柔性快速管接头的特性与应用

我国目前各行业所用的管道连接形式主要是法兰连接,延用至今已有四百多年的历史。随着社会的发展、科学技术的不断进步,法兰连接的弊端也逐步显现。柔性快速管接头的派生,充分弥补和克服了法兰在管道连接中的缺陷与不足。

柔性快速管接头技术早在20世纪40年代日本就开始应用,20世纪80年代传入我国,多用于电力、煤炭、天然气、船舶、供水和消防、石油化工等行业。从管道输送介质上来分,它可适用于输送水、天然气、石油、煤灰、化工液体等方面。

1、柔性快速管接头的结构与特性

柔性快速管接头由卡箍、密封胶圈、钢环及螺栓、螺母组成(详见图1),其连接方式与管箍、法兰连接的不同之处在于其连接部位可以发挥一定的、类似人体关节的柔性功能。钢管连接时,首先要将钢环焊至管端的固定位置,然后将两管的管端插入胶圈之间,再将一组对开的卡箍覆在钢环上,用螺栓、螺母加以紧固。

1.1 连接性能

管线之间的连接靠卡箍与焊接在两管端的钢环完成,当流体压力作用于钢管时,钢管产生的轴向力直接由钢环的角焊缝来承担。这样对钢环的焊接就需要有特殊要求。

从受力平衡角度分析,存在如下方程:

式中:

P—管内介质设计压力,MPa;

D—钢管外径,mm;

S—钢管壁厚,mm;

W—钢环有效焊缝宽度,mm;

[σ]—钢管材料许用应力,MPa。

两钢环的有效焊接宽度之和不小于W值时,既能满足强度要求。

1.2密封性能

柔性管接头中的一组对开的卡箍之间嵌入山型胶圈(如图2所示),由于胶圈的高度高于卡箍内腔的高度,因此把紧螺栓、螺母时,胶圈与管端产生密封作用。当流体压力作用于被紧固的胶圈内腔时,产生的内压将遍布于胶圈的整个内表面,作用于胶圈边缘的内压会向密封面产生更大的压力。内压越高,胶圈的压力也越大,密封效果就越明显,从而防止流体的泄露。

当负压作用于胶圈内腔时,山型胶圈就会如图所示的一样,通过大气压与负压之间的压差挤压管端的密封面,此时压差越大,密封性能的发挥越大,防止外部气体的侵入。

1.3　吸收各种位移的性能

如图3所示,柔性管接头安装完工后,两管端之间会留有一定间隙E,在管接头的连接部位,通过此间隙,可以发挥伸缩、弯曲、扭转的可动性能,使管接头对因外力而产生的管线轴向力、弯矩、扭矩加以吸收,从而改善管线的受力状态,确保管线长周期安全运行。