一种轴向扣压接头的制作方法

本发明涉及一种轴向扣压接头，特别是涉及挠性接管的轴向扣压接头结构。属于管道连接件技术领域，主要用于各类油、水等工作介质的管路系统。

背景技术：

目前，在石油、化工、船舶等工业领域中，大量铺设以油、水等作为工作介质的管路系统，管路在设备运转、热胀冷缩、振动冲击等因素的作用下，会产生相应的力、振动和位移。因此在管路系统中大量采用橡胶挠性接管，起到减振降噪、抗冲击、位移补偿和传递介质的作用。在管路通径较大(DN32以上)时，一般采用法兰接头的形式连接金属管路和橡胶挠性接管，为了保证管路系统的安全可靠性，橡胶挠性接管的法兰接头结构和总成形式起着重要作用。

在传统技术中，橡胶挠性接管法兰接头常采用扣压式(见图1)、翻边活法兰式(见图2)、固定法兰式(见图3)等结构，几种结构各具优势但都有不足，分析见表1。

表1

可见，几种接头结构各有利弊，现有产品不能兼顾性能稳定可靠、安装方便、轻量和小空间安装使用的需求。

所以亟需一种接头，来解决传统接头连接强度低、抗拔脱性差，没有自锁功能的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种轴向扣压接头，来解决传统接头连接强度低、抗拔脱性差、没有自锁功能的技术问题。

本发明采用以下的技术方案：

一种轴向扣压接头，包括活套法兰(1)，挠性管体(10)；所述活套法兰(1)为法兰盘结构，所述挠性管体(10)由内向外依次包括内胶层(2)、骨架层(3)、外胶层(4)，所述扣压接头位于所述挠性管体(10)的端头，其特征在于：

所述扣压接头还包括外压环(5)、内压环(6)，所述外压环(5)、内压环(6)为环形套结构，所述外压环(5)外套在所述挠性管体(10)端部的内胶层(2)外，所述的内胶层(2)端部外设置有一圈环形的凸台(21)，所述外压环(5)内圈端部设置有与其对应的环形凹陷(51)，所述凸台(21)嵌入所述凹陷(51)内形成接头与管内输送介质的密封结构；所述外压环(5)沿其外圈向后翻折使其截面呈L型，翻出部分是筒形压环(52)；

所述内压环(6)前端沿其端面向外翻折使其截面呈倒立的L型，所述内压环(6)套在所述骨架层(3)外的部分是筒形外套(62)，所述筒形外套(62)后端与所述外胶层(4)的接触面成斜面相抵，所述外胶层(4)的接触面位于该斜面之上与所述筒形外套(62)的接触面构成与管体外部的密封结构；所述内压环(6)外翻的部分是环形盘(61)，所述骨架层(3)前端向外向后翻折反包住所述环形盘(61)前端面与侧壁，所述环形盘(61)嵌入所述外压环(5)的L形被包裹，所述环形盘(61)的前端面与所述外压环(5)的后端面相抵并加持所述骨架层(3)，所述筒形压环(52)外套所述环形盘(61)并夹持所述骨架层(3)前端，所述筒形压环(52)的高度小于所述环形盘(61)的厚度，所述活套法兰(1)套接在所述筒形外套(62)上并与所述环形盘(61)的后端面相抵，所述挠性管体(10)的内胶层(2)、骨架层(3)、外胶层(4)、外压环(5)、内压环(6)经硫化一体成型。

所述外压环(5)、内压环(6)、活套法兰(1)是金属材料制成。

所述外压环(5)、内压环(6)的接触面设置有相互咬合的波浪形或倒锯齿状的齿牙(7)咬合压紧所述骨架层(3)。

所述挠性管体内胶层(2)、外胶层(4)为橡胶材质，所述骨架层(3)采用浸胶芳纶帘线制作，所述挠性管体(10)经硫化一体成型；所述外压环(5)、内压环(6)接触面涂胶。

所述内压环(6)的外翻转折角为圆弧过渡，所述的外压环(5)对应该圆弧设置弧线过渡。

本发明的优点如下：

1.本发明轴向扣压接头结构通过骨架层3翻起反包结构，将传统径向扣压形式转换为轴向扣压，两者扣压尺寸相当，即在保证接头强度、抗拔脱性和可靠性的前提下，节省了轴向空间尺寸，与同等长度的普通挠性接管相比，管体挠性段更长，减振抗冲性能更优。采用硫化一体化成型技术使该接头与管体更加牢固结合，强化了接头的强度、抗拔脱性和安全可靠性。采用本发明轴向扣压接头结构实现了以小的法兰接头尺寸获得良好的接头强度、抗拔脱性、密封性和可靠性；

2.本发明轴向扣压接头安装后，由螺栓固定，接头各部分夹合，内、外压环的结构设计及由于设计加工相吻合的波浪状或有角度的倒锯齿状结构，将骨架层3压紧后，内、外压环压合锁紧可实现自锁功能，随着管体内介质压强的增大，作用在接头骨架层3上压合力也相应增大，进一步加强自锁功能，达到接头设计的理想力学状态；在高压条件下自锁功能优势更加明显，进一步加强接头强度及可靠性。确保了其减振性、抗冲击性以及其可靠性。

3.本发明轴向扣压接头的挠性接管密封面为金属接头刚性密封，不易老化、可实现多次安装拆卸、安装精度要求低、可靠性高，选用适当的密封件可以有效保证连接密封性；相比传统翻边活法兰式接头结构的密封面，其采用橡胶翻边结构的密封面，易蠕变、易老化、多次安装使用易造成橡胶面破坏、安装精度要求高，从而易导致密封失效。

4.本发明轴向扣压接头结构简单，制造方便，配合活套法兰旋转自如可以在小空间实现灵活安装。

5.采用轴向扣压接头结构及其硫化一体化成型技术可以达到挠性接管通径DN32～DN100范围内在承受25～20MPa爆破压力接头无损坏，通径DN125～DN250范围内在承受15～12MPa爆破压力接头无损坏；1.33倍工作压力下脉冲疲劳达到40万次接头无损坏。

附图说明：

图1为传统技术的扣压式结构示意图；

图2为传统技术的法兰式接头结构示意图；

图3为传统技术的固定法兰式接头结构示意图；

图4为本发明截面结构的示意图；

图5为本发明与管路对接结构的示意图；

图6为本发明外压环结构示意图；

图7为本发明内压环结构示意图；

图8为本发明活套法兰结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

以下实施例仅是为清楚说明本发明所作的举例，而并非对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在下述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，而这些属于本发明精神所引出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

实施例1

参见图4-8所示，一种轴向扣压接头，包括活套法兰1，挠性管体10；所述活套法兰1为法兰盘结构，所述挠性管体10由内向外依次包括内胶层2、骨架层3、外胶层4，所述扣压接头位于所述挠性管体10的端头，

所述扣压接头还包括外压环5、内压环6，所述外压环5、内压环6为环形套结构，所述外压环5外套在所述挠性管体10端部的内胶层2外，所述的内胶层2端部外设置有一圈环形的凸台21，所述外压环5内圈端部设置有与其对应的环形凹陷51，所述凸台21嵌入所述凹陷51内形成接头与管内输送介质的密封结构；所述外压环5沿其外圈向后翻折使其截面呈L型，翻出部分是筒形压环52；

所述内压环6前端沿其端面向外翻折使其截面呈倒立的L型，所述内压环6套在所述骨架层3外的部分是筒形外套62，所述筒形外套62后端与所述外胶层4的接触面成斜面相抵，所述外胶层4的接触面位于该斜面之上与所述筒形外套62的接触面构成与管体外部的密封结构；所述内压环6外翻的部分是环形盘61，所述骨架层3前端向外向后翻折反包住所述环形盘61前端面与侧壁，所述环形盘61嵌入所述外压环5的L形被包裹，所述环形盘61的前端面与所述外压环5的后端面相抵并加持所述骨架层3，所述筒形压环52外套所述环形盘61并夹持所述骨架层3前端，所述筒形压环52的高度小于所述环形盘61的厚度，所述活套法兰1套接在所述筒形外套62上并与所述环形盘61的后端面相抵，所述挠性管体10的内胶层2、骨架层3、外胶层4、外压环5、内压环6经硫化一体成型。

所述外压环5、内压环6、活套法兰1是金属材料制成。

所述外压环5、内压环6的接触面设置有相互咬合的波浪形或倒锯齿状的齿牙7咬合压紧所述骨架层3。

所述挠性管体内胶层2、外胶层4为橡胶材质，所述骨架层3采用浸胶芳纶帘线制作，所述挠性管体10经硫化一体成型；所述外压环5、内压环6接触面涂胶。

所述内压环6的外翻转折角为圆弧过渡，所述的外压环5对应该圆弧设置弧线过渡。

使用方法与自锁原理：

将挠性接管与管路连接，需要对接的管路接口同样为法兰接口，本方案中的所述活套法兰轴向扣压接头与法兰接口对接通过螺栓连接预紧。此时通过不断预紧螺栓，两法兰不断被预紧挤压，与此同时，压合所述外压环、内压环。外翻的骨架层因而被自然压紧，由于设置有相互咬合的波浪形或倒锯齿状的齿牙7，从而形成了自锁功能，随着管体内介质压强的增大，作用在接头骨架层3上压合力也相应增大，进一步加强自锁功能，在高压条件下自锁功能优势更加明显。另外所述管体内胶层的凸台由于卧入了所述凹陷内，所述外压环也会促进压合所述管体内胶层端面与需要对接接口端面。也就是说，螺栓的预紧不但对接固定了接口，还压紧了所述骨架层。本发明大幅简化了连接结构，接头结构的长度缩减了，方便了安装、降低了自重、可以在狭小空间内完成安装。

采用本发明轴向扣压形式在较小的空间内实现接头与管体压合成型，将法兰接头的密封部位设计为内、外压环复合结构，内、外压环设计加工相吻合的波浪状或有角度的倒锯齿状结构，内、外压环经处理后将管体骨架材料端部扣合压紧，通过硫化成型，使接头与骨架材料结合为一体；当法兰安装过程中用螺栓逐渐紧固时，内、外压环压合锁紧，骨架材料与接头连接更加紧密，强化了接头强度、可靠性和抗拔脱性，且由于采用该接头的挠性接管密封面为金属刚性密封，选用适当的密封件可以有效保证连接密封性，同时不易老化。

加工时，接头内、外压环的压合面经过喷砂、清理、喷涂胶黏剂、烘干，达到与橡胶及骨架材料良好粘合的要求；按传统方法完成挠性接管管体包覆、缠绕后，安装接头并将管体骨架材料翻起用内、外压环夹合，采用工装压紧，骨架材料与接头硫化成型，使接头与骨架层3、内胶层2、外胶层4结合为一体构成整体。采用内、外压环接触面喷涂胶粘剂来保证骨架材料与金属接头的粘合强度。

本发明轴向扣压接头结构以小的法兰接头尺寸获得良好的接头强度、抗拔脱性、密封性和可靠性，且接头结构简单、重量轻、安装方便；可通过材料设计、接口尺寸设计和管体结构设计使挠性接管适用于不同的接口形式、公称通径、工作介质等多种工况。采用本发明轴向扣压接头结构及其一体化成型技术可以达到挠性接管通径DN32～DN100范围内在承受25～20MPa爆破压力接头无损坏，通径DN125～DN250范围内在承受15～12MPa爆破压力接头无损坏；1.33倍工作压力下脉冲疲劳达到40万次接头无损坏，有效保证设备和管路系统的安全可靠性。

应用例1

按照轴向扣压接头结构及其一体化成型技术设计方案试制挠性接管，分析验证接头可靠性。

挠性接管通径DN250，工作压力3.0MPa，工作介质水，接口尺寸按照GB2501标准设计。

按照上述要求设计挠性接管接头见图6。

按照接口尺寸设计法兰接头零件，骨架材料采用浸胶芳纶帘线，接头内、外压环贴合面采用专用黏合剂处理，按照工艺设计完成管体包覆工序后，安装金属接头零件，将骨架材料层翻起涂刷胶粘剂，夹合在内、外压环之间并用专用工装压紧，从而保证硫化后挠性接管接头的抗拔脱性。

对接头部分受力情况进行分析：

1)工作状态下，挠性接管充压3.0MPa，安全系数设计为3倍额定工作压力时，作用在管体单位长度上的力为：F＝3PS＝3×3.0MPa×(π×250mm×1mm)＝7065N，即单位长度管体受力约7.07kN/mm；

2)芳纶帘线规格为1670dtex/1×3，其断裂伸长率约4％，扯断强力约750N，拉伸模量780cN/dtex，弹性模量120GPa，帘线缠绕角度为54.4°，帘线层数为4层，挠性接管达到安全系数，即3倍额定工作压力作用下，管体轴向最大变形约2.9mm，轴向变形约2.5mm，在此作用力下，对单层骨架材料所受拉力约为0.85kN/mm；

3)参照接头设计结构尺寸(图6)，内、外压环贴合面为带有一定角度的凸缘/凹槽结构，对骨架材料压合锁紧后，骨架材料所受拉力在凸缘/凹槽压合位置可分解为垂直于斜面的法向力和沿斜面方向的切向力，这里的切向力即可视为接头位置骨架材料受到的拔脱力，对该位置骨架材料进行受力分析，计算得单层骨架材料所受拔脱力约为0.61kN/mm；

4)通过试验测试，经过处理的橡胶与金属的粘合强度为22kN/m，骨架材料与橡胶的粘合强度为13kN/m(H抽出)；

5)12-M24螺栓紧固后，螺栓预紧力近似为内、外压环对芳纶帘线的自锁作用力：P0＝σ0·As＝0.5σs·As＝0.5×640N/mm2×353mm2＝112960N≈113kN；P0为预紧力，σs为螺纹性能等级，As为螺纹部分危险剖面的计算直径。

6)骨架材料被内、外压环夹合部分长度约60mm，故单层骨架材料所受拔脱力约37kN，夹合部分橡胶与金属粘合强度约为1.32kN，骨架材料与橡胶粘合强度约为0.78kN，内、外压环给帘线的自锁作用力约为113kN。

由此可见，骨架材料所受粘合力与自锁作用力的共同作用力，远远大于挠性接管在3倍工作压力下所受拔脱力，从理论角度分析，挠性接管在额定工作状态下不可拔脱。

对挠性接管试制样件进行性能测试：

1)对挠性接管内部注水充压至额定工作压力，保压15min，管体无异常，接头状态良好；

2)对挠性接管充压至2倍额定工作压力，保压30min，管体无异常，接头状态良好；

3)对挠性接管持续充压，至12.5MPa管体爆破，爆破后接头仍保持完好，通过计算拔脱力F＝P_爆破×π×R2得出抗拔脱能力大于60T。

4)对挠性接管以周期50～60次/min，0～1.33倍额定工作压力进行压力脉冲试验，40万次脉冲试验后管体无异常，接头状态良好；

5)对挠性接管内部注水充压至额定工作压力，一端固定，另一端以24mm的轴向位移、20mm的轴向位移进行拉伸、压缩，各进行20次极限位移补偿试验后管体无异常，接头状态良好；

6)在额定工作压力下，进行12mm的轴向拉伸、压缩，各进行1500次接头状态良好。

7)在额定工作压力下，进行10mm的径向剪切1500次，接头状态良好。

通过试验测试对自锁式轴向扣压挠性接管接头结构可靠性进行验证，该接头结构在受到轴向拉伸和压缩、径向剪切，以及各方向冲击位移、内部压力脉冲等各种工况下，均能保证良好的抗拔脱性和密封性，具有极高的安全可靠性，完全满足常规挠性接管接头的安装使用要求。

综上所述，本发明所述自锁式轴向扣压挠性接管接头结构具有结构合理、制造工艺简单、抗拔脱能力强等优点，具有极高的安全可靠性，且其重量轻，尺寸小，可满足小空间的挠性接管安装需求，且不影响挠性接管所具有的减振、降噪、抗冲击、位移补偿等性能要求，适用于各领域挠性接管的接头设计和加工制造。