一种可楔紧伸缩管的制作方法

本发明专利涉及一种管道连接技术，特别适合安装中、小型管道使用。

背景技术：

自来水、气体、工业液体、气体和物料等介质广泛应用管道进行输送。管道要通过管段和管件进行密封连接才能实现输送的效果，由于常用的管段都是定尺长度，所以在管道的安装中，都要对管子长度进行裁切才能将管子与管件和设备进行连接。管子的裁切不但增加管子裁切的工序，而且还增加重新制作接头的工序(如套丝、焊接法兰或管端成型制作等)，所以不但费时，而且还增加管道出现质量事故的风险(因现场管接头加工的质量肯定会比工厂成品化生产接头质量差)。因此，开发可楔紧伸缩管子对提高施工效率和保障管道质量有着重大的现实性意义

技术实现要素：

本发明专利的目的是提供一种可楔紧伸缩管子，通过调节伸缩管的长度，可直接与管件和设备连接，解决安装现场裁切管段和制作接头的麻烦。

本发明专利的可楔紧伸缩管子(见图1)主要由外套管1、内插管2、密封胶圈3和4、钢球5、圆锥形偏心内凹圆环6、大间隙7、小间隙8、空腔9和增力套10组成。内插管2与外套管1可旋转和轴向滑动移动，内插管2上安装有密封胶圈3、4；在密封胶圈3、4之间设有一个圆锥形偏心内凹圆环6，外套管1的内孔与圆锥形偏心内凹圆环6的外表面形成一个环向和轴向都呈楔形间隙的空腔9，空腔9环向的最大间隙7处的轴向最小间隙比钢球5直径大，空腔9环向的最小间隙8处的轴向最大间隙比钢球5直径小，钢球5处在空腔内。应用时，将外套管1与内插管2拉移到所需的长度尺寸，利用外力扭矩将内插管2扳转，令外套管1与内插管2相对旋转，其时钢球5在内插管2和外套管1的相对旋转摩擦带动下，获得以环向翻转摩擦扭矩，从而环向滚进入渐窄的环向楔形间隙内，随着加大旋转内插管的扭矩，钢球5进入更窄的环向楔形间隙内，将外套管1与内插管2相互楔紧连接在一起。当管道承受更大的拉拔力，外套管1与内插管2发生相对轴向拉拔位移时，已被夹紧的钢球5又会在外套管1和内插管2的相互轴向位移摩擦的带动下，获得轴向翻转滚动的摩擦扭矩，从而轴向滚入更窄的轴向楔形间隙内，阻止外套管1与内插管2的位移，其阻止轴向位移力随着管子拉拔力增加而增加。当圆锥形偏心内凹圆环6的圆锥面斜角在6度左右时，具有轴向自锁的效果。该种可楔紧伸缩管子在可调的长度变化范围内都能定位楔紧连接，成为一条抗拉拔的管段。当外套管和内插管采用较薄的管壁，只需在空腔相对应的外套管外圆的位置套入增力套10，增力钢球5楔紧处管的刚度，从而达到提高管子楔紧力的效果。由于这种可楔紧伸缩管子可调节的长度很大，如1.5米的可楔紧伸缩管子可调出1.4米，也就是说应用1条1.5米的可楔紧伸缩管子可连接1.5米至2.9米间距的连接节点。因此，通过选用各种规格长度的管子可直接或驳接连接任何长度的节点，从而免除了传统安装管道要进行裁切和管端加工的两个安装工序。该种可楔紧伸缩管子两边的端口可以是螺纹、法兰、沟槽、凸环和插口等接头。因此，目前使用的各种连接方式管子的管身只需应用这种可楔紧伸缩管子就可免除了传统管道安装需进行管段裁切和接口制作的两个工序，应用本专利技术必将引起管道安装变革性的改进意义。

附图说明

图1、内插管具圆锥形偏心内凹圆环的可楔紧伸缩管示意图

1、外套管；2、内插管；3、4、密封胶圈；5、钢球；6、圆锥形偏心内凹圆环；9、空腔；10、增力套

图2、图1横向剖面图

1、外套管；2、内插管；5、钢球；7、最大间隙；8、最小间隙；9、空腔；10、增力套

图3、内插管具渐开线内凹圆环的可楔紧伸缩管示意图

11、内插管；12、外套管；13、14、密封胶圈；15、空腔；16、钢球；24、渐开线内凹圆环

图4、图3横向剖面图

11、内插管；12、外套管；15、空腔；16、钢球；23、大间隙；24、渐开线内凹圆环

图5、外套管具渐开线扩展圆环的可楔紧伸缩管示意图

17、内插管；18、外套管；19、20、密封胶圈；21、空腔；22、钢球；25、渐开线扩展圆环；27、增力套

图6、图5横向剖面图

17、内插管；18、外套管；21、空腔；22、钢球；25、渐开线扩展圆环；26、大间隙；27、增力套

具体实施方式

1、内插管具圆锥形偏心内凹圆环的可楔紧伸缩管(见图1、2)

根据所需连接节点的长度，选取合适长度规格的可楔紧伸缩管子，将该管子水平放置，旋转内插管2，将大间隙7处于铅垂线的下方；这时，钢球5在自重的作用下，也处于大间隙7处，由于大间隙7处的轴向楔形间隙的最小间隙都比钢球5的直径大，所以可将外套管1和内插管2相对拉出或推入至所需的长度；然后，通过外力扭矩将内插管2相对外套管1旋转，这时处于大间隙7处的钢球5在自重的作用下，落入内插管2的圆锥形偏心内凹圆环表面与外套管1的内孔形成的环向渐变窄间隙的圆环楔形间隙内，在内插管2和外套管1的相对旋转摩擦下获得翻转滚动的摩擦扭矩，随着增加旋转内插管2的扭矩，钢球5会以环向翻转滚动的方式进入空腔9环向更窄的楔形间隙内，将内插管2和外套管1相互定位楔紧连接在一起，连成所需长度的管段，然后再将管子两端的接头与管件或设备进行连接安装。当外套管1与内插管2承受很大的拉拔力出现轴向拉拔位移时，已被楔入外套管1和内插管2的钢球5在内插管2与外套管1相互轴向位移下获得轴向翻转的摩擦扭矩，以轴向翻转滚动的方式进入更窄的轴向楔形间隙内，形成更大的楔紧力，当圆锥斜面的角度在6度左右，该管子具有抗拉拔的自锁功能，外套管1和内插管2的相互楔紧力与内插管和外套管的刚度、旋转内插管2的扭矩和在空腔内被楔形间隙夹紧的钢球5的数量成正比，与空腔的楔形夹角成反比。当外套管1应用较薄的薄壁管时，在加力旋转内插管2前，可将增力套10套在外套管1的外圆上并推移至空腔9相对应的位置上，令对钢球5楔紧处的外套管有两层管的厚度，增加钢球5作用处管的刚度，达到增加楔紧力的效果。

2、内插管具渐开线内凹圆环的可楔紧伸缩管(见图3、4)

根据所需连接节点的长度，选取合适长度规格的可楔紧伸缩管子，将管子水平放置，旋转内插管11，将大间隙23处于铅垂线的下方；这时钢球16在自重的作用下，也处于大间隙23处，由于大间隙23处的轴向楔形间隙的最小间隙都比钢球16的直径大，所以可将外套管12和内插管11相对拉出或推入至所需的长度，或通过逆时针方向旋转内插管11的同时，轴向将外套管12与内插管11相对拉出或推入至所需的长度，然后通过外力扭矩将内插管11顺时针方向相对外套管12旋转，这时处于空腔15的大间隙23处的钢球16在自重下，落入内插管11的渐开线内凹圆环表面与外套管12内孔形成的环向呈渐窄的圆环楔形间隙内，在内插管11和外套管12的相对旋转摩擦下获得翻转滚动的摩擦扭矩，随着增加旋转内插管11的扭矩，钢球16会以环向翻转滚动的方式，进入空腔15环向更窄的楔形间隙内，将内插管11与外套管12相互牢固楔紧连接在一起，连成所需长度的管段；然后再将管子两端的接头与管件或设备进行连接安装。该种结构由于环向渐开线升角可以小于2度，所以在相同的作用扭矩下，可获得更大的楔紧力。

3、外套管具渐开线扩展圆环的可楔紧伸缩管(见图5、6)

根据所需连接节点的长度，选取合适长度规格的可楔紧伸缩管子，将管子水平放置，旋转外套管18，将大间隙26处于铅垂线的下方；这时钢球22在自重的作用下，也处于大间隙26处，由于大间隙26处的轴向楔形间隙的最小间隙都比钢球16的直径大，所以可将外套管18和内插管17相互拉出或推入至所需的长度，或通过顺时针方向旋转外套管18的同时，轴向将外套管18与内插管17相对拉出或推入至所需的长度，然后通过外力扭矩将外套管18逆时针方向相对内插管17旋转，这时处于空腔21的大间隙26处的钢球22在自重下，落入内插管17表面与外套管18的渐开线扩展圆环内孔形成的呈环向渐窄的楔形间隙内，在外套管18和内插管17的相对旋转摩擦下获得翻转滚动的摩擦扭矩，随着增加旋转外套管18的扭矩，钢球22会以环向翻转滚动的方式，进入空腔21的环向更窄的楔形间隙内，将内插管17与外套管18相互牢固楔紧连接在一起，连成所需长度的管段；然后再将管子两端的接头与管件或设备进行连接安装。当内插管17应用较薄壁的管子时，在开始旋转外套管18进行楔紧管段前，将增力套27插进内插管17内孔里并推移至空腔21的相对应的位置上，增加钢球22对内插管17作用处管的刚度。这种扳转外套管实现楔紧的连接方式，还可将外套管的渐开线扩展圆环改成圆锥形偏心扩展圆环的结构形式，令外套管的圆锥形偏心扩展圆环内孔与内插管表面形成环向和轴向都呈楔形间隙的空腔，扳转外套管即可通过钢球将外套管与内插管牢固楔紧连接在一起，其连接功能与内插管具圆锥形偏心内凹圆环的可楔紧伸缩管相同。其具体实施方式与外套管具渐开线扩展圆环的楔紧伸缩管相同。

这种可楔紧伸缩管强力旋紧后，由于钢球的楔入可令外套管或内插管的外圆或内管产生径向尺寸变化，在钢球的楔入处的外套管的外圆表面或内插管的内孔表面会在钢球的楔入下形成凸起的管壁形变，令钢球在更大的管子材料应力强度下被压紧。

这种可楔紧伸缩管楔紧连接后，需拆卸时，只需以当时楔紧管子的相反旋转方向相对扳转外套管与内插管，令钢管获得翻转滚动的摩擦扭矩，以环向翻转滚动的方式滚回比钢球直径大的间隙内，便可将内插管与外套管相对拔出。

这种可楔紧伸缩管的外套管内孔置有内插管，并可相互旋转和轴向移动；外套管与内插管通过设置橡胶密封圈进行密封，外套管内孔与内插管表面之间有一个环向呈楔形间隙或环向和轴向都呈楔形间隙的空腔，钢球处在空腔内，通过旋转内插管或外套管，令钢球环向滚动进入环向更窄的楔形间隙内，或在进入环向楔形间隙后再轴向进入轴向更窄的楔形间隙内，将外套管与内插管牢固楔紧连接在一起，成为所需长度的管段；当外套管或内插管应用较薄壁的管子时，外套管的外圆或内插管内孔与空腔相对应的位置上可放置有增力套；这种可楔紧伸缩管，有内插管具圆锥形偏心内凹圆环的结构，其内插管外圆上置有两个橡胶密封圈和圆锥形偏心内凹圆环，外套管的内孔与圆锥形偏心内凹圆环的外表面形成一个环向和轴向间隙都呈楔形间隙的空腔，空腔环向最大间隙处的轴向最小间隙比钢球直径大，空腔环向最小间隙处的轴向最大间隙比钢球直径小；钢球处在空腔内，当旋转内插管，钢球会环向进入空腔的环向更窄的楔形间隙内，将外套管与内插管相互楔紧；当再承受更大的外力令外套管与内插管相对轴向拉拔位移时，钢球会轴向进入更窄的轴向楔形间隙内，阻止外套管与内插管的轴向位移，令调节长度的外套管与内插管连成更牢固楔紧连接的管段；这种可楔紧伸缩管，有内插管具渐开线内凹圆环的结构，其内插管表面上置有两个橡胶密封圈和渐开线内凹圆环，渐开线内凹圆环表面与外套管内孔形成一个环向呈楔形间隙的空腔，空腔的最大处间隙比钢球直径大，空腔的最小处间隙比钢球直径小；钢球处在空腔内，当旋转内插管，钢球会环向进入环向更窄的楔形间隙内，将外套管与内插管相互楔紧，成为连接牢固的楔紧连接的管段；这种可楔紧伸缩管，有外套管具渐开线扩展圆环的结构，其外套管内孔上置有两个橡胶密封圈和渐开线扩展圆环，渐开线扩展圆环内孔与内插管表面形成一个环向呈楔形间隙的空腔，空腔的最大处间隙比钢球直径大，空腔的最小处间隙比钢球直径小；钢球处在空腔内，当旋转外套管，钢球会环向进入环向更窄的楔形间隙内，将外套管与内插管相互楔紧，成为连接牢固的楔紧连接的管段；这种可楔紧伸缩管，有外套管具圆锥形偏心扩展圆环的结构，其外套管内孔置有两个橡胶密封圈和圆锥形偏心扩展圆环，内插管表面与圆锥形偏心扩展圆环内孔形成一个环向和轴向间隙都呈楔形间隙的空腔，空腔环向最大间隙处的轴向最小间隙比钢球直径大，空腔的最小间隙处的轴向最大间隙比钢球直径小，钢球处在空腔内；当旋转外套管，钢管会环向进入环向更窄的楔形间隙内，将外套管与内插管相互楔紧；当再承受到更大外力，令外套管与内插管相对轴向拉拔位移时，钢球会轴向进入空腔轴向更窄的楔形间隙内，阻止外套管与内插管的轴向位移，令调节长度的管段连接得更加牢固楔紧连接在一起；这种可楔紧伸缩管，其钢球开始是以其自重楔入环向间隙内，然后在内插管与外套管相对旋转摩擦下获得翻转摩擦扭矩以环向翻转滚动方式进入更窄的环向间隙内，将外套管与内插管牢固楔紧连接在一起；这种可楔紧伸缩管的外套管和内插管的端口可以是螺纹、法兰、沟槽、凸环、外插或内插口等的接头；这种可楔紧伸缩管可设有多种长度规格，相邻两规格管子的长度差，可以是较短规格管子可调节的最大长度；这种可楔紧伸缩管可设有1条或1条以上的密封圈，可以放置一粒或多粒的钢球；这种可楔紧伸缩管的外套管与内插管的相互楔紧力与外套管和内插管的刚度、旋转管子的扭矩和在空腔内被楔形间隙夹紧的钢球的数量成正比，与空腔的楔形间隙夹角成反比；这种可楔紧伸缩管的内插管与外套管相互强力楔紧后，外套管的外圆或内插管的内孔的径向尺寸会变化，其外套管表面或内插管内孔表面会形成凸起的管型形变；这种可楔紧伸缩管，当以楔紧管子的相反旋转方向相对扳转外套管与内插管，钢球以环向翻转滚动的方式滚回比钢球直径大的间隙内，便可将内插管与外套管相对拔出。