TW202043662A - 密封導管接頭 - Google Patents

Abstract

本發明公開了一種密封導管接頭，包括：接頭主體、內環和螺帽；所述接頭主體具有主體筒部、外筒部和內筒部，所述外筒部從主體筒部向其軸心方向一側同軸地突出設置，所述外筒部和內筒部包圍而形成有向軸心方向一側開口的槽部，所述內筒部設置於外筒部的徑向內側且以使突出端比外筒部的突出端更靠近主體筒部側的方式與外筒部向相同方向從主體筒部同軸地突出設置；所述內環包括嵌入接頭主體呈筒狀的嵌入端和遠離嵌入端的導管連接端，所述嵌入端可拆卸地嵌入槽部內側以形成密封部；所述導管連接端於遠離軸心方向上徑向凸出設置；本發明的目的在於提供一種能夠利用導管接頭內部流體流動的動能而使導管接頭具有更好密封性的密封導管接頭。

Description

密封導管接頭

本發明涉及一種接頭，更具體地說，它涉及一種密封導管接頭。

在半導體製造、醫療和醫藥用品製造、食品加工及工業領域的製造工序中，需要使用各種流體（如高純度藥液、高純度化學試劑等），而這些流體在機器設備中必然是通過導管進行輸送的，導管和導管之間、導管和設備之間就需要有導管接頭進行連接。若是導管接頭的密封性不夠好或是未達標準，就會在接頭處產生漏液等現象，顯然這種情況是不能產生的，因此需要密封效果優異的導管接頭來避免此類情況的發生。

目前，在公告號為JP2799562B2的日本專利文件中，公開了一種樹脂管接頭，包括接頭主體、套筒和緊固件；在其使用時將導管套設於套筒的一端，再將套筒的另一端與接頭主體連接，最後使用緊固件將導管和套筒更進一步地緊固於接頭主體，通過這樣的方式來實現導管接頭處的密封連接效果。

而在授權公告號為CN1064461130B的發明專利文件中，公開了樹脂製管接頭，同樣也包括接頭主體、套筒和緊固件，使用時也是將導管套設於套筒的一端，再將套筒的另一端與接頭主體連接，最後使用緊固件將導管和套筒更進一步地緊固於接頭主體。在該方案中進一步限定了插入部插入槽部的插入率和倍率，從而實現更好的密封效果。

由此可見，在先前技術的方案中，僅僅只利用了導管接頭材料的特性和部分結構的特性，來提高導管連接時更好的密封效果。

針對先前技術存在的不足，本發明的目的在於提供一種能夠利用導管接頭內部流體流動的動能而使導管接頭具有更好密封性的密封導管接頭。

為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：一種密封導管接頭，包括：接頭主體、內環和螺帽；所述接頭主體具有主體筒部、外筒部和內筒部，所述外筒部從主體筒部向其軸心方向一側同軸地突出設置，所述外筒部和內筒部包圍而形成有向軸心方向一側開口的槽部，所述內筒部設置於外筒部的徑向內側且以使突出端比外筒部的突出端更靠近主體筒部側的方式與外筒部向相同方向從主體筒部同軸地突出設置；所述內環包括嵌入接頭主體呈筒狀的嵌入端和遠離嵌入端的導管連接端，所述嵌入端可拆卸地嵌入槽部內側以形成密封部；所述導管連接端於遠離軸心方向上徑向凸出設置；所述螺帽與接頭主體螺紋連接；所述接頭主體和內環的內部均設置有用以流體流通的流道；所述導管接頭其特徵在於：所述內環內部的流道內周向設置有環形圈，所述環形圈向內環軸心方向凸出設置。

本發明進一步設置為：所述環形圈至少部分設置於流道內對應導管連接端的位置。

本發明進一步設置為：所述環形圈沿內環軸向截面成臺階狀，並延伸至內環的嵌入端或導管連接端。

本發明進一步設置為：所述環形圈包括與流道內壁形成一定夾角的第一表面和第二表面。

本發明進一步設置為：所述第一表面和第二表面分別通過弧面與流道表面光滑連接。

本發明進一步設置為：所述第一表面和第二表面之間通過弧面與一水平連接面連接。

本發明進一步設置為：所述環形圈凸起的高度設置為0.1 mm-3 mm之間；所述環形圈的寬度設置為至少0.1 mm。

本發明進一步設置為：所述第一表面和第二表面與流道內壁之間的夾角設置為20°-90°之間。

本發明進一步設置為：所述水平連接面的軸向長度設置為0.1-3 mm之間。

本發明進一步設置為：所述第一表面和第二表面均設置為弧面且曲率相同。

通過採用上述技術方案，在導管接頭具體使用的過程中，流道內的流體在流至環形圈位置處時，徑向向內凸出的環形圈受到流體對它產生的衝擊力，其方向與流體流動方向相同，又由於環形圈是固定在流道內部的，更具體地來說整個內環是一體成型的，因此當環形圈受到流體衝擊力時，即可等同於內環受到了流體沿流動方向的衝擊力，這樣就使得內環產生了一個沿著流體流動方向運動的趨勢。內環的一端是嵌入接頭主體的嵌入端，若這個衝擊力的方向和內環嵌入接頭主體的嵌入方向相同，就能夠利用流體衝擊的衝擊力，提高對嵌入端的密封壓力，使得嵌入端的密封效果更好；若這個衝擊力的方向和嵌入端嵌入接頭主體的嵌入方向相反，即將內環產生一個向螺帽方向的運動趨勢，這樣就使得內環、導管和螺帽之間形成的第一密封面的密封壓力得到了提高，從而利用流體衝擊的衝擊力增強了第一密封面的密封效果。

為了能夠更清楚地理解本發明的上述目的、特徵和優點，下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行進一步的詳細描述。需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。

在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是，本發明還可以採用其他不同於在此描述的其他方式來實施，因此，本發明的保護範圍並不受下面公開的具體實施例的限制。

參照圖1至圖17對本發明一種密封導管接頭實施例做進一步說明。

實施例一：

如圖1、圖2和圖3所示的一種密封導管接頭，包括大體呈筒狀的接頭主體1、大體呈筒狀的內環2和大體呈筒狀的螺帽3，內環2的一端與接頭主體1之間可拆卸地密封連接，在內環2嵌入接頭主體1的位置形成密封部；內環2的另一端連接有導管4，螺帽3與接頭主體1之間螺紋連接，且於連接時透過擠壓內環2將導管4緊固於接頭主體1，同時在內環2抵觸導管4和螺帽3的表面形成第一密封面6；在接頭主體1的和內環2的內部均設置有用以流體流通的流道5，進一步在導管連接端22處的流道5內周向設置有一環形圈7，這個環形圈7向內環2軸心方向凸出設置。由於在使用時，環形圈7為經常受到流體衝擊力的結構，因此將環形圈7的位置設置在流道5內對應內環2的導管連接端22的較厚處。

在本實施例中，將環形圈7沿內環2軸向切面的截面形狀設置為等腰三角形，其兩條腰線對應的斜面分別為第一表面71和第二表面72，第一表面71和第二表面72與流道5的內表面所呈的銳角度數設置為60°。進一步地，將環形圈7的高度設置為1 mm，以保證環形槽能夠更好地接受到流道5內流體對其的衝擊力。

在本實施例中，接頭主體1有主體筒部11、外筒部12和內筒部13，同時在外筒部12和內筒部13之間包圍形成有向軸心方向一側開口的槽部14，槽部14開口方向朝向內環2一側；並且在外筒部12遠離主體筒部11的一端向內設置有倒角，以便內環2的嵌入；進一步地，內環2包括嵌入接頭主體1的嵌入端21和遠離嵌入端21且與導管4連接的導管連接端22，這裡通過嵌入端21和槽部14的嵌入配合形成密封部，從而實現內環2和接頭主體1之間可拆卸地密封連接。

在本實施例中，內環2的導管連接端22於遠離軸心方向上凸出設置；螺帽3遠離接頭主體1一側的內徑大於內環2內徑且小於連接端凸起處的最大外徑。這樣的設置使得螺帽3在擰緊時，能夠其邊緣通過導管4壓緊內環2的導管連接端22的凸起的表面；同時這樣的設置使得導管連接端22和套於其表面的導管4更加不易脫落。這樣的連接方式在導管4與導管連接端22之間形成了第一密封面6。更進一步地，在本實施例中，我們將凸出的導管連接端22的外表面設置為斜面，且在其外表面設置有一段水平端面，水平端面用於增加導管連接端22凸出部分和導管4之間的接觸面積，增大和導管4之間的摩擦力，使其不易脫落，同時將本來凸出處彎折較尖銳的角度鈍化，減少對導管4的損傷，增加其使用壽命。

在具體使用過程中，根據導管接頭內部流體流向不同，大體分為兩種工作狀況。

工作狀況1：流體由接頭主體1處流出，流經內環2，最後流入導管4。

如圖16所示，流體的流向為V1，當流體流至環形圈7處時，對環形圈7產生一個衝擊力F1，由於環形圈7和內環2是一體的，即流體的衝擊力F1對內環2產生一個水平向右的衝擊力，而在這個衝擊力的作用下，使得第一密封面6處的密封壓力增大，從而利用了流體的衝擊力F1提高了整個密封導管接頭的密封效果。

工作狀況2：流體由導管4處流入，流經內環2，最後流入接頭主體1。

如圖17所示，流體的流向為V2，當流體流至環形圈7處時，對環形圈7產生一個衝擊力F2，由於環形圈7和內環2是一體的，即流體的衝擊力F2對內環2產生一個水平向左的衝擊力，而在這個衝擊力的作用下，能夠讓內環2的嵌入端21能夠在嵌入方向上得到一個水平向左的力，從而提高了內環2嵌入接頭主體1處的密封性，即提高了密封部的密封性，從而整體提高整個密封導管接頭的密封效果。

上述兩種工作狀況為具體使用過程中的一般情況，對於後續的所有實施例也同樣適用。

實施例二：

如圖4所示的一種密封導管接頭，相較於實施例一，區別在於：內環2內部流道5的環形圈7與流道5之間的連接是有形成一個弧面74的，即第一表面71和流道5內壁是通過弧面74平整連接、第二表面72和流道5內壁也是通過弧面74平整連接。這樣的設置能夠保證流道5內部的平滑性，對其內部流體的流動性能影響降至最低。

實施例三：

如圖5、圖6和圖7所示的為實施例三的密封導管接頭的結構示意圖。實施例三相較於實施例二，區別在於：在本實施例中，將環形圈7的截面形狀設置為矩形，即在第一表面71和第二表面72之間連接有一個水平連接面73。這樣的形狀設置，相較於實施例二，在流道5內流體收到同樣的壓力流過環形圈7的時候，實施例三中形狀的環形圈7能夠收到更大的流體衝擊力，以此保證能夠利用流體衝擊力產生更大的密封壓力，使其密封效果更好。但這樣的設置相較於實施例一、實施例二中的環形圈7形狀，環形圈7凸起處更容易斷裂，因此不適用與一些高壓、長時間工作的工作情況。這裡也可以將第一表面71、第二表面72和水平連接面73的連接處設置為弧面74，減小對環形圈7的磨損，增加產品的使用壽命。

實施例四：

如圖8、圖9和圖10所示的為實施例四的密封導管接頭的結構示意圖。在本實施例中，和實施例一至實施例三的區別也僅僅在於環形圈7的截面形狀不同。在本實施例中，環形圈7的截面設置為等腰梯形狀，第一表面71、第二表面72和流道5之間所呈的銳角為60°。並且在第一表面71、第二表面72和水平連接面73的連接處可設置為弧面74，同時將第一表面71、第二表面72和流道5的內壁連接處設置為弧面74。這裡截面梯形的設置相較於實施例三，增強了環形圈7處的結構強度，能夠使其承受更大或是更久的流體衝擊。而弧面74的設置也同樣是能夠保證流道5內整體的平滑性，將對流體流動的影響減值最低。

實施例五：

如圖11、圖12和圖13所示的為實施例五的密封導管接頭的結構示意圖。在本實施例中，和實施例一至實施例四的區別也僅僅在於環形圈7的截面形狀不同。在本實施例中，環形圈7截面的形狀設置為圓弧狀，即將第一表面71和第二表面72均設置為弧面74，且曲率相同。同時也可以將第一表面71、第二表面72和流道5內壁連接處設置為弧面74，以保證流道5內部的平滑性。

實施例六：

如圖14所示的為實施例六的密封導管接頭的結構示意圖。在本實施例中，環形圈7呈凸起的臺階狀設置，即只包含有第一表面71。同時環形圈7一直延伸至內環2靠近接頭主體1一側。這樣的設置相較於實施例一，具有的優點在於，環形圈7處能夠承受流體更大的衝擊力，使用壽命更長久，但缺點在於該方式受到流體流動方向的影響，僅在流體自右向左流動時才能產生更好的密封效果。

實施例七：

如圖15所示的為實施例七的密封導管接頭的結構示意圖。在本實施例中，環形圈7呈凸起的臺階狀設置，即只包含有第二表面72。同時環形圈7一直延伸至內環2靠近螺帽3的一側。這樣的設置相較於實施例一，具有的優點在於，環形圈7處能夠承受流體更大的衝擊力，使用壽命更長久，但缺點在於該方式受到流體流動方向的影響，僅在流體自左向右流動時才能產生更好的密封效果。

綜合整體產品的使用壽命以及產品的適應性，根據環形圈7截面的受力情況進行分析，可得將環形圈7截面設置為圖10中所示，即實施例四中的形狀為最佳的方案，同時將第一表面71、第二表面72和流道5內壁之間的夾角設置為45°，以增強環形圈7的結構強度同時保證受到流體較大的衝擊。

進一步地，對截面形狀大體呈等腰梯形狀且各個面之間均透過弧面74連接的環形圈7，進行具體的尺寸選擇實驗。具體的實驗如下：

我們分別製作了截面高度為0.1 mm，寬度為0.3 mm、0.8 mm、1.3 mm、1.8 mm、2.3 mm；高度為1.1 mm，寬度為2.2 mm、2.4 mm、2.6 mm、2.8 mm、3.0 mm；截面高度為2.1 mm，寬度為4.4 mm、4.6 mm、4.8 mm、5.0 mm、5.2 mm；截面高度為3.0 mm，寬度為6.2 mm、6.4 mm、6.6 mm、6.8 mm、7.0 mm；20個不同尺寸的內環2，記為一組。一共有兩組，分別在不同的工作狀況下進行洩漏性實驗。這裡所指的不同工作狀況分別為0.75 MPa常溫的工作狀況和0.097 MPa 180℃的工作狀況。同時為了模擬實際工作狀況，在實驗前統一對導管接頭所有部件以及兩組內環2反復進行10次加熱（150℃，1小時）和冷卻（溫度25℃，6小時）。進一步地，我們設置了兩組實驗對照組，對照組中所使用的內環2內部的流道5內未設置環形圈7的導管接頭，在實驗前也對兩組對照組使用的導管接頭所有部件以及內環2反復進行10次加熱（150℃，1小時）和冷卻（溫度25℃，6小時）。之後分別將兩組內環2置於上述兩個不同的工作狀況下進行密封性實驗。最後我們出結論，內環2內未設置環形圈7的導管接頭，在0.75 MPa常溫的工作狀況下，密封時長能達到43800小時，而在0.097 MPa 180℃的工作狀況下，密封時長達到8757小時。

下表一為環形槽截面為等腰梯形且底角為45°設置有弧面74的內環2於0.75 MPa常溫工作狀況下不同高度以及寬度的洩漏性數據，下表二為環形槽截面為等腰梯形且底角為45°設置有弧面74的內環2於0.097 MPa 180℃工作狀況下不同高度以及寬度的洩漏性數據。

表一：

截面高度/mm	截面寬度/mm	洩漏時間/h	截面高度/mm	截面寬度/mm	洩漏時間/h
0.1	0.3	43729	2.1	4.4	44797
0.8	43549	4.6	44794
1.3	44089	4.8	44902
1.8	43852	5.0	44813
2.3	43850	5.2	44750
1.1	2.2	44387	3.0	6.2	45582
2.4	44164	6.4	45429
2.6	44283	6.6	45387
2.8	44492	6.8	45443
3.0	44171	7.0	45599

表二：

截面高度/mm	截面寬度/mm	洩漏時間/h	截面高度/mm	截面寬度/mm	洩漏時間/h
0.1	0.3	8749	2.1	4.4	8952
0.8	8705	4.6	8944
1.3	8821	4.8	8979
1.8	8763	5.0	8951
2.3	8774	5.2	8938
1.1	2.2	8873	3.0	6.2	9104
2.4	8825	6.4	9094
2.6	8849	6.6	9071
2.8	8893	6.8	9083
3.0	8827	7.0	9102

根據上表數據結合對照組的實驗數據，我們發現影響密封性的主要參數在於環形圈7的徑向高度，而其寬度對密封性影響不大（這裡的寬度受到環形圈7高度、環形圈7底部角度以及水平連接面73的寬度影響，對密封性影響不大，但對密封導管接頭的使用壽命有著一定程度的影響）；同時考慮到需要對流道5內流體的流動盡可能地減少影響。我們最終選擇環形圈7的具體設置為：其截面為等腰梯形，且下底角為45°，高度為1.1 mm，寬度為2.2 mm，水平連接面73的軸向長度為1.1 mm，作為最佳的實施例。

在上述所有實施例以及未提及的實施例中，若將環形圈7的各個面連接處不設置為弧面74，那在長時間、高壓的使用後，就容易出現流體將棱角磨損，這樣就會使得流道5內部產生了雜質，影響具體生產或實驗精度。為了避免上述問題，可以將環形圈7與流道5連接處，環形圈7的表面彎折處，均設置為透過弧面74進行連接，這樣就減小了由於長時間的高壓衝擊將其磨損的現象發生，使流道5內部不會產生雜質，使其使用壽命得到了提高。

以上已詳細描述了本發明的較佳實施例，但應理解，在閱讀了本發明的上述講授內容之後，本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以對本發明作各種改動或修改。這些均等形式同樣落於本申請所附申請專利範圍所限定的範圍。

1:接頭主體 11:主體筒部 12:外筒部 13:內筒部 14:槽部 2:內環 21:嵌入端 22:導管連接端 3:螺帽 4:導管 5:流道 6:第一密封面 7:環形圈 71:第一表面 72:第二表面 73:水平連接面 74:弧面 F1:衝擊力 F2:衝擊力 V1:流向 V2:流向

下面結合附圖對本發明作進一步說明： ［圖1］為本發明密封導管接頭實施例一的結構示意圖； ［圖2］為本發明密封導管接頭實施例一中內環的結構示意圖； ［圖3］為本發明密封導管接頭實施例一中內環、螺帽和導管固定的結構示意圖； ［圖4］為本發明密封導管接頭實施例二中內環環形圈截面形狀的示意圖； ［圖5］為本發明密封導管接頭實施例三中內環的結構示意圖； ［圖6］為本發明密封導管接頭實施例三中內環、螺帽和導管固定的結構示意圖； ［圖7］為本發明密封導管接頭實施例三中內環環形圈截面形狀的示意圖； ［圖8］為本發明密封導管接頭實施例四內環的結構示意圖； ［圖9］為本發明密封導管接頭實施例四中內環、螺帽和導管固定的結構示意圖； ［圖10］為本發明密封導管接頭實施例四中內環環形圈截面形狀的示意圖； ［圖11］為本發明密封導管接頭實施例五內環的結構示意圖； ［圖12］為本發明密封導管接頭實施例五中內環、螺帽和導管固定的結構示意圖； ［圖13］為本發明密封導管接頭實施例五中內環環形圈截面形狀的示意圖； ［圖14］為本發明密封導管接頭實施例六內環的結構示意圖； ［圖15］為本發明密封導管接頭實施例七內環的結構示意圖； ［圖16］為實施例一中流體自左向右流動的示意圖； ［圖17］為實施例一中流體自右向左流動的示意圖。

1:接頭主體

11:主體筒部

12:外筒部

13:內筒部

14:槽部

2:內環

21:嵌入端

22:導管連接端

3:螺帽

4:導管

5:流道

7:環形圈

Claims (10)

1. 一種密封導管接頭，包括：接頭主體、內環和螺帽；所述接頭主體具有主體筒部、外筒部和內筒部，所述外筒部從主體筒部向其軸心方向一側同軸地突出設置，所述外筒部和內筒部包圍而形成有向軸心方向一側開口的槽部，所述內筒部設置於外筒部的徑向內側且以使突出端比外筒部的突出端更靠近主體筒部側的方式與外筒部向相同方向從主體筒部同軸地突出設置；所述內環包括嵌入接頭主體呈筒狀的嵌入端和遠離嵌入端的導管連接端，所述嵌入端可拆卸地嵌入槽部內側以形成密封部；所述導管連接端於遠離軸心方向上徑向凸出設置；所述螺帽與接頭主體螺紋連接；所述接頭主體和內環的內部均設置有用以流體流通的流道；所述導管接頭其特徵在於：所述內環內部的流道內周向設置有環形圈，所述環形圈向內環軸心方向凸出設置。
2. 如請求項1所述的密封導管接頭，其中所述環形圈至少部分設置於流道內對應導管連接端的位置。
3. 如請求項2所述的密封導管接頭，其中所述環形圈沿內環軸向截面成臺階狀，並延伸至內環的嵌入端或導管連接端。
4. 如請求項2所述的密封導管接頭，其中所述環形圈包括與流道內壁形成一定夾角的第一表面和第二表面。
5. 如請求項4所述的密封導管接頭，其中所述第一表面和第二表面分別透過弧面與流道表面光滑連接。
6. 如請求項4或5所述的密封導管接頭，其中所述第一表面和第二表面之間透過弧面與一水平連接面連接。
7. 如請求項3或4所述的密封導管接頭，其中所述環形圈凸起的高度設置為0.1 mm-3 mm之間；所述環形圈的寬度設置為至少0.1 mm。
8. 如請求項4所述的密封導管接頭，其中所述第一表面和第二表面與流道內壁之間的夾角設置為20°-90°之間。
9. 如請求項6所述的密封導管接頭，其中所述水平連接面的軸向長度設置為0.1-3 mm之間。
10. 如請求項4或5所述的密封導管接頭，其中所述第一表面和第二表面均設置為弧面且曲率相同。

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