0 前 言随着塑料管、铝塑管、复合管及不锈钢管制造技术的迅速发展，产品质量不断提高，应用领域不断扩大，使得一个半世纪以来一枝独秀的普通低压焊管产业正面临严峻的挑战。针对这一现状，目前可采取以下几方面的措施以应对塑料管等产品的强劲崛起。1)重新设计低压焊管的技术尺寸，使新型产品合理化、规范化与现代化[1]。2)开发新型快装管件。在新型焊管管道上不再采取已落后于时代的英制管螺纹连接方式，而设计高效操作的快装管件与之适配。如d 25 mm 管则应以cP28．5mm 管子外径作为设计基准尺寸，而不应再以qb33．5mm 外径为准。3)开发过渡型新管件，使现行与新型两种不同的管路系统可以相互过渡贯通和快速连接。更主要是使新型焊管系统能任意与现有仍带英制管螺纹接口的仪表、阀门和管件相互匹配衔接，拓宽新型焊管的适用范围。4)开发适用于现行焊管系统的新管件，取代原有管螺纹连接管种。5)改进焊管与管件的材质。目前，普通镀锌焊管在实际应用中**显示其弱点之处，莫过于因锈蚀而使水质受到污染。事实上，低压焊管仍然具有塑料管的一系列优点，诸如强度、硬度、抗冲击性(便于运输和施工)、耐热、耐油、防火等。若能放弃原用Q215 B级钢(GB7o0—88)，而改用工艺性较好的耐蚀钢或其它具有良好耐蚀性和工艺性的普低钢[2]。就有希望提高焊管系统(包括管件)的耐蚀性能和竞争力。本文主要介绍钢球止拉免丝型和密封止拉免丝型两种快装管件的结构及其尺寸。1 设计新型快装管件1．1 设计新型管件的必要性与可能性(1)由于英制管螺纹连接方法效率低下，操作装备笨重，不开发新型管件则达不到管路现代化创新的目的，也就难于在世界市场上占有优势。(2)由于用管螺纹连接的焊管外径必须等于管螺纹的大径(GB2515—81规定的名称，过去则常称为外径)与加工裕量之和，因此其尺寸合理化受到英制管螺纹标准所制约。不废止英制管螺纹的应用就无法使焊管得到全面(包括尺寸和连接技术)创新。更不能抢占世界市场的制高点。(3)由于各种类型的快装管件在不同领域(如液压、消防等)已有所运用[3]。但在自来水管道应用还限于少数局部环节上，而且其管件尺寸庞大，制造粗糙。可见，开发新型快装管件已非难事且迫在眉睫，完全可以在开发设计过程中逐步推广和提高。1．2 新型管件的类型(1)免丝型快装管件在焊管领域目前至少可以设计与生产出3个创新系列：1)免丝型快装管件；2)免拆型快装管件；3)免焊型快装管件。所谓“免丝”是指焊管与管件连接时免去在管端套(切削或铰)出丝牙的操作，管子与管件照样能可靠地连接。这里所说的“免丝”并不涉及管件内各零件之间用公制细牙螺纹的结构性连接。管端不套丝，“快装”就能实现，工作效率提高二倍以上，甚至比塑料管道的热熔焊接也快数倍。同时还可将笨重的操作装备省掉。(2)免拆型快装管件在管道中要接出一分支管路，一般必须先关闭阀门和拆开管路，并将管子割除一定长度以便能装入一个三通、一个活接和一个外丝。在割断处的管子端头处又必须经过套丝操作。所谓免拆就是不需将管路拆开和割除一定长度，更不需管端套丝就可装入一个特殊的三通，分支管路就可顺利接通，效率提高不止五倍。笔者已试验成功并获专利(专利号ZL97235106X)。(3)免焊型快装管件主要对油料、燃气管易燃易爆管不宜进行法兰焊接而特殊设计的。限于篇幅，此处不予阐述。1．3 新型管件的结构与尺寸新型快装管件的结构有多种形式。目前市售的用橡胶密封套为主要结构的管件，虽也属于免丝型，但其尺寸太大，且不能承受较大的管子拉力。1．3．1 钢球止拉免丝型快装管件管件采用钢球定位止拉，较普通结构可承受较大的轴向拉力，其设计尺寸也较紧凑。管子外接头(Coupling)的结构设计见图1，其零件尺寸见表1。由于管壁厚度一定，管子钻纳球孔后之保留端长(见图1之L )即可左右管子的轴向拉力大小。本文设定：L 一2D ，D 为钢球直径， 可直接自前式算得。以d 15 mm 管为例，球径D 一凸1一直通管2一挡圈3一钢球4一密封圈 5一垫圈 6一螺帽圈1 钢球止拉免丝型快装管件外接头结构示意圈2．5 mm，则L1—2×2．5—5mm，公称壁厚tN一1．5mm，抗拉时承剪截面积A — L × t 一7．5mm。，其允许拉力可达700N 以上[4]。若同时使用两个钢球，则管子允许承拉将增加一倍。考虑焊管输送高温流体，预留热胀间隙为△。(图1、表1)。(1)直通管直通管(见图1中件1)是外接头的主体零件，结构示意如图2所示，具体尺寸见表1。直管中段孔径d。按新型焊管之公称外径D 设定尺寸，公差选用B⋯ 形成间隙配合，限制管子转动的球槽宽B。则按松动配合(D。)选用。中段有六角板体，方便拧紧螺帽、压紧密封、固定钢球。孔d。之长度L。为管端留长 、钢球直径D 和热胀间隙△。之和，即L。一2L。+2D +A。(=6D +△。)。L。数值可自L。一L一2 式算出故未列入表1。(2)挡圈挡圈(件号2)外径D。(见图3)等于密封函的内径d ，配合公差选用d⋯ 挡圈内径d。等于D ，公差选用C 挡圈的平端面用以阻挡钢球的轴向拉出移位。另一端面呈圆锥内凹形，用以引导密封圈向内压紧焊管，并在拧螺帽时阻涩密封圈旋转。(3)钢球(GB308—84)选用钢球止拉是因为钢球强度大、体积小，而且耐蚀性好(如钢号GG15)，另一方面钢球尺寸精确，质优价廉，操作方便。所谓方便是相对于在管端套丝或塑料管的热熔接操作而言。只要在管端适当位置用手电钻钻出一二个纳入钢球的小孔(参阅图1和件号3)，纳球孔不须钻通(钻头锋尖亦可微露)。操作迅速，而且装备之重量亦相差悬殊。所用钻头采用锋角为11 o的普通麻花钻(高速钢)。理论计算钢球直径应为管壁厚的1．733倍。具体选用球径尺寸见表1件3。钢球在管孔中的位置应使球心与管子外表母线在同一直线上，以此来确定钻孔深度。粗略估算，球径应选在管壁的1．5到2倍之间。(4)密封圈密封圈(件号4)如图4所示，尺寸见表1。材料选用丁腈橡胶(NBR)，其耐油、耐热、耐水、气密、真空等性能均佳。如橡胶中丙烯腈含量中等(丁腈一26)，则使用温度范围为一30～+ 130℃ [5 6I。表1 钢球止拉免丝型快装管件外接头尺寸 mm焊管公称内径d 件 零名称 代 从号 件 号 32 40 50 65 80 1OO 125 15O 6 8 1O 15 20 25螺纹 D M18×1 M22×1 M24×1 M30×1．5 M36×1．5 M42×1．5 M50×2 M60×2 M70×2 M90×2 M105×2 M130×3 M155×3 M185×3纹长 Z 6 8 10 12 12 14 14 16 16 18 18 20 20． 22函 径 dl Hll 14 16．5 18．5 24 30 35．5 42．5 52 62 79 94 116 142 169筒 径 Dl 16．8 20 22 28 34 40 47 57 67 85 100 123 150 178函 长 Zl 13 15 15 17 17 19 19 23 23 27 ． 27 31 31 35直 孔径 Blo 8 10．5 12．5 18 23 28．5 35．5 44 54 70 85 106 132 158外径 D2 12 15 17 23 28 34 41 50 60 77 92 114 140 1671 通 槽宽 D9 1．6 2．1 2．1 2．6 2．6 3．2 3．2 3．7 3．7 4．2 4．2 5．3 6．3 7．4槽深 H2 Cll 0．8 1．1 1．1 1．3 1．3 1．6 1．6 1．9 1．9 2．2 2．2 2．8 3．3 3．8管 腰长 Z2 9 11 11 l3 13 15 15 17 17 19 19 25 31 36全长 工 38 45 45 52 52 59 59 70 70 81 81 96 102 116板体宽 B 2 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 10 12对边距 S2 12 15 17 23 28 34 41 50 60 77 92 114 140 167对角距 E2 13．8 17．3 19．6 26．5 32．3 39．2 47．3 57．7 69．2 88．9 106．2 131．6 161．6 192．8间 隙 △2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4内 径 d3 Cll 8 10．5 12．5 18 23 28．5 35．5 44 54 70 85 106 132 158挡 外径 D3 dll 14 16．5 18．5 24 30 35．5 42．5 52 62 79 94 116 142 1692圈 宽度 B3 7 8 8 9 9 10 10 12 12 14 14 16 16 18坡宽 B 3 1．5 1．6 1．6 1．7 1．7 1．8 1．8 2 2 2．2 2．2 2．4 2．4 2．63 钢球 直径 D4 1．5 2 2 2．5 2．5 3 3 3．5 3．5 4 4 5 6 7内 径 ds Hll 8 10．5 12．5 18 23 28．5 35．5 44 54 70 85 106 132 158密 外径 Ds hll 14 16．5 18．5 24 30 35．5 42．5 52 62 79 94 116 142 1694 封圈 宽度 Bs 7 8 8 9 9 10 10 12 12 14 14 16 16 18坡宽 B s 1．5 1．6 1．6 1．7 1．7 1．8 1．8 2 2 2．2 2．2 2．4 2．4 2．6垫 内 径 d6 Cll 8 10．5 12．5 18 23 28．5 35．5 44 54 70 85 106 132 1585 外径 D6 dll 14 16．5 18．5 24 30 35．5 42．5 52 62 79 94 116 142 169圈 厚度 f6 3 3．4 3．4 3．8 3．8 4．2 4．2 5 5 5．9 5．9 6．7 6．7 7．6螺纹 D M18×1 M22×1 M24×1 M30×1．5 M36×1．5 M42×1．5 M50×2 M60×2 M70×2 M90×2 M105×2 M130×3 M155×3 M185×3纹长 Z7 5 6 7 8 9 10 10 11 11 12 12 14 14 16厚度 B 8．5 10．5 12 14 15 17 17 19 19 20．5 20．5 24 24 26．5 螺孔径 d 8．5 8’。 11+8’2 13+8‘。 18．6+8’3 23．6+8’。 29．2+8。 36．2 8‘。 45+8 55+8 71+8 86+8 107+8 133+8 159+8’6 槽宽 B7 1．5 2 2．5 3 3 3．5 3．5 4 4 4 4 5 5 5帽 顶厚 f7 2 2．5 2．5 3 3 3．5 3．5 4 4 4．5 4．5 5 5 5．5对边距 S 20+8‘。 25+8’2 27+3’2 34+8’3 40+8’。 47+3’3 55+8’3 66+8’3 76+8‘3 98+8 113+8 140+8‘ 165+8 197+8对角距 E 23．1 28．8 31．2 39．2 46．1 54．2 63．5 76．2 87．7 113．1 130．4 161．6 190．5 227．4注：未注配合公差的尺寸极限偏差皆按H， (孔)或h (轴)值加工。(5)垫圈垫圈(件号5)如图5所示，尺寸见表1。垫圈之作用除保护密封圈不产生或少产生周向磨损外，其厚度大小还关系到密封压缩之极限量。(6)螺帽螺帽(件号6)之作用为压紧密封与阻挡管子拉力移位，其尺寸见图6和表1。螺帽厚度( 15)较普通( 1／2英寸)之厚度尺寸小3O 。同样，普通螺帽( 1／2英寸)之对角距大于同规格之对角距，而等于d 2o mm 之对角距(见表1)，可见普通结构的较为粗笨。1．3．2 密封止拉免丝型快装管件密封止拉免丝型快装管件结构图如图7，结构零件尺寸除螺帽尺寸可仍从图6和表1查得外，其余零件尺寸见表2。因篇幅有限，仅设计常用5种规格。品种方面只提供三通中的一个品种，图6 外接头螺■结构示意图1一三通管2一密封套垫圈4一螺母图7 密封止拉免丝型快装管件结构示意图其余品种可触类旁通。(1)三通管由于采用金属密封，故三通管之密封函形状为内锥形，使金属易于产生径向流动，达到紧握密封之目的。内孔d。(即小端口径)系用以插入管端表2 密封止拉免丝型快装管件尺寸 mm焊管公称内径( ) 件 零 名 称 代 公 计算公式号 件 号 差 15 20 25 32 40 50螺纹 D g6 M30×1．5 M36×1．5 M42×1．5 M50×2 M60×2 M70×2纹长 f 12 12 14 14 16 16倒 角 C O．8 O．8 O．8 1 1 1大端口径 d1 HIl 24 30 35．5 ． 42．5 52 62小端口径 d2 B1o d2一DN 18 23 28．5 35．5 44 54引人口长 f1 5 5 6．5 6．5 8 8— —锥长 f2 11 13 13 13 14 14二 端面中心距 L8 Ls一专L 30 35 4O．5 44．5 52．5 58内径长 L2 L2一dN+2t3 21 26 33 40 50 601 通 腰长 L3 L3一L2— 2t 16 21 27 34 43 53全长 L L=L2+2(11+f2+f3) 60 70 81 89 105 116 管壁厚 t 2．5 2．5 3 3 3．5 3．5腰径 1 1=dN+2t 20 25 31 38 47 57外径 2 2一d2+2t 23 28 34．5 41．5 51 61半径 R 2 2．8 3．5 4 5 5．5喉高 |l h=-}Lz 1O．5 13 16．5 20 25 30倒 角 C1 1 1 1．5 1．5 2 2间 隙 △ A一+0．3～ +0．5 +0．3～+ 0．4 +0．35～ +0．45 +0．4～ +0．5内 径 d5 d5一DN+A 18+．o ．-4 ，o 23+0一．{3 28．5 3 35．5 3：{l 44牛3：i3 54+0．．；3密 外径 D5 Cl1 D5一d1 24 30 35．5 42．5 52 622 封 宽度 B5 15 17 18 18 20 20套 坡宽 B5 5= 2 11 13 13 13 14 14倒 角 C5 C5一C1 1 1 1．5 1．5 2 2内 径 d6 Cl1 d6一DN 18 23 28．5 35．5 44 54垫 3 外径 D6 d11 D6一dl 24 30 35．5 42．5 52 62 圈厚度 t 6 4．5 4．5 5．5 5．5 6．5 6．5后可定位，且定心尺寸亦得以确保。端面中心距为L。(图8表2)，因采用同样规格之螺帽而不能使L。缩得更小。如能通过试验，进一步缩小密封套的尺寸，并把螺纹大径再略为改小，则管件将更为精巧。其它如z 和z以及L等尺寸都尚有可压缩之余地。(2)密封套常用橡胶密封材料较多。但考虑输油和输气的条件，天然橡胶等许多优质材料皆因耐温和耐油性能达不到要求而被排除在外。通常在8O～130℃ 内用NBR，250℃ 以下则用氟橡胶(FPM)26型[5 ]。然而，橡胶密封虽操作方便，但在耐温、止拉、防火等方面不如金属密封可靠，故在要求较高之处宜用金属材料制做密封套(图9)，具体尺寸见表2。考虑到密封套必须容易塑性(或弹性)变形和具有公制细牙螺纹的紧固能力，应选用强度和硬度低而塑性好的纯金属。建议采用纯锌(Zn一3，GB470-83)作为**试用金属密封材料。又如紫铜(即纯铜)因强度与硬度稍高，操作不便，不宜用于低压管道。由于纯锌与热镀锌层的电位相同而不产生电化腐蚀，尤其适合于自来水管道。另外考虑我国的资源情况，金属锌是较为丰富的。何况电解每吨锌所耗电仅为每吨铝的1／4，占有能源与价格优势。如在溶铸中适量配制含有0．05～ 0．1 的Al和0．02 9，6～0．05％ 的Mg做为有益杂质。将会改善其工艺性(如抑制其对铁质工模具的侵蚀)，减轻晶间腐蚀的发生并能细化晶粒和提高材质。[7卅(3)垫圈 ．由于密封函内径与焊管公称外径皆与前相同，故垫圈(图lO)的内径d。，外径D。与钢球止拉的尺寸相同，仅厚度t 。不同，尺寸见表2。2 结 论1)新型快装管件的应用是低压焊管管路连接技术的创新举措，也是新型焊管将得以顺利推广的必由之路。2)新型免丝型快装管件能免除管端套丝操作，方便地实现高效的管子连接。3)钢球止拉免丝型管件与密封止拉免丝型管件是两种可供选择的新型免丝型快装管件。从操作简便和尺寸精巧的角度看，后者具有较好的前景。4)密封止拉免丝快装管件又可采用橡胶或纯金属材料两种不同密封的形式。前者操作较方便，成本亦稍低。后者在止拉、耐温、防火和耐压等方面具有较大的优势。5)选用氟橡胶能在耐温、耐压、耐久和止拉等性能方面优于丁腈橡胶密封。天然橡胶在耐温、耐压、耐油、耐水、耐老化等方面都不如丁腈橡胶，但在通常条件下亦可使用，尤其在耐低温性能方面优于丁腈橡胶与氟橡胶。6)为了稳妥开发，循序渐进，以便积累经验，不防**开发适用于现行焊管系统的免丝型新管件，以取代用英制管螺纹连接的管件。