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1、介绍一种新型工业管路O形圈端面密封接头的密封结构、设计方法及加工成形工艺,并对其应用场景和适用范围进行结论性阐述。Ol序言工业管路系统中常见的有氯气、氢气、重油、蒸汽、碱、苯、乙快气、盐酸、盐水和水等管路。由于输送的介质具有高温、高压和腐蚀等特点，极易在管路联接处造成水、汽(气)和物料的跑、冒、滴、漏。接头是管路系统的重要联接装置和薄弱部位，起到联接和密封等作用。螺纹接头是管道的主要联接形式，接头密封有锥面密封、球面密封、O形圈密封和螺纹密封等多种形式。O形密封圈由于结构紧凑、密封性好以及使用寿命长等优点，而被广泛应用于工业系统中“目前，国内在高温、高压等特殊流体工况下，为保证高可靠性，管接头
2、使用进口件居多，本文基于国际品牌接头使用经验，设计一种新型工业管路O形圈端面密封接头，并以实际接头零件案例进行设计和加工工艺分析。02管路密封接头常见失效类型(1)压力失效一般高压失效较多，具体体现在随着压力的上升，泄漏越来越凸显，直至接头发生变形、爆裂及崩出等安全事故。(2)密封结构形式失效管路接头与系统的介质、管路通径大小、工作压力、安装方便性及运维合理性等结构使用场景不匹配，造成系统结构性形式失效。(3)密封件失效密封圈、密封填料等损伤、破损以及型号规格错误等造成管路泄漏。(4)密封面失效密封面损伤、配合精度不足，在硬密封结构形式中非常常见。03失效原因分析分析失效原因如下。1)没有根据
3、管路系统的工作压力、设计压力等来合理选择或设计匹配的密封接头，管路未经强度校核和通过耐压测试就投入使用。2)密封结构选择不当，很容易造成泄漏失效。比如DN50以上的管路系统，就不适合使用O形圈端密封、卡套式密封接头；。6OlOmm仪表管路就特别适合使用卡套式接头；DN16-DN50的液、气压系统选择锥密封、球密封接头也很合理；当DN16DN50的液、气压系统工作压力为425MPa,介质易燃易爆、有毒及高腐蚀时，必须使用高可靠密封接头，如O形圈端面密封ORFS(O-RingFaCeSeal)接头。3)密封件的失效一方面是由于密封圈、填料等的材质没有根据管路介质、工况温度进行选型；另一方面是由于密
4、封件的型号规格设计选型错误，导致密封件压缩量不足。4)密封面失效一是由于加工精度、表面质量不高造成的；二是由于安装过程中没有做好密封面保护，从而造成密封面磕碰性损伤。04新型密封接头的设计4.1设计案例输入新型密封接头技术要求见表1。表1新型密封接头技术要求序号名称要求/规格备注1工作压力/MPa202设计压力/MPa253介质压缩天然气易燃易爆4环境温度/-25-455介质温度/-15-606管道规格DN25材质：316不锈钢7联接阀块螺纹联接材质：45钢8安装维护要求方便易维护9可靠性r可靠性10安全性高安全性11所需数量/个15002000每月4.2设计分析设计要求和分析如下。1）工作压
5、力高，属于超高压工况，接头承压能力必须足够，需要强度设计校核。2）介质危险性高，接头密封性能必须强，以防止气体泄漏。3）介质温度和环境温度方面，重点考虑低温性能。由于天然气中含有硫、水分和油分等杂质，密封件要有良好的耐低温和耐油性。4）管道通径DN25,在20MPa高压下，螺纹卡套式不建议使用。因为卡套对配套的管材外圆公差和胀套、装配技术要求较高，安全风险大，所以国内在016mm以上的高压工业管路系统中基本不采用卡套式接头。5）制定阀块联接为螺纹联接，必须考虑密封性螺纹。6）要求安装、运维方便，接头宜采用活套连接，并且具有备品备件，互换性强。7）由于压力高，介质易燃易爆，设计要求管路系统具有高
6、安全性和可靠性。实际操作中，接头选型应考虑进口件。8）批量生产，供货周期需要保证，成本需要控制。4.3 设计方案根据设计要求和分析，美国PARKER或德国EATON公司类似的ORFSO形圈端面密封接头最适用于该管路系统，但是由于进口产品交付周期长、价格昂贵，因此设计一种国产化的新型自制接头成为最可行的技术路线。通过实践验证，最终该接头设计方案如图1所示。工件材质为30钢，锻件，长度55mm,公制螺纹M362mm,管螺纹1寸NPT。密封沟槽及配合偶件表面粗糙度要求较高，表面粗糙度值=I.6fm密封槽外沿面要求75的倾角，密封槽面的圆角a）.2mm,密封沟槽深度1.97mm零件整体表面镀彩锌处理。
7、其余表面的表面粗糙度值Raj32Nm:图1接头零件结构4.4 设计方法与步骤（1）对标该接头为非标自制接头，没有直接的国家标准选型库，需要根据进口件选型手册进行对标分析。新型密封接头对标分析见表2。表2新型密封接头对标分析序号蹊目国家称能或Ut计手册PARKER.EArON产品标淮及技术要求1NpT螺纹GB11,12716ANSIB1.20.!2M3MR纹GWrl92,GB/TI93ANSIB1.IS密封沟槽尺寸GWT3452.34密用件逸型机植设计至册（第五St）第3卷（成大先主编.化学工业出版社）企业技术选型手册S密封沟Ml精度GWr3452.36结构尺寸设计GBTH26.GB/T41企业
8、技术选至手册7强度校核GB150（2）测量实际样品测量，掌握基本尺寸，进行设计对比。（3）详细设计依据国家标准、选型设计手册等资料，依托CAD软件进行详细设计。（4）强度校核根据GB150和材料力学相关计算公式，计算材料最大应力，并查表校核强度。（5）出图出样件生产图，供生产试制。05工艺分析5.1 零件结构工件为圆柱状零件，轴向结构对称，结构规则匀称，022mm为通孔，无几何精度要求。沟槽呈环形分布，表面精度要求较高，零件整体结构规整，无复杂的异形曲面。5.2 零件材质零件材质为30钢，坯料锻造，具有良好的切削性能。材料具有一定的韧性，强度较好，适合结构零件使用工况。5.3 零件精度要求1）
9、零件无几何精度要求，按设备自然公差处理。2）零件配合偶件表面粗糙度要求较高，密封沟槽面表面粗糙度值Ra均为1.6fm,螺纹咬合面表面粗糙度值e?=3.2（m,其余表面的表面粗糙度值K=6.3fm,总体精度尚可。5.4 零件成形及工艺难点1）零件为环形对称回转型，通过零件图样尺寸、表面精度要求及工艺分析可知，零件加工易于控制，不需要特别的工装来保证几何精度，采用数控车床进行车削和锋削即可满足要求。2）零件的工艺难点在于密封沟槽的加工，配合偶件大圆030.58mm内表面有15的倾角，作用是防止密封圈脱落。沟槽内外圆角G）2mm以及沟槽内表面的表面粗糙度值=L6（m,需要精加工才能达到。沟槽深度较浅
10、，为便于加工精度控制和提升加工效率，需要在双刀具的保证下，高效地生产出合格的接头零件。5.5 零件的夹紧坯料为锻件，工件锻打后，表面形状不规则，不容易夹紧。由于在车削内孔、端面等工序时，容易发生跳动，影响加工，因此需要在工件上车削夹位台阶，以保证同心。06工艺方案根据以上分析，拟定零件加工工艺方案见表3。表3零件加工工艺方案工序加工内容刀具设备及夹具10下料65mm50mm带锯床20锻打气锤30调质处理调质炉40车夹位台阶外圆车刀普通车床50钻02Imm孔麻花钻普通车床60车外圆、M36端部各尺寸外圆车刀、75外圆车刀数控车床70车1NPT螺纹端部各尺寸；镣。2Imm内孔外圆车刀、内圆车刀数控
11、车床80铳六方铳刀加工中心90打磨，去毛刺，清洗砂轮机、清洗机100镀锌电镀池110检验入库游标卡尺零件批量加工实物如图2所示。图2零件批量加工实物07测试及验证(1)气压试验试验压力为工作压力的1.15倍，保压30min管路系统无任何变形、泄漏。(2)耐压试验试验压力为设计压力的1.5倍，保压30min管路系统无任何变形、损伤和泄漏。新型密封接头的实际应用案例如图3所示。工业管路在实际使用过程中安全、可靠，被广泛应用到工业管路系统中。图3新型密封接头的实际应用案例08结束语本文介绍一种新型的工业管路密封接头，采用O形圈端面密封结构，并制定详细的工艺方案。这种参考国外品牌产品，结合国家标准和相关手册的设计手段而自制的国产化新型ORFS密封接头，经过测试和验证，可满足工况使用要求，安全、可靠，特别适用于DN16DN3225MPa以下的石化工艺系统管路，并可以通过采用焊接式安装衍生出新的接头产品，扩大更多的应用场景。
