CN114877151A - 一种复合管全通径高压连接结构及其连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合管全通径高压连接结构及其连接结构，包括管件芯管、设置在管件芯管***的管件外套及设置在管件外套与管件芯管之间的复合管；所述管件芯管外表面沿其轴向设置一组外环齿，所述管件外套内表面沿其轴向设置一组与外环齿相对应的内环齿，所述管件芯管一端设置锥面结构，所述复合管从管件芯管的锥面结构一端***管件外套与管件芯管之间，并使得复合管包覆在管件芯管外部的一段形成扩口段。本发明连接结构只需内胀，将内胀模具从管件芯管中拉出，管件芯管外扩，发生塑性变形，即完成内胀。无需外扣压等复杂工艺，连接操作较为便捷。

Description

一种复合管全通径高压连接结构及其连接方法

技术领域

本发明涉及塑料管材连接技术领域，具体涉及一种复合管全通径高压连接结构及连接方法。

背景技术

塑料复合管由于其具有耐压高、耐腐蚀等优点，目前已广泛应用于石油、化工、天然气及市政等国民经济的各行各业。同时，管道连接技术作为至关重要的环节严重制约着管道的使用范围。一般情况下，管道连接要求其连接部位强度不应低于管道本体耐压强度。在油田领域，由于工况复杂，管道工作压力高，常规的电熔、热熔等管道连接方式因强度低而无法满足使用要求。因此，油田用中高压塑料复合管普遍采用金属扣压连接方法，虽然连接部位强度较为可靠，但是现有技术由于扣压管件本身壁厚以及扣压工艺等原因容易造成管道连接处严重缩径，大大降低管道的运行通量。据不完全统计，现有金属扣压连接技术在连接处的通量要至少减少20%。整个管路***通径不一致，容易在输送过程中造成缩径处管路堵塞，影响整个管道的服役寿命。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种复合管全通径高压连接结构及其连接方法，相较现有的连接方式具有连接工艺便捷、管材无需封端处理、连接处与管道***通径一致、连接强度以及密封性能可靠等优点。

本发明的技术方案如下：

一种复合管全通径高压连接结构，包括管件芯管、设置在管件芯管***的管件外套及设置在管件外套与管件芯管之间的复合管；所述管件芯管外表面沿其轴向设置一组外环齿，所述管件外套内表面沿其轴向设置一组与外环齿相对应的内环齿，所述管件芯管一端设置锥面结构，所述复合管从管件芯管的锥面结构一端***管件外套与管件芯管之间，并使得复合管包覆在管件芯管外部的一段形成扩口段。

进一步的，所述管件外套与管件芯管之间形成的环状空间的一端设有橡胶垫圈，且所述复合管一端端部与橡胶垫圈紧密贴合。

进一步的，所述管件外套与管件芯管之间的另一端设有加强环，所述加强环外表面采用圆筒状，内表面采用锥型面，加强环外端采用圆弧结构；所述锥型面的锥度与管件芯管的锥面结构的锥度一致，且锥度范围均为2-10°。

进一步的，所述管件芯管外表面的一组外环齿包括两种齿型，其中靠近管件芯管螺纹端采用竖直齿型，靠近管件芯管尾端采用斜角齿型，且所述斜角齿型的斜边与竖直面之间的夹角为45-90°；所述竖直齿型及斜角齿型的外齿面与水平面之间的夹角一致，且夹角范围均为5-20°。

进一步的，所述管件外套内表面的内环齿的齿高高于管件芯管外表面外环齿齿高。

进一步的，所述管件外套内表面设有用于加强环定位的台肩一，起到定位加强环的作用。

进一步的，所述管件芯管外表面设有用于管件外套定位的台肩二，所述管件外套一端设置在台肩二上，且与管件芯管之间焊接固定。

进一步的，所述管件芯管内部在靠近螺纹端设有内锥过渡面，且内锥过渡面位置与橡胶垫圈安装位置相对应。

进一步的，所述管件芯管、管件外套及复合管三者采用内胀方式连接为一个整体。

一种复合管全通径高压连接结构的连接方法，包括如下步骤：

1）先将管件芯管与管件外套已经焊接成一体，橡胶垫圈表面抹上润滑脂，放入管件芯管与管件外套之间的环形域中；

2）将复合管与管件芯管同心对齐设置，利用扣压设备将复合管端部塞入管件芯管与管件外套间的环形域中，复合管塞入过程中将橡胶圈顶至环形域端部；此时管件上套完成，即完成了复合管端部第一次扩口，但此时管件芯管内径仍小于管材内径；

3）将安装好的整体放入烘箱中加热，加热温度50-150℃，加热时长8-20min，去除管材内部残余应力；

4）加热好后将加强环放置于管件外套尾部，表面贴紧，放置到位后，开始内胀扣压；通过内胀模具挤压管件芯管内表面，使其发生塑性变形，内径扩大至与管材内径一致，即完成了全通径管件的安装扣压。

本发明的有益效果如下：

1）本发明连接结构只需内胀，将内胀模具从管件芯管中拉出（内胀模具外径大于芯管内径），管件芯管外扩，发生塑性变形，即完成内胀。无需外扣压等复杂工艺，连接操作较为便捷。

2）本发明管件芯管与外套之间设有橡胶垫圈，在管材上套过程中（即管材塞入管件芯管与外套之间的环形域），管材端面贴紧橡胶垫圈，既可以起到增加连接结构的密封性能，也避免了介质从管材端部渗入复合管中对增强层材料（例如钢丝等）造成腐蚀、破坏。通过此专利结构连接，复合管端部无需封端处理，减少了成型工序，降低了制造成本。

3）本发明连接结构通过管材上套过程中实现管材端部扩口（如图1所示，a＜b），然后通过内胀工艺实现管件芯管再次扩口使得芯管内径与管道***一致（如图3所示，A=B）。

4）本发明连接管件外套尾部设有加强环，此加强环为环状结构，其主要作用为约束管材扩口过渡段，分散应力，增加连接结构轴向抗拉强度。管件芯管将管材端部扩口时，管材扩口过渡处应力过于集中，试压时往往造成管材此处破坏；通过加强环结构可有效避免此破坏形式，增加了连接结构的可靠性。

附图说明

图1为本发明的整体安装结构示意图；

图2为本发明的管件芯管结构示意图；

图3为本发明的连接完成图；

图4为本发明的管件芯管与管件外套连接图；

图5为本发明的加强环结构示意图；

图中：1、管件芯管；101、竖直齿型；102、斜角齿型；103、锥面结构；104、台肩二；105、内锥过渡面；2、管件外套；3、复合管；301、复合管内层；302、复合管增强层；303、复合管外层；4、管件外套；401、台肩一；5、加强环；501、锥型面；502、圆弧结构。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本发明作进一步描述。

如图1-5所示，一种复合管全通径高压连接结构，包括管件芯管1、竖直齿型101、斜角齿型102、锥面结构103、台肩二104、内锥过渡面105、管件外套2、复合管3、复合管内层301、复合管增强层302、复合管外层303、管件外套4、台肩一401、加强环5、锥型面501及圆弧结构502。

复合管全通径高压连接结构主要由管件芯管1、橡胶垫圈2、复合管3、管件外套4以及加强环5组成。

管件芯管1端部设有螺纹结构（螺纹端），用于通过管件芯管进行管件之间的连接。管件芯管外表面设有两种齿型，靠近管件芯管螺纹端设有竖直齿型101，长度为管件芯管有效齿长的一半，靠近管件芯管尾部部分设有斜角齿型102，倾斜方向与所受轴向力方向一致，其中图2中α角度为45-90°（斜角齿型102左侧斜边与竖直方向的夹角）,β角度为5-20°（斜角齿型102右侧斜边与水平方向的夹角）；斜角齿型102相比竖直齿型101所能承受的轴向力小，但是更不易导致齿尖应力过于集中，能起到更好的过渡作用。管件芯管1尾部设有2-10°的锥面，通过此锥面实现管材上套扩口的目的，且不损伤复合管3内表面。

管件外套4内表面设有多道齿型，其齿数、齿宽与管件芯管1一致，且也设有竖直齿型和斜角齿型，并与管件芯管一一对应；但是管件外套4齿高低于管件芯管1齿高，（一般复合管外层壁厚较内层壁厚薄，避免管材应力集中，管件外套4齿高低于管件芯管1齿高）；管件外套4端部设有台肩一401，起到定位加强环5的作用。

管件芯管1外表面设有用于管件外套4定位的台肩二104，管件外套4一端设置在台肩二104上，且与管件芯管1之间焊接固定。

橡胶垫圈2为环形结构，且紧贴于管件芯管1与管件外套4之间，在管件芯管1内胀时，橡胶垫圈2受挤压，从而起到隔绝介质与管材端面的作用。

加强环5外表面呈圆筒状，内表面设有锥型面501，其锥度与管件芯管1尾部一致，与管件芯管1配合更好的约束管材扩口部分，提高连接结构轴向抗拉性能，尾部设有圆弧结构502，不容易损伤管材。

安装时，连接方法如下：

先将橡胶垫圈表面抹上润滑脂，放入管件芯管与外套之间的环形域中（此时管件芯管与外套已经焊接成一体）；

管材上套，将复合管与管件对齐，保证同心，利用扣压设备将管材端部塞入管件芯管与外套间的环形域中。管材塞入过程中将橡胶圈顶至端部（如图1所示）。此时管件上套完成，即完成了管材端部第一次扩口，但此时管件芯管内径仍小于管材内径；

将上套好的管材部分放入烘箱中加热，加热温度50-150℃，加热时长8-20min，去除管材内部残余应力；

加热好后将加强套放置于管件外套尾部，表面贴紧，放置到位后，开始内胀扣压，通过内胀模具挤压管件芯管内表面，使其发生塑性变形，内径扩大至与管材内径一致，即完成了全通径管件的安装扣压。

本发明实例并不限制于本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改及变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合管全通径高压连接结构，其特征在于，包括管件芯管（1）、设置在管件芯管（1）***的管件外套（4）及设置在管件外套（4）与管件芯管（1）之间的复合管（3）；所述管件芯管（1）外表面沿其轴向设置一组外环齿，所述管件外套（4）内表面沿其轴向设置一组与外环齿相对应的内环齿，所述管件芯管（1）一端设置锥面结构（103），所述复合管（3）从管件芯管（1）的锥面结构（103）一端***管件外套（4）与管件芯管（1）之间，并使得复合管（3）包覆在管件芯管（1）外部的一段形成扩口段。

2.根据权利要求1所述的一种复合管全通径高压连接结构，其特征在于，所述管件外套（4）与管件芯管（1）之间形成的环状空间的一端设有橡胶垫圈（2），且所述复合管（3）一端端部与橡胶垫圈（2）紧密贴合。

3.根据权利要求2所述的一种复合管全通径高压连接结构，其特征在于，所述管件外套（4）与管件芯管（1）之间的另一端设有加强环（5），所述加强环（5）外表面采用圆筒状，内表面采用锥型面（501），加强环（5）外端采用圆弧结构（502）；所述锥型面（501）的锥度与管件芯管（1）的锥面结构（103）的锥度一致，且锥度范围均为2-10°。

4.根据权利要求1所述的一种复合管全通径高压连接结构，其特征在于，所述管件芯管（1）外表面的一组外环齿包括两种齿型，其中靠近管件芯管（1）螺纹端采用竖直齿型（101），靠近管件芯管（1）尾端采用斜角齿型（102），且所述斜角齿型（102）的斜边与竖直面之间的夹角为45-90°；所述竖直齿型（101）及斜角齿型（102）的外齿面与水平面之间的夹角一致，且夹角范围均为5-20°。

5.根据权利要求1所述的一种复合管全通径高压连接结构，其特征在于，所述管件外套（2）内表面的内环齿的齿高高于管件芯管（1）外表面外环齿齿高。

6.根据权利要求1所述的一种复合管全通径高压连接结构，其特征在于，所述管件外套（4）内表面设有用于加强环（5）定位的台肩一（401），起到定位加强环（5）的作用。

7.根据权利要求1所述的一种复合管全通径高压连接结构，其特征在于，所述管件芯管（1）外表面设有用于管件外套（4）定位的台肩二（104），所述管件外套（4）一端设置在台肩二（104）上，且与管件芯管（1）之间焊接固定。

8.根据权利要求2所述的一种复合管全通径高压连接结构，其特征在于，所述管件芯管（1）内部在靠近螺纹端设有内锥过渡面（105），且内锥过渡面（105）位置与橡胶垫圈（2）安装位置相对应。

9.根据权利要求1所述的一种复合管全通径高压连接结构，其特征在于，所述管件芯管（1）、管件外套（4）及复合管（3）三者采用内胀方式连接为一个整体。

10.一种复合管全通径高压连接结构的连接方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）先将管件芯管与管件外套已经焊接成一体，橡胶垫圈表面抹上润滑脂，放入管件芯管与管件外套之间的环形域中；

2）将复合管与管件芯管同心对齐设置，利用扣压设备将复合管端部塞入管件芯管与管件外套间的环形域中，复合管塞入过程中将橡胶圈顶至环形域端部；此时管件上套完成，即完成了复合管端部第一次扩口，但此时管件芯管内径仍小于管材内径；

3）将安装好的整体放入烘箱中加热，加热温度50-150℃，加热时长8-20min，去除管材内部残余应力；

4）加热好后将加强环放置于管件外套尾部，表面贴紧，放置到位后，开始内胀扣压；通过内胀模具挤压管件芯管内表面，使其发生塑性变形，内径扩大至与管材内径一致，即完成了全通径管件的安装扣压。

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