CN216768643U - 一种金属管材接头密封装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种金属管材接头密封装置，包括依次密闭固定连接的第一管材、接头和第二管材，还包括密封件，所述密封件由一体成型且由外而内同轴设置的第一密封套管、第二密封套管和密封环组成，所述密封环设置在所述第一密封套管轴向长度的中间位置，所述第一管材和第二管材具有光滑的端面且与所述密封环抵靠形成密封结构。本实用新型通过对管材、接头和密封件的结构改进实现了三层密封防护，提高了密封性能；同时，通过接头与管材之间的套设结构设置，免除了现有法兰因外部载荷导致的密封件受力挤压产生泄漏的问题。

Description

一种金属管材接头密封装置

技术领域

本实用新型涉及管材及其附属构件技术领域，尤其涉及中、大口径金属管材，具体涉及一种金属管材接头密封装置。

背景技术

流体输送贯穿社会各个领域，可以说流体的输送承担了且贯穿了社会工业生产和人们的生活，最为常见的流体输送介质有水和气。譬如，自来水的供应，污水的排放，天然气的输送供应等都离不开管材，由于管材在制造过程中，均以直管作为单元，在实际应用场景需要不计其数的接头实现相邻两根管材的固定连接和密封，从而使得管材的安装能够适应于不同的安装环境。

现有技术中，针对中、大口径的金属管材安装多采用法兰连接，法拉密封连接的方式在管材连接领域已经使用了数十年，其优点和缺点都同样突出，总的来说，法兰连接在方便程度上比较好，只需要将法兰上的全部螺栓按照操作规范进行紧固即可，但由于法兰的结构和形式有多种，不同法兰存在不同的缺点，包括安装对准要求高，容易产生应力集中，抗压性不高等问题，但任何的安装不足均可能导致法兰泄漏且法兰一旦发生泄漏，通过进一步紧固螺栓的方式基本是不能解决泄漏的问题。再者，法兰密封采用的是单层密封，不具有双重防护的作用。

为此，针对上述现有技术的不足，需要一种更为保险，密封更为可靠且方便安装的管材接头密封装置。

实用新型内容

为了解决现有技术中针对金属管材连接和密封问题，本申请提供了一种金属管材接头密封装置，用于替换现有的法兰连接，从而克服现有法兰在管材受到长期的这突发的径向载荷时容易发生泄漏的问题。现有的法兰结构虽设置的具体结构不同，但密封的原理大同小异，现有的法兰连接其关键在于法兰的圆周上各紧固螺栓的应力要尽可能的均等，避免应力集中致使法兰之间平行状态被破坏，否则，管道内部的压力流体将通过法兰受力薄弱处，从而发生泄漏故障。基于法兰的自身结构而言，多采用对合式，因此，当管材在长期使用过程中，受到不均径向载荷时，将导致法兰连接状态遭受破坏，从而发生泄漏。因此，通过结构的改进，使得管材受到的径向载荷与相邻管材之间的状态变化不存在关联关系，从而即可从根本上解决现有外部载荷导致泄漏的根本问题，从而完成本实用新型的结构改造，具体所采用的技术方案为：

一种金属管材接头密封装置，包括依次密闭固定连接的第一管材、接头和第二管材，还包括密封件，所述密封件由一体成型且由外而内同轴设置的第一密封套管、第二密封套管和密封环组成，所述密封环设置在所述第一密封套管轴向长度的中间位置，所述第一管材和第二管材具有光滑的端面且与所述密封环抵靠形成密封结构。

为了克服高压流体的影响，消除压力导致的结构松脱，优选地，所述第一管材和第二管材的圆周侧壁上靠近端头的位置分别环压有尺寸相同的第一凹槽和第二凹槽，所述接头的内壁上设置有与所述第一凹槽和第二凹槽相匹配的凸棱。采用上述结构，所述凸棱将分别对应的嵌入到第一凹槽和第二凹槽中，从而限定第一管材和第二管材与接头的轴向位置关系，使得密封环受到挤压的程度始终保持不变，以避免泄漏的问题。

为了提高安装的便捷性，所述接头采用分体结构设置，具体地，所述接头由对称设置且相互扣合的两块接头本体组成，所述接头本体整体呈半圆的管材结构，四角位置向外延伸形成耳座，任一耳座上均设置有用于安装紧固件的通孔或者螺纹孔；所述凸棱分别设置于所述接头本体内壁上。在安装接头时，只需要将接头内壁上的凸棱分别与两侧的第一管材和第二管材上的第一凹槽和第二凹槽对齐再进行有效紧固即可。

为了进一步提高安装的便捷性，优选地，成对设置的任一所述接头本体内的两条所述凸棱之间的轴向距离与所述第二密封套管的长度相适应，所述凸棱的径向厚度大于等于第二密封套管的径向厚度。采用上述结构，在安装时，能够使得凸棱在第二密封套管自然状态下能够与之齐平或者凸棱能略微嵌入到第一凹槽和/或第二凹槽中，实现快速的对准，同时避免第二密封套管的厚度过大导致在接头已经达到预设或者最大紧固状态时，凸棱未能有效的卡入第一凹槽和/或第二凹槽内，这样将在特定情况下导致接头的泄漏甚至松脱；例如，当管内流体压力非常大，足以致使任一管材与接头之间发生轴向错动，在凸棱未有效卡接的情况下将导致严重事故。

为了借助流体压力实现自密封，优选地，所述第一密封套管的轴向长度小于等于所述第一管材和第二管材在处于对接状态时所述第一凹槽和第二凹槽之间的轴向长度且第一密封套管的厚度小于等于第一凹槽在第一管材内壁上的凸起高度。自然状态下，所述第一密封套管将紧贴第一、第二管材内壁，当管材内充满流体后，流体压力将第一密封套管紧压在管材内壁上，使得流体不能进入到密封圈处，从而使得管材的端面密封不受流体影响和侵蚀，以提高其密封性。

为了进一步的提高密封的可靠性，避免应力集中，优选地，所述第一凹槽截面由上而下呈收敛状，第一凹槽两侧壁均具有形成收敛的坡面，所述凸棱具有与所述坡面相匹配的接触面。

有益效果：

本实用新型通过对管材、接头和密封件的结构改进实现了三层密封防护，提高了密封性能；同时，通过接头与管材之间的套设结构设置，免除了现有法兰因外部载荷导致的密封件受力挤压产生泄漏的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的结构轴测图。

图2是图1的结构爆炸图。

图3是图1的左视图。

图4是图3沿剖切符号A-A的剖视图。

图5是图4中B区结构放大图。

图6是本实用新型使用状态，在内部压力流体的压力作用下的受力示意图。

图中：1-第一管材；11-第一凹槽；12-坡面；2-第二管材；21-第二凹槽；3-接头；31-接头本体；32-耳座；33-凸棱；4-密封件；41-第一密封套管；42-第二密封套管；43-密封环；5-紧固件。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1：

结合说明书附图1-图5所示的一种金属管材接头密封装置，包括依次密闭固定连接的第一管材1、接头3和第二管材2，还包括密封件4，所述密封件4由一体成型且由外而内同轴设置的第一密封套管41、第二密封套管42和密封环43组成，所述密封环43设置在所述第一密封套管41轴向长度的中间位置，所述第一管材1和第二管材2具有光滑的端面且与所述密封环43抵靠形成密封结构。

工作原理：

本实施例的结构如附图所示，简单明了，主要将针对工作原理和改进结构进行阐述。

第一部分：密封原理

本实用新型当安装完成以后如图1所示，所述密封环43通过第一管材1和第二管材2具有的光滑端面抵靠实现接触密封，这一密封结构是最重要亦是最主要的密封结构，由于接头3对第一管材1和第二管材2的紧固作用，使得密封环43只要在接头3未遭受巨大外力破坏前，无论内部流体压力高低，其均保持不变的状态，从而达到稳定的密封效果，这是本实施例结构提供的第一层密封。

进一步地，由于第一密封套管41紧贴第一、第二管材1,2安装，在流体压力作用下，第一密封套管41将更加紧密的贴合在管材内壁上，使得流体不能与密封环43接触，即不能达到第一层密封，流体压力越高，效果越显著，形成第二层密封结构。

再进一步地，第二密封套管42套设在第一、第二管材1,2外侧壁上，同时被接头3紧紧压合固定，成形第三层密封结构。

如果发生泄漏，流体必须依次突破第二层、第一层和第三层密封结构，这相对于现有技术只有一层密封结构而言具有更好的密封效果。

第二部分：抗载荷原理

现有的法兰密封结构在收到径向载荷时，形变将发生在强度最低处，如密封圈部位，这使得法兰之间的密封材料受挤压程度发生变化，导致受力不均而引发泄漏。针对本实施例而言，由于刚性连接的第一管材1、接头3和第二管材2为相互套设结构，其应力集中的部位为接头3分别与第一管材1、第二管材2的交接处，因此无论管材受到多大的应力载荷，都不会影响到密封结构的形变，从而避免泄漏的问题发生，达到稳定的密封效果。

实施例2：

为了克服高压流体的影响，消除压力导致的结构松脱，本实施例在实施例1的基础上，进一步细化和明确各部件的结构设置和配合关系，所述第一管材1和第二管材2的圆周侧壁上靠近端头的位置分别环压有尺寸相同的第一凹槽11和第二凹槽21，所述接头3的内壁上设置有与所述第一凹槽11和第二凹槽21相匹配的凸棱33。采用上述结构，所述凸棱33将分别对应的嵌入到第一凹槽11和第二凹槽21中，从而限定第一管材1和第二管材2与接头3的轴向位置关系，使得密封环43受到挤压的程度始终保持不变，以避免泄漏的问题。

为了提高安装的便捷性，所述接头3采用分体结构设置，具体地，所述接头3由对称设置且相互扣合的两块接头本体31组成，所述接头本体31整体呈半圆的管材结构，四角位置向外延伸形成耳座32，任一耳座32上均设置有用于安装紧固件5的通孔或者螺纹孔；所述凸棱33分别设置于所述接头本体31内壁上。在安装接头3时，只需要将接头3内壁上的凸棱33分别与两侧的第一管材1和第二管材2上的第一凹槽11和第二凹槽21对齐再进行有效紧固即可。

为了进一步提高安装的便捷性，本实施例中，成对设置的任一所述接头本体31内的两条所述凸棱33之间的轴向距离与所述第二密封套管42的长度相适应，所述凸棱33的径向厚度大于等于第二密封套管42的径向厚度。采用上述结构，在安装时，能够使得凸棱33在第二密封套管42自然状态下能够与之齐平或者凸棱33能略微嵌入到第一凹槽11和/或第二凹槽21中，实现快速的对准，同时避免第二密封套管42的厚度过大导致在接头3已经达到预设或者最大紧固状态时，凸棱33未能有效的卡入第一凹槽11和/或第二凹槽21内，这样将在特定情况下导致接头3的泄漏甚至松脱；例如，当管内流体压力非常大，足以致使任一管材与接头3之间发生轴向错动，在凸棱33未有效卡接的情况下将导致严重事故。

为了借助流体压力实现自密封，所述第一密封套管41的轴向长度小于等于所述第一管材1和第二管材2在处于对接状态时所述第一凹槽11和第二凹槽21之间的轴向长度且第一密封套管41的厚度小于等于第一凹槽11在第一管材1内壁上的凸起高度。自然状态下，所述第一密封套管41将紧贴第一、第二管材内壁，当管材内充满流体后，流体压力将第一密封套管41紧压在管材内壁上，使得流体不能进入到密封圈43处，从而使得管材的端面密封不受流体影响和侵蚀，以提高其密封性。

为了进一步的提高密封的可靠性，避免应力集中，优选地，所述第一凹槽11截面由上而下呈收敛状，第一凹槽11两侧壁均具有形成收敛的坡面12，所述凸棱33具有与所述坡面12相匹配的接触面。结合附图6所示，流体施加在管材上的应力存在轴向的应力F3和径向应力，轴向的应力F3将通过凸棱33与所述坡面12的相互抵靠形成的反作用力F2在水平方向的分力实现抵消，同理，径向应力将由接头3结构对整个密封件4的限制和束缚产生的反作用力F1实现抵消，从而保证结构的稳定性。值得说明的是，在接头3和管材自身结构强度足以克服流体压力产生的内应力的前提下，所有的应力F1-F3均为内应力，并非作用在本实用新型上的外力（如外部载荷），因此，本实用新型所有结构在未被破坏（超越极限）的前提下，其密封性能和稳定性能不收到丝毫的影响。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种金属管材接头密封装置，包括依次密闭固定连接的第一管材（1）、接头（3）和第二管材（2），其特征在于：还包括密封件（4），所述密封件（4）由一体成型且由外而内同轴设置的第一密封套管（41）、第二密封套管（42）和密封环（43）组成，所述密封环（43）设置在所述第一密封套管（41）轴向长度的中间位置，所述第一管材（1）和第二管材（2）具有光滑的端面且与所述密封环（43）抵靠形成密封结构。

2.根据权利要求1所述的一种金属管材接头密封装置，其特征在于：所述第一管材（1）和第二管材（2）的圆周侧壁上靠近端头的位置分别环压有尺寸相同的第一凹槽（11）和第二凹槽（21），所述接头（3）的内壁上设置有与所述第一凹槽（11）和第二凹槽（21）相匹配的凸棱（33）。

3.根据权利要求2所述的一种金属管材接头密封装置，其特征在于：所述接头（3）由对称设置且相互扣合的两块接头本体（31）组成，所述接头本体（31）整体呈半圆的管材结构，四角位置向外延伸形成耳座（32），任一耳座（32）上均设置有用于安装紧固件（5）的通孔或者螺纹孔；所述凸棱（33）分别设置于所述接头本体（31）内壁上。

4.根据权利要求3所述的一种金属管材接头密封装置，其特征在于：成对设置的任一所述接头本体（31）内的两条所述凸棱（33）之间的轴向距离与所述第二密封套管（42）的长度相适应，所述凸棱（33）的径向厚度大于等于第二密封套管（42）的径向厚度。

5.根据权利要求3所述的一种金属管材接头密封装置，其特征在于：所述第一密封套管（41）的轴向长度小于等于所述第一管材（1）和第二管材（2）在处于对接状态时所述第一凹槽（11）和第二凹槽（21）之间的轴向长度且第一密封套管（41）的厚度小于等于第一凹槽（11）在第一管材（1）内壁上的凸起高度。

6.根据权利要求3所述的一种金属管材接头密封装置，其特征在于：所述第一凹槽（11）截面由上而下呈收敛状，第一凹槽（11）两侧壁均具有形成收敛的坡面（12），所述凸棱（33）具有与所述坡面（12）相匹配的接触面。

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