摘要：溝槽式卡箍由于其橡膠密封圈和卡箍采用特殊的密封結構設計，使得溝槽連接件具有良好的密封性。為了證明溝槽式卡箍結構的可靠性以及了解卡箍在工作時的應力分布，根據標準ＪＢ／Ｔ４７３２—１９９５對溝槽式卡箍的強度進行了應力分析及評定。分析表明，溝槽式卡箍的結構能夠滿足設定壓力下的強度要求，應力集中位置位于卡箍內側的圓角處，通過對該部位的加強可以提高卡箍的整體強度和安．全性。

０前言

傳統的管道連接常使用焊接和法蘭連接的方式。采用這些連接方式不但需要有相應技能的焊接工人，而且工人的操作難度大，裝配時間長，同時還存在焊接煙塵污染等問題。由于操作空間和焊接技能的差異，焊接質量和外觀都難以達到滿意的結果。由于操作空間小，管道在一些墻角的安裝非常困難，從而影響工程的整體進度和質量。溝槽式卡箍由于其橡膠密封圈和卡箍采用特殊的密封結構設計，使得溝槽連接件具有良好的密封性，并且隨管內流體壓力的增高，其密封性相應地增強，因此溝槽式卡箍可以應用于常壓及高壓的各種工況。

目前溝槽式卡箍廣泛應用于各種較小規格尺寸的管路連接，如建筑給排水管路、自動噴水滅火系統、通風與空調工程、海水淡化管路系統等。

１密封結構

如圖１所示，溝槽式卡箍及管件主要由四部分組成：Ｃ形密封橡膠圈、卡箍、連接管件和鎖緊螺栓。位于內層的Ｃ形橡膠密封圈置于被連接管道的外側，并與預先車制的溝槽相吻合，在橡膠圈的外部扣上卡箍，然后用兩顆螺栓緊固即可。

密封圈截面為“Ｃ”形，在靜態時貼緊管道末端表面形成初次密封；卡箍鎖緊時墊圈受到來自卡箍內部限制的壓力，被動壓制在管道末端，形成二次密封；管道內流體進入Ｃ形圈內腔，反作用于墊圈唇邊，從而使墊圈唇邊與管道末端無間隙地緊密配合，形成三次密封。也就是說，管道內液體壓力越大，密封性能越好［１］。連接管件上有機械加工的溝槽，安裝時卡箍兩端嵌入溝槽，防止管件軸向竄動。鎖緊螺栓采用圓頭橢圓徑螺栓，安裝時只需單邊緊固即可實現卡箍的安裝。

圖１溝槽式管接件結構

２材料

建筑給排水管路用溝槽式卡箍一般使用球墨鑄鐵件，其優點是強度高、延伸性好以及耐腐蝕性能好。劣質的球墨鑄鐵或鑄鋼管件安裝在管道上后，抗疲勞性能差，在長年的使用中一旦斷裂或爆炸，即造成水災。利用廢鋼生產的鑄鋼管件容易變形、生銹，鑄鋼卡箍管件如不進行熱熔鍍鋅處理，會出現片狀形生銹，很容易造成管道泄漏［２］。

海水淡化管路采用溝槽式卡箍時，由于需要承受較高壓力以及海水的沖蝕，一般使用雙相不銹鋼制作。由于不銹鋼卡箍沒有相應的規范及標準，因此卡箍的結構及性能無法得到可靠保證。

３溝槽式卡箍的應力分析

為了證明溝槽式卡箍結構的可靠性以及了解卡箍在工作時的應力分布，根據ＪＢ／Ｔ４７３２—１９９５《鋼制壓力容器——分析設計標準》使用ＡＮＳＹＳ軟件模擬溝槽式卡箍和管件在實際工作狀態下的應力分布，對卡箍的應力集中部位進行分析，以確保該工況下溝槽式卡箍和管件具有足夠的強度。

３．１材料性能

溝槽式卡箍及管件材料可選用雙相不銹鋼，材料參數按表１選取。表１雙相不銹鋼材料性能

３．２建模

（１）幾何模型和網格劃分

模型尺寸按照ＤＮ４０規格進行制作。根據卡箍幾何結構的對稱性，取卡箍及連接管件的環向１／４建立模型。在有限元模型建立的過程中，只考慮卡箍和管件的強度，而不考慮溫度場及管內腐蝕介質對卡箍的影響。幾何模型和網格劃分如圖２所示。

圖２溝槽式管件的幾何模型及網格劃分

（２）位移邊界條件和載荷

劃分網格后，在連接管件的內壁及溝槽式卡箍與橡膠密封圈的接觸面施加設計壓力２０ＭＰａ；在溝槽式卡箍、管件和緊固螺栓的截面施加對稱約束；在緊固螺栓的截面上施加Ｚ向的位移約束，限制緊固件的軸向位移。位移邊界條件和載荷見圖３。

圖３位移邊界條件及載荷

３．３應力分析結果

根據標準要求，選用第三強度理論對卡箍應力進行分析，分析結果如圖４所示。

對卡箍上應力集中的危險截面進行路徑線性化，共選取２條路徑，如圖５所示。應力評定結果見表２。

圖４卡箍應力云圖

圖５卡箍應力路徑

表２溝槽式卡箍應力評定

由表２可見，溝槽式卡箍的應力集中部位的應力遠遠小于材料的許用極限，這證明卡箍的厚度在設計壓力下仍然具有較大的裕量，可以通過適當的減薄來提高卡箍的使用效率，降低生產成本。

４壓力試驗

為了驗證溝槽式卡箍的結構設計及性能，參照ＧＢ５１３５．１１—２００６《自動噴水滅火系統－溝槽連接件》標準要求，采用機械加工制作了ＤＮ４０、ＤＮ５０、ＤＮ８０不銹鋼溝槽式卡箍，材料為２２０５不銹鋼，使用公司自制的溝槽式管件試驗平臺進行壓力試驗和接頭偏轉角試驗。

４．１試驗方法

試驗組件充滿水并排除空氣，管路內的壓力以不超過２ＭＰａ／ｍｉｎ的速率遞增，直至達到試件的額定工作壓力（８．３ＭＰａ），保壓１０ｍｉｎ。然后在卡箍表面豎直施加力矩，用角度傳感器測出溝槽管接頭（卡箍）軸線與水平直管的角度α１（α１＝１８０°），滿足偏轉角角度要求并且無任何泄漏為合格。

４．２試驗結果

（１）壓力試驗。通過壓力變送器的數字顯示確定所達到的試驗壓力８．９ＭＰａ，并進行保壓。卡箍均保壓１０ｍｉｎ，泄漏數值在０．０５ＭＰａ之內，此為壓力變送器數值浮動范圍（震動、碰撞均有可能引起數值輕微浮動）。試驗過程中及試驗后，不銹鋼溝槽式卡箍外觀無異常，未發現泄漏現象。

（２）偏轉角試驗。使用頂壓油缸對卡箍結構進行頂壓，偏轉角分別為３．０８°和２．０６°。試驗過程中及卸載頂壓壓力后，ＤＮ５０不銹鋼溝槽式卡箍外觀無異常，未發現泄漏現象。接頭偏轉角如圖６所示。試驗表明，在該額定工作壓力下，卡箍的承壓性能及密封性能完全滿足要求。

圖６接頭偏轉角試驗

５結語

溝槽式卡箍及管件的使用，使復雜的管道連接變得更加簡單快捷。通過分析證明，溝槽式卡箍的結構能夠滿足較高設計壓力下的強度，具有較多的優勢?？ü恐袘形恢梦挥诳ü績葌鹊膱A角處，通過對該部位的加強可以提高卡箍整體的強度和安．全性。

    （文章轉自超星網，如有侵權，請聯系刪除）

相關文章：

邁克管件