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扣压式海洋软管接头设计

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扣压式海洋软管接头设计

发布时间：2019-07-31 点击次数：次

概述：传统的船用软管密封采用简单的外扣法：当外径较大时，采用压接方式，接头强度明显不足。为了解决这个问题，设计了一种具有高连接电阻的船用软管接头。从套筒，接头芯的结构和组装过程，内部膨胀扣的压接方法用于显着改善接头的性能。有限元法用于计算闭合量，并通过实验验证。结果表明，该接头在压接能力下具有较高的抗拉强度，满足使用要求，为船用软管接头的设计和改进提供了参考。关键词：船用软管;软管密封;卷曲能力;密封阻力0简介船用软管体通过密封连接，密封是船用软管的关键部件，也是软管中的薄弱环节。通常，软管接头可分为两种类型：注胶型和带扣型。其中，扣式接头是一种传统的连接方式，具有结构简单，操作方便的特点。虽然接头的强度和密封性能不能满足海水深度的要求，但这种接头对于浅水中使用的小直径复合软管具有很大的优势。因此，卷曲关节仍然被广泛使用。在使用过程中，由于接头结构的不合理设计或加工和组装中的误差，压接接头经常出现问题，导致接头拔出或泄漏故障。对于未绑定的柔性海洋软管，API
17B
[4]和API
17J
[5]已经标准化并使用更多。因此，有必要研究结构设计和搭扣接头的组装方法，以提高连接质量。
1连接结构的设计波纹软管的连接主要由连接芯，套管和连接软管组成，如图1所示。组装时，软管接头处于预设位置并且垫圈通过外部带扣或外部带扣的压力和内部膨胀而塑性变形，从而挤出外部橡胶层和软管的内部橡胶。该层将软管主体和垫圈连接在一个单元中。
通过改变带扣的数量，可以改变接头的阻力，并且软管主体弹性变形以与接头紧密接触，从而产生密封效果。图1扣式船用软管接头1.1套筒设计套筒的形状如图2所示。套筒的内径是连接软管的外径加上一定的间隙。如果间隙太小，则无法装入连接软管;如果太大，必须加大尺寸和扣紧，一般间隙为1.0到1.5毫米。当自由空间量恒定时，套筒的外径由横截面积A2确定。在船用软管接头的应力载荷下，有可能发生断裂失效，包括接头芯的卡口部分（横截面积A1），套管的根部（横截面积A2）接头芯的根部（横截面）面积为A3），如图1所示。组装接头和软管后，由于轴向拉伸载荷，有三种可能的失效模式：破损软管的移除，软管的移除或A1，A2，A3之一的套管的破损。在设计套管和接头的核心时，为了匹配A1，A2和A3三个部分的电阻以及0x3e2的平衡，必须满足以下关系：A1≈A2+A3A2≈A3因此，到提高接头强度，要求提高光滑度。管的阻力使软管管体和接头良好地结合，并增加了三个部分A1，A2和A3的横截面积。图2套筒形套筒具有相同的外径，并且是光滑的圆柱形表面。为了改善软管和接头之间的连接阻力和密封性能，套筒的内壁通常设有一定的凹槽形状，根据形状可分为三种类型，即，没有凹槽型的直孔，锯齿型，锯齿型。环的类型和类型的组合。在径向压力的作用下，外橡胶层和铠装层以波浪形式压缩并嵌入套筒的凹槽中，凹槽的厚度根据厚度和厚度确定。外橡胶层的硬度。对于需要更大强度的船用软管，如图3所示，凹槽必须与锯齿形和环形结合，如图3所示。与凹槽类型相比，这种类型的凹槽允许更大的变形和卷曲。更好的密封强度和更好的密封性能。
套筒的长度也是一个重要指标：虽然较长的套筒不会增加其阻力，但危险部分的面积A2不会增加，但是软管和接头之间的接头可以增加，以防止软管被移除。
10号或20号碳钢通常用于套筒选择。
1.2连接器芯设计压接长度，壁厚，结构形状和连接芯材料对连接芯的连接性能有重要影响。接头芯的压接长度越长，越有利于提高接头的强度和接头的密封性能，但是增加长度会使芯棒的加工更加困难并且增加制造成本为了避免在组装过程中接头芯端部出现胶水现象，要求接头芯的长度略小于套管的长度，如图1所示。表面光滑度接头的外芯对密封的密封性能，内橡胶层的疲劳损伤和密封芯的抗疲劳性有重要影响，使外表面光滑必须严格控制关节的核心。接头芯的表面光洁度通常高于Δ5。接头芯的内表面是光滑的圆柱形表面，并且外表面具有一定的凹槽形状。如图4所示，通常使用凹槽R和齿形凹槽。凹槽R和凹槽为橡胶的流动提供一定的空间，并且在变形的情况下橡胶不容易损坏，并且摩擦面积增加。
R槽主要用于低压条件下钢管的制备，锯齿槽一般用于需要高压的缠绕管。接头芯的材料通常选自钢20,35或45，接头芯的壁厚通常为2至3.5mm。应该注意的是，随着接头芯的直径增加，壁厚也应相应地增加。理论上，接合芯的内孔在紧固后不允许变形，但实际上存在变形。接头芯的外径取决于软管的内径和压接量。压接不充分会导致软管中的液体泄漏和接头的抗拉强度不足;过度卷曲会损坏内部橡胶层并导致内部橡胶层硬化，这将影响密封性能。接头芯的内径与壁的厚度和外径有关。内径太大而不能导致壁厚不足，从而影响接头的性能;如果内径太小，则对液体的阻力将增加。
接头芯的内径和外径受上述条件的限制，并且软管具有更多的功能层，并且功能层的层和材料尺寸不相同。为了满足软管性能要求，有必要优化压接量。
2装配工艺设计固定式船用软管接头简单，易于控制，易于加工，主要适用于小直径船用软管。传统的方法是通过位移控制来控制压缩量，但是这种方法的精度难以控制并且容易出现大的误差。除了压接量之外，压接接头的连接性能还与软管本身有关。软管具有多个功能层和不同的材料。在实际生产过程中，难以检测软管各功能层的加工误差，难以控制软管内外径的误差。因此，材料的选择和卷曲量是卷曲软管的连接性能的关键。通常，对于高硬度内部橡胶层，为了确保接头的强度和接头的密封性能，应相应地增加压接量。鉴于几个因素，有必要从两个方面提高软管接头的压接质量。
1）改进内部橡胶配方。所用的内部橡胶参数为：弹性极限12.1MPa，肖氏硬度A
84，伸长率24.5％和通过撕裂27.5％的永久变形。当内侧橡胶层具有高拉伸强度时，在变形过程中不易破裂，因此确保了内侧橡胶层的高伸长率。
2）精确控制软管密封的装配精度。在组装之前，必须保证软管体和软管接头的质量和加工精度。软管内外层的加工精度对接头质量影响很大，因此，接头厚度必须为0x3e2，并且必须控制软管的内外径。在本文档中，使用了内部扩展和外部扣环。必须在装配前准确计算内部膨胀量和外部扣除量。内部膨胀会影响软管的内部密封。外部扣除可以防止外部环境的渗透，内部扩张和外部扩张。扣除会影响关节强度。
3设计实例3.1密封芯图5是本设计中的密封芯：密封芯具有相同的内径，内表面是光滑的圆柱形表面，并且有许多锯齿状的凹槽接头芯的外表面的前部。凹槽具有相对于水平轴成3°角的倾斜边缘。凹槽的下端是水平面，短边垂直于下端，凹槽的上端是宽度为3mm的水平面。在压接之后，软管的内橡胶层与接头芯接触，并且内径橡胶层在径向压力的作用下被槽压紧并完全接触，从而产生大的接触电压可以看出，锯齿状凹槽的数量对接头的强度具有相对重要的影响。对于不同的操作条件，软管尺寸，功能层的数量和内层的性能参数，需要不同数量的锯齿状凹槽。根据经验，锯齿数为7，深度为1
mm。凹槽的深度与内橡胶层的厚度直接相关。通常，凹槽的深度是内橡胶层厚度的12％至14％，并且软管的内橡胶层的厚度是11mm，因此凹槽的深度为锯是1.3到1.5毫米。由于接头采用内部膨胀扣的安装方式，锯齿的深度可以适当减小，因此选择1
mm，芯材为45钢。在安装过程中，垫圈与软管的内橡胶层接触，并分成动作触点的引入部分和密封部分。接触长度取决于软管的规格，工作压力，内部橡胶层的机械性能和物理参数，但通常根据软管的内径选择接触长度，接触长度是软管内径的2到4倍。对于内径较小的软管，请选择较大的倍数，并应在内径增加时减小倍数。另外，接触长度越长越好。如果接触长度太长，则不适合安装和节省成本。软管内径为141
mm，接触长度为134
mm。
3.2套筒图6是该设计的波浪形接头的套筒。套筒的外径相同，外表面是光滑的圆柱体，内表面是结合有一定数量的之字形和环形的凹槽。
槽的长边与水平轴之间的角度为11°，短边与横轴之间的角度为30°。凹槽的上端是5.5毫米宽的平面，下端是16毫米宽的平面。对应于芯棒的凹槽的数量选自7.由于套筒和外橡胶在被压制后能够承受很大的拉力，因此凹槽深度适当地增加，并且长度可以适当增加软管接触。选择1.4
mm，接触长度为270
mm。套管材料由20号钢制成.4测试证实，两个压接软管密封件经过机械加工，并配有外径为Φ209.5mm的船用软管。使用上述计算的卷曲量，通过内部膨胀扣的压接过程将内部软管连接到内部软管。一起，并应用轴向牵引力。当轴向拉力达到78.2吨和82.4吨时，软管抽出失败发生在组件中，如图9所示。测试结果与结果类似。模拟。
（a）试验前（b）试验后图9软管接头拔出试验5结论制作了海水管压接接头的结构设计，计算了接头的强度，分析了影响关节强度的因素。分析和计算了破碎量的关键因素。研究表明，本文设计的带扣带船用软管密封采用内膨胀技术和外扣。只要合理选择扣环量，就可以获得高连接阻力，满足小直径浅海复合软管的技术要求。在船用软管密封件的设计中，本文件的内容可作为参考，以确保软管密封件设计的合理性。图9软管密封件拆卸测试

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