1、概述

　　目前,國(guó)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)接器由于其結(jié)構(gòu)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(hào)更改引起管段長(zhǎng)度變化較大的情況。根據(jù)需要,研制了一種長(zhǎng)度調(diào)節(jié)量較大的自鎖型管道聯(lián)接器,其對(duì)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)其結(jié)構(gòu)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(gè)零件,右法蘭與活塞缸焊成一個(gè)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結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了液體的輸送、壓力傳遞以及管路聯(lián)接功能。活塞缸與擋圈的螺紋結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)接器的軸向長(zhǎng)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(gè)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(gè)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(gè)承壓與傳遞流體介質(zhì)以及軸向位移可調(diào)的油缸結(jié)構(gòu)。擋圈通過內(nèi)螺紋與活塞缸連接,這種螺紋結(jié)構(gòu)即保證了活塞缸與活塞桿間的同軸度,同時(shí)避免了設(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(zhǎng)度,起到了無級(jí)調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的作用。

　　當(dāng)管道聯(lián)接器左端安裝固定后,手動(dòng)旋轉(zhuǎn)右法蘭,此時(shí)活塞缸即可沿著活塞桿軸線運(yùn)動(dòng)而起到長(zhǎng)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(zhǎng)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,避免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,故選用硬度較高、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,故選擇硬度較小而潤(rùn)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(huì)導(dǎo)致聯(lián)接器產(chǎn)生內(nèi)力。管路熱脹冷縮也會(huì)引起聯(lián)接器長(zhǎng)度變化,若軸線方向上對(duì)聯(lián)接器沒有限制,活塞桿與活塞缸在軸線方向上會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),若不對(duì)其軸向移動(dòng)進(jìn)行限制,將會(huì)對(duì)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(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)度可以承受聯(lián)接器承壓時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)力,不會(huì)導(dǎo)致螺紋剪切等事故的出現(xiàn)。

5、檢測(cè)與應(yīng)用

　　聯(lián)接器制造裝配完成后,分別對(duì)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種情況進(jìn)行了在規(guī)定伸縮量?jī)?nèi)任意調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的可靠性、氣密性和耐壓性測(cè)試。

　　檢驗(yàn)合格后的聯(lián)接器裝入水壓動(dòng)態(tài)扭矩試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)閥門流量試驗(yàn)回路上。DN80通徑閥門軸線長(zhǎng)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(zhǎng)度配置相應(yīng)長(zhǎng)度的聯(lián)接管,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(zhǎng)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(dòng)及泄漏等問題。同期投入使用通徑為25mm、50mm和100mm的聯(lián)接器,效果良好。

6、結(jié)語

　　在閥門管道測(cè)試系統(tǒng)中應(yīng)用新型聯(lián)接器配合不同軸向尺寸的閥門進(jìn)行性能測(cè)試,操作方便,性能可靠,節(jié)約材料,效率高,干擾少。