柔性接头

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柔性接头（精选三篇）

柔性接头 篇1

海底探测阵主要用于海洋中各种信息的综合采集,一般由海底光缆(海缆)及接头盒、探测阵节点、各种传感探测设备等组成。有时为满足便于布放与无磁环境的需要,部分海底探测阵中海缆主干缆末段或分支缆需要采用去钢丝铠装的柔性化设计。柔性海缆无钢丝铠装,其抗拉单元全部由多股芳纶加强芯编织而成,能够承受极强的拉力并具有较小的弯曲半径,具有比普通铠装海缆更高的拉重比和更优的弯曲性能。虽然柔性海缆的采用满足了便于布放与无磁环境的需要,但已不能继续使用普通海缆接头盒进行接续。普通海缆接头盒的夹持结构只能用于夹持铠装钢丝,使用热缩管进行芯体整体密封,其无法良好地夹持芳纶,且接续时间较长、操作要求较高。因此,为了满足柔性海缆的接续,本文对柔性海缆用接头盒进行了研制。

1 设计要求与主要技术指标

柔性海缆接头盒用于接续海底探测阵的柔性海缆,其应用系统组成如图1所示。柔性海缆接头盒应确保柔性海缆能够高效率、高质量地完成机械、光电传输及密封绝缘的连接,满足海底探测阵中海缆主干缆末段的线路转换与柔性海缆线路故障维修等要求。因此,柔性海缆接头盒设计应满足以下三个方面的要求:a.主要性能指标与柔性海缆性能指标(包括机械、适用水深、光电、防腐、寿命等)匹配;b.结构尺寸与柔性海缆的结构尺寸匹配;c.方便布放,具备快速修复性。表1示出了柔性海缆接头盒设计时的主要技术指标。

2 结构设计和材料选择

2.1 总体结构设计

柔性海缆接头盒必须为所有线路提供一个密封环境下的稳定、可靠连接,同时能够屏蔽外界载荷对内部光、电单元的作用,保护光、电传输线路上的连接点在一个安全、干燥的环境下实现稳定的工作性能。根据柔性海缆接头盒设计要求与主要技术指标,同时兼顾柔性海缆的性能特点,柔性海缆接头盒的结构设计和材料选择主要可分为密封结构设计和材料选择、抗拉结构设计和材料选择、耐腐蚀结构设计和材料选择、光电连接结构设计和材料选择等。图2示出了柔性海缆接头盒的总体结构。

2.2 密封结构设计和材料选择

为达到柔性海缆接头盒密封的设计要求,采用了多种、多层组合式密封结构设计方案,即接头盒外壳与芯体连接处采用双层O型圈密封;柔性海缆外层与接头盒端盖处抗拉件采用圆柱形密封塞密封;柔性海缆缆芯与锥形筒体通过灌入专用结构胶密封;柔性海缆缆芯进入接头盒连接结构后采用锥形密封塞密封;光电连接结构内灌封低流动性绝缘阻水油膏密封。上述密封技术操作工艺成熟,密封结构均具有优异的耐环境性能,可满足温度冲击、低温、高温,机械冲击、振动等环境指标,且可保证在水压5MPa下,24h不渗水。同时,这种组合式的密封结构还可以保证接头盒即使在承受大拉力载荷后,密封性能也不会降低。在柔性海缆接头盒的密封结构设计中密封垫和O形圈的设计较为关键。

2.2.1 密封垫的设计和材料选择

在密封垫的设计中,应根据实际使用环境选择密封垫的材料,即密封垫材料性能应稳定,具有良好的物理和化学性能,较柔软,易于压缩变形,变形后贴合在接触面上,可很好地弥补柔性海缆外径与接头盒金属外壳内径之间尺寸误差。在密封垫外形尺寸设计时,应考虑接触应力,绘制出压紧后密封垫的应力分布图,如图3所示,当旋紧螺纹后,通过尾部金属施加密封垫一轴向力F,则密封垫在轴向力F作用点处产生的轴向压应力Pg,假设距离该端面x处的轴向压应力为Pa,径向上的压应力(接触应力)P=KPa(K为横向应力比常数),由于螺纹旋紧移动了dx,该单元上的轴向应力差dPa被表面摩擦力μ1KPa(μ1为垫圈与缆之间的摩擦系数,常数)、μ2KPa(μ2为垫圈与金属外壳之间的摩擦系数,常数)抵消,则有:

式中:D为接头盒金属外壳内腔直径,d为柔性海缆外径,t为密封垫的径向厚度。根据式(1)~ 式(3)可计算得密封垫的接触应力P为:

据此可将密封垫的最大应力控制在其允许应力值[σ]范围内,从而确定密封垫压紧中的压缩量,以保证以后压紧时的可靠性及稳定性。

2.2.2 O形圈的设计和材料选择

刚性材料之间通常采用O形圈密封。在O形圈的设计中,考虑到柔性海缆接头盒将长时间接触海水,因而其密封结构中所用的O形圈必须具有耐海水腐蚀性。在O形圈槽设计时,应满足相关密封设计规范对O形圈拉伸率和压缩率的要求。拉伸率α和压缩率ε 的计算公式为:

如图4所示,式中:d′为轴径,d1为O形圈的内径,d0为O形圈的截面直径,h0为O形圈槽底至被密封面的距离。

由于过高的拉伸率及压缩率均会严重影响O形圈的使用寿命,同时导致安装困难,严重时会改变O形圈的变形形状,进而引起泄漏,因此应参照GB/T 3452.1—2005《液压气动用O形橡胶密封圈尺寸系列及公差》的相关规定进行柔性海缆接头盒密封结构中所用的O形圈设计。为了有利于接头盒的装配,O形圈的设计在满足密封设计规范对O形圈拉伸率α和压缩率ε 要求的同时,可通过适当加大O形圈预紧变形以弥补加工、装配过程中产生的间隙、偏心等缺陷,降低零件的公差控制要求。但应避免造成装配困难,甚至无法装配的现象发生。以线径5.3mm O形密封圈为例,在不润滑的情况下,当其处于20%的压缩率时,摩擦力会达到10~100N,这会给操作带来极大的困难。在预紧力的作用下,O形圈的摩擦力F′可以近似的表示为:

式中:E为O形圈材料的弹性模量;ν为O形圈材料的泊松比;ε′为O形圈的设计压缩率;μ为O形圈与密封面的摩擦系数。为了既能满足工作水压要求,又不会大幅增加工作摩擦力,O形圈的设计压缩率ε′应保持在20%~25%之间。在实际使用中,装入O形圈后,采用润滑剂来减小摩擦力,降低操作难度。通常在有润滑的情况下,应将摩擦力控制在30N以内。

2.3 抗拉结构设计和材料选择

对于柔性海缆中承力元件芳纶纤维加强芯,由于普通海缆接头盒的楔形夹紧装置的夹紧效果不甚理想,因此采用了较为成熟的环氧树脂粘接工艺和双锥形粘接承力结构。环氧树脂粘接工艺是先将柔性海缆中的芳纶纤维梳理整齐,在解除其编织状态后,保证所有芳纶纤维没有交叉且预置基本一致的张力,然后在锥套(锥面内壁的承力结构)里灌入与芳纶纤维有很好浸润性的环氧树脂,使每根芳纶纤维都与环氧树脂充分接触,必须待环氧树脂完全固化后,才能通过锥形承力套将拉力转移至光路支承结构上,最后作用于连接锁紧结构上。双锥形粘接承力结构是先通过预紧拉伸粘接,在保证芳纶纤维不会被拉脱的同时,减小芳纶纤维受拉后的延伸;再通过接头盒内部的光纤、电源线余长对因拉力产生的延伸进行补偿,从而实现大拉力下低插入损耗、低接触电阻连接。该双锥形粘接承力结构如图5 所示,具有以下特点:a.利用锥形角自锁原理,在外力作用下,接头盒外壳、芳纶纤维和粘接芯体将会越拉越紧,确保芳纶纤维不会受拉滑脱。b.采用专用结构胶填充三者之间的间隙,杜绝因金属零件加工误差造成芳纶纤维夹紧不充分的问题。该专用结构胶的抗剪切性能优良,剪切强度超过25 MPa。c.适当加长芳纶纤维的粘接长度,同时采用适当的间隙配合将芳纶纤维均布并粘接于金属外壳的内孔面上,以提高粘接强度。拉力承载部件的危险断面受拉应力σk分析如下:

式中:Fk为抗拉力,单位为N;S为截面积,单位为mm2;R为半径,单位为mm;[σk]为许用应力,单位为N/mm2。根据上式,只要确保承载元件危险断面受拉应力σk≤ [σk],即可确保柔性海缆拉脱力≥100kN。

2.4 耐腐蚀结构的设计和材料选择

在柔性海缆接头盒耐腐蚀结构设计和材料选择时,重点关注了相关材料的选择。通常海底探测阵的使用寿命为5~25a,为此与之配套的柔性海缆接头盒外壳等直接接触海水的结构件必须具有耐海水腐蚀性,以确保其具有同样的使用寿命。柔性海缆接头盒的结构件一般由金属和非金属两类材料组成。由于钛合金具有熔点高、密度低、耐腐蚀等性能特点,尤其在常温下其表面会形成一层致密的氧化膜,可保护其内部不受水、硝酸、稀硫酸、稀盐酸和稀碱溶液的侵蚀,钛合金在海水中每年腐蚀程度仅为0.16μm,在25a内造成的最大腐蚀也仅为4μm,可视其基本不会被腐蚀,对结构尺寸几乎不产生影响,因此柔性海缆接头盒结构件中金属材料采用了钛合金。柔性海缆接头盒结构件中非金属材料应采用耐海水橡胶或耐海水塑料。

3 性能测试结果

我们对根据上述结构设计、装配工艺制作的柔性海缆接头盒进行了性能测试,测试结果示于表2。可见,柔性海缆接头盒的各项主要指标完全达到了设计与使用要求。

4 结束语

柔性接头 篇2

摆杆形变对柔性接头摆心、摆角数据的影响

柔性接头摆心、摆角测试是柔性接头性能试验中的重要测试项目,在柔性接头各项性能指标中有着举足轻重的`地位.本文分析了试验过程中摆杆形变对柔性接头摆心、摆角数据的影响.从摆杆挠度计算入手,论述了加大摆杆横截面积以减少试验中摆杆形变,达到真实反映摆心测试数据这一方案在理论上的正确性,并通过试验数据证明其可行性.

作 者：杨冀英 杜保华 YANG Ji-ying DU Bao-hua 作者单位：航天动力技术研究院,西安,710025刊 名：强度与环境 ISTIC英文刊名：STRUCTURE & ENVIRONMENT ENGINEERING年，卷(期)：34(1)分类号：V2关键词：摆杆形变 摆心 摆角 影响

柔性接头 篇3

1 承插式钢制接头及环式卡箍柔性接头施工工艺流程

承插式钢制接头及环式卡箍柔性接头, 主要应用于承插式钢筋砼压力管道的渗漏应急处理, 这种处理方式快捷迅速, 大大缩短了处理工期, 并且止漏效果良好。改变了以往采用砼镇敦连接渗漏段两端与原管道衔接方式, 不用再考虑砼的凝固强度及养护期限, 安装好的可以直接进行渗漏试验, 完毕后直接进行回填土等后序施工, 可以起到快速施工的效果, 此种方法的施工工艺流程为:损坏砼管件拆除→基础处理→承插式钢制大小头制作及环式卡箍柔性接头制作→中间部位钢管制作→砼管承插口的修补→橡胶圈的选择购买→安装钢制承口、插口→中间部位钢管吊装稳固→两端环式卡箍柔性接头安装成型→静压试验→回填土。

2 承插式钢制接头及环式卡箍柔性接头应用实例

灵宝市窄口灌区是三门峡唯一的一所大型灌区, 设计灌溉面积35.5万亩, 设计五亩、阳平、焦村、西闫、函谷关等8个乡镇, 164个行政村, 建成总干渠1条, 长32.33公里, 干渠4条长46.89公里, 支渠29条, 各类建筑物900余座。

焦村倒虹吸为窄口灌区一干渠上的一座重要建筑物, 该工程于1991年建成, 设计最大流量3m3/s, 最大设计水头90.9米, 倒虹全长6280m。沿线设计15处镇敦, 管线设计为两排, 管内径为1000mm的承插式预应力砼压力管道。管道采用陕西红旗水泥制品厂按部颁标准生产的承插式预应力管, 管子每节长5.19m, 有效长5.0m, 管壁厚度8cm, 由于部分管节在施工安装过程中存在局部损伤, 为了节约资金, 安装时主要安装在压力较小部位, 经过20年的运行, 特别是近几年来的持续供水运行, 导致在13#至14#镇敦之间的6节管子出现损坏漏水现象, 本次我们为了尽快恢复供水, 首次选用在损坏部位采用承插式钢制接头及环式卡箍柔性接头的处理方法, 快速高效地完成了漏水处理工作, 及时恢复了正常供水, 主要处理工艺方法程序如下:

(1) 损坏砼管件拆除。损坏部位在焦村倒虹吸13#至14#镇敦之间, 双向15米长, 各3根应力钢筋砼管节, 发现漏水, 及时从倒虹进口上游退水闸和倒虹吸8#镇敦处退水。由于漏水管节处于地下3米余深, 拆除时采用挖掘机进行开挖, 破碎锤机械破碎, 人工配合挖掘机清理转运。

(2) 基础处理。由于焦村倒虹吸管线地基为Ⅲ级非自重湿陷性黄土, 湿陷黄土厚度10m左右, 应采取措施防止地基浸水。处理时采用1∶9水泥土铺设厚度60cm, 铺设高度至管底以下。

(3) 承插式钢制大小头制作及环式卡箍柔性接头制作。按照已安装的预应力砼管承插口设计尺寸及内外倒坡, 采用14mm厚钢板按设计承插口尺寸及倒坡进行切割焊接及车削加工, 焊缝要密实饱满, 打磨光滑, 承插口内外进行防腐处理, 每个加工成的承插口纵向长度一般不超过1.2m, 便于安装稳固。环式卡箍按照设计好的成型模具加工成等长的6片抱卡, 每片宽度20cm, 每片两端各有两个孔径为25mm螺栓孔, 内壁有两道凹槽, 有加工成型的配套密封圈。

(4) 中间部位钢管制作。本次处理所购钢管内径为1m, 管壁厚14mm, 每根管子长12m, 中间部分钢管尺寸, 每道管线按照损坏更换总长扣除钢制承插口合计长度, 再扣除预留间隙即可, 每个环式卡箍柔性接头预留间隙5~10mm。管身长度超过12m时, 不足部分采用平口焊接, 焊接坡口形式采用“V”型, 施焊方向自下而上, 两侧同时施焊。焊接完成后, 管身内外进行防腐处理。

(5) 砼管承插口的修补。管件的承插口工作面由于各种原因出现局部缺陷但不影响整体质量时, 可以在安装前用环氧金刚砂进行修补。修补时先剔除表面的疏松部位, 用钢丝刷将需要修补的部位表面水泥浆刷去, 露出新茬, 再将修补面刷一遍环氧基液, 最后将配好的环氧金刚砂抹于该处并压实抹光。

(6) 橡胶圈的选择购买。承插式预应力混凝土压力管道的止水是通过承、插口对橡胶圈 (以下简称“胶圈”) 的共同作用来完成的。其工作原理是利用胶圈的高弹性能, 将其就位后挤压成椭圆形夹在挡圈外侧承、插口间空隙中, 胶圈分别和承插口的内、外壁产生摩擦力 (摩擦力>内水压力) , 来达到止水密封的目的。止水效果的好坏, 和胶圈质量有着直接关系, 所以对胶圈的选择尤为重要。一般从外观上要求胶圈应粗细均匀, 质地柔软, 无气泡、裂纹、杂质、重皮等现象, 并具备以下物理性能: (1) 天然含胶量≥65%; (2) 邵氏硬度控制在45°~55°范围内; (3) 伸长率≥150%~200%; (4) 永久变形25%; (5) 拉断率≥160kg/m2。根据承、插口间隙, 我们在工程中一般选用直径为28mm、30mm、32mm三种规格的胶圈, 本次处理采用陕西红旗制管厂配套生产的30mm规格的胶圈。

(7) 安装钢制承口、插口。钢制承、插口与原砼预应力管套接安装施工主要包括套橡胶圈、就位压紧、找正固定等3道工序。

1) 套橡胶圈。把制作好的钢制承插口, 通过起重机吊装到砼承插口对接部位, 使钢制承插口中心线与原管道中心线大致重合。按照承、插口的间隙大小选好相应规格的胶圈, 并从插口上套入, 放在插口工作面的外边缘处。为防止胶圈在斜坡段滑落, 应用细线绳每隔30cm左右把胶圈固定在紧靠插口工作面侧。线绳另一端固定在安放挡圈外侧的铅丝抱箍上。

2) 就位压紧。承、插口的合拢压紧是依靠安装在管件外壁左右两侧的手板倒链收紧来完成的。倒链的一端与要安装钢制管件外侧横向枕木的钢丝绳连接, 另一端与环向缠绕在已安砼管件外壁上的钢丝绳连接。就位合拢时两侧的倒链应同时拉动收紧, 使带有胶圈的插口均匀而又缓缓地进入承口, 要特别注意进入时让承、插口周围各处的啮合宽度保持一致, 以保证管件的同心度及胶圈的封水性能。胶圈进入承口时, 若发现有不均匀现象, 及时用木质钎调节, 使其均匀, 直至胶圈被压紧到设计位置为止。

3) 找正固定。当承、插口对接就位把胶圈压紧后, 在要安管件承口底部放置一个带有刻度的水准尺, 待水准尺水平后使其刻度中点与管轴心线吻合。然后用放置在设计中心线上的经纬仪对中, 通过两侧倒链调整找正管件中心线, 并同时用水准仪检测管件的标高, 让其达到设计标高要求。就管件找对标高并找正中心线后, 用木楔块在管件底部垫塞临时固定, 再用上下两道拉紧器固定。

(8) 中间部位钢管吊装稳固。在每道处理段两端钢制承插口安装完成后, 采用起重机吊装, 人工配合进入钢制承插口之间, 两端预留间隙5~10mm, 采用经纬仪校正轴线, 管下两侧采用木楔稳固。

(9) 两端环式卡箍柔性接头安装。密封圈在中间部位钢管吊装前, 先将密封圈暂时套在钢制承插口的另一端, 然后等中间钢管就位固定后, 再将密封圈一半反折过来套在中间钢管上。人工将6片抱卡自下而上对称安装, 每两片抱卡之间采用螺栓连接初步紧固, 最后采用加力杆将每个螺栓对称紧固。

(10) 静压试验。大直径的承插式预应力混凝土压力管道, 应及时进行接头静压试验, 恒压24h, 无渗迹者方为合格。管道柔性接头处理安装完成后, 对倒虹吸进行全线静压试验, 检查处理段管道接头是否漏水。本次处理完成后, 及时对倒虹吸管道进行了充水, 通过24h的静压观测, 未发现渗漏现象, 检验为合格。

(11) 回填土。管道通过静压试验后, 未发现渗漏, 即可进行回填。回填前, 需要将柔性接头处螺栓涂抹黄油进行防腐处理并在外侧包裹一层土工布隔离。回填时采用素土回填, 要求管道两侧分层对称回填, 同步上升, 每层虚铺厚度控制在25cm左右, 管道附近0.5m范围内采用人工夯实, 其他部位采用蛙式打夯机逐层夯实, 回填至地面部位即可。

3 结论

承插式钢制接头及环式卡箍柔性接头工艺方法是压力管道渗漏处理的一种快捷方法, 此项施工技术安装与拆卸方便, 易于管道维修, 延长管道系统使用寿命, 在管道维修施工过程中, 能有效缩短工期, 增加经济社会效益。在市政、水利、化工等管道工程维修处理中具有较大推广价值。

摘要：承插式钢制接头及环式卡箍柔性接头工艺首次在窄口灌区焦村倒虹吸钢筋砼压力管道渗漏处理中应用, 改变了用钢筋砼镇墩连接钢筋砼的传统处理方法。省工、省时、经济、质量可靠, 值得推广应用。