不鏽鋼水管卡壓式連接設計原（yuán）理

現在，DN250以（yǐ）內的金（jīn）屬管道連接，流行著一種國內稱之為“卡壓式”連接。特別是薄壁不鏽鋼管道，我國正大力推廣（guǎng）卡壓式連接（jiē）。而這種連（lián）接（jiē）方式常用的有兩種，單卡連接(M型（xíng）連接)和雙（shuāng）卡連接(V型連接)，兩者的（de）連（lián）接原理是相同的（de）。

在論述卡壓式連接原理之前，首先說明它的密封連接原理是和產品名稱的"卡壓”是不粘邊的，與擠壓有關係（xì），是屬（shǔ）於承插式彈性密（mì）封擠壓（yā）式連接 。

卡（kǎ）壓（yā）式連接，是由瑞士工程師從傳統的（de）承插外性密封圈連接改良而成，是屬幹承插式彈性密封擠（jǐ）壓式連接、它是利用金屬可塑性強的特性，用專用工具（jù），將（jiāng）金屬管件承口密封槽部位擠壓，使密封件發生彈性變（biàn）形而達到密（mì）封效果。O形（xíng）彈性密封圈的壓縮率最佳值為15%-25%。擠壓的過程中，也將管（guǎn）子與管件承口配合處，擠壓變形成為多（duō）邊形（xíng）或橢圓形。如:六角形、八（bā）角形和梨（lí）形等......使管件與管子兩者間（jiān）不會產生徑向和（hé）軸向移動，實現管道無泄漏和無移位的絕對密封連接。

我國已經有了一（yī）套（tào）完（wán）整的（de）國（guó）家標準: GB/T 19228. -2011 不鏽鋼卡壓式（shì）管件組件（jiàn） 第1部分卡（kǎ）壓式管件，GB/T19228.3-2012 O形橡膠密封圈，要設計出一款（kuǎn）好的卡壓式管件，必須要熟悉O形密封圈的靜密封原理和技術（shù）要求。O形密封圈是一種（zhǒng）擠壓型密封， 擠壓型密封的基本工作原理是:依靠O形密封圈在（zài）密封槽裏發生彈性變形，在密封接觸（chù）麵上造成接（jiē）觸壓（yā）力，接（jiē）觸壓力大於被密封介質的內壓（yā），則不發生泄漏，反之則（zé）發生泄漏。在（zài）用於靜密封時，密封（fēng）接觸（chù）麵接觸壓力（lì）產生原因和（hé）計（jì）算方法與動密封原（yuán）理不盡相（xiàng）同，請注意。

O型圈截麵直徑的壓縮率和拉伸量是密封設計的（de）主要內容,對密封性能（néng）和使用壽命有重要意義。所以，管件承口的設計前，應在標準中選取相應的密封圈。井根據所選（xuǎn）擇的密封圈有關數據，作為設計的承口密封槽（cáo）的依據來設計承口。O型（xíng）密封圈有良好的密封效（xiào）果很大程度上（shàng）取決於O型圈尺寸與溝槽尺寸的正確匹配形成合理的密封圈壓縮量與拉伸量。

壓縮率w通常用下式表示（shì）

W=d0-h/d0 x 100%

式（shì）中d0 O型圈在自由狀態下的截（jié）麵（miàn）直徑(mm);

h-- O型圈槽底與被密封（fēng）表麵的距離-溝槽深度（dù），即O型圈壓縮後的截麵（miàn）高度(mm)在選（xuǎn）取（qǔ）O形圈的壓縮率（lǜ）時,應（yīng）從如下三方麵考慮（lǜ）:

1、要有足夠的密封接觸麵積；

2、摩擦力盡量小；

3、盡量避免水久變形。

O型圈在裝入密封溝（gōu）槽後（hòu），一般都有一定的拉伸量。與壓縮率一樣,拉伸量的大小對O型圈的密封性能和使用（yòng）壽（shòu）命也有很（hěn）大的影響。拉（lā）伸最大不但會導致O型圈安裝（zhuāng）困難，同時也會因截麵直徑d0發生變化而使壓縮率降低，以致引起泄（xiè）漏。

拉伸量a可用下式表示

a=(d+d0)/(d1+d0)

式中d- -軸徑(mm)   d1- O形圈內徑(mm)

從以上這些因素不難發現，他們相互之間存在矛（máo）盾，壓縮率大就可獲（huò）得大的（de）接觸壓力，但是過大的壓縮率無疑就會增大滑動摩擦力和（hé）永久變形。而壓縮率（lǜ）過（guò）小則可（kě）能由於密封溝槽的同軸度誤差和O形圈誤差不符合要求,消失部分壓縮量而引起泄漏。因此（cǐ）在（zài）選擇O形圈的（de）壓（yā）縮率時，要權衡各方麵的因素（sù）。一般靜密封壓縮率（lǜ）大幹動密封，但其極值應小於25%,否則（zé）壓縮應力（lì）明顯鬆弛,將產生過大的水久變形，在高溫工況中尤為嚴重。

綜合上述，卡壓式管（guǎn）件的設計，在選擇（zé）O形密封圈後，密封槽的（de）設計最重要。而不是某些“專家”和“權威"所說的，是管件的管子插入端的端口外側到密封槽（cáo）中心之距離。雙卡管件端（duān）口的平直段，其功能為管子插入（rù）的導（dǎo）向。實際也是如此，雙卡管（guǎn）件端口的平直段與密封毫無關係。如（rú）果單，雙卡管（guǎn）件密封槽的設計是一致的。那麽一（yī）個卡壓（yā）工具，可擠壓同（tóng）一規格（gé）的單雙卡管件了，多方便啊!

卡壓式管件的（de）設計的另（lìng）一個要求是:承口的密封槽壓縮後的尺寸應與O形圈尺寸應正確匹配，但密封（fēng）槽已經標準化、可直接套用為壓縮後的尺寸即鉗（qián）口（kǒu）的（de）尺寸。難的是壓縮前密封槽的尺寸和形狀（zhuàng）的設計，使之在壓縮後密封槽的尺寸和形狀與標準密封槽相同。所以，承口（kǒu）密（mì）封槽壓縮前的壁厚要均勻，各點（diǎn）壁（bì）厚（hòu）的誤差不應大於或少於產品要求壁厚的5%。因（yīn）為（wéi）密封槽的壁厚均.

  勻程度，會影（yǐng）響到密封槽（cáo）被擠壓後變（biàn）形是否能達（dá）到標準（zhǔn）要求。若壓縮後尺寸和截麵形狀嚴重超差，公影（yǐng）響到（dào）管（guǎn）件的密封性和使用壽（shòu）向。

現在卡壓（yā）式管件（jiàn）加工方法，不外乎芯棒成形、空（kōng）腹成形和內壓成形，或者（zhě）多種加工工藝混合成形。內壓成形又分為（wéi）固體(彈性體，冰或低熔點金屬)填充的（de）內壓成膽和液（yè）體（tǐ）填（tián）充內壓成形。

多種加工（gōng）方法之中，能控製壁厚均（jun1）勻程度的，應該是內壓成形工（gōng）藝。當管件擠壓脹形時，坯（pī）件將產生大位移和大變形（xíng）。既存在材料非線性，又存在幾何非線性（xìng），變形機製較（jiào）為複雜。為了正確地揭示其變形規律，須采用非線性連續介質力學理論進行描述。以雙重非線性塑性變形特（tè）征的有限變形理論為基礎，所建立的動力（lì）分析有限元方程為:

該式可采用基本於時間中心時間差分的顯（xiǎn）式方法求解，其中由於有限阻尼自由振（zhèn）動（dòng）問題中，質量（liàng）及阻尼係數的大小並不影響平衡位置，即（jí）不影（yǐng）響位移場u。隻是影響振動趨於穩態位置所需的時間，因而在設（shè）計（jì）動力算法求（qiú）解位移場時，應選取合（hé）適的質量矩陣及阻尼矩陳（chén）以利求解，即質量矩陣采用對角化處理。阻尼係數選取臨界阻尼係數以（yǐ）得（dé）到較快的收斂速度。

增大脹形力和平衡力（lì），提高變形金屬的靜液體壓力，將有效地（dì）提高管（guǎn）壞金屬的成形（xíng）極限，而對管件的成形過程及壁厚變化不產生影響。

在設計和生（shēng）產（chǎn）卡壓式連接管（guǎn）件時，隻需（xū）把握好上述的（de）要點，一定能夠生產出壁厚均勻，結構合理的優質（zhì）的產品，實現管道無泄漏和無移位的絕對密封連接，生產出使用壽（shòu）命50年以上的卡壓式管件。

若各卡壓式（shì）管件生產企業，使夠（gòu）按上述去做，我國的卡壓管道產品，就可以做到互相通用，不再埋怨什麽工具問題和（hé）標準問題了，可以衝向世界（jiè）!