粗牙螺紋接頭環(huán)氧管道的研發(fā)

徐建英 張宗偉 南洋

摘? 要：本文通過大口徑纏繞環(huán)氧玻璃鋼管道所用模具的設計、生產(chǎn)工藝的選擇，水壓試驗等問題討論研究，最終完成大口徑環(huán)氧管道粗牙螺紋的研發(fā)。

關鍵詞：粗牙螺紋;環(huán)氧玻璃鋼管道

高壓力環(huán)氧管道的接頭型式一般為螺紋連接，由于管道的使用壓力大，細牙螺紋很難滿足使用要求，所以選用安全系數(shù)較高的粗牙螺紋，因粗牙螺紋常用于一般的零件聯(lián)接，且適宜較大的受力環(huán)境，其強度較細牙螺紋大，且抗疲勞性能強，細牙螺紋環(huán)氧玻璃鋼管道的接頭連接及密封性能與螺紋有著直接的聯(lián)系，所以研究粗牙螺紋環(huán)氧玻璃鋼管道有著非常重要的意義。

目前稍大口徑環(huán)氧管道的螺紋接頭基本是按API 5B 8扣細牙螺紋標準進行設計的，因管道口徑大，重量大，且螺牙較細，牙數(shù)較多，上扣較困難，給安裝造成了一定的難度。為了降低該環(huán)氧管道的安裝難度，需要對螺紋接頭進行設計，將細牙螺紋改為粗牙螺紋。為了提高管道的密封性能及耐壓強度，可以在陽螺紋尾部增加單橡膠圈。經(jīng)過改進后的螺紋接頭，可以拓展我公司大口徑環(huán)氧管道的應用市場。

1、研究工作方法：

本項目主要進行環(huán)氧管道粗牙螺紋接頭設計，研究步驟如下：

1.1設計產(chǎn)品圖紙

1.1.1管道陰螺紋和陽螺紋的螺距、齒高、錐度、螺紋角度、螺紋長度等的確定。這些參數(shù)需根據(jù)管道的設計壓力，以及管道的實際安裝需求，不可將螺距設定得過小，以免造成安裝困難。

1.1.2陰陽螺紋大端齒頂直徑的確定。在設計該直徑時，需考慮到螺紋錐度，管道壁厚等參數(shù)以滿足陰陽螺紋的連接及設計強度要求。

1.1.3陽螺紋尾部凹槽的位置及尺寸確定。凹槽的位置需放在陽螺紋的末端，且距離適中，通過設計凹槽的尺寸來提高管道的密封性能。

1.1.4橡膠圈的形狀及尺寸確定。橡膠圈的尺寸要與凹槽的尺寸相匹配，并且要滿足一定的壓縮率及填充率要求，以保證管道的密封性能。

1.2設計模具圖紙

首先在材質(zhì)選擇上，需選擇質(zhì)輕，耐溫性能好，不易變形，且易加工的材質(zhì)。另外在進行模具設計時，要充分考慮到模具的加工精度、脫模難易程度等因素。

模具表面要求平整光潔，且在100℃-140℃放熱峰情況下不能變形，表面不能出現(xiàn)收縮痕跡、裂紋、不平等現(xiàn)象。分模模具連接處不能錯位，定位設計合理、脫模容易、操作簡單。

1.3采購模具及膠圈

1.4樣品制作

原輔材料的選擇及配方設計對于管件設計起著重要的作用。確定各種原輔材料如環(huán)氧樹脂、玻璃纖維纏繞紗、三軸纖維布、固化劑、促進劑和其它輔助材料的性能指標和檢測、控制手段和方法，為產(chǎn)品的高性能、高質(zhì)量提供保障。通過改變原輔材料之間的配比和添加一些有利的添加劑，經(jīng)過不斷的試驗比對，最終確定最佳原材料配方。

1.5樣品安裝及檢驗

2、具體設計

2.1首先我們把規(guī)格定為DN300-5.5MPa的酸酐類環(huán)氧管道，牙數(shù)為2扣，螺距12.7mm，齒高2.08mm，錐度1/16，螺紋角度60°，螺紋長度根據(jù)公式L=P*ID*Sf/（4τ）可得出最小螺紋長度。

螺紋長度公式：L=P*ID*Sf/（4τ）

其中P：壓力等級，MPa;

ID：管件內(nèi)徑，mm;

Sf：安全系數(shù)，取3;

τ：粘接面極限剪切強度，取7Mpa。

陰陽螺紋大端齒頂直徑則根據(jù)螺紋錐度、螺紋長度、管道外徑來確定。

陽螺紋尾部再伸長45mm的直段，將凹槽置于該直段的中心部位，凹槽的寬度、深度及膠圈的尺寸、陰陽螺紋之間的間隙是相互關聯(lián)的，一般橡膠圈壓縮率控制在30%～50%之間，充盈度控制在85%～110%就可以了。通過計算，我們設計凹槽寬度10mm，中心槽深3.3mm，膠圈截面形狀為矩形，矩形寬度9mm，高度5mm，環(huán)向內(nèi)徑281mm，材質(zhì)選三元乙丙。

通過設計，產(chǎn)品圖紙如下圖1所示：

2.2根據(jù)產(chǎn)品圖紙，可以加工陰、陽螺紋的模具了，模具管身與8扣螺紋管道并無差別，主要是端部螺紋的差別，模具粗糙度控制在0.8。

粗牙螺紋環(huán)氧管生產(chǎn)工藝流程：

2.3樣品制作時與8扣螺紋基本一樣，唯一需要注意的是陰螺紋的制作，因為陰螺紋螺距12.7mm，較8扣大的多，所以通過采用環(huán)氧樹脂膠泥加少數(shù)根玻璃纖維纏繞紗配合纏繞而成，在一定的固化溫度和時間下完成固化、脫模。

2.4制作完成后，安裝陰陽螺紋，在安裝過程中我們發(fā)現(xiàn)，粗牙螺紋比細牙螺紋安裝所需要的時間要短的多。安裝后，需對管道進行水壓試驗，試驗過程如下所示：

①將矩形膠圈套在凹槽處，在每根管道的兩端螺紋處涂上螺紋密封膏，將兩根管道的陰陽螺紋連接，并將兩頭打壓帽擰緊。

②充水，排氣。完成之后，開動水壓試驗機。

③慢慢升壓至5.4MPa，管體及螺紋沒有發(fā)現(xiàn)滲漏。

繼續(xù)升壓至8.2MPa（設計壓力5.5MPa的1.5倍），保壓2分鐘，管體及螺紋沒有發(fā)現(xiàn)滲漏和響聲。

繼續(xù)升壓至9MPa，觀察管體及螺紋，沒有發(fā)現(xiàn)滲漏和響聲。

繼續(xù)升壓至10MPa，觀察管體及螺紋，沒有發(fā)現(xiàn)滲漏和響聲。

繼續(xù)升壓至11MPa，觀察管體及螺紋，沒有發(fā)現(xiàn)滲漏，但有響聲。

由于考慮到該管道接頭已達到設計要求，并考慮到安全性，所以沒有繼續(xù)進行更高壓力的水壓測試。

綜述

通過相應試驗（廠內(nèi)靜水壓實驗和爆破實驗），最終研發(fā)出研發(fā)出8扣（2-12〃）和10扣（1.5〃）粗牙螺紋玻璃鋼管道，牙型角為60°，以及每種規(guī)格的管道及管件所需要的帶粗牙螺紋模具和陽螺紋所需環(huán)模，以及管件例如彎頭、三通、管箍等所用帶螺紋模具，并予以系列化。

粗牙螺紋接頭環(huán)氧管道的研發(fā)，將可以大大縮短管線安裝時間，減輕現(xiàn)場安裝強度，減少了對機械的依賴度，提高了安裝施工效率，有著十分明顯的市場競爭優(yōu)勢。

參考文獻

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