[实用新型]一种可承受轴向力的管端密封圈

说明书

技术领域：

本实用新型属于管液压试验设备技术领域，涉及一种对被试管进行试压时的对接密封设备，特别是一种可承受轴向力的管端密封圈。

背景技术：

目前，在石油和换热器等行业领域中使用的管在出厂时需做水压试验以检测其质量，简称试压；在试压时，通入管中用于试压的液体对管体轴向会产生推力作用，导致其有脱开密封管端而与试压装置分离的趋势，因此必须将被测管固定才能保证试压的成功，现有技术中多采用与密封圈分离的固定夹钳夹持管体以防止其脱开，中国专利2009201486168所公开的“高压U型管换热器换热管单根耐压检验装置”就是这种方式的典型实现方案，它采用高压密封体密封管端，采用夹紧油缸固定管体。采用此种技术方案，管密封端与固定夹钳之间存在一段管柱，当试压液体施加到被试压管上的轴向力与固定夹钳施加到管体上的摩擦力共同作用于这段管柱上，力的方向相对，便形成了材料力学上所谓的压杆稳定问题，容易造成管柱段失稳，从而导致试压失败，同时由于固定夹钳的夹持力较大，使得管体的被夹持端易被破坏，致使管体的夹持端至端部的管段需要锯切而造成浪费；特别是在U形管进行试压时压杆稳定问题尤为严重，由于U型管的两个管口朝向同一方向，使得试压液体作用在管体上的轴向力更大，所需要的夹持力也就更大。而传统的做法中采用的钢管端部密封圈仅能够起到密封作用，虽然有些密封圈设置了挡块，但挡块只是起到支撑密封圈体的作用，以防止密封圈被高压液体挤出，无法代替固定夹钳夹持管端。在现有技术中，中国专利2010205390167公开了一种钢管试压设备的钢管端部密封圈，利用“挡块环内径小于被试钢管处直径”的技术方案获得了强大的夹持力，在实际使用时发现其效果尚不稳定，表现夹持材质较软或壁厚较薄的管时，管端易被夹变形而导致密封失效。应用在材质较硬或壁厚较厚的管时挡块内径环不易与管端外径贴合，从而导致挡块夹持力不足以抵抗试压液体给U形管的推力，其性能不稳定从而使其适应范围和效果均不佳。

发明内容：

本实用新型的发明目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种可承受轴向力的管密封圈管端密封圈，管密封圈能够在进行试压时对管端产生性能稳定的强大夹紧力，以替代固定夹钳来抵抗试压液体的对管产生的轴向推力。

为了实现上述目的，本实用新型中的可承受轴向力的管端密封圈包括橡塑材料的密封圈体和金属材料的挡块，还包括唇边、销子、销孔和串入孔；密封圈体的外形是圆柱筒状结构，密封圈体的外圆周面与两端面交界处设置有环绕圆周面的端面密封唇边；挡块是大小相等的扇环形，均匀分布在所述密封圈体的圆柱筒状结构的内环中，形成挡块环，密封圈体未收缩时，相邻挡块之间具有缝隙；所述圆柱筒状结构的底部设置有直径大于被试压管管端的串入孔，所述挡块较小的圆弧面不越过所述密封圈体底部所设置的串入孔的内孔表面；所述密封圈体圆柱筒状结构的筒底设置有销孔，挡块与销孔相邻面上制有销子，所述销子插入所述销孔中；其特征在于：所述挡块数量为4个以上，安装在密封圈体上的同一组挡块为同一个整体的金属圆柱环剖开，所述挡块环的外径为D，内径为d，宽度为B，挡块内表面与被试压管管端的摩擦系数为μ，被试压管管端的直径为D₁，管承受轴向液体压力的面积为S，并满足关系式：0＜D₁-d≤2mm，D×B≥S/（π×μ）；

在上述技术方案中，安装在密封圈体上的同一组挡块为同一个整体的金属圆柱环剖开后制成，使得同一组挡块的形状和材质均相同，挡块间边界的接触面平滑过渡，进而使得挡块环对管端圆周的作用力均匀；通过试验得知：满足条件0＜D₁-d≤2mm的挡块环，既不会将材质较软或壁厚较薄的管夹变形，也能够与夹持在材质较硬或壁厚较厚的管外径贴合；由于对D₁-d数值的限制，管端变形比原有技术中有所减小，挡块环对管端的压强也下降，为了保证挡块环对管端能够有足够的摩擦力，加长挡块的轴向宽度B来增加了挡块环对被试压管管端的接触面，能保证压强降低的情况下摩擦力不变；通过理论推导以及试验验证，挡块的轴向宽度B符合关系式D×B≥S/（π×μ）时，能够保证挡块环赋予管端足以克服轴向力的摩擦力；关系式D×B≥S/（π×μ）的推导过程如下：设试压压力为P，挡块环对被试压管产生的摩擦力F₁=P×D×π×B×μ，压力液体对被试压管的压力为：P×S，当F₁=P×D×π×B×μ≥P×S时，挡块环对被试压管产生的摩擦力能够克服轴向力，从而保证被试压管不脱落，公式变形得：D×B≥S/（π×μ）；