焊管WELDED PIPE AND TUBE
第44卷第3期2021年3月Vol.44 No.3Mar. 2021
戚祝晖'，葛 云'，陈 飞'，蔡文军2
(1.石河子大学机械电气工程学院，新疆石河子832003；
2.石河子开发区天浩管业有限责任公司，新疆石河子832014)
摘 要：为了开发适用于钢管自身特W 的承插式柔性接口，对承插式柔性钢管密封结构4种常见形
式进行了阐述与比较，分析了轧槽式柔性连接、卡内基式柔性连接、滑入式柔性连接、机械式柔性 连接各自的优缺W 及使用特性&结合实际承插式柔性钢管项目要求，设计了双槽双胶圏柔性直口承 插密封工艺结构，并进行了钢管制造和密封性试验验证。结果表明，设计的双槽双胶圏柔性直口承 茶农技艺插密封结构可满足管道密封性行业标准和项目要求，有利于钢管在输水管道领域的普及和应用。
关键词：承插式钢管；柔性接口；密封结构；密封性能
中图分类号：TU991.36
文献标识码：B DOI : 10.19291/jki.1001-3938.2021.03.005
Spigot Gasket Structural Design and Test of Plug -in Flexible Steel Pipe
QI Zhuhui 1, GE Yun 1, CHEN Fei 1, CAI Wenjun 2
(!. College of Mechanical and Electrical Engineer, Shihezi University , Shihezi 832003, Xinjiang, China;
2. Shihezi Development Zone Tianhao Pipe Co., Ltd., Shihezi 832014, Xinjiang, China )
Abstract ： In order to develop the plug -in flexible joint suitable for the characteristics of steel pipe, the advantages and
disadvantages of rolling groove type flexible connection, Carnegie flexible connection, sliding type flexible connection and mechanical type flexible connection are analyzed. According to the actual requirements of the plug -in flexible steel pipe, the double groove and double apron flexible straight seal process structure was designed. The steel pipe manufacturing and seal
test were carried out. The results show that the designed double groove and double apron flexible straight seal structure can meet the industry standard and project requirements of pipeline sealing, which is conducive to the popularization and
application of steel pipe in the field of water pipeline.
Key words ： plug -in flexible steel pipe; flexible joint; seal structure; seal performance
0前言
地下管道主要用于输送天然气、石油、水、
蒸汽等，是城市供水、供气等生命线工程的重要 组成部分叫影响钢管的应用和质量的主要因素 一是钢管的防腐处理，二是钢管的安装连接方
式）对于大直径钢管的连接，钢管连接接口是
薄弱环节）管道接口连接方式主要有三种：① 对头环焊连接方式；②承插连接方式；③热熔
连接方式）对头环焊连接方式和热熔连接方式 因其用 热处理方式连接，
防腐
等 理，造成 工
、连接要
高、操作复杂的情况，严重影响钢管在输水管
应用）承插连接方式因其有
*基金项目：八师石河子市科技计划项目“―式/压1旋焊管承插口制造及；速安装设备研发与示E ”（项目编号
2019GY11）；兵团科技攻关项目“―式/压1旋焊管承插口制造及；速安装设备研发与示E ”（项目编
号 2019AB005）。
第3期戚祝晖等：承插式柔性钢管密封结构设计与试验
现场输水管道对接安装速度，因而逐渐受到重视。柔性承插连接接头只需将橡胶圈放置在插口槽内，用液压缸或其他引导器械将插口端引入承口端即可，同时承插式柔性接口可使地下管网呈链状构件，
能减缓地质应力使管道断裂的问题。然而承插柔性接口也有其局限性，为了防止管道纵向拉脱，需要设计限制性接口，如PCCP的铠装接口、管的接口、玻璃钢管PVC管的带键槽接口等。开发设计适应钢管自身特点的承插柔性接口将有钢管在输水管道的普及和应用。因，合理设计承插式管道柔性接口构，开发承插式钢管柔性连接装工艺有着一定的。
1承插密封形式
，内水钢管其水管道的接口形式(PCCP、管钢管%，开发了多种钢管承插柔性接口"的承插式钢管密封结构1所示，可以分为以下4:①轧槽式柔性连接；②卡内基式柔性连接；③入式柔性连接；④械式柔性连接。
(a)轧槽式柔性接口
(O滑入式柔性接口(d)机械式柔性接口
图1承插式钢管柔性密封结构示意图
箔绕机
槽式连接内式连接，水
协会(AWWA)g使用的承插式连接。轧槽式连接形式1(a)所示，钢管压插口，承口，压插口槽橡胶圈到的，对钢管有的要，钢管，用式获得。
内式接口了槽式柔性接口在
钢管的，1(b)所示，承插结构与钢管，而在出厂前将成型好的承插件焊接在钢管端，以形成承插构。可以是承口扩张，插口焊接，也可以是承口焊接，插口扩张。然而二次焊接一定程度上增加了：的复杂性，焊接完成后需对其焊缝进行探伤检测。
滑入式柔性连接构1(c)。先将橡胶圈嵌入承口管道凹槽内，再用专用工具将插口管道推入承口管道中。该接口能承受轴向力，为防止管道脱，需要在管线的拐弯设置承受轴向力的基墩叫
上述3种方式是靠承口及插口的尺寸使胶圈
压缩产生接触压力，而机械式柔性连接
采用压环、螺栓压紧装置，靠的是压环的作用使
胶圈产生接触压力，性较好，其
构1(1)所示。通过松动紧固螺栓，拆下
压环，再更换胶圈，进而消除管道接口渗漏
风险，但螺栓易腐蚀，影响其性。
上4种类接口均用到圈，密封
圈紧固在沟槽里，当钢管移动或水压测时需
保证不会露出，且在任何作状态下，连接
必须保证水。为测水性能，需要将
全部管道装完毕或者分段安装后进段
压，水资源浪费，且作业复杂，便有了
双槽密封的承插模式叫2，主要应用PCCP管装连接，其将有道圈
改为的双圈，并在中间处开
小孔，完成水压密封性能测试。
HAN GUAN-23酒盒
-
焊管2021年第44卷
2承插密封结构及工艺设计
2.1双槽双胶圏柔性直口承插密封工艺结构
本研究针对DN219mm~DN1620mm螺旋焊管承插口进行设计制造，采用双槽密封承插形式，对接口进行改进和优化，缩短安装周期和水资源消耗。由于钢管运行时其自身重量或地面沉降，均匀支持状态会有一定破坏，会使密封圈各处压缩量不同，在某些局部就会出现较大的弯曲应力，影响使用寿命，为了使密封圈在圆周方向压缩量大一，同时使接钢管一定的角度，研究设计了双槽双胶圈柔性直口承插密封工艺构问，3。插口钢管承力处较大，其局部进行处，大其承的弯曲，在制造时同管
同的。承口钢管直接采用口工艺，，化工艺。
图3双槽双胶圈柔性直口承插密封工艺结构示意图
2.2密封圏的规格选择
2.2.1密封圏截面形状的选择
密封圈截面形状有T形、0形、方形、X 形等。T形密封圈耐震动性，常用于压和旋密封的，圈用；0形密封圈是使用的一，有自密封用，和槽化，应用于水压、压、压；形密圈力大，制，装较于0形较大；X形密圈力，用于旋运动的。大直径承插口柔性密接时，承口密圈有一的水力，力易使密封圈扭转或滑脱[7]，要求密封圈顶部要，使接时；运行时压力较，大直水水压在3MPa左右，因此不管是对接时，还是运行时均要保证密圈与密槽侧壁有较好的接触，以减密圈的量，密圈底部。综合考虑安装成本、可靠性等方面，终选用非0形密圈。其截面形状接近梯形，窄下宽，表面有弧， 4 。
2.2.2密封圏截面高度的确定
密圈装时，保证密封圈不滑动脱落以及密封圈与密封槽侧壁紧密接触，预紧密封圈，其截面高度会因弹性变形减，使得密封圈压缩量达到设计要求。但若选择密封圈太大，压缩率应增大，使得密圈发生永久变形，密封性能下降，因此需要结合密封圈材料属性、承口和插口公差以及承插装允许变量，选择密封圈。密封橡胶圈在密介质油、静密封形式下，压缩率要求在15%~25%[8]O
乳鸽养殖
密封圈的断面总压缩量5与密封圈原高度比称压缩率!，即
!=车x100%=X100%(1)
"0"0
式(1)的压缩量5通常表示为
8="0-$2"-=
"0-#(2)式中："0——密封圈自由状态下的断面高度，mm；
D'---缸径或沟槽外径，mm；
—
—沟槽底径或活塞杆，mm；
H——封槽高度，mm。
以DN800mm钢管为例，"'=820mm，承口与插口间隙配合采用荐配形式为H9/d9。承
第3期戚祝晖等：承插式柔性钢管密封结构设计与试验
口模具设计扩张承口内径=850 mm ，则密封 槽高度H =30 mm ，若要使得15%
!25% ,
则密封圈在自由状态下的断面高度d o 应在30~
40mm 。考虑密封圈因预安装高度的损失以及
双沟槽前后密封槽在实际工况下的变动范围,
取 d 0=38 mm #
2.3 承插式柔性钢管制造
由于螺旋焊管管件质量大，应避免承插头
因自身重量造成的制造误差，为提高承插头的
生产效率，降低制造成本，在保证承插头使用
度的 况下, 工 制造, 制造
设 为冷压动力源，
高性能钢
作为模具材料#为了方便实 制造与实地安装，管焊 管
的
问,
焊方式
行100%MT （ ）无损 ，随后
进行表面 &承口、插口钢管效 5
所示。
（a ）承口钢管 （b ）插口钢管
图5承口与插口钢管效果图
3密封性能试验
为了 验 承插式柔性钢管 装性能，
2020年6月8 在新疆维吾尔自天浩管
范地， 密封性
能试验，试验设 ： 装设（380 V-8.8 A-4 kW ）、轴向柱塞泵（公称排量
25 mL/r ）、液压杆（ 为30 t ）、 试压泵
（压力值70 kg ）、压力表（0~4 MPa ，最小刻度 0.02 MPa ）、
等，试验
6所示&
参考《给水排水工程埋地承插式柔性接口钢 管管
》叫
管道密封性试验作为：①
油以及装三元乙丙密封
圈（硬度50HS ）的承口和插口进行定位，通过
伸缩杆使承插口连；②打开注 口与 气口，
装打压测试装，将溶液注入密封环
内，使得密封环内的
与大气压力相等，持
网页聊天续1 min ，确保内部空气 出密封环；③关闭
气口， 慢慢上升，每升压0.5 MPa 需进行排
气测试，直至将压力升至试验压力，试验压力保
（a ）照片一（b ）照片二
图6承插式柔性钢管密封性试验现场照片
HAN GUAN
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・
焊管2021年第44卷
持恒压2min，期间如有压力下降可注水补压，压0.03MPa且高于试验压力，接，应中止试压，并查明相应
试压；④上，应立即停止注水补压，5min后观察压力表，下幅度：0.01MPa则密封合格，否则为合格$承插式柔性钢管安装密封性打压试验，试验对象为承插式柔性低压钢管，压力!；d"2.5MPa，试验压力R=!d+0.5=3MPa，测试的50处承插柔性接口均符合密封性行业准。
4总结与展望
本设计采用的双槽双胶圈柔性直口承插密封工艺结构以及密封圈规格的选取方法，通过密封性试验验证，满足密封性行业准和企业项目需求，同时与研发的配套承插口制造和快速安装备，加快了制造和安装速度，形成了一套完善的工艺链。目前工艺结构与相关制造安装
备已拥有专利保护，并在具体项目中开展应用$随着3D打印、形状记忆合金等新技术的开发与应用，承插密封工艺结构形式将越来越多样化。参考文献：
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作者简介：戚祝晖(1997―)，男，硕士研究生在读，主要研究方向为机械设计与制造％
：2020-12-09
：
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4结束语
开发的HSQR快速螺纹接头上扣应力水平分布合理，全尺寸实物试验表明该接头满足2次卸扣3次上扣不粘扣的要求，并且其内压性能、外压性能、连接强度均明显超过API偏梯扣性能。HSQR快速螺纹接头在中石油西南油气红星1井以及塔里木油田满蓬1井进行了下井应用，油田客户反馈HSQR快速螺纹接头对扣容易，相比同规格API偏梯扣下井效率提高了1倍。
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作者简介：胡志#(1986—)，男，工程师，主要从事油套管接头的设计及仿真分析工作%
收稿日期：2020-11-23
：李超
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