专利名称：分段式圆柱螺纹连接结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及螺纹连接结构，尤其涉及管螺纹连接结构。
背景技术：
管螺纹主要用来进行管道的连接，其连接配合方式可分为圆柱内螺纹与圆锥外螺纹的柱/锥配合、圆锥内螺纹与圆锥外螺纹的锥/锥配合，以及圆柱内螺纹与圆柱外螺纹的柱/柱配合。管螺纹的连接应具有密封和机械连接两大功能。迄今为止的管螺纹连接中，柱 /锥配合、锥/锥配合属于密封管螺纹连接配合；柱/锥配合螺纹副易于实现密封，这是因为扭紧时扭紧力矩集中于内外螺纹的一环上，使内外螺纹之间处于过盈状态并产生变形。 由于采用一道螺纹连接与密封，机械连接强度低，存在易于被破坏的缺点，常用于低压静载的场合。锥/锥配合螺纹副同时在整个锥面上接触，扭紧时受力不均勻，加之受到多个要素一致性不好的影响，很难实现全有效螺纹完整的密合。但是一旦实现密封后不易被破坏，机械连接强度高，常用于高压变载场合。二者在使用中均允许在螺纹副内加入密封填料以提高其密封的可靠性。而柱/柱配合依然是非密封管螺纹连接方式。在前提条件相同的情况下，柱/柱配合的机械连接强度取决于螺纹副内外螺纹的啮合圈数。若要达到密封效果，目前采用螺纹以外设计密封面结构的方法来解决，例如平端面密封；但其密封可靠性差，常常发生跑、冒、滴、漏等现象，各国标准均不采纳与推荐作为密封管螺纹使用。从上描述中不难发现若能够有一种技术使柱/柱螺纹副配合像柱/锥配合或锥/ 锥配合那样产生变异螺纹副，从而依靠螺纹副本身产生一定的可靠的密封效果，则柱/柱配合的管螺纹连接方式不但具有机械连接强度高的优势，更具有螺纹啮合圈数可调整管道连接长度的灵活性，其综合技术优势高于目前世界上通用的柱/锥配和锥/锥配合的管螺纹密封连接方式。
实用新型内容针对前述问题而提供分段式圆柱螺纹连接结构，其具有柱/柱螺纹副的连接强度，并且具有良好的密封效果。针对前述问题的分段式圆柱螺纹连接结构，其特点是，包括内螺纹件、外螺纹件以及密封管柱，内螺纹件具有第一圆柱内螺纹，外螺纹件具有圆柱外螺纹，密封管柱具有第二圆柱内螺纹，密封管柱和内螺纹件轴孔配合且轴孔配合处密封，圆柱外螺纹同时与第一圆柱内螺纹、第二圆柱内螺纹啮合，并且圆柱外螺纹和第一圆柱内螺纹啮合成起到机械连接作用的连接螺纹副，第二圆柱内螺纹和圆柱外螺纹啮合成变形的起到密封连接作用的变异螺纹副。所述的分段式圆柱螺纹连接结构，其进一步的特点是，密封管柱具有杆部，内螺纹件的端部具有沉孔，该杆部伸入到沉孔中，沉孔为锥孔，杆部和沉孔之间密封。所述的分段式圆柱螺纹连接结构，其进一步的特点是，内螺纹件、外螺纹件为管件。[0008]所述的分段式圆柱螺纹连接结构，其进一步的特点是，杆部和沉孔的配合形式为圆锥面/圆柱面配合或者圆锥面/圆锥面配合圆柱面或圆锥面是光滑平面或者是螺纹或其它机械花纹。所述的分段式圆柱螺纹连接结构，其进一步的特点是，杆部和沉孔之间通过线接触或者密封介质进行密封。所述的分段式圆柱螺纹连接结构，其进一步的特点是，密封管柱选用硬度较滚压后圆柱外螺纹管软的材料制造。所述的分段式圆柱螺纹连接结构，其进一步的特点是，圆柱外螺纹为滚压成形，第一、第二圆柱内螺纹为切削内螺纹。所述的分段式圆柱螺纹连接结构，其进一步的特点是，所述轴孔配合形式为圆锥面/圆柱面配合或者圆锥面/圆锥面配合，圆柱面或圆锥面是光滑平面或者是螺纹或其它机械花纹。所述的分段式圆柱螺纹连接结构，其进一步的特点是，还包括锁紧管柱，锁紧管柱具有第三圆柱内螺纹，锁紧管柱套在外螺纹件上，第一圆柱内螺纹管的端部具有沉孔，具有第二圆柱内螺纹的密封管柱伸入到沉孔中，密封管柱位于锁紧管柱和内螺纹件之间，圆柱外螺纹同时与第一圆柱内螺纹、第二圆柱内螺纹、第三圆柱内螺纹啮合，第三圆柱内螺纹和圆柱外螺纹啮合成起到锁紧密封管柱作用的锁紧螺纹副。针对前述问题，还提供一种分段式圆柱螺纹连接结构，其特点是，包括内螺纹件、 外螺纹件以及密封管柱，内螺纹件具有第一圆柱内螺纹，外螺纹件具有圆柱外螺纹，密封管柱具有第二圆柱内螺纹，密封管柱具有圆柱状的杆部，圆柱内螺纹管的端部具有圆柱状的沉孔，该杆部伸入到沉孔中，杆部和沉孔之间通过密封介质密封，圆柱外螺纹同时与第一圆柱内螺纹、第二圆柱内螺纹啮合，圆柱外螺纹和第二圆柱内螺纹之间有密封介质。所述的分段式圆柱螺纹连接结构，其进一步的特点是，密封介质具有内螺纹，密封介质位于杆部的端面和沉孔底部之间，密封介质的内螺纹和外螺纹件的圆柱外螺纹啮合成变形的起到密封连接作用的变异螺纹副。前述的分段式圆柱螺纹连接结构将传统的自身仅有机械连接作用的切削圆柱内螺纹与切削圆柱外螺纹配合有意识地分割成两段柱/柱管螺纹，即圆柱内螺纹管、密封管柱，分别与圆柱外螺纹管配合，其中一段为机械连接用的柱/柱管螺纹配合段，另一段为密封用的柱/柱管螺纹螺纹变异密封配合段。在保留其机械连接强度高优点的同时，在密封配合段，利用螺纹变异，使这密封配合段圆柱内外螺纹副构成至少-道密封的圆柱内外螺纹变异连接配合。使螺纹变异以实现密封的方法是在外加扭矩旋紧密封配合段的密封管柱至机械连接圆柱内螺纹的过程中，通过密封管柱的杆部外圆面与机械连接圆柱内螺纹沉头内圆面产生-定的轴向分力与径向分力，使密封管柱的内螺纹本身与圆柱外螺纹产生相对的一定的材料变形，从而使密封配合段的内外螺纹在牙顶、牙底和牙侧产生至少一道螺纹完全密合，形成可靠的密封。由于密封配合段内螺纹牙型角产生一定的变异，密封配合段螺纹副具有一定的自锁功能。在使用过程中无需任何填料能保证良好的密封性。为了保证密封的可靠性与实际使用方便性，密封配合段的密封管柱应选用硬度较滚压后圆柱外螺纹软的金属材料制造，也可以是金属复合材料和非金属材料；为了保证密封的可靠性，也允许在机械连接圆柱内螺纹与密封管柱之间添加合适的密封介质，如密封垫圈。机械连接圆柱内螺纹的沉头内圆面与密封管柱的杆部外圆面可以有多种配合形式如圆锥面/圆柱面配合、圆锥面/圆锥面配合，以及圆柱面与圆柱面配合，圆柱内外表面或圆锥内外表面可以是光滑平面，也可以是螺纹或其它机械花纹。作为一种特殊的简单的配合方式是圆柱内平面与圆柱外平面的配合，此时密封管柱不产生轴向分力与径向分力，密封管柱的内螺纹本身与圆柱外螺纹无变形，因而为了密封，必须在机械连接圆柱内螺纹与密封管柱之间添加合适的密封垫圈，这时密封配合段螺纹副不具有自锁功能。当采用具有内螺纹密封介质时，密封介质位于杆部的端面和沉孔底部之间，在轴向分力的挤压作用下密封介质的内螺纹和外螺纹件的圆柱外螺纹啮合成变形的起到密封连接作用的变异螺纹副。前述技术方案充分利用柱/柱螺纹配合机械连接强度高、管道连接长度可调整等优点，结合螺纹变异配合密封，极大地提高了柱/柱配合密封可靠性，优于目前柱/柱配合的端面密封效果，优于目前柱/锥配合与锥/锥配合的密封管螺纹连接方式，补充了密封管螺纹的概念，拓宽了管螺纹连接的应用范围，市场前景不可估量。下面将结合附图说明和具体实施方式
对本实用新型的前述目的、技术方案和有益效果进行详细的描述。
图1是本实用新型一实施例的分段式圆柱管螺纹连接结构的示意图。图2是图1中的圆柱内螺纹管的示意图。图3是图1中密封管柱的示意图。图4是图1中的分段式圆柱管螺纹连接结构从分解状态进入密封连接状态的过程的示意图。图5是图1中密封管柱和圆柱外螺纹管之间的螺纹副变异前后的对照图。图6是本实用新型另一实施例的分段式圆柱管螺纹连接结构的示意图。图7是本实用新型又一实施例的分段式圆柱管螺纹连接结构的示意图。图8是本实用新型再一实施例的分段式圆柱管螺纹连接结构的示意图。图9是本实用新型再一实施例的即有机械连接作用又有密封作用分段式圆柱管螺纹连接结构的示意图。图10是根据本实用新型的方法安装燃气管网的一实施例的示意图。图11是安装至图10所示管网的管螺纹连接结构的示意图。图12是图11中分段式圆柱管螺纹连接结构处于最小调节长度状态的示意图。图13是图11中分段式圆柱管螺纹连接结构处于最大调节长度状态的示意图。图14是图11中分段式圆柱管螺纹连接结构从分解状态进入密封连接状态的过程的示意图。图15是本实用新型另一实施例的分段式圆柱管螺纹连接结构的示意图。图16是图15所示实施例中分段式圆柱管螺纹连接结构的密封连接原理图。图17是本实用新型另一实施例的分段式圆柱管螺栓连接结构的示意图。图18是本实用新型另一实施例的分段式圆柱管螺栓连接结构的示意图。图19是本实用新型另一实施例的分段式圆柱管螺栓连接结构的示意图。
具体实施方式
如图1所示，在本实用新型的一实施例中，管螺纹连接结构包括圆柱内螺纹管1、 密封管柱2以及圆柱外螺纹管3。如图2所示，圆柱内螺纹管1的管壁一段为圆柱内螺纹11，而管件端部形成沉头 la，沉头Ia内壁为外扩的锥面12。如图3所示，密封管柱2具有头部22和杆部21，头部22和杆部21连接，头部22 的外径大于杆部21的外径，杆部21的外侧面为圆锥面，头部22的外侧面可设计为外力作用面，通过扳手等在头部22的外侧面施加力矩，可转动密封管柱。密封管柱2还具有贯穿头部22和杆部21的孔，孔壁为圆柱内螺纹23。如图1至图3所示，圆柱外螺纹管3的外侧为圆柱外螺纹31，其相当于螺杆，圆柱内螺纹11和圆柱内螺纹23是为相同的螺纹，或者说都可以与相同的外螺纹例如圆柱外螺纹31啮合。内锥面12和外锥面21为一对配合面，内锥面12的最小外径是小于外锥面21 的最小外径。因此当密封管柱2的杆部21进入到圆柱内螺纹管1的端部后，内锥面12和外锥面21会以线接触方式配合，即内锥面12的一圈与外锥面21的末端边缘接触，接触处可达到一定的密封效果。如图4所示，密封管柱2套在圆柱外螺纹管3上，在密封管柱2的头部22上施加力矩，使密封管柱2朝螺纹管1方向移动。螺杆21的末端接触到内锥面12时，密封管柱 2提供有力F，力F具有轴向分力!^h和径向分力Fv，并且在外加扭矩旋密封管柱2至圆柱内螺纹管1的过程中，通过密封管柱2的杆部21外锥面与圆柱内螺纹管1的沉头Ia形成的内锥面12产生的轴向分力!^h与径向分力Fv，使密封管柱2的内螺纹23本身与管3的圆柱外螺纹31产生相对的一定的材料变形，如图5所示，从而使内、外螺纹在牙顶、牙底和牙侧产生至少一道螺纹完全密合，形成变异螺纹副，获得可靠的密封。这样，管1的内螺纹11和管3的外螺纹31啮合形成主要起到连接作用的机械连接圆柱管螺纹副，而管3的外螺纹31 和密封管柱2的内螺纹23之间的啮合形成主要起到密封作用的密封配合变异圆柱管螺纹副。由于密封配合变异圆柱管螺纹副内螺纹牙型角产生一定的变异，密封配合变异圆柱管螺纹副具有一定的自锁功能，在使用过程中无需任何填料能保证良好的密封性。为了保证密封的可靠性与实际使用方便性，密封配合变异圆柱管螺纹副中的密封管柱选用硬度较滚压后圆柱外螺纹管3软的金属材料制造，也可以是金属复合材料和非金属材料。为了保证密封的可靠性，也可在机械连接圆柱管螺纹副之间添加合适的密封介质，如密封垫圈。在图1所示的实施例中，管1的内锥面与密封管柱2的杆部21的外锥面的配合还可以有多种替换的配合形式，如图6所示的圆锥面/圆柱面配合、如图7所示的圆柱面与圆柱面配合，圆柱内、外表面或圆锥内、外表面可以是光滑平面，也可以是螺纹或其它机械花纹。作为一种特殊的简单的配合方式是如图7所示的圆柱内平面与圆柱外平面的配合， 此时密封管柱2不产生轴向分力与径向分力，密封管柱2的内螺纹本身与圆柱外螺纹无变形，因而为了密封，必须在机械连接圆柱内螺纹管1的沉头12内端侧与密封管柱2之间添加合适的密封垫圈71，这时密封配合变异圆柱管螺纹副不具有自锁功能。如图8所示的实施例，其与图1所示的实施例不同的是，圆柱内螺纹管1的沉头内壁为锥形，并形成有内锥螺纹12，而密封管柱2的杆部也为锥形并形成有外锥螺纹24，内锥螺纹12和外锥螺纹M啮合后，可形成锥/锥配配合的密封螺纹副。若管1的材料比密封管柱2的材料硬，则密封管柱2的外螺纹M和内螺纹23分别与内螺纹12、管3的外螺纹 31啮合后，均有变形，可形成变异的密封管螺纹副。如图9所示的实施例，管1具有外锥面12a，密封管柱2的内圆柱面Ma，外锥面 12a和内圆柱面2 采用锥/柱方式配合，也可以实现前述变异的密封管螺纹副，此时管1 是即有机械连接作用又有密封作用的圆柱内螺纹管。如图10所示，有一天然气DN32管网改造项目，采用全滚压管螺纹连接方式。管网工程中管5、6已安装到位，现需要将管5、6连通。外螺纹管件C已旋进至管5三通件A 上固定。显然管6上的三通件B内螺纹与管件C外螺纹之间需用长度可调节的且左、右旋都可以拧紧的柱/柱管螺纹配合管组D来连接。图11示出了这样的柱/柱管螺纹配合管组D，其包括滚压外螺纹圆柱3和二个切削内螺纹圆柱1、2。如图11所示，圆柱内螺纹管1 与圆柱外螺纹管3之间的螺纹啮合成主要起到连接作用的为机械连接管螺纹副，密封管柱 2的内螺纹和圆柱外螺纹管3的外螺纹啮合成主要起到密封作用的密封配合变异圆柱管螺纹副，在密封管柱2和管3之间的螺纹未产生内螺纹变异时，各螺纹间的配合为标准的柱/ 柱管螺纹配合。整个管组的连接长度可通过管1、管3的柱/柱管螺纹的配合加以调整。图 12所示是管组的最小的连接长度Lmin，图13所示是管组的最大的连接长度Lmax，调整的范围为Lt，柱柱螺纹连接的标准有效连接长度为K。当各管件对中后，手旋与机紧左右二端管1和管3内外螺纹，则整个管组二端拧紧后的长度为L’ = L+2*DN32国家标准有效管螺纹长度。此时管1右端与管3的柱螺纹连接为柱柱配合的非密封连接方式。为了达到密封目的，用密封管柱2旋进至管1中，密封管柱2内螺纹在旋进过程中逐渐受到!^h和Fv 二个分力的作用，如图14所示。密封副内螺纹在旋进过程中逐步变异使与滚压圆柱外螺纹的牙顶、牙面、牙底渐渐贴合密实，达到至少一道的密封锁紧效果，如图5所示。前述分段管螺纹连接结构除了可用于管螺纹外，还可用于其他螺纹连接结构，如图17和图18所示，分段式圆柱管螺栓连接结构包括螺母(孔)1，密封管柱2，螺栓3。在拧紧螺栓3进入螺母(孔)1与其内螺纹11啮合过程中，密封管柱2会被螺栓3端面32的摩擦力带动旋入螺母(孔)1的内锥面12中；随着拧紧过程的深入，螺栓3的端面32先开始贴合旋紧密封管柱2的端面22，使其端面23与螺母(孔)内锥面12产生轴向分力ΠΙ与径向分力FV ；这一轴向分力ΠΙ与径向分力FV使密封管柱的内螺纹21相对螺栓3的外螺纹 31产生至少一道的螺纹变异从而达到密封效果。螺母(孔)1内螺纹11和密封管柱2内螺纹21是为相同的螺纹，或者说都可以与相同的外螺纹例如螺栓外螺纹31啮合。内锥面12和外柱面M为一对配合面，内锥面12 的最小外径是小于外柱面M的(最小)外径。因此当密封管柱2的外柱面M进入到螺母 (孔)内螺纹1的端部后，内锥面12和外柱面M会以线接触方式配合，即内锥面12的一圈与外柱面M的末端边缘接触，接触处可达到一定的密封效果。如图19所示，作为如图7所示的实施例的变型，密封介质21a位于杆部21的端面和沉孔12的底部之间，并且密封介质21a还具有内螺纹，该内螺纹与螺杆或外螺纹管3的外螺纹啮合，此时密封介质21a由于被杆部21端面和沉孔12底部之间挤压而变形，变形后的密封介质21a的内螺纹与螺杆13的外螺纹的螺纹连接形成密封作用的螺纹副。因此密封介质21a不仅起到了对杆部21的端面和沉孔12的底部间隙的密封，还起到了螺纹密封的作用。 虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本实用新型，任何熟悉本领域的一般技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，应当可作出种种的等效的变化或替换，例如，圆柱外螺纹可以是滚压成型，也可以是切削成型。密封管柱的杆部外圆面与机械连接内柱螺纹的沉头内圆面也可以是图8和图9所示的结构。如图15所示，密封管柱2可分为两段，无杆部，一段为密封管柱2a，另一段为锁紧管柱2b，密封管柱加主要用于变异螺纹副密封，锁紧管柱2b用于辅助密封管柱加的螺纹进行变异并锁紧。如图16所示，圆柱内螺纹管1内形成有多段内螺纹，其中内螺纹lib的直径大于内螺纹Ila 的直径。前述各实施例的构造还可以彼此进行组合。
权利要求1.分段式圆柱螺纹连接结构，其特征在于，包括内螺纹件、外螺纹件以及密封管柱，内螺纹件具有第一圆柱内螺纹，外螺纹件具有圆柱外螺纹，密封管柱具有第二圆柱内螺纹，密封管柱和内螺纹件轴孔配合且轴孔配合处密封，圆柱外螺纹同时与第一圆柱内螺纹、第二圆柱内螺纹啮合，并且圆柱外螺纹和第一圆柱内螺纹啮合成起到机械连接作用的连接螺纹副，第二圆柱内螺纹和圆柱外螺纹啮合成变形的起到密封连接作用的变异螺纹副。
2.如权利要求1所述的分段式圆柱螺纹连接结构，其特征在于，密封管柱具有杆部，内螺纹件的端部具有沉孔，该杆部伸入到沉孔中，沉孔为锥孔，杆部和沉孔之间密封。
3.如权利要求1所述的分段式圆柱螺纹连接结构，其特征在于，内螺纹件、外螺纹件为管件。
4.如权利要求2所述的分段式圆柱螺纹连接结构，其特征在于，所述轴孔配合形式为圆锥面/圆柱面配合或者圆锥面/圆锥面配合，圆柱面或圆锥面是光滑平面或者是螺纹或其它机械花纹。
5.如权利要求2所述的分段式圆柱螺纹连接结构，其特征在于，杆部和沉孔之间通过线接触或者密封介质进行密封。
6.如权利要求1所述的分段式圆柱螺纹连接结构，其特征在于，密封管柱选用硬度较滚压后圆柱外螺纹管软的材料制造。
7.如权利要求1所述的分段式圆柱螺纹连接结构，其特征在于，圆柱外螺纹为滚压成形，第一、第二圆柱内螺纹为切削内螺纹。
8.如权利要求1所述的分段式圆柱螺纹连接结构，其特征在于，还包括锁紧管柱，锁紧管柱具有第三圆柱内螺纹，锁紧管柱套在外螺纹件上，第一圆柱内螺纹管的端部具有沉孔， 具有第二圆柱内螺纹的密封管柱伸入到沉孔中，密封管柱位于锁紧管柱和内螺纹件之间， 圆柱外螺纹同时与第一圆柱内螺纹、第二圆柱内螺纹、第三圆柱内螺纹啮合，第三圆柱内螺纹和圆柱外螺纹啮合成起到锁紧密封管柱作用的锁紧螺纹副。
9.分段式圆柱螺纹连接结构，其特征在于，包括内螺纹件、外螺纹件以及密封管柱，内螺纹件具有第一圆柱内螺纹，外螺纹件具有圆柱外螺纹，密封管柱具有第二圆柱内螺纹，密封管柱具有圆柱状的杆部，圆柱内螺纹管的端部具有圆柱状的沉孔，该杆部伸入到沉孔中， 杆部和沉孔之间通过密封介质密封，圆柱外螺纹同时与第一圆柱内螺纹、第二圆柱内螺纹啮合，圆柱外螺纹和第二圆柱内螺纹之间有密封介质密封。
10.如权利要求9所述的分段式圆柱螺纹连接结构，其特征在于，密封介质具有内螺纹，密封介质位于杆部的端面和沉孔底部之间，密封介质的内螺纹和外螺纹件的圆柱外螺纹啮合成变形的起到密封连接作用的变异螺纹副。
专利摘要分段式圆柱螺纹连接结构具有柱/柱螺纹副的连接强度，并且具有良好的密封效果，其特征在于，包括内螺纹件、外螺纹件以及密封管柱，内螺纹件具有第一圆柱内螺纹，外螺纹件具有圆柱外螺纹，密封管柱具有第二圆柱内螺纹，密封管柱和内螺纹件轴孔配合且轴孔配合处密封，圆柱外螺纹同时与第一圆柱内螺纹、第二圆柱内螺纹啮合，并且圆柱外螺纹和第一圆柱内螺纹啮合成起到机械连接作用的连接螺纹副，第二圆柱内螺纹和圆柱外螺纹啮合成变形的起到密封连接作用的变异螺纹副。
文档编号F16L15/04GK202091664SQ20112003425
公开日2011年12月28日 申请日期2011年1月31日 优先权日2011年1月31日
发明者周俊 申请人:上海泛华紧固系统有限公司