一种能够适应地质沉降的管道承插口结构
技术领域
本发明涉及一种管道承插口结构，特别是一种能够适应地质沉降的管道承插口结构。
背景技术
管道是用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置，其广泛用于水利工程和各种工业装置中。管道通常采用钢筋混凝土或其它软性材料(如PE、HDPE等)制成，采用钢筋混凝土制成的管道的连接部位不抗拉、止水性能不高、耐腐蚀性能较差等缺点，因此其应用前景低于采用软性材料制成的管道。
现有的大口径软性管的管节之间的连接方式通常有热熔对接、卡箍连接、热收缩带连接、螺纹连接或卡接、自锁承插式连接等，自锁承插式连接。其中，自锁承插式连接可带水安装、安装空间小、施工更安全、对接速度快，是一种省时省费用，能大规模缩小施工空间的管道设计各施工的替代方法。
传统的承插式管道接口，都是在管道插口的外表面设置第一环形凸起，在管道承口的内表面设置第二环形凸起，将插口和承口对接后，第一环形凸起的前侧面和第二环形凸起的后侧面紧密贴合，第一环形凸起的后侧面和第二环形凸起的前侧面紧密贴合，这种结构的管道接口可能存在密封性更佳的优势；但是也存在以下问题：由于地震、地下水枯竭、新建大型建筑物等情况，会导致不同程度的地质沉降，地质沉降发生时，两条管道的接口处会随之弯曲，由于上述的管道接口结构连接十分紧密，导致管道接口处的应力无处释放，严重导致接口爆裂等情况出现。
为了解决上述问题，申请号为201810293022.X的发明专利就公开了一种柔性密封自锁承插接口，其包括承口和插口，承口的内壁设有第一类环状凸起，插口的外壁设有第二类环状凸起，其中当将插口装配到承口后，第一类环状凸起与第二类环状形成自锁，且第一类环状凸起与第二类环状凸起之间具有间隙，使得承口管体能够相对于插口管体偏转。
这样的管道接口结构也存在以下的问题，由于第一类环状凸起的前侧面和对应的第二类环状凸起的后侧面之间存在间隙，第一类环状凸起的后侧面和对应的第二类环状凸起的前侧面之间也存在间隙，导致承口和接口的连接处较为松垮，连接强度低，且承口和接口的连接处密封性能较差。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够适应地质沉降、密封性能优异的管道承插口结构。
本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是：
一种能够适应地质沉降的管道承插口结构，其包括：
承口管体，所述承口管体的内壁上设置有承口定心段、承口连接段、以及承口配合段，所述承口定心段上设置有弧形的转动定心凹面；
能够从承口管体的右端口插入其内部的插口管体，所述插口管体的外壁上设置有插口定心段、插口连接段、以及插口配合段，所述的插口连接段和承口连接段之间设置有能够限制插口管体与承口管体脱离的连接结构，所述插口连接段与承口连接段之间、所述插口配合段与承口配合段之间均留有间隙，所述插口定心段上设置有弧形的转动定心凸面，所述的转动定心凸面与所述转动定心凹面相贴合并确定承口管体与插口管体相对转动时的旋转中心；
密封结构，设置于所述承口定心段与所述插口定心段之间。
作为优选地，所述的转动定心凹面为球形凹面或椭球形凹面，所述椭球形凹面确定一椭球体，所述椭球体的小直径和大直径的比值为0.9～1，所述转动定心凹面确定的球心P或椭球心位于所述承口管体的轴线上。
作为优选地，所述的承口定心段、承口连接段、以及承口配合段沿着从右至左的顺序依次设置，所述的插口定心段、插口连接段、以及插口配合段沿着从右至左的顺序依次设置。
作为优选地，所述的转动定心凹面为球形凹面，所述承口管体内设置有限位台阶，所述限位台阶的台阶面为与所述转动定心凹面共球心的球形凹面，所述插口管体的左端面为与所述台阶面相贴合的弧形凸面。
作为优选地，所述的连接结构包括设置于所述承口连接段的若干个环形凹槽、以及设置于插口连接段的若干个环形凸起，每一环形凸起卡入一个环形凹槽中且二者之间留有间隙。
作为优选地，所述的转动定心凹面为球形凹面，至少一个环形凹槽的左侧内壁上设置有第一贴合面，所述的第一贴合面为与所述转动定心凹面共球心的球形凹面，所述的环形凸起的左侧壁上设置有与所述第一贴合面相贴合的第二贴合面，所述环形凸起的右侧壁和环形凹槽的右侧内壁之间留有间隙。
作为优选地，所述插口配合段与承口配合段之间的间隙为第一间隙，所述环形凸起的右侧壁和环形凹槽的右侧内壁之间的间隙为第二间隙，各个第二间隙的宽度按照从右至左的顺序逐渐增大，所有的第二间隙的宽度均小于所述第一间隙的最小宽度。
作为优选地，所述第一间隙的宽度从右至左逐渐增大。
作为优选地，所述环形凸起的牙形为三角形、梯形、或圆弧凸起形。
作为优选地，所述的连接结构包括设置于所述承口连接段的内螺纹、以及设置于插口连接段的外螺纹，所述的内螺纹与所述外螺纹相啮合且二者之间留有间隙。
作为优选地，所述插口管体上设置有插口台阶，所述的插口台阶与所述承口管体的右端面之间留有间隙。
作为优选地，所述的密封结构包括设置于所述承口定心段和插口定心段之间的密封槽及设置于所述密封槽内的密封圈，
所述的密封圈为遇水膨胀材料制成；
或者所述的密封圈包括橡胶密封圈内芯和包裹在所述橡胶密封圈内芯之外的膨胀层，所述的膨胀层由遇水膨胀材料制成。
作为优选地，所述承口管体之外包裹有刚性的加强套管。
本发明的有益效果是：
第一、由于转动定心凹面与转动定心凸面相互贴合，且插口连接段与承口连接段之间、插口配合段与承口配合段之间均留有间隙，因此在发生地质沉降时，插口管体和承口管体能够绕着转动定心凹面确定的旋转中心相对转动一定的角度，使得管道接口处能够承受较大的弯曲变形，避免管道接口处应力过大而破裂。
第二、由于转动定心凹面和转动定心凸面为相互贴合的球面，插口管体和承口管体相对转动一定角度后，二者依然保持紧贴，能够有效地提升密封性能，同时能够提升插口管体和承口管体的连接强度。
第三、由于限位台阶的台阶面为与转动定心凹面共球心的球形凹面，插口管体的左端面为与台阶面相贴合的弧形凸面，因此插口管体和承口管体绕着转动定心凹面确定的球心P相对转动时，限位台阶的台阶面和插口管体的左端面也会随之产生相对滑移，但始终保持紧贴，能够进一步提升密封性和连接强度。
第四、由于第一贴合面为与转动定心凹面共球心的球形凹面，第二贴合面为与第一贴合面相贴合的球形凸面，环形凸起的右侧壁和环形凹槽的右侧内壁之间留有间隙。插口管体和承口管体绕着转动定心凹面确定的球心P相对转动时，第一贴合面和第二贴合面也会随之产生相对滑移，但始终保持紧贴，能够进一步提升密封性和连接强度。
第五、采用遇水膨胀材料来进行密封，当密封槽处出现漏水的情况时，遇水膨胀材料会膨胀，将漏水的位置堵住，提升密封性能。
第六、承口管体之外包裹的加强套管能够增加承口管体的强度，使承口管体的壁厚能够设计的尽可能薄，为提升插口管体的壁厚预留空间。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例1分解状态的结构示意图；
图3是图1中A部分的局部放大图；
图4是用于组装形成本发明实施例1的管体的结构示意图；
图5是本发明实施例2的结构示意图；
图6是图5中B部分的局部放大图；
图7是本发明实施例3中承口连接段和插口连接段的配合结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后…)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本发明中涉及“优选”、“次优选”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“优选”、“次优选”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
参照图1至图7，本发明的实施例提出了一种能够适应地质沉降的管道承插口结构，其包括：承口管体1、能够从承口管体1的右端口插入其内部的插口管体2、以及密封结构。承口管体1的内壁上设置有承口定心段11、承口连接段12、以及承口配合段13，承口定心段11上设置有弧形的转动定心凹面111；插口管体2的外壁上设置有插口定心段21、插口连接段22、以及插口配合段23，插口连接段22和承口连接段12之间设置有能够限制插口管体2与承口管体1脱离的连接结构，插口连接段22与承口连接段12之间、插口配合段23与承口配合段13之间均留有间隙，插口定心段21上设置有弧形的转动定心凸面211，转动定心凸面211与转动定心凹面111相贴合并确定承口管体1与插口管体2相对转动时的旋转中心；密封结构设置于承口定心段11与插口定心段21之间。
转动定心凹面111为球形凹面或椭球形凹面，椭球形凹面确定一椭球体，椭球体的小直径和大直径的比值为0.9～1，转动定心凹面111确定的球心P或椭球心位于承口管体1的轴线上。该球心P或椭球心即为承口管体1与插口管体2相对转动时的旋转中心。
承口管体1、插口管体2的材料为PE、PP-R、PVC或HDPE，这些材料均为软质的，并具有一点弹性的材料。
当转动定心凹面111为球形凹面时，转动定心凸面211为与其贴合的球形凸面，由于插口连接段22与承口连接段12之间、插口配合段23与承口配合段13之间均留有间隙，因此，在发生地质沉降时，管道接口处会受压而弯曲，插口管体2和承口管体1能够绕着转动定心凹面111确定的球心P相对转动一定的角度，使得管道接口处能够承受较大的弯曲变形，避免管道接口处应力过大而破裂；另外，由于转动定心凹面111和转动定心凸面211为相互贴合的球面，插口管体2和承口管体1相对转动一定角度后，二者依然保持紧贴，能够有效地提升密封性能，同时能够提升插口管体2和承口管体1的连接强度。
当转动定心凹面111为椭球形凹面时，其确定的椭球体的小直径和大直径的比值为0.9～1，这样的椭球体十分接近球体，且由于本发明的承插口结构为管道承插口结构，本身具有一定的弹性，插口管体2和承口管体1相对转动的范围一般在0-1.5度，因此，在发生地质沉降时，本方案的工作原理与转动定心凹面111为球形凹面的方案基本相同。
承口配合段13和插口配合段23为圆柱形或圆锥形的平壁段，插口连接段22和承口连接段12可以是圆柱段，也可以是从右至左逐渐缩小的锥形段。
在本发明一种方案中，承口定心段11、承口连接段12、以及承口配合段13沿着从右至左的顺序依次设置，插口定心段21、插口连接段22、以及插口配合段23沿着从右至左的顺序依次设置。在本发明的某些方案中，承口定心段11、承口连接段12、以及承口配合段13也可以采用其它的排列方式，比如承口定心段11位于最左侧，承口连接段12位于中间位置，承口配合段13则设置在最右侧。
优选地，转动定心凹面111为球形凹面，作为本发明进一步的改进，承口管体1内设置有限位台阶，限位台阶的台阶面400为与转动定心凹面111共球心的球形凹面，插口管体2的左端面25为与台阶面400相贴合的弧形凸面。插口管体2和承口管体1绕着转动定心凹面111确定的球心P相对转动时，限位台阶的台阶面400和插口管体2的左端面25也会随之产生相对滑移，但始终保持紧贴，能够进一步提升密封性和连接强度。
在本发明的一些方案中，比如图1所示的实施例1和图5所示的实施例2中，连接结构包括设置于承口连接段12的若干个环形凹槽100、以及设置于插口连接段22的若干个环形凸起200，每一环形凸起200卡入一个环形凹槽100中且二者之间留有间隙。环形凸起200的牙形为三角形、梯形、或圆弧凸起形。环形凸起200的牙形为三角形时，环形凸起200仅有左右两侧侧壁，可以是仅在环形凸起200的一侧留有间隙，也可以是在环形凸起200的两侧均留有间隙；环形凸起200的牙形为梯形、或圆弧凸起形时，环形凸起200有左侧壁、右侧壁以及顶壁，可以是仅在环形凸起200左侧与上侧留有间隙，也可以是仅在环形凸起200右侧与上侧留有间隙，还可以是在环形凸起200的左侧、右侧与上侧均留有间隙。
在本发明的另一些方案中，比如图7所示的实施例3中，连接结构包括设置于承口连接段12的内螺纹121、以及设置于插口连接段22的外螺纹221，内螺纹121与外螺纹221相啮合且二者之间留有间隙。螺纹的牙形为三角形、梯形、或圆弧凸起形。
参照图3，在本发明的实施例1中，至少一个环形凹槽100的左侧内壁上设置有第一贴合面101，第一贴合面101为与转动定心凹面111共球心的球形凹面，环形凸起200的左侧壁上设置有与第一贴合面101相贴合的第二贴合面102，第二贴合面102为球形凸面，环形凸起200的右侧壁和环形凹槽100的右侧内壁之间留有间隙。插口管体2和承口管体1绕着转动定心凹面111确定的球心P相对转动时，第一贴合面101和第二贴合面102也会随之产生相对滑移，但始终保持紧贴，能够进一步提升密封性和连接强度。
在实施例1中，插口配合段23与承口配合段13之间的间隙为第一间隙300，环形凸起200的右侧壁和环形凹槽100的右侧内壁之间的间隙为第二间隙500，各个第二间隙500的宽度按照从右至左的顺序逐渐增大，所有的第二间隙500的宽度均小于第一间隙300的最小宽度，第一间隙300的宽度从右至左逐渐增大。这样的设计中，距离旋转中心越远的位置间隙越大，便于插口管体2和承口管体1发生相对转动，通过能够合理布局，在满足接口可弯曲这一要求是前提下，尽可能保证插口管体2和承口管体1的管壁厚度满足要求。
本发明中，插口管体2上设置有插口台阶24，插口台阶24与承口管体1的右端面之间留有间隙，便于插口管体2和承口管体1发生相对转动。
密封结构包括设置于承口定心段11和插口定心段21之间的密封槽3及设置于密封槽3内的密封圈，密封圈优选以下两种方案，第一、密封圈为遇水膨胀材料制成；第二、密封圈包括橡胶密封圈内芯4和包裹在橡胶密封圈内芯4之外的膨胀层5，膨胀层5由遇水膨胀材料制成。当密封槽3处出现漏水的情况时，遇水膨胀材料会膨胀，将漏水的位置堵住，提升密封性能。
为了提升承口管体1的强度，承口管体1之外包裹有刚性的加强套管6，加强套管6由金属材料或钢筋混凝土制成。
以上仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。
