高温高压导管连接卡箍技术发展综述

高温高压导管连接卡箍技术发展综述

高温高压导管连接卡箍（如图1所示）主要由两个凸缘和张开圈（包括卡圈、子、套筒、螺钉、垫圈、螺母等）组成。这种卡箍具有良好的密封性和同心性，良好的耐候性，抗温度影响，抗振动和抗气液体压力。安装和操作简单，系统稳定好，维护方便。主要用于飞机空调和发动机旁通等气体系统。这是目前应用最广泛的柔性管道连接形式。系统的固定连接、液体传输和稳定性起着非常重要的作用。若其失效,不仅会损失发动机的推力,甚至导致环控系统失效,危及其他系统和附件,导致灾难性后果。在美、法、英等一些航空工业比较发达国家,高温高压导管连接卡箍的研究工作起步早,经过多年的系统研究、试验及应用,已经形成了较为完善的标准体系,以及多品种成系列适应复杂工况的产品。我国关于此类卡箍的研究起步较晚,基础薄弱。截止目前,虽然在一些领域部分国内产品能够替代国外产品,但总体上,从产品质量、性能以及产品系列化上与国外还存在较大差距。1关于书心和卡再接口设备的运用国外英制导管连接卡箍的连接标准有两类,分别为箍带式卡箍和箍块式卡箍。前者的强度和耐高温能力均不如后者,但箍带式卡箍的对心性能优于箍块式连接,有一定的自补偿能力,加工较箍块式卡箍更为容易。箍块式卡箍为解决自身补偿问题,其铰链通常采用双轴结构。经过多年发展,国外的高温高压导管连接卡箍已经形成了较为完善的标准体系。1.1《高温高压6.33.3技术路线见表3在SAE标准中,高温高压导管连接卡箍顶层规范主要包括AS1895《高温高压气压导管V型卡箍组件》、AS1960《气压导管金属板弯凸缘V型卡箍连接组件》、AS4751《气压导管宽凸缘金属V形卡箍连接组件》、AS5355《V形槽卡箍连接》等4项。其中,AS1895《高温高压气压导管V型卡箍组件》属于箍块式的卡箍连接(国内亦称块形卡箍),其余属于箍带式的V形卡箍连接(国内亦称V形卡箍)。AS1895《高温高压气压导管V型卡箍组件》适用于飞机引气系统高温高压导管的连接,工作温度为-54℃~649℃,工作压力不大于14MPa。其接头型式分为两种:I型(标准剖面),尺寸范围为导管规格38.1mm~190.5mm;II型(低剖面),尺寸范围为导管规格25.4mm~190.5mm。AS1895零件材料以不锈钢和高温合金为主。AS1895《高温高压气压导管V型卡箍组件》下设23项标准:AS1895/1~AS1895/23(名称详见表1),并配备安装指南,对卡箍连接所涉及的阴、阳法兰以及卡箍组件的结构、尺寸、材料、密封、安装等进行了系统规定,组件类别明晰、全面、方便选用。AS1960《气压导管金属板弯凸缘V型卡箍连接组件》适用于飞机空气系统中等温度和压力导管的连接,工作温度为-54℃~427℃,工作压力不大于5MPa。其产品的尺寸范围为导管规格25.4mm~228.6mm,零件材料包括不锈钢、钛合金和铝合金。AS1960《气压导管金属板弯凸缘V型卡箍连接组件》下设5项标准:AS1960/1~AS1960/5(名称详见表2),包括2项尺寸标准,2项配套标准和1项安装指南,系统规定了不同锁(标准锁或快卸锁)的形式下金属板弯40°V型卡箍连接的尺寸要求、凸缘及其末端的设计要求和卡箍接头的安装细节。AS4751《气压导管宽凸缘金属V形卡箍连接组件》适用于飞机气动系统中等温度和压力导管的连接,工作温度为-54℃~427℃,工作压力不大于3MPa。其产品的尺寸范围为导管规格25.4mm~254mm,零件材料为不锈钢。AS4751《气压导管宽凸缘金属V形卡箍连接组件》下设3项系列尺寸标准:AS4751/1~AS4751/3(名称详见表3),对卡箍和凸缘的尺寸进行了详细设定。AS5355《V形槽卡箍连接》适用于飞机流体管路、排气管道及其他附件的连接,柔韧性较小,工作温度为-54℃~649℃,工作压力不大于0.8MPa;结构型式分为单栓和双栓,产品的尺寸范围为导管规格44.45mm~361.95mm;零件材料为300系列不锈钢。AS5355《V形槽卡箍连接》下设3项系列尺寸标准:AS5355/1~AS5355/3(名称详见表4),对不同尺寸范围以及不同温度范围的凸缘V形卡箍连接的结构、尺寸进行了系统规定。总体上,SAE高温高压导管连接卡箍标准体系层次清晰,构架简洁明了,均为顶层规范附带与之适应的产品标准,产品尺寸规格系列、全面,使用范围明确,利于选用。1.2部件试验检验高温高压导管连接卡箍SAE标准中,产品检验项目也比较全面,不只对V型卡箍的组件有验收检验要求,同时也对各个部件有相应的验收检验要求,尤其对在循环载荷和工作温度下的性能作了全面的考核。规范中系统全面地规定了卡箍及其组件的材料、结构与设计、使用温度、性能要求及质量保证规定。在性能要求和质量保证规定中,详尽地描述了高温高压导管连接卡箍及其组件的验收检验试验项目(见表5)及其方法,确保了产品的品质与质量。2静接合件的组成目前,国内常用的高温高压导管连接卡箍主要由箍带、螺栓、螺母、套管、垫圈、卡圈、两个刚性凸缘、密封圈等零件组成。在实际使用过程中,卡箍与管路末端的凹凸接头紧密配合,同时配备以相应的密封圈,达到连接和密封效果。2.1导管连接快卸卡充压机设备在国内标准体系中,高温高压导管连接卡箍设计标准共13项,其中,包括验收规范4项,产品尺寸标准9项,基本形式为一项规范对应一项或多项产品标准。HB6521-2001《导管连接快卸卡箍》与AS5355《V形槽卡箍连接》对应,验收规范为HB6522-2001《导管连接快卸卡箍规范》。该卡箍主要应用于飞机燃油和空调系统,使用温度较低,为-55℃~150℃。工作压力不大于0.35MPa。产品的尺寸范围为导管规格40mm~80mm,零件材料以2Cr13Ni4Mn9为主。HB6535-1991《高温导管连接快卸卡箍》、HB7385-1996《窄凸缘导管连接快卸卡箍》和HB7386-1996《600℃高温高压管路快卸卡箍》等属于箍带式的V形卡箍连接,验收规范为HB6536-1991《高温导管连接快卸卡箍技术条件》,主要应用于飞机上的空气系统。HB6535-1991《高温导管连接快卸卡箍》使用温度在440℃以下,工作压力在2MPa以下,尺寸范围为导管规格32mm~60mm,零件材料以1Cr18Ni9和1Cr18Ni9Ti为主;HB73851996《窄凸缘导管连接快卸卡箍》使用温度在350℃以下,工作压力在1MPa以下,尺寸范围为导管规格30mm~120mm,零件材料以1Cr18Ni9Ti、2Cr13Ni4Mn9为主;HB7386-1996《600℃高温高压管路快卸卡箍》使用温度在350℃以下,工作压力在1MPa以下,尺寸范围为导管规格48mm~80mm,零件材料以GH4169为主。HB8091-2002《空气系统导管与导管连接卡箍》、HB8092-2002《空气系统导管与附件连结卡箍》、HB8093-2002《空气系统高温高压导管与导管连接卡箍》和HB8094-2002《空气系统高温高压导管与附件连结卡箍》的验收规范为HB7648-2004《空气导管连接快卸卡箍通用规范》,主要用于飞机空气系统中导管与导管或导管与附件的连接。其中,前两项产品标准的使用温度为:-60℃~100℃,工作压力在2MPa以下,尺寸范围为导管规格40mm~200mm,零件材料以1Cr17Ni4Mn9N为主;后两项产品标准的使用温度为:-50℃~650℃,工作压力在2.5MPa以下,尺寸范围为导管规格40mm~140mm,零件材料以1Cr11Ni20Ti2B、1Cr11Ni23Ti3MoB为主。GJB3821-1999《600℃高温高压管路快卸卡箍》由HB7386-1996《600℃高温高压管路快卸卡箍》提升而来,验收规范为GJB3579-1999《高温管路连接卡箍通用规范》。该卡箍主要采用密封性能较高的带石墨密封圈的连接型式,并采用快卸式,同时采用刚性接头,以改善接头加工时的工艺性和装配时的对中性。其主要用于飞机及发动机的引气系统,它是国内第一种使用温度达到600℃,工作压力达到2MPa的高温空气系统用卡箍标准。GJB3821-1999《600℃高温高压管路快卸卡箍》的尺寸范围为导管规格33mm~80mm,零件材料以GH4169为主。2.2配套标准不完备总体上,与国外相比,国内标准体系相对简单,形式基本为1项验收规范对应1项或几项产品标准,标准未覆盖全部卡箍连接所涉及到的零部件,配套标准不完备,同时缺少详细的安装指南,不利于实际的安装使用。此外,从验收规范方面,国内该类产品的验收规范仅有对组件的鉴定要求,鉴定项目也主要集中在几个常规的性能项目(见表6),在复杂温度、载荷、疲劳条件和零部件强度方面的性能考核较少,有待进一步完善和提高。3拉格兰斯公司在产品覆盖和安装中应注意的问题总体来说,国外高温高压导管连接卡箍在标准体系和标准化水平方面,比国内更为系统、全面,具体如下:温度压力等级更高,较好满足飞机复杂的载荷环境对系统件的需求;关键部位材料、尺寸、公差、热处理、表面处理等规定严格,确保使用;尺寸序列全面覆盖,利于选用;体系中附带安装指南,引导并规范产品的安装操作;对各零件的强度、寿命等有单独的要求,以保证组件的性能指标;性能考核全面。随着科学技术的发展,航空新研型号及发动机等对高温卡箍性能的要求也愈发苛刻。因此,高温高压导管连接卡箍产品的质量和性能水