接头密封是保证气路不泄漏的关键,那么接头又是如何实现密封的呢:
双卡套金属硬密封
常用在分析仪内部高温、腐蚀性气路、316L 不锈钢管等,这是 Swagelok(世伟洛克)确立的行业标准
密封原理:功能解耦模型。早期的单卡套设计经常泄漏,因为一个卡套既要负责“抓紧管子”,又要负责“密封气体”,分身乏术。双卡套通过两个独立的金属环,把任务分开了:
- 前卡套 —— 负责密封:
- 当螺母拧紧时,前卡套被推入接头主体的锥形口。
- 物理动作: 它的外缘与接头内壁贴合,内缘紧抱管子。
- 作用: 它产生过盈配合,形成第一道气密防线。它主要受压,不怎么破坏管子表面。
- 后卡套 —— 负责抓紧:
- 螺母推着后卡套,后卡套推着前卡套。
- 物理动作: 后卡套经过特殊的硬化处理。在挤压下,它的前端会像牙齿一样“咬”进不锈钢管的表层金属里(你可以看到管子上有一圈明显的压痕)。
- 作用: 它的任务是抗震和抗拔。它锁住了管子,防止高压把管子吹出去,并隔离了震动,保护前卡套的密封性。
这种密封是金属对金属的冷作硬化密封,没有橡胶 O 圈。所以它耐高温、耐腐蚀、耐老化。 但它是不可逆的塑性变形。一旦卡紧,卡套就和管子“长”在一起了。虽然可以拆卸重装,但次数有限。
软密封:倒钩与弹性张力
应用场景: 蠕动泵管、废液管、某些低压内部连接(软管,如氟胶管、特氟龙软管)。
密封原理:利用环向应力, 这就是我们常说的“宝塔头”或“倒刺接头”。
- 物理动作: 接头外径比软管内径大。你把软管强行撑开套进去。
- 密封力来源: 软管试图回缩恢复原状的弹性回复力,紧紧箍在接头上。
- 倒钩作用: 防止管子被拉出来。
- 加强版: 为了保险,通常会在外面加一个喉箍或卡环,施加额外的向心压力。
在 CEMS 里,凡是正压且有腐蚀性的气体(如从样气泵出来到分析仪这段),尽量少用这种接头。因为橡胶管高温下会变软,应力松弛导致箍紧力下降而泄漏。
快插接头:O 形圈径向密封
应用场景: 仪表空气(反吹气)、气动阀驱动气路(PU 管或尼龙管)
密封原理:自锁与唇形密封,这就是常见的塑料“一插即连”接头
- 抓紧机制: 内部有一圈不锈钢的爪簧 。当你插入管子,爪子张开;当你试图拔出,爪子会反向咬住管壁(类似倒刺)。
- 密封机制: O 形圈。管子穿过爪簧后,深处有一个橡胶 O 圈,紧贴管子外壁进行密封。
严禁在 CEMS 的样气流路中使用普通的塑料快插接头:
- 材料不耐腐: 内部 O 圈通常是丁腈橡胶(NBR),遇到 $SO_2/NO_x$ 会烂掉。
- 耐温性差: 塑料主体受热会变形泄漏。
螺纹密封
接头本身连管子是用卡套,但接头连到阀门或流量计上,通常靠螺纹。这里分为两派:
- 锥管螺纹 (NPT / R / PT):
- 原理: 螺纹是锥形的(越拧越紧)。靠螺纹牙之间的金属挤压变形 + 生料带/密封胶 填充缝隙来密封。
- 模型: 螺旋楔紧模型。
- 平行螺纹 (G / M / UNF):
- 原理: 螺纹只负责“拉紧”,不负责密封。
- 密封: 靠根部的垫片(紫铜垫、组合垫圈)或 O 形圈 被压扁来密封。