管路聯(lián)接器設(shè)計(jì)及應(yīng)用

管路聯(lián)接器設(shè)計(jì)及應(yīng)用1、概述

目前,國內(nèi)已有的管路聯(lián)接器產(chǎn)品主要為金屬波紋管,這種型式的聯(lián)接器從一定程度上解決了管路聯(lián)接、液體輸送、壓力傳遞及少量軸向位移的自適應(yīng)等問題,但波紋管聯(lián)接器由于其構(gòu)造形式導(dǎo)致其軸向位移調(diào)節(jié)量過小,無法滿足管段中設(shè)備型號更改引起管段長度變化較大的情況。根據(jù)需要,研制了一種長度調(diào)節(jié)量較大的自鎖型管道聯(lián)接器,其對應(yīng)管道通徑為80mm,軸向行程調(diào)節(jié)范圍為0～200mm。實(shí)際使用中根據(jù)其構(gòu)造型式同時(shí)設(shè)計(jì)開發(fā)了管徑25mm、50mm和100mm等多型聯(lián)接器。

2、工作原理

聯(lián)接器(圖1)由左右法蘭、活塞桿、活塞缸、擋圈、止擋板和密封件等組成。實(shí)際產(chǎn)品中左法蘭與活塞桿焊接成一個零件,右法蘭與活塞缸焊成一個零件。左右法蘭均為公稱壓力2.5MPa,通徑為80mm的標(biāo)準(zhǔn)法蘭。擋圈與活塞缸間為螺紋聯(lián)接。

聯(lián)接器利用活塞式密封原理配合螺紋的自鎖性能完成聯(lián)接器管路聯(lián)接、液體輸送、壓力傳遞及軸向位移調(diào)節(jié)等問題。其中活塞桿、活塞缸以及密封件組成的活塞構(gòu)造實(shí)現(xiàn)了液體的輸送、壓力傳遞以及管路聯(lián)接功能?；钊着c擋圈的螺紋構(gòu)造實(shí)現(xiàn)了聯(lián)接器的軸向長度調(diào)節(jié)和自鎖功能。

1.左法蘭2.活塞桿3.緊固件4.止擋板5.擋圈6.密封件7.活塞缸8.右法蘭

圖1聯(lián)接器

工作時(shí),左法蘭與系統(tǒng)管路聯(lián)接固定,此時(shí)活塞桿與擋圈通過活塞桿中部的軸肩限制兩個零件間的軸向位移,同時(shí)其周向位移被止擋板與軸肩所形成的摩擦副而限制,即活塞桿通過緊固件和止擋板與擋圈聯(lián)接成一個軸向、徑向自由度均受到限制的整體部件?；钊麠U和活塞缸通過密封件形成一個承壓與傳遞流體介質(zhì)以及軸向位移可調(diào)的油缸構(gòu)造。擋圈通過內(nèi)螺紋與活塞缸連接,這種螺紋構(gòu)造即保證了活塞缸與活塞桿間的同軸度,同時(shí)防止了設(shè)備承壓時(shí)活塞缸脫落等問題的出現(xiàn)。同時(shí)還可以根據(jù)管路系統(tǒng)的要求調(diào)節(jié)聯(lián)接器的長度,起到了無級調(diào)節(jié)長度的作用。

當(dāng)管道聯(lián)接器左端安裝固定后,手動旋轉(zhuǎn)右法蘭,此時(shí)活塞缸即可沿著活塞桿軸線運(yùn)動而起到長度調(diào)節(jié)的目的。實(shí)際使用時(shí),若活塞缸與擋圈間配合為右旋螺紋,則順時(shí)針旋轉(zhuǎn)右法蘭可起到縮短聯(lián)接器的目的,反之亦然。長度調(diào)節(jié)到位后即可將右法蘭與系統(tǒng)管路聯(lián)接。同時(shí)由于螺紋壓力角較小,可起到自鎖的效果,防止了管道因熱脹冷縮導(dǎo)致聯(lián)接器泄漏和脫落等事故出現(xiàn)。

3、材料選擇

聯(lián)接器的活塞缸外表面有螺紋,內(nèi)壁表面光潔度和同軸度等要求較高,應(yīng)選用硬度較高、防腐及抗磨性能較好304不銹鋼材料。擋圈只需起到導(dǎo)向和軸向定位作用,應(yīng)選擇硬度較小而潤滑性能較好的Q235材料。

4、內(nèi)力控制

工作時(shí),由于管道內(nèi)部承受一定壓力,活塞桿與活塞缸間的面積差會導(dǎo)致聯(lián)接器產(chǎn)生內(nèi)力。管路熱脹冷縮也會引起聯(lián)接器長度變化,若軸線方向上對聯(lián)接器沒有限制,活塞桿與活塞缸在軸線方向上會發(fā)生相對滑動,若不對其軸向移動開展限制,將會對系統(tǒng)管路產(chǎn)生軸向力等不良影響而導(dǎo)致管路彎曲、變形、破裂和泄漏等事故。聯(lián)接器設(shè)計(jì)中對設(shè)備因承壓而產(chǎn)生的內(nèi)力采取一端軸肩定位,另一端螺紋定位的方式解決。設(shè)計(jì)時(shí)通過保證配合螺紋長度的方法防止螺紋剪切等現(xiàn)象出現(xiàn),即螺紋可承受的最大剪切力大于系統(tǒng)內(nèi)力。

聯(lián)接器工作時(shí),其產(chǎn)生的內(nèi)力為

式中F———內(nèi)力,N

P———系統(tǒng)壓力,MPa

D1———油缸內(nèi)徑,mm

D2———油缸通徑,mm

配合螺紋所能承受的最大剪切力為

式中p———最大剪切力,N

σs———材料的屈服極限(σs=270),MPa

As———材料的受剪面積,mm2

D———螺紋中徑,mm

H———螺紋有效寬度,mm

n———安全系數(shù)(n=112～117)

如F<p,則配合螺紋長度可以承受聯(lián)接器承壓時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)力,不會導(dǎo)致螺紋剪切等事故的出現(xiàn)。

5、檢測與應(yīng)用

聯(lián)接器制造裝配完成后,分別對其在伸縮量最小、伸縮量最大、水平狀態(tài)和豎直狀態(tài)等4種情況開展了在規(guī)定伸縮量內(nèi)任意調(diào)節(jié)長度的可靠性、氣密性和耐壓性測試。

檢驗(yàn)合格后的聯(lián)接器裝入水壓動態(tài)扭矩試驗(yàn)臺架系統(tǒng)閥門流量試驗(yàn)回路上。DN80通徑閥門軸線長度差約為175mm,試驗(yàn)回路未裝配聯(lián)接器時(shí),每一類型閥門試驗(yàn)均需要根據(jù)閥門軸線長度配置相應(yīng)長度的聯(lián)接收,不僅降低了試驗(yàn)效率,還造成了材料的浪費(fèi)。配置該聯(lián)接器后,每次閥門試驗(yàn)前管段長度調(diào)節(jié)時(shí)間約10min,加快了試驗(yàn)效率。系統(tǒng)加壓后管路未出現(xiàn)變形、震動及泄漏等問題。同期投入使用通徑為