及一种中高压塑料复合管全通径连接结构及其连接方法。
背景技术
塑料复合管由于其具有耐压高、耐腐蚀等优点，目前已广泛应用于石油、化工、天然气及市政等国民经济的各行各业。同时，管道连接技术作为至关重要的环节严重制约着管道的使用范围。一般情况下，管道连接要求其连接部位强度不应低于管道本体耐压强度。在油田领域，由于工况复杂，管道工作压力高，常规的电熔、热熔等管道连接方式因强度低而无法满足使用要求。因此，油田用中高压塑料复合管普遍采用金属扣压连接方法，虽然连接部位强度较为可靠，但是现有技术由于扣压管件本身壁厚以及扣压工艺等原因容易造成管道连接处严重缩径，大大降低管道的运行通量。整个管路系统通径不一致，容易在输送过程中造成缩径处管路堵塞，影响整个管道的服役寿命。例如专利号为：201720056780.0，公开了一种塑料复合管用金属连接管件的密封结构以及专利号为：202011534070.7，公开了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，此两种金属扣压方法均存在上述问题，会造成连接处严重缩径而影响整个管路系统。在油田领域，一种中高压塑料复合管全通径连接技术成为了行业难题，且至关重要。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种安全可靠，耐压高，且不牺牲通径的中高压塑料复合管的新型全通径连接技术，包括其连接结构以及连接方法，很好的解决了上述问题，对塑料复合管在油田领域中的推广具有极大意义。
本发明的技术方案如下：
一种中高压塑料复合管全通径连接结构，其特征在于，包括第一管接头本体、第二管接头本体、第一复合管、第二复合管及螺纹锁紧环；所述第一复合管与第一管接头本体相连，所述第二复合管与第二管接头本体相连，所述第一管接头本体与第二管接头本体之间通过螺纹锁紧环相连；所述第一管接头本体包括第一芯子及第一外护套，所述第一外护套设置在第一芯子外围，且与第一芯子一端同轴固定，形成同心套筒结构，所述第一芯子的外壁与第一外护套的内壁之间形成用于第一复合管的连接固定腔；所述第二管接头本体包括第二芯子及第二外护套，所述第二外护套设置在第二芯子外围，且与第二芯子一端同轴固定，形成同心套筒结构，第二芯子的外壁与第二外护套的内壁之间形成用于第二复合管的连接固定腔。
进一步的，所述第一芯子一端设有母连接头，另一端设有锥面结构，中间设有沿轴向设置的一组外齿环。
进一步的，所述第二芯子一端设有子连接头，另一端设有锥面结构，中间设有沿轴向设置的一组外齿环。
进一步的，所述第一外护套与第二外护套结构相同，其一端设有外护套肩部，内壁设有沿轴向设置的一组内齿环。
进一步的，所述外齿环包括竖直齿型及斜角齿型两种齿型，其中靠近芯子连接端采用竖直齿型，靠近芯子尾端采用斜角齿型，且所述斜角齿型的斜边与竖直方向之间的夹角为45-90°；所述竖直齿型及斜角齿型的外齿面与水平方向之间的夹角一致，且夹角范围均为5-20°。
进一步的，所述母连接头外表面设置阳螺纹结构，母连接头一端设有承接台阶口，且承接台阶口端面设有环形凹槽，所述环形凹槽内配合设置O型圈。
进一步的，所述子连接头一端设有限位凸环，所述限位凸环与子连接头一端端口共同构成插接台阶口。
进一步的，所述第一芯子的外壁与第一外护套的内壁之间形成的连接固定腔一端设置环形橡胶垫圈，所述环形橡胶垫圈与第一复合管的端面紧密配合；所述第二芯子的外壁与第二外护套的内壁之间形成的连接固定腔一端设置环形橡胶垫圈，所述环形橡胶垫圈与第二复合管的端面紧密配合。
进一步的，所述螺纹锁紧环内壁设有阴螺纹结构，所述螺纹锁紧环一端设有限位端面，所述螺纹锁紧环外壁设有一组凸起。
一种中高压塑料复合管全通径连接结构的连接方法，包括如下步骤：
1）先将第一、第二复合管固定在固定架上，用专用刀具沿斜角环向分别刨去第一、第二复合管端口处靠内壁的部分材料，使端口的内径由里到外呈喇叭状逐渐放大；将第一、第二管接头本体安装在另一面固定板上，使第一管接头本体与第一复合管同轴对齐，第二管接头本体与第二复合管同轴对齐；再将环形橡胶垫圈放入第一、第二管接头本体环形的连接固定腔的端口处；
2）分别在距离第一、第二复合管喇叭口端一个芯子长度范围内用加热装置烘烤复合管，在50-100℃下保温15-30分钟，使复合管材料变软；
3）通过油缸推力推动固定板分别将第一、第二管接头本体推向第一、第二复合管喇叭状端口，在推力作用下使复合管慢慢伸入管接头本体的连接固定腔，同时将橡胶垫圈顶至连接固定腔的底部，此过程中，芯子紧贴复合管内壁，因芯子内径大于复合管内径，使复合管实现内胀扩口，这样一步法同时完成复合管扩口和伸入管接头本体的连接固定腔的目的；
4）通过作用于外护套的外扣压，完成复合管与管接头本体的扣压连接；外扣压力使得复合管内外壁与管接头本体中芯子外表面，外护套内表面的齿型相咬合，呈相互错位分布；此时，芯子内径与复合管内径相同；
5）在第一芯子的母连接头的环形凹槽中放入O型圈，将第一芯子的母连接头与第二芯子的子连接头配合，用螺纹锁紧环将两个管接头本体连接锁紧，完成复合管的串接。
本发明的有益效果如下：
1）本发明较现有的连接方式具有连接结构与管道系统通径一致、连接强度以及密封性能可靠，结构简单、操作便捷、管材无需封端处理等优点。
2）本发明连接结构简单，连接操作时，一步即可同时完成复合管扩口和伸入管接头本体的连接固定腔的目的，操作较为便捷、高效。
3）本发明中，通过外扣压完成复合管与管接头本体的扣压连接后，管接头本体的通径（或芯子内径）和复合管内径相同，管道的输送能力不受影响，连接牢固、可靠。
4）本发明中，管接头本体与复合管连接的固定腔底部设有橡胶垫圈，管材端面贴紧橡胶垫圈，既可以起到增加连接结构的密封性能，也避免了外部介质从管材端部渗入复合管中对增强层材料（例如钢丝等）造成腐蚀、破坏，因此该复合管端部无需封端处理，减少了成型工序，降低了制造成本。
5）本发明中，管接头本体的外护套与芯子通过电焊连接成为一整体结构，外护套与芯子具有同等的抗轴向拉力的能力。
附图说明
图1为本发明的整体连接结构示意图；
图2为本发明的外齿环结构示意图；
图3为本发明的母连接头结构示意图；
图4为本发明的子连接头结构示意图；
图5为本发明的螺纹锁紧环结构示意图；
图中：1、第一芯子；101、环形凹槽；102、阳螺纹结构；103、承接台阶口；2、第一外护套；201、限位凸环；202、插接台阶口；3、橡胶垫圈；4、O型圈；5、螺纹锁紧环；501、阴螺纹结构；502、凸起；503、限位端面；6、第二复合管；601、复合管内层；602、复合管增强层；603、复合管外层；7、第一芯子；8、竖直齿型；9、斜角齿型；10、锥面结构；11、母连接头；12、子连接头；13、第一复合管；14、第二外护套。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明做进一步描述。
如图1-5所示，一种中高压塑料复合管全通径连接结构，包括包括第一管接头本体、第二管接头本体、第一复合管13、第二复合管6及螺纹锁紧环5。
第一复合管13与第一管接头本体相连，第二复合管6与第二管接头本体相连，第一管接头本体与第二管接头本体之间通过螺纹锁紧环5相连。
第一管接头本体1包括第一芯子1及第一外护套2，第一外护套2设置在第一芯子1外围，且与第一芯子1一端同轴固定，形成同心套筒结构，第一芯子1的外壁与第一外护套2的内壁之间形成用于第一复合管13的连接固定腔；第一芯子1一端设有母连接头11，另一端设有锥面结构10，中间设有沿轴向设置的一组外齿环；母连接头11外表面设置阳螺纹结构，母连接头11一端设有承接台阶口103，且承接台阶口103端面设有环形凹槽101，所述环形凹槽101内配合设置O型圈4，O型圈材质为氟橡胶、硅橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶的一种；第一芯子1的外壁与第一外护套2的内壁之间形成的连接固定腔一端设置环形橡胶垫圈3，环形橡胶垫圈3与第一复合管13的端面紧密配合。
第二管接头本体包括第二芯子7及第二外护套14，第二外护套14设置在第二芯子7外围，且与第二芯子7一端同轴固定，形成同心套筒结构，第二芯子7的外壁与第二外护套14的内壁之间形成用于第二复合管6的连接固定腔，第二芯子7一端设有子连接头12，另一端设有锥面结构10，中间设有沿轴向设置的一组外齿环；子连接头12一端设有限位凸环201，限位凸环201与子连接头12一端端口共同构成插接台阶口202；第二芯子7的外壁与第二外护套14的内壁之间形成的连接固定腔一端设置环形橡胶垫圈3，环形橡胶垫圈3与第二复合管6的端面紧密配合。
第一外护套2与第二外护套14结构相同，其一端设有外护套肩部，第一、第二外护套通过外护套肩部与第一芯子、第二芯子靠近母、子连接头一端焊接固定；内壁设有沿轴向设置的一组内齿环，且内齿环与外齿环的齿型、齿数一致；芯子外表面齿型和外护套内表面齿型在装配完成后呈相互错位分布。
外齿环设有两种齿型，靠近芯子焊接部位设有若干竖直齿型8，长度为芯子有效齿长的一半，靠近芯子尾部设有若干斜角齿型9，斜角齿型更不易导致齿尖应力过于集中，损伤管材，能起到更好的过渡作用。
第一、第二芯子尾部锥面结构10设有2-10°锥度，通过此锥面结构实现管材伸入连接固定腔并扩口的目的，且不损伤管材内表面。
螺纹锁紧环5内壁设有阴螺纹结构501，螺纹锁紧环5一端设有限位端面503，螺纹锁紧环5外壁设有一组凸起502；第一芯子1、第二芯子7及螺纹锁紧环5之间通过阳螺纹结构与阴螺纹锁紧环配合，达到管道的高压串连。螺纹锁紧环5的阴螺纹结构501与芯子的阳螺纹结构102配合，起到紧固密封作用；螺纹锁紧环5的外侧环向平均设置的若干凸起，用于螺纹紧固的借力支点。
环形橡胶垫圈3为呈环型结构，设置于管接头本体与复合管连接的连接固定腔底部，且紧贴于芯子外壁与外护套内壁，在外扣时，橡胶垫圈受挤压，排空间隙起到隔绝复合管端面与外部介质作用。
复合管为中高压塑料复合管包括非金属增强塑料复合管和金属增强塑料复合管，压力等级不低于4.0MPa。
连接方法：
第一步，先将复合管固定在固定架上，用专用刀具沿斜角环向刨去复合管端口处靠内壁的部分材料，使端口的内径由里到外呈喇叭状逐渐放大。再将管接头本体安装在另一面固定板上，使管接头本体与复合管同轴对齐。将橡胶垫圈放入管接头本体的环形腔的口端处。
第二步，在距离复合管喇叭口端一个芯子长度范围内用加热装置烘烤复合管，在80℃下保温20分钟，使复合管材料变软；
第三步，通过油缸推力推动固定板将管接头本体推向复合管喇叭状端口，在推力作用下使复合管慢慢伸入管接头本体的连接固定腔，同时将橡胶垫圈顶至连接固定腔的底部；此过程中，芯子紧贴复合管内壁，因管接头本体的通径（或芯子内径）略大于复合管内径，使复合管实现内胀扩口，这样一步法同时完成复合管扩口和伸入管接头本体的连接固定腔的目的。
第四步，通过作用于外护套的外扣压，完成复合管与管接头本体的扣压连接。外扣压力使得复合管内外壁与管接头本体中芯子外表面、外护套内表面的齿型相咬合，呈相互错位分布。此时，管接头本体的通径（或芯子内径）与复合管内径相同。
第五步，管接头本体的母型结构端面环形凹槽中放入O型圈，将管接头本体公母配合，用扳手等工具进行外套螺纹连接锁紧完成复合管的串接。
实施例1：
复合管种类：粘接型钢丝网增强塑料复合管；树脂材料：聚乙烯；增强材料：钢丝；复合管压力：PN6.3MPa；复合管内径：ID55mm。
连接结构材质：316L不锈钢；芯子和外护套齿数：8齿；O型圈材质：氟塑料；
采用本发明的全通径连接结构，以及内胀与外扣压相结合的连接工艺。
对比例1：
复合管种类：粘接型钢丝网增强塑料复合管；树脂材料：聚乙烯；增强材料：钢丝；复合管压力：PN6.3MPa；复合管内径：ID55mm。
连接结构材质：316L不锈钢；芯子和外护套齿数：8齿；O型圈材质：氟塑料；
采用传统的缩径套接连接方式，以及外扣压的连接工艺。
测试结果见下表：
本发明实例并不限制于本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改及变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种中高压塑料复合管全通径连接结构的连接方法，其特征在于，连接结构包括第一管接头本体、第二管接头本体、第一复合管（13）、第二复合管（6）及螺纹锁紧环（5）；所述第一复合管（13）与第一管接头本体相连，所述第二复合管（6）与第二管接头本体相连，所述第一管接头本体与第二管接头本体之间通过螺纹锁紧环（5）相连；所述第一管接头本体包括第一芯子（1）及第一外护套（2），所述第一外护套（2）设置在第一芯子（1）外围，且与第一芯子（1）一端同轴固定，形成同心套筒结构，所述第一芯子（1）的外壁与第一外护套（2）的内壁之间形成用于第一复合管（13）的连接固定腔；所述第二管接头本体包括第二芯子（7）及第二外护套（14），所述第二外护套（14）设置在第二芯子（7）外围，且与第二芯子（7）一端同轴固定，形成同心套筒结构，第二芯子（7）的外壁与第二外护套（14）的内壁之间形成用于第二复合管（6）的连接固定腔；
所述第一芯子（1）的外壁与第一外护套（2）的内壁之间形成的连接固定腔一端设置第一环形橡胶垫圈，所述第一环形橡胶垫圈与第一复合管（13）的端面紧密配合；所述第二芯子（7）的外壁与第二外护套（14）的内壁之间形成的连接固定腔一端设置第二环形橡胶垫圈，所述第二环形橡胶垫圈与第二复合管（6）的端面紧密配合；
所述第一芯子（1）一端设有母连接头（11），另一端设有锥面结构（10），中间设有沿轴向设置的一组外齿环；
所述第二芯子（7）一端设有子连接头（12），另一端设有锥面结构（10），中间设有沿轴向设置的一组外齿环；
所述第一外护套（2）与第二外护套（14）结构相同，其一端设有外护套肩部，内壁设有沿轴向设置的一组内齿环；
所述外齿环包括竖直齿型（8）及斜角齿型（9）两种齿型，其中靠近芯子连接端采用竖直齿型（8），靠近芯子尾端采用斜角齿型（9），且所述斜角齿型（9）的斜边与竖直方向之间的夹角为45-90°；所述竖直齿型（8）及斜角齿型（9）的外齿面与水平方向之间的夹角一致，且夹角范围均为5-20°；
连接方法，包括如下步骤：
1）先将第一复合管、第二复合管固定在固定架上，用专用刀具沿斜角环向分别刨去第一复合管、第二复合管端口处靠内壁的部分材料，使端口的内径由里到外呈喇叭状逐渐放大；将第一管接头本体、第二管接头本体安装在另一面固定板上，使第一管接头本体与第一复合管同轴对齐，第二管接头本体与第二复合管同轴对齐；再将第一环形橡胶垫圈、第二环形橡胶垫圈分别放入第一管接头本体、第二管接头本体环形的连接固定腔的端口处；
2）分别在距离第一复合管、第二复合管喇叭口端一个芯子长度范围内用加热装置烘烤第一复合管、第二复合管，在50-100℃下保温15-30分钟，使复合管材料变软；
3）通过油缸推力推动固定板分别将第一管接头本体、第二管接头本体推向第一复合管、第二复合管喇叭状端口，在推力作用下使复合管慢慢伸入管接头本体的连接固定腔，同时将第一橡胶垫圈、第二橡胶垫圈顶至连接固定腔的底部，此过程中，第一芯子、第二芯子分别紧贴第一复合管、第二复合管内壁，因芯子外径大于复合管内径，使复合管实现内胀扩口，这样一步法同时完成复合管扩口和伸入管接头本体的连接固定腔的目的；
4）通过对第一外护套、第二外护套进行外扣压，分别完成第一复合管、第二复合管与第一管接头本体、第二管接头本体的扣压连接；外扣压力使得复合管内外壁与管接头本体中芯子外表面以及外护套内表面的齿型相咬合，呈相互错位分布；此时，芯子内径与复合管内径相同；
5）在第一芯子的母连接头的环形凹槽中放入O型圈，将第一芯子的母连接头与第二芯子的子连接头配合，用螺纹锁紧环将两个管接头本体连接锁紧，完成第一复合管和第二复合管的串接。
2.根据权利要求1所述的一种中高压塑料复合管全通径连接结构的连接方法，其特征在于，所述母连接头（11）外表面设置阳螺纹结构（102），母连接头（11）一端设有承接台阶口（103），且承接台阶口（103）端面设有环形凹槽（101），所述环形凹槽（101）内配合设置O型圈（4）。
3.根据权利要求1所述的一种中高压塑料复合管全通径连接结构的连接方法，其特征在于，所述子连接头（12）一端设有限位凸环（201），所述限位凸环（201）与子连接头（12）一端端口共同构成插接台阶口（202）。
4.根据权利要求1所述的一种中高压塑料复合管全通径连接结构的连接方法，其特征在于，所述螺纹锁紧环（5）内壁设有阴螺纹结构（501），所述螺纹锁紧环（5）一端设有限位端面（503），所述螺纹锁紧环（5）外壁设有一组凸起（502）。
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