单卡套式管接头与双卡套式管接头的密封性能对比

单卡套式管接头与双卡套式管接头的密封性能对比 单卡套式管接头与双卡套式管接头的密封 性能对比 电气牵引2002年第1期(总第103期) 单卡套式管接头与双卡套式管接头的 密封性能对比 湘潭电机股份有限公司(411101)雷雄杨正 【摘要】本文介绍了(单)卡套式管接头与双卡套式管接头的密封机理,比较了两种卡套 式管接头密封 性能的差异. 【关键词】卡套式管接头泄漏密封 1前言 卡套式管接头是一种便捷,可靠,易于安装拆 卸的中高压管路的联接方式,自问世以来,在机械, 液压等行业得到了广泛应用. 卡套式管接头最早出现在二十世纪三十年代 初期,经过半个多世纪的发展,卡套式管接头已成 为世界上应用最为广泛的一种管接头. 单卡套式管接头由卡套,接头体,螺母组成,结 构如图1所示. ,,//广,\\\\\\\\V\\\\ /////////l\\\\\\\\, { l _},————————一 f L/////////I\\\\\\\\\\, , \, 图1单卡套式管接头结构 2单卡套式管接头密封原理及性能 2.1密封原理 装配时,旋紧螺母,卡套在螺母的推动下沿接 头体内锥轴向前进,贴紧接头体内锥;卡套产生变 形,其刃口部分向内收缩,切入钢管表壁,与钢管形 成密封;同时卡套外锥向上拱起,形成龟背,与接头 体内锥紧密接触,形成密封,这种密封结构属于刚 性线密封,能承受40MPa以下的压力,主要用于液 压,气体密封. 2.2安装特性 由于单卡套式管接头的密封性能取决于卡套 刃口能否均匀,适度切人钢管表壁(管径与切人深 18 度见附表一),外锥向上拱起形成龟背能否均匀与 接头内锥接触.卡套切人钢管表壁并产生变形需要 相当大的外力,根据有关资料显示(管径与预装力) 单卡套式管接头在装配之前必须先在专用的卡套 器具上进行预装,才能进行装配,否则一次装配合 格率不会高于60. 2.3密封性能 单卡套式管接头从二十世纪七十年代末在我 国广泛应用,基本适用于40MPa以下的液压,气动 管路,基本能密封. 但是,单卡套式管接头由于结构上的原因 它不是一种最好的管路联接方式,从大量的使用情 况证明它仍存在许多不足之处,现从结构上进行分 电气牵引2002年第1期(总第103期) 析: (1)无温差补偿功能,在温差变化大的环境中 密封性能大大下降. ?零件精度要求低.无论是卡套还是接头体 其尺寸精度都要求不高,形位公差也未作要求,表 面粗糙度要求不高(]2口卡套外锥,刃口,接头体内锥 表面粗糙度只有). ?国内厂家热处理水平不高.装配时卡套刃 口很难均匀,均衡地切入钢管表壁,卡套外锥也很 难均匀与接头体内锥接触,由于卡套与钢管,接头 体材质不同,热膨胀系数不同,在温差变化大时,经 过热胀冷缩,(装配后卡套与钢管产生了永久变形) 卡套与钢管之间,卡套与接头体之间有可能形成间 隙,产生泄漏.所以在温差变化大的场所,由于无温 差补偿功能单卡套式管接头易产生泄漏.例如某移 动装置,在夏天装配,试验合格后交给用户,所有的 卡套式接头均无泄漏,但冬天在西北进行试验,每 天早晨就发现有些管接头渗油. (2)多次拆装性能差,拆装多次后卡套或接头 体就不能用.. 根据我厂装配单卡套式管接头的经验,国产的 卡套式管接头拆装次数不多,一般不超过3—5次, 多次拆装后,首先是接头体内锥面受损,产生泄漏; 其次是接头体上的连接螺纹和螺母变形,脱丝,造 成接头体,螺母报废;其主要原因: ?零件要求精度不高,按接头体无一处 有形位公差要求,对接头体内锥有尺寸公差要求, 连接螺纹均为普通级细牙螺纹. ?零件材料热处理要求不高,其强度,硬度不 够.加上卡套的热处理工艺水平落后. 单卡套式管接头在装配后,卡套与钢管产生了 永久变形,非弹性变形,在卡套与接头体锥度问再 无法产生第二次弹性变形,多次拆装后,卡套接头 体无法有装配补偿量,易出现泄漏;多次拆装后由 于接头体热处理硬度不够,接头体内锥面上会产生 伤痕,影响密封性能;接头体的连接螺纹,螺母的螺 纹均为精度不高的普通级细牙螺纹,由于后一次装 配螺母要比前一次多旋紧一点点,多次拆装后,易 造成接头体上的连接螺纹和螺母变形,脱丝,造成 接头体,螺母报废. (3)装配要求高,需特殊专用的卡套预装器, 对装配技能要求高,装配的一致性差. 由于接头体硬度一般不高,为避免装配时损伤 接头体内锥面,所以在卡套装配时先用专用的预装 器(机械式或手工)进行卡套预装.根据卡套式管接 头的装配经验,曾有人对卡套预装的力矩进行了专 门研究,摸索出根据卡套预装时管径与预装力的关 系. 卡套式管接头的装配技术要求,各用户根据自 己的使用情况各自制造了各种卡套预装器,上 海某厂生产过专用的卡套预装器,在我厂使用过, 但预装器预装后的卡套合格率只有9O,仍有个 别卡套预装后不合格,这种预装器在装配10多个 卡套后质量就开始下降,预装2O个多卡套后就不 能用.装配时对装配工人有一定的经验要求. (4)抗冲击,震动性差. 卡套式管接头中的接头体的连接螺纹与螺母 均采用普通细牙螺纹,具有一定自锁能力,但螺纹 精度不高(为6H,6h),在有冲击,振动或系统有脉 冲的环境中使用,会有个别接头体与螺母自锁性能 下降,产生松动,使接头体与卡套外锥面不密封,产 生泄漏. 随着卡套式管接头在液压,气动行业的广泛运 用以及科技水平的不断提高,国外各大公司针对卡 套式管接头的薄弱环节进行了许多技术改进使之 性能更加优良,使用更加方便可靠.如Parker公司 在单卡套式管接头基础上经过三代改进,于1980 年推出E0渐进型管接头,在1993年推出 D型(1930年)D型(1956年)EO型(1980年) 图2EO一2型卡套式管接头结构 19 电气牵引2002年第1期(总第103期) EO一2型卡套式管接头,我国目前使用的卡套式 管接头为D型卡套.实际上EO一2型卡套式管接 头是在单卡套式管接头的基础上向双卡套式管接 头形式的转变,其中EO一2型的卡套已不参与密 封作用,只起定位,防松功能,密封主要靠橡胶密封 圈.EO一2型卡套式管接头结构如图2所示. 在单卡套式管接头广泛应用于液压管路连接 的时候,有一种新型概念(密封机理不同)的双卡套 式管接头问世,由于其精湛的工艺,优良的品质,优 美的外观,优秀的”0”泄漏的密封性能,异军突起, 在机械,液压,空调,航天等领域大展身手,成为一 种优秀的管路连接方式. 3双卡套式管接头结构及性能 双卡套式管接头结构如图3所示. 图3双卡套式接头结构 l一后卡套2一前卡套3一螺母4一接头体 双卡套式管接头装配时,旋紧螺母,螺母推动 后卡套,后卡套推动前卡套在接头体内沿轴向方向 移动,前卡套外锥(15.)与接头体内锥(20.)贴合, 前卡套开始变形,在前卡套变形的同时,其刃口向 内收缩抱紧导管,迫使导管产生塑性变形,在前卡 套与导管之间形成密封;同时前卡套在向前移动过 程中有旋转的过程,对接头体内锥面有抛光作用, 因此在外锥与接头体内锥接触处形成抛光线;当继 续拧紧螺母,后卡套顶紧前卡套尾部并推动前卡套 沿轴向移动,迫使前卡套外锥产生伞状变形(锥度 由15.逐渐向20.变化);由于前卡套外锥与接头体 内锥接触面逐渐增大,在接头体内锥形成的抛光线 1 逐渐扩大成抛光面,当螺母旋紧1?圈以上,前卡 套外锥已变成20.,抛光面扩大至整个接头体内锥 面,前卡套外锥与接头体内锥面完全接触,形成面 20 密封;同时前卡套刃口继续向内收缩进一步迫使导 管产生均匀变形,在前卡套与导管之间形成均匀密 封;同时后卡套在顶紧前卡套的同时其外锥已挤入 前卡套尾部,刃口向内收缩抱紧导管,使导管产生 塑性变形,不仅形成密封,而且可以防止前卡套松 动. 与单卡套式管接头相比,双卡套式管接头具有 如下特点: (1)具有良好的密封性能 双卡套式管接头具有”0”泄漏的优良密封性 能. 双卡套式管接头泄漏公式为 ?P?H.?W q一——, 式中q一泄漏率 Ap一压力降 H一密封面间的间隙高度 W一密封面宽度 一 绝对粘度 I一密封长度 根据SWAGEIOK公司推荐的双卡套式管接 头泄漏公式可知:管接头泄漏率与H(密封面间的 问隙高度)的三次方,W(密封面宽度)成正比,与I (密封长度)成反比. 图4SWAGELOK公司的双卡套式管接头 对于前卡套与接头体之间的泄漏率,由于前卡 套外锥与接头体内锥之间紧密贴合,前卡套对接头 体内锥表面起了抛光作用,加上前卡套加工精度非 常高,使其表面粗糙度非常高,两者之间几乎没有 电气牵引2002年第1期(总第103期) 间隙,故H(密封面间的间隙高度)非常小,在10 mm以上,H}其值就非常小;另由于前卡套外锥在 螺母推力作用下与接头体内锥紧密贴合,其接触长 度I几乎等于前卡套外锥长度;根据泄漏公式计 算泄漏率qb是109ml/min,几乎无泄漏;对于前 卡套与钢管之间的泄漏率,由于前卡套钢管抱紧钢 管,前卡套与钢管的间隙H几乎为零,为10 mm,H.为10,.同理根据泄漏公式计算泄漏率q 是109ml/min,几乎无泄漏. 由于双卡套式管接头前卡套的优良密封特点, 决定了双卡套式管接头具有”0”泄漏的优良的密封 性能. (2)具有良好的抗振动,冲击性能 由于后卡套嵌在前卡套尾部,对前卡套有预紧 力,对前卡套有防松作用,同时后卡套抱紧钢管使 之产生变形对于管路振动起阻尼作用,加上螺母螺 纹(其螺纹上镀有一层含银合金)与接头体的连接 螺纹加工精度高,自锁能力好;使得双卡套具有特 别优良的耐冲击和振动的性能. (3)具有良好的温差补偿功能 由双卡套式管接头的结构可知:前卡套在后卡 套的推力作用下,前卡套外锥成伞状由15.逐渐变 成20.,前卡套外锥与接头体内锥之间有一定的弹 性变形补偿能力;且前,后卡套抱紧钢管产生塑性 变形,故两者之间有一定的弹性补偿能力,当温度 发生较大变化时,双卡套式管接头因为具有一定的 变形补偿能力和弹性补偿能力,不会产生泄漏.因 此双卡套式管接头具有良好的温差补偿能力. (4)有良好的多次拆装功能 由于双卡套式管接头结构特点,前卡套外锥锥 度有弹性,可以15.变化到20.,拆开后前卡套外锥 锥度会小于20.,再次装配后,前卡套外锥锥度会 变成20.;且卡套,接头体不会受损,所以多次拆装 后双卡套式管接头能满足密封要求,具有多次拆装 功能. (5)装配简化 由于双卡套式管接头的密封是前,后卡套抱紧 钢管而非切人钢管,其装配力矩比单卡套管接头的 装配力矩要小得多,在装配外径25以下的钢管 时可以直接进行装配,不用卡套预紧器. 通过对上述两种卡套式管接头密封机理分析, 密封性能比较,双卡套式管接头不仅比单卡套式管 接头具有装配简单,良好的抗振动,冲击性能,良好 的温差补偿功能,多次拆装功能,而且具有更优良 的密封性能.尽管双卡套式管接头价格昂贵,但在 许多重要产品上仍应用广泛. 德国铁路至2005年将投资400亿欧元 德国铁路(DB)在本五年计划期间(2000 , 2005)共投资400亿欧元(370亿美元),与上个 五年计划相比,增加了60亿欧元.其中用于下部结 构的投资达到240亿欧元,用于加速机车车辆现代 化的投资为1O0亿欧元. DB计划2004年之前投资70亿马克用于新客 运列车,其中20亿马克用来购买运距更长的高速 摆式列车,50亿马克用于地区和市郊列车投资. DB将于2001年6月把20列四节式ICE TD200km/h摆式内燃动车组的首列在纽伦堡一 德累斯顿线路上投人运营.这些列车是提供给DB 的首批动力装置为柴油机的ICE列车.用于这些 列车的投资为3亿马克.这将使IEC列车车队的 规模达到216列. DB计划在2004年之前投资5亿马克购买另 外13列IEC3列车用于科隆一法兰克福高速线路 运营.DB还计划在2004年之前投资约8亿马克购 买28列高速摆式电力动车组. 购置新列车属于新列车时刻表概念的一个重 要组成部分.从2004年起,IEC列车在主要长途线 路上2小时开一趟,在核心线路上至少每1小时开 一 趟. DB已作出决定,在2003年之前对l17列由机 车牵引的列车进行现代化改造以使之达到ICE列 车标准.所有城市间列车在今后18个月内将具有 与ICE列车相同的所有权让与证书. 德国铁路,奥地利联邦铁路和瑞士联邦铁路成 立了TEE铁路联盟,已开始征购l16列最高速度 为230mk/h的七节式摆式电力动车组用于最长旅 程为400km的国际运输.头44列动车组需要在 2005年12月份之前投人运营. DB和法国国营铁路之间的一个合作项目目 前正在进行之中.该项目旨在开发一种用于最长旅 程为600km国际运输的320km/h高速列车.然 而,直到2010年才要求这种高速列车投人线路运 行. 21