徐建英 張宗偉 南洋

摘? 要：本文通過(guò)大口徑纏繞環(huán)氧玻璃鋼管道所用模具的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝的選擇，水壓試驗(yàn)等問(wèn)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(guān)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(xì)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(qiáng)度較細(xì)牙螺紋大，且抗疲勞性能強(qiáng)，細(xì)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(xì)牙螺紋標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因管道口徑大，重量大，且螺牙較細(xì)，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(duì)螺紋接頭進(jìn)行設(shè)計(jì)，將細(xì)牙螺紋改為粗牙螺紋。為了提高管道的密封性能及耐壓強(qiáng)度，可以在陽(yáng)螺紋尾部增加單橡膠圈。經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的螺紋接頭，可以拓展我公司大口徑環(huán)氧管道的應(yīng)用市場(chǎng)。

1、研究工作方法：

本項(xiàng)目主要進(jìn)行環(huán)氧管道粗牙螺紋接頭設(shè)計(jì)，研究步驟如下：

1.1設(shè)計(jì)產(chǎn)品圖紙

1.1.1管道陰螺紋和陽(yáng)螺紋的螺距、齒高、錐度、螺紋角度、螺紋長(zhǎng)度等的確定。這些參數(shù)需根據(jù)管道的設(shè)計(jì)壓力，以及管道的實(shí)際安裝需求，不可將螺距設(shè)定得過(guò)小，以免造成安裝困難。

1.1.2陰陽(yáng)螺紋大端齒頂直徑的確定。在設(shè)計(jì)該直徑時(shí)，需考慮到螺紋錐度，管道壁厚等參數(shù)以滿足陰陽(yáng)螺紋的連接及設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

1.1.3陽(yáng)螺紋尾部凹槽的位置及尺寸確定。凹槽的位置需放在陽(yáng)螺紋的末端，且距離適中，通過(guò)設(shè)計(jì)凹槽的尺寸來(lái)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(shè)計(jì)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(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，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(cuò)位，定位設(shè)計(jì)合理、脫模容易、操作簡(jiǎn)單。

1.3采購(gòu)模具及膠圈

1.4樣品制作

原輔材料的選擇及配方設(shè)計(jì)對(duì)于管件設(shè)計(jì)起著重要的作用。確定各種原輔材料如環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃纖維纏繞紗、三軸纖維布、固化劑、促進(jìn)劑和其它輔助材料的性能指標(biāo)和檢測(cè)、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(guò)改變?cè)o材料之間的配比和添加一些有利的添加劑，經(jīng)過(guò)不斷的試驗(yàn)比對(duì)，最終確定最佳原材料配方。

1.5樣品安裝及檢驗(yàn)

2、具體設(shè)計(jì)

2.1首先我們把規(guī)格定為DN300-5.5MPa的酸酐類(lèi)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(zhǎng)度根據(jù)公式L=P*ID*Sf/（4τ）可得出最小螺紋長(zhǎng)度。

螺紋長(zhǎng)度公式：L=P*ID*Sf/（4τ）

其中P：壓力等級(jí)，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(qiáng)度，取7Mpa。

陰陽(yáng)螺紋大端齒頂直徑則根據(jù)螺紋錐度、螺紋長(zhǎng)度、管道外徑來(lái)確定。

陽(yáng)螺紋尾部再伸長(zhǎng)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(yáng)螺紋之間的間隙是相互關(guān)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(guò)計(jì)算，我們?cè)O(shè)計(jì)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(guò)設(shè)計(jì)，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(yáng)螺紋的模具了，模具管身與8扣螺紋管道并無(wú)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(shí)與8扣螺紋基本一樣，唯一需要注意的是陰螺紋的制作，因?yàn)殛幝菁y螺距12.7mm，較8扣大的多，所以通過(guò)采用環(huán)氧樹(shù)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(shí)間下完成固化、脫模。

2.4制作完成后，安裝陰陽(yáng)螺紋，在安裝過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，粗牙螺紋比細(xì)牙螺紋安裝所需要的時(shí)間要短的多。安裝后，需對(duì)管道進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)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(yáng)螺紋連接，并將兩頭打壓帽擰緊。

②充水，排氣。完成之后，開(kāi)動(dòng)水壓試驗(yàn)機(jī)。

③慢慢升壓至5.4MPa，管體及螺紋沒(méi)有發(fā)現(xiàn)滲漏。

繼續(xù)升壓至8.2MPa（設(shè)計(jì)壓力5.5MPa的1.5倍），保壓2分鐘，管體及螺紋沒(méi)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(méi)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(méi)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(méi)有發(fā)現(xiàn)滲漏，但有響聲。

由于考慮到該管道接頭已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并考慮到安全性，所以沒(méi)有繼續(xù)進(jìn)行更高壓力的水壓測(cè)試。

綜述

通過(guò)相應(yīng)試驗(yàn)（廠內(nèi)靜水壓實(shí)驗(yàn)和爆破實(shí)驗(yàn)），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(yáng)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(shí)間，減輕現(xiàn)場(chǎng)安裝強(qiáng)度，減少了對(duì)機(jī)械的依賴(lài)度，提高了安裝施工效率，有著十分明顯的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

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