鋁塑管卡壓式接頭的密封分析

PAGE7/NUMPAGES7鋁塑管卡壓式接頭的密封可靠性分析摘要：鋁塑管接頭采納內(nèi)襯橡膠密封圈的卡壓式結(jié)構(gòu)，完全解決了長期困擾人們的因熱脹冷縮產(chǎn)生的漏水問題，克服了設(shè)計(jì)人員選用鋁塑管系統(tǒng)的技術(shù)障礙。鋁塑復(fù)合管自94年進(jìn)入中國市場以來，已有十年的進(jìn)展史，其間經(jīng)歷了大起大落的進(jìn)展過程，既有投資上一哄而起的因素，也有技術(shù)上不夠成熟的因素，尤其是連接技術(shù)的不成熟。這十年來，行業(yè)內(nèi)也在不斷探究和研究鋁塑管的連接技術(shù)。從《鋁塑復(fù)合管承插式銅制管接頭》（CJ/T110-1999），到《鋁塑復(fù)合管用卡套式銅制管接頭》（CJ/T111-2000），再到《鋁塑復(fù)合管用卡壓式銅制管接頭》（CJ/T190-2004）。鋁塑管的連接技術(shù)在一步一步走向成熟，目前，日豐鋁塑管采納的卡壓式管件技術(shù),系引進(jìn)歐洲廣泛應(yīng)用的成熟技術(shù)，已完全解決了接頭漏水的問題。本文對卡壓式管件的密封原理予以介紹并提出設(shè)計(jì)選用的建議。1.

卡壓式管件的結(jié)構(gòu)

圖1

本體的頭部結(jié)構(gòu)尺寸

圖2

裝配圖如圖2，卡壓式接頭與鋁塑管的連接是如此來實(shí)現(xiàn)的：通過專用鉗壓工具，讓套于鋁塑管外層的不銹鋼套產(chǎn)生收縮、塑性變形，迫使鋁塑管內(nèi)壁塑料層收縮并咬合至接頭芯體外圓表面上的鋸齒形環(huán)槽中，由于兩只O型橡膠密封圈設(shè)計(jì)線徑大于芯體外徑D2（見圖1）25%。因此，在鋁塑管內(nèi)層收縮后，兩只O型密封圈將始終處于壓縮狀態(tài)，從而提供持久的密封性能。2.

O型密封圈的自密封作用O型圈在使用過程中因受壓力作用變形而產(chǎn)生密封作用，因此在裝配時(shí)O型圈和被密封面之間就要保持一定的壓縮量。橡膠受壓產(chǎn)生的反彈力始終給予被密封面一初始壓縮應(yīng)力，從而起到預(yù)密封作用，如圖3所示。

圖3

預(yù)密封作用當(dāng)受預(yù)密封作用的O型圈受流體壓力作用時(shí)，O型圈被擠向溝槽一側(cè)。當(dāng)壓力增大，O型圈變形成D形，并把壓力傳遞給接觸面，隨流體壓力增大，傳遞壓力越大，密封作用越大。這種由液壓流體自動增強(qiáng)密封效果的作用叫做自密封作用，如圖4所示。圖4

自密封作用決定O型圈預(yù)密封作用和自密封作用的要緊參數(shù)是壓縮量，對靜密封條件下，壓縮量一般取20%，考慮到管件和密封圈生產(chǎn)過程中的尺寸公差和熱脹冷縮的阻礙，卡壓式管件O型圈平均壓縮量設(shè)計(jì)為25%。3.

熱脹冷縮對密封性能的阻礙

我們明白，塑料和金屬的線膨脹系數(shù)相差十倍之多，因此，在冷熱交替時(shí)，膨脹（收縮）量不同，密封還會可靠嗎？通熱水時(shí)，塑料膨脹量大于金屬膨脹量，可不能出現(xiàn)間隙。通冷水時(shí)，塑料的收縮量大于金屬收縮量，則密封面會出現(xiàn)間隙。最大間隙量的計(jì)算：我們考慮極限溫差，從96℃熱水（GB/T18997規(guī)定鋁塑管的最高使用溫度為95℃）轉(zhuǎn)換為1℃冷水，極限溫差△Tmax=95℃塑料層收縮量=內(nèi)層塑料厚度×αPEX×△Tmax銅芯體收縮量=銅芯體厚度×αCu×△Tmax最大間隙量=塑料層收縮量—銅芯體收縮量以1216為例，最大間隙量=0.0120-0.002865=0.009135mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于O形圈凸出高度0.35mm。（相當(dāng)于該值的2.6%）其余規(guī)格的最大間隙量計(jì)算值與O形圈凸出高度的比較尺寸見表1。表1

不同規(guī)格熱水型鋁塑管（XPAP）與管件在極限溫差95℃時(shí)的最大間隙量管材規(guī)格內(nèi)層壁厚（mm）管件本體厚度（mm）內(nèi)層塑料的收縮量（mm）管件壁厚的收縮量（mm）密封面的最大間隙量（mm）密封圈凸出高度（mm）10140.81.850.01050.0028650.0076350.412160.91.850.01200.0028650.0091350.3514180.91.950.01180.003020.008780.3516200.81.950.01020.003020.007180.3520251.12.50.01430.0038710.0104290.5526321.22.650.01540.0041030.0112970.5532402.03.40.02540.0052650.0201350.6541502.23.40.02830.0052650.0230350.6551633.04.350.03850.0067360.0317640.760753.24.80.04060.0074330.0331670.7注：PEX的線膨脹系數(shù)：αPEX=1.5×10-4m

Cu的線膨脹系數(shù)：αCu=1.63×10-5m依照我們前面的討論，決定O形圈密封作用的要緊參數(shù)是密封圈的壓縮量，從表1的計(jì)算結(jié)果來看，所有規(guī)格在極限溫差時(shí)的最大間隙量值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于O形圈凸出高度。因此，幾乎可不能阻礙到O形圈的壓縮量，也就可不能阻礙密封作用。4.

鋁塑管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選用依照上述討論，鋁塑管系統(tǒng)采納內(nèi)襯橡膠圈的卡壓式管件技術(shù)，解決了長期困擾人們的因熱脹冷縮產(chǎn)生的漏水問題。克服了設(shè)計(jì)人員選用鋁塑管系統(tǒng)的技術(shù)障礙。上世紀(jì)90年代后期，鋁塑管因其衛(wèi)生、潔凈、價(jià)格廉價(jià)、安裝方便甚受設(shè)計(jì)人員青睞，作為生活給水系統(tǒng)替代鍍鋅鋼管的首選管材而風(fēng)靡一時(shí)。許多商家紛紛涉足鋁塑管制造領(lǐng)域。因其經(jīng)濟(jì)技術(shù)門檻低，也使鋁塑管市場魚龍混雜，泥沙俱下。繼而，各地建設(shè)工程多次出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。加上市場惡性競爭，經(jīng)濟(jì)學(xué)所稱的“劣幣驅(qū)逐良幣”現(xiàn)象在鋁塑管行業(yè)顯現(xiàn)。為保證工程質(zhì)量，給排水設(shè)計(jì)界理所因此地拒絕了設(shè)計(jì)選用。那個(gè)世界的奇異就在于它的變幻無窮。優(yōu)勝劣汰，大浪淘沙，企圖蒙混坑人的，最終會被世人唾棄。鍥而不舍的努力者，精誠所至，金石為開。不斷的探究終于抵達(dá)了勝利的彼岸，技術(shù)瓶頸突破了，引起惡性競爭的低劣產(chǎn)品銷聲匿跡了，鋁塑管的市場便一片光明。勿庸置疑，鋁塑管材的第二個(gè)春天立即到來。參