经管道连接测试表明，引起管道连接件泄漏的一个主要原因是机械振动

液压系统的结构形式多种多样，却没有一种能保证绝对不会发生泄漏。因此，在设计一套液压气动系统时应仔细选择其连接件，尤其要慎重考察其在机械振动工矿下的抗疲劳能力。因为这是系统泄漏的主要原因，也是系统压力下降、能耗增加的主要因素。

液压气动系统引起的泄漏每年都会给企业带来高达几百万欧元的经济损失。例如一台设备的工作压力为0.7MPa，电价为6欧分/度时，泄漏所带来的经济损失每年可高达22000欧元。也就是说，更换一个100欧元的冷凝水放水阀，每周可节约泄漏费用50欧元。

通常情况下一套流程生产设备有上百个冷凝水放水阀，因此每年可能会有上百个“无效密封的泄漏损失”。此外，还有一些不易察觉的泄漏也会增加财务方面的经济损失。泄漏不仅会增加损失，而且还有可能带来环境污染，并影响生产设备的加工质量。

原则上讲，所有管道连接形式都存在泄漏的可能，无论其使用的是ISO标准的管道，还是高精度管道。若设备运行时有机械振动，还会增加泄漏的可能性。这是因为元器件会产生振动疲劳现象，这是一个无法避免的干扰因素，而且还会因金属材料的内部缺陷、不良连接、超负荷的侧向负载或不正确的装配而加剧。

泄漏可能性随振动的增加而增加

工程师们通过大量试验对振动疲劳现象的加剧进行了检验，且在此基础上提出了Markl疲劳关系理论，得出了一条表示振动次数与试件承受重复振动载荷时使用时间的关系曲线。由此得出下列结论：交变载荷的频率越高，液压气动管道连接件失效的可能性就越大。在连接件中经常遇到的增加失效可能性的因素是连接件槽的深度或者管件凹槽和缺口。管件的凹槽和缺口是指相互连接时产生的缺陷。

图1  圆柱形SAE管螺纹依靠弹性密封件来密封，满足了机械连接的要求

然而，在管道连接时常常无法检测出管道工作环境的真实条件，而这些真实条件往往又是引起泄漏的重要原因。其中两个尤为重要的原因分别是：零部件的结构形式，即用于将管道连接到整个系统中的连接部件的种类；连接件安装、使用和维护保养人员的理论知识和实践经验。

事实上，在任何系统和工作条件下都能绝对不泄漏的理想连接是不存在的。但是对目前市场中常见的连接件进行仔细考察还是非常有益的。无论采用何种连接形式，正确有效的系统管理都是必不可少的。一套性能优异的液压气动系统应同时配备功能强大的能源管理软件，这是一项有效节能和防止泄漏的措施。

焊接是一种能很好抵制机械振动的连接方式，其抗振动和耐疲劳强度由连接件的承载能力和质量决定。但是，管接头的焊接也存在一定缺陷。首先，其需要专业的焊接设备及经过专业培训的焊接工人，因此费用很高。另外，在系统连接中，管接头焊接所需要的安装时间要比其他安装方式长很多。最后，在液压气动系统中，管道和零部件的可接近性能通常不是很好，若维修人员无法达到焊接管接头的位置处，则需要借助其他工具才能对其进行维修保养。

在液压气动系统中最常用的连接方式是螺纹连接件，尤其是NPT系列连接件。其不仅有锥形的内螺纹，而且还有锥形外螺纹。其密封方式为较合理的挤压密封，即在被连接件接触表面由金属挤压而形成的密封。也就是说此密封是在螺纹牙型间以及螺纹牙型齿顶和齿底间进行的密封。

基于金属材料分子间的亲和力，装配时金属材料会咬合在一起，在拆卸时又被撕裂和拉断，尤其当两个相互接触的零件都是由碳素钢和不锈钢材料制成时，这种情况尤为突出。在扭紧NPT螺纹连接件前，应在外螺纹上涂敷润滑油脂或有润滑作用的密封剂，从而避免泄漏损失。PTFE聚四氟乙烯密封带就是一种弹性螺纹密封件。无论是密封胶或者PTFE聚四氟乙烯密封带涂敷或者包裹在螺纹齿顶、齿面或齿间，都必须注意以下几点。

（1）使用密封带时，密封带在外螺纹上缠绕两三圈即可。

（2）密封胶带应尽可能少的超出第一道螺纹。因为超出第一道螺纹的密封胶带安装后可能被撕下来，进入系统中对元器件造成损害。

（3）在缠绕密封胶带时，从螺纹末端方向看应为顺时针方向缠绕。若缠绕方向错误，密封胶带就起不到密封和润滑作用，反而可能会引起泄漏。

（4）应将多余胶带清除干净，胶带自由端应紧贴螺纹牙形。用拇指和食指将胶带在重叠处压紧。但不能压的太紧，若太紧会使牙形刺穿胶带，引起连接螺纹的咬死或粘连，在这种情况下就需要多缠绕一些胶带。

（5）使用后再次拆开连接件时，必须彻底清除用过的胶带，然后用新胶带密封。若旧胶带清除的不干净，则可能在二次连接后引起泄漏。

具有密封功能的SAE连接螺纹

另一种弹性连接螺纹是圆柱形SAE螺纹。一般来讲，这种螺纹的用途是将连接件安装在规定位置上，因此该螺纹本身是没有密封功能的，通常是由外螺纹端部的弹性密封垫来密封的（见图1）。弹性密封垫在端部或者平整的肩部支撑面的作用下压向内螺纹。与NPT螺纹相比，这种螺纹密封方式在维护保养和可接近性能等方面都有着明显优势。

其他在液压气动技术领域中常用的螺纹种类还有圆柱和圆锥的ISO标准螺纹、干式密封的NPTF锥管螺纹以及37牙型角的AN螺纹。就工作原理来讲，ISO螺纹和NPT螺纹类似，二者都是依靠螺纹牙形进行密封的。圆柱形SAE螺纹的密封是依靠弹性合成材料制造的密封件或密封圈进行密封的，二者的密封作用和使用功能几乎完全相同。

圆锥形NPTF螺纹具有干式密封功能，其螺纹牙底的变形较螺纹牙尖要小。连接时，在外力作用下螺纹牙尖与螺纹牙底相互挤压起到密封作用。当螺纹牙尖、牙底和齿形成对的相互接触时，强大的外力挤压就会产生良好的密封效果，这就是所谓的干式密封。但是，某些材料，如碳素钢和不锈钢材料，采用此种密封方式就容易出现咬死和粘连现象，导致事后无法进行维修和改进。

内部摩擦力是螺纹连接的缺点

37牙型角的AN锥管有着与SAE和ISO标准圆柱管类似的螺纹。而37牙型角的外螺纹有着圆锥形的螺纹末端，内螺纹末端则呈漏斗形，可起到很好的密封作用。这种连接方式常用于液压系统的连接。

虽然在液压气动系统中螺纹连接是一种应用非常广泛的连接方式，但是它们却有着相同的物理缺陷：由于管道系统内表面形成的压力降，使得系统满足不了对流速性能的需求。这种由于管道内部摩擦而引起的压降效应可利用雷诺数来表示：Re=DVρ/μ。其中，雷诺数（Re）是管道内径D、平均流速V和液体介质密度ρ三者之积除以动态粘度系数μ的商。

另外，可以通过对管道中雷诺数的检测换算出管道的摩擦系数。这一摩擦系数与管道内表面的相对粗糙度有关。根据它们之间的相互关系式进行的测试表明：管道的直径和管道表面粗糙度等都会影响流速。管道直径较大时，通常都是湍流流动，此时管道内表面的摩擦带来的压力损失就较大。除此以外，在大直径管道方向变化时通常使用的都是45或90的弯管。由于这种弯头的内部直径是突然改变的，因此也会出现湍流的倾向，进一步加剧压力的下降。

锁紧螺母连接是在连接件市场上占据首位的液压气动系统连接方式。通常情况下锁紧螺母连接装置由3部分组成，即锁紧螺母、密封件和锁紧环。在这种连接方式中，管道是依靠摩擦力来固定的（见图2）。与螺纹连接相比，锁紧螺母连接无需板牙和丝攻等专用工具。另外，其密封件还可以是线性密封件。

图2  扩口螺母连接方式无需专用工具，但是由于其依靠摩擦力进行连接，因此仅适用于工作压力较低的场合

但是这种管道连接方式仅适于系统工作压力较低的应用场合，而且这种连接方式可以使用的材料种类也是有限的，多数情况下使用的是黄铜，但是在振动、热循环和其他动态负载较大的工作条件下，其功能也不尽如人意。

扩口螺纹连接也由3部分组成，包括锁紧螺母、空心套以及扩口体。通常情况下使用的空心套壁厚都较薄或者选用较软的材料。与传统扩口螺纹连接结构相比，现代扩口螺纹连接方式所能承受的工作压力更高。其可选的制造材料种类很多，能够覆盖的密封范围更广，而且有修复和修整的可能性。

在安装时扩口螺纹连接需要专用的扩口工具对管口进行扩口。而扩口会引起应力提高，可能在薄壁和脆性管口上引起轴向裂纹。由割管机或钢锯下料引起的管口断面不整齐也会导致密封面的不一致。

采用卡套式连接，无需特殊的专用工具，而且能承载比扩口螺母连接更高的工作压力。这种连接方式由锁紧螺母、卡套体和一个或多个有着锋利前刃口的锁紧环组成。这些锋利的刃口在连接时切入管子表面，起到了很好的固定作用。第2个长度方向上的密封可在锁紧环与管道内锥处完成密封。

在两个锁紧环之间进行功能分配

很多情况下卡套式连接中只用一个锁紧环，此时锁紧环的锋利刃口就有两种功能。其一是刃口必须切入管道，起到固定管道的作用；同时刃口还要发挥密封作用。在这种情况下，一种功能往往会影响另一种功能的正常发挥，或者说增加了另一种功能的负担。而使用两个锁紧环的卡套式连接件则很好的解决了这一问题：一个锁紧环主要负责管道的固定，另一个锁紧环则负责密封。

机械的卡套式连接件通常都是使用两个锁紧环。这种连接方式犹如一个弹簧加载的密封件，在锁紧环发挥密封作用时，能够防止其退回。在扭紧卡套式连接件时，前锁紧环会略微发生弹性形变，并切入管道表面起到密封作用。在轴向力的作用下，后面第二个锁紧环的刃口也切入管道，并保持管道位置固定，从而提高抗振动能力。

卡套式连接件第一次使用拆开后还可再次安装，而且不会损坏连接件或管件。另外，一些卡套式连接件的生产厂家还提供了专门的检具，保证在第一次连接时可靠的扭紧。连接时不能有效的扭紧是一些高硬度材料管件（例如不锈钢管材）泄漏的主要原因。

除正确选择液压气动系统的连接方式外，能源管理也是生产过程优化的重要因素。市场上的能源管理软件多种多样，但在选择时应注意生产中使用的仪器设备、工具和工艺装备等方面的问题，如压缩空气、蒸汽、热水及冷却水的供应问题。