CN101157106A - 心轴密封部 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用简易的结构能提高作业性，而且能提高装置的耐久性的液压扩管装置的心轴密封部。该心轴密封部(1)在通过超高压液体将管板和插入到贯穿设置在该管板上的管孔内的管件接合起来的液压扩管装置中，在插入到管件的状态下，通过扩管工具部封入从主体部供给的超高压液体并从内表面对该管件进行扩径成型，具有心轴主体(2)、水管(3)与水管罩(4)，该心轴主体(2)与扩管工具部连接并被导入有超高压液体，该水管(3)安装在该心轴主体(2)的外周部上，封入超高压液体并进行扩径，该水管罩(4)覆盖该水管(3)的外周。
Description
技术领域
本发明涉及液压扩管装置的心轴密封部。
背景技术
现在，作为将换热器、冷凝器等的管件和管板接合起来的方法，使用辊轮扩管法、液压扩管法、密封焊接法、爆炸扩管法等。其中，由于使用数千气压的液压直接扩管的液压扩管法，通过利用液压能的正确牢固的扩管，可以在清洁的环境下进行作业，在许多方面得到应用。用辊轮扩管法，由于碾压有时在管内表面上会产生剥离(破损)，但用液压扩管法，由于向管的内表面施加均匀的液压来进行扩管，因此可以高精度地管理接触压力，可以进行可靠性高的扩管。
作为液压扩管装置的心轴密封部，如图5所示，有用水管103密闭心轴主体102的高压液体供给部的输出部L2，防止高压液体泄漏的水管型的构件(参照专利文献1)。
这种水管型的心轴密封部101具有导入超高压液体的心轴主体102、封入超高压液体的水管103、保持该水管103的前后部位的支撑环106、构成膨胀机构的楔形环107和膨胀环108。另外，在心轴主体102的外周、且是水管103的后侧，具有收容从管板突出的管件的突出量并进行水管103(扩管部位)的定位的轴环105。
而且，在膨胀环108上，沿膨胀环108的轴向，形成有从水管103侧的端面向与水管103侧的相反的一侧形成的切槽108a。
根据这样的结构，当被供给超高压液体时，如图6所示，由于液压，水管103发生膨胀(扩径)而进行管件W1的扩管成型。而且，在扩管成型后，水管103弹性地缩径，可容易将心轴主体102从管件W1中拔出。
专利文献1：日本实开昭58-49146号公报
但是，近年来，随着例如天然气设备用反应器、发电设备用供水加热器和石油化学精制设备的各种换热器等的管板尺寸的大型化，厚壁管板的扩管连接器的需求增加。对于这种厚壁管板的扩管连接器，使用辊轮扩管法一般是分几次进行扩管的分阶段的步进式扩管。这种分阶段的步进式扩管具有扩管时间长要花费很多工夫、引起管材的内表面粗糙、发生变形、容易产生扩管遗忘等问题。
另外，用水管型的液压扩管法，当相应于厚壁管板的厚度而加长水管103的长度时，如图6所示，有时会因为水管103不能够跟随扩管时的圆周和轴向的膨胀位移量，水管103的端部(粘接面)从心轴主体102上脱离(参照图6的附图标记h)，有时会产生高压液体漏出或扩径后水管103不能返回原始形状等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够解决上述问题、可以用简易的结构提高作业性、而且能够提高装置的耐久性的液压扩管装置的心轴密封部。
为了解决上述课题，本发明提供一种心轴密封部，在借助超高压液体将管板和插入到贯穿设置在上述管板上的管孔的管件接合起来的液压扩管装置中，在插入到上述管件的状态下，借助扩管工具部封入从主体部供给的超高压液体并从内表面对该管件进行扩管成型，其特征在于，具有心轴主体、筒状弹性体与弹性覆盖件；该心轴主体与上述扩管工具部连接，被导入上述超高压液体；该筒状弹性体安装在上述心轴主体的外周部上，封入上述超高压液体并进行扩径，该弹性覆盖件覆盖上述筒状弹性体的外周。
该液压扩管装置的心轴密封部，因为由弹性覆盖件覆盖筒状弹性体的外周，所以筒状弹性体沿弹性覆盖件的形状均匀地进行膨胀。为此，防止了由于筒状弹性物的卷起等端部(粘结面)从心轴主体剥离等的筒状弹性体(心轴密封部)的破损，另外，在扩管后的筒状弹性体收缩时，弹性覆盖件施加了使筒状弹性体返回原始状态的力，因此不会产生筒状弹性体不返回原始形状等问题。
因此，可以用一个工序进行厚壁管板的扩管连接，可以大幅度地提高作业效率，缩短工期和减小作业所需的费用。
另外，为了提高作业效率，相对于管件内径减小了心轴密封部的外径，因此，即使做成容易出入于管件的形状，也不会降低扩管成型的质量和心轴密封部的使用寿命等。
另外，由于用弹性覆盖件覆盖筒状弹性体，使筒状弹性体不与管件接触，筒状弹性体受到保护，因此作为消耗部件的筒状弹性体可以长期使用。
再有，所谓“超高压”，是指扩管成型必需的压力，根据管的尺寸和形状，一般来说，意味着是数千气压的压力。此外，作为“超高压液体”使用的液体，不受限制，一般使用水或油。
另外上述心轴密封部的特征在于，具有突出量收容构件，该突出量收容构件具有基部与外筒件，该基部固定于上述心轴主体的外周部，且固定在上述筒状弹性体的扩管工具部侧，该外筒件在上述基部的外周沿上述心轴主体的轴向移动；该突出量收容构件在由上述基部、上述外筒件和心轴主体之间形成的空间内收容上述管件的从上述管板突出的突出量。
根据该心轴密封部，由于可以相应于管件从管板突出的管件的突出尺寸的偏差，由突出量收容构件调整管件的突出尺寸的收容长度，因此可以可靠地进行扩管定位，可以高质量地扩管成型。
另外，上述的心轴密封部的特征在于，上述筒状弹性体和上述弹性覆盖件由尼龙、聚氨酯橡胶、软质氯乙烯、丁腈橡胶或氟橡胶构成。
该心轴密封部中，作为筒状弹性体和弹性覆盖件，由于使用尼龙、聚氨酯橡胶、软质氯乙烯、丁腈橡胶或氟橡胶等弹性强、磨损少的材料，因此是合适的，也就是说，在相对于管件进行插入和拔出时，由于与管件内表面的摩擦引起的损伤较少。另外，由于在扩管时快速地伸展并扩管、扩管后快速地返回原始的形状，因此可以提高扩管作业的作业效率。
根据本发明的液压扩管装置的心轴密封部，可以用简易的结构提高作业性，而且可以提高装置的耐久性。
附图说明
图1是表示用于说明本发明的优选实施方式的液压扩管装置的整体结构的立体图。
图2是表示本发明的优选实施方式的心轴密封部的结构的半剖视图。
图3(a)、(b)是表示本发明的优选实施方式的心轴密封部、管件和管板的图，(a)是表示将心轴密封部插入管件的扩管成型前的状况的半剖视图，(b)是表示由心轴密封部进行扩管成型时的状况的半剖视图。
图4(a)～(d)是表示本发明的优选实施方式的心轴密封部的突出尺寸收容部的详细情况的图，(a)和(b)是半剖视图，(c)和(d)是俯视图。本发明的第1优选实施方式的心轴密封部的结构的半剖视图。
图5是表示以往的心轴密封部的结构的半剖视图。
图6是表示用于说明以往的心轴密封部的动作的扩管成型时状态的要部剖视图。
具体实施方式
参照适当的附图，对本发明的优选实施方式进行详细的说明。
在参照的附图中，图1是表示用于说明本实施方式的液压扩管装置的整体结构的立体图。图2是表示本实施方式的心轴密封部的结构的半剖视图。图3是表示上述心轴密封部、管件和管板的图，(a)是表示将心轴密封部插入管件的扩管成型前的状况的半剖视图，(b)是表示由心轴密封部进行扩管成型时的状况的半剖视图，图4是表示上述心轴密封部的突出尺寸收容部的祥细的图，(a)和(b)表示半剖视图，(c)和(d)是俯视图。
本实施方式的液压扩管装置10的心轴密封部1在经高压液体将管板和插入到贯穿设置在管板上的管孔内的管件接合起来的液压扩管装置10中，在插入到管件的状态下，经扩管工具部12封入从主体部11供给的超高压液体并从内表面对该管件进行扩管成型。如图1所示，液压扩管装置10具有心轴密封部1、向该心轴密封部1注入超高压液体的扩管工具部12、将超高压液体供给到该扩管工具部12的主体部11。
该心轴密封部1安装在扩管工具部12上，从主体部11通过超高压管11a供给超高压液体。此外，扩管工具部12和主体部11由控制用的油压管11b和减压用的排水管11c连接。
心轴密封部1作为液压扩管装置10的附件来安装，心轴密封部1插入进行扩管加工的管件W1中，封入超高压液体后形成超高压室P，用该超高压室P的压力对管件W1进行扩管成型，从而将管件W1和管板W2接合起来(参照图3(b))。另外，在本实施方式中，作为管件W1，使用截面为圆形的构件，但管件W1的截面形状不限于此。
如图1和图2所示，心轴密封部1具有心轴主体2、水管(筒状弹性体)3与水管罩(弹性覆盖件)4，并由它们形成；其中，该心轴主体2与扩管工具部12连接，并导入有超高压液体，该水管3安装在该心轴主体2的外周部上，在作为工件的管件W1和心轴主体2之间封入超高压液体而形成超高压室P(参照图3(b)，该水管罩(弹性覆盖件)14为圆环状，覆盖该水管3的外周。
另外，心轴密封部1在水管3的心轴主体2的轴向上的前后，具有支撑环6、固定环7和扩张环8，该固定环7和扩张环8被配置成使该支撑环6保持在心轴主体2的轴向上。而且，在扩张环8上形成沿轴向的切槽部8a。
另外，在心轴主体2的外周，且是在水管3的后侧，安装有用于调整扩管位置的轴环(突出量收容构件)5。
如图2所示，心轴主体2是形成为圆棒形状的构件，从扩管工具部12(图1)侧的端面(本图中右侧的端面)连通到水管3的超高压液体的流路L1，沿轴向形成到心轴主体2的中央部，设有从心轴主体2的中央部连通到水管3的连通孔L2。在本实施方式中，设置1个连通孔，但连通孔L2的数量不受限制，例如，也可以放射状地设置4个连通孔L2。
另外，在心轴主体2的后侧(本图中的右侧)上安装有与扩管工具部12(图1)连接的头部连接器2a。另一方面，在心轴主体2的前侧(本图中的左侧)上安装有螺母2b。
水管3是由尼龙、聚氨酯橡胶、软质氯乙烯、丁腈橡胶或氟橡胶中的任何一种构成的袋状构件，如图2所示，水管3设置在心轴主体2的外周面上。如图3(b)所示，水管3向心轴主体2的流路L1内导入超高压液体，在从连通孔L2排出液体时，在内部封入超高压液体而形成超高压室P。
如图2所示，本实施方式的水管3通过折返板状的弹性件的两端而形成粘接面3a、3a，将该粘接面3a、3a沿心轴主体2的外周面粘接成圆环状来形成为管状。另外，水管3使粘接面3a、3a与心轴主体2完全紧贴，以使封入内部的高压液体不会漏出来。此外，在本实施方式中，使用板状的弹性件形成水管3，但构成水管3的材料不受限制，例如，也可以通过粘接筒状弹性件的两端来形成圆环，将其配置在心轴主体2的外周上。
由于水管3粘接在心轴主体2的外周上，以使超高压液体不会漏出，因此不用担心污染作业环境。
再有，构成水管3的材料，只要是弹性强、磨损少的材料即可，不局限于上述材料。另外，水管3的形状，只要能沿水管罩4的形状均匀地进行膨胀即可，没有什么限制。
水管罩4是由尼龙、聚氨酯橡胶、软质氯乙烯、丁腈橡胶或氟橡胶中的任何一种构成的筒状(圆环状)构件，如图2所示，水管罩4的两端(前端和后端)固定在支撑环6上，以便覆盖水管3的外周。水管罩4的外周面与支撑环6的外周面齐平。另外，构成水管罩4的材料，只要是弹性强、磨损少的材料即可，不限定于上述材料。此外，水管罩4的形成方法，只要能覆盖水管3的外周即可，没有什么限制，可以从适宜的众所周知的方法中选定。此外，水管罩4的截面形状可以根据管件W1的截面形状形成，不限定为圆环状。
水管罩4保护水管3，同时在扩管后增加使水管3复原的力。另外，水管罩4的外表面和支撑环6的外表面齐平，由于做成齐平表面，因此，在向管件W1插入或从管件W1拔出水管罩4时，不会卡在管件W1等上。
再有，水管罩4的外周面和支撑环6的外周面也不一定是齐平表面，例如，也可以配置成水管罩4的外周面位于支撑环6的外周面的内侧(心轴主体2一侧)。
如图2和图4所示，轴环5由基部51、可动部52与固定件53构成，该可动部52沿基部51的外周在心轴主体2轴向前后移动，该固定件53旋合在形成于可动部52上的螺纹孔内且顶端与基部51的外周面抵接。
轴环5是通过将扩管成型时的管件W1的从管板W2突出的伸出长度c设定为恒定值，将水管3配置在相对于管板W2的规定位置上，能进行高质量的扩管成型的构件。也就是说，通过在由基部51、可动部52和扩张环8之间形成的恒定长度的空间5a内插入管件W1的从管板W2突出的顶端部分(突出量)的状态下，压入心轴密封部1直到可动部52与管板W2抵接，将管件W1的突出长度c设定为恒定值。
基部51是固定在心轴主体2外周上的构件，其后端与头部连接器2a的前表面抵接。基部51由固定部51a与突出部51b一体构成，该固定部51a是固定在心轴主体2上的部分，该突出部51b从固定部51a向前侧突出并外装可动部52。
固定部51a是其内径与心轴主体2的外径相同的筒状构件，固定在心轴主体2的外周面上。另外，将固定部51a固定于心轴主体2的固定方法不受限制，可以通过适当的众所周知的方法进行。
将突出部51b形成为筒状，使之从固定部51a的前表面突出，并形成为覆盖扩张环8的外周缘部的状态。在突出部51b的外周面上，设置由橡胶板材构成的保护构件54，提高了由固定件53固定可动部52的固定度。
可动部52是配置在基部51的突出部51b的外表面上的筒状构件，具有比突出部51b的外径稍大的内径，可以沿突出部51b向前后方向移动。通过前后移动可动部52，在可动部52、基部51(突出部51b)和扩张环8之间形成能插入管件W1的突出量的空间5a(图2、图4)。即在缩短管件W1的突出长度c时，如图4(a)和(c)所示，使可动部52向基部51方向移动来缩短空间5a的轴向长度，在加长突出长度c时，如图4(b)和(d)所示，通过使可动部52向与基部51相反的一侧移动来加长空间5a的轴向长度，调整突出长度c。
在可动部52上，在多个部位形成用于螺纹连接固定件53的螺纹孔，然后，由固定件53将可动部52固定在基部51的突出部51b的规定部位。
固定件53将可动部52固定在基部51上，并将突出长度c调整到所希望的长度，该固定件53只要能够固定可动部52即可，其结构等不受限制，在本实施方式中，由止动螺钉构成固定件53。将固定件53螺纹连接在贯通可动部52的螺纹孔内，在固定可动部52时，通过将固定件53的前端抵接在基部51(保护构件54)来固定可动部52。
再有，轴环5的结构只要能调整管件的突出长度c即可，没有限制。例如，也可以将可动部52做成固定构件，将基部51做成能够滑动。另外，保护构件54是根据需要设置的构件，也可以不必设置。
支撑环6具有环状的圆板形状，由聚氨酯橡胶等弹性构件构成，支撑环6随着扩管成型时的水管3和水管罩4的变形一起变形，在扩管成型后增加使水管罩4和水管3返回原始形状的力。另外，也可以不必设置支撑环6。
如图2所示，固定环7具有环状的圆板形状，形成有面向与扩张环8接触的端面、外径收缩的楔形部分。而且固定环7的楔形部分与扩张环8的锥形部分相匹配，在紧密接触的状态下结合。
如图2所示，扩张环8具有筒状的圆形形状。在扩张环8的固定环7侧的端面上，具有朝向与固定环7接触的端面侧、内径扩大的锥形，设置有利用超高压液体的液压将固定环7的楔形部分推压在锥形部分，能向径向扩张的切槽部8a。
另外，扩张环8的结构不受限制，可以适当设定。
另外，通过适当设定固定环7的楔形部分和扩张环8的锥形部分所形成的倾斜角，可以调整扩张环8的扩径方向的推压力和行程，为此，根据作为工件的管件W1的尺寸和管件W1与管板W2的间隙(扩径行程)等诸多条件，设定该倾斜角，从而可以得到最佳的扩管成型条件。
接着，参照图3(a)和图3(b)，对本实施方式的心轴密封部1的动作进行说明。
心轴密封部1在插入到进行扩管的换热器等的管件W1内的状态下(图3(a))，向心轴主体2供给超高压液体并开始扩管作业。
当从心轴主体2(流路L1、连通孔L2)向水管3(超高压室P)注入超高压液体时，水管3向径向膨胀(扩径)，同时水管罩4也向径向膨胀(扩径)(图3(b))。
这样一来，利用逐渐增压的超高压室P的液压能，使管件W1从内侧扩张，使管件W1的外表面与管板W2的孔的内表面接触。而且，进一步使超高压室P的压力继续上升，将管件W1压靠在管板W2上，管板W2的孔发生弹性变形。此时，将管件W1变形到塑性区域，解除了超高压室P的压力之后，在管件W1和管板W2之间产生接触残余应力而牢固地固定。
再有，由于水管3的外周被圆环状的水管罩4覆盖，因此封入的超高压液体的压力不会集中在一点上，而是被分散，在维持了圆筒形状的状态下均匀地膨胀。然后，超高压室P的能量均匀地作用在管件W1的内表面。为此，防止水管3因不均匀地膨胀而变形，不会产生其粘接面3a从心轴主体2上剥离这样的不良现象。也就是说，即使与管件W的内径相对的心轴密封部1的外径比原来的小一些，且使水管3进行较大的膨胀，也可以进行高质量的扩管成型，在水管3上也不会产生破损。
当扩管成型结束后，超高压室P被减压时，水管3和水管罩4因各自的复原力而收缩。由于水管3被水管罩4覆盖，因此，通过增加水管罩4的收缩力，可以使水管3更可靠地返回到原来的状态。
由于水管3和水管罩4通过使超高压室P减压而返回到原始状态，因此可以容易地将心轴密封部1从管件W1中拔出。
根据以上的本实施方式的液压扩管装置的心轴密封部，由于水管罩4从外周保持水管防止了水管3不能追随扩管时的圆周和轴向的膨胀位移量而使水管3的粘接面从心轴主体2上剥落，因此使用厚壁管板的扩管连接器(例如，超过500mm的长度)的扩管也可以一次完成，从而可以提高作业效率，大幅度缩短工期，可以在内表面不形成凹凸，高质量地进行作业。
另外，由于通过由水管罩4覆盖水管3，水管罩4增加使扩管后的水管3返回原来形状的力，因此可以对水管3进行比以往更大的扩径(膨胀)。其结果，与以往相比，可以缩小心轴密封部1的外径，使之容易插入管件W1内。
另外，通过由水管罩4覆盖水管3，在扩管后可以可靠地将心轴密封部1的形状返回到原始的状态，不形成水管3的突出，心轴密封部1从管件W1中出入时不会产生损伤。
另外，对于轴环5，由于其构成为能调整管件W1的突出量能插入的空间5a的长度，因此即使在管件W1的突出长度上有偏差，也能将水管3配置在所希望的扩管位置上，可以进行高质量的扩管作业。
通过由水管罩4覆盖水管3，即使使水管3进行较大的膨胀，也能防止该水管3从心轴主体2上脱离，因为提高了水管3的寿命，因此可以长期使用该装置，并能抑制超高压液体的漏出。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述的实施方式，可以进行适当的变更来进行实施。
例如，在上述实施方式中，在水管的外周配置一个水管罩，但也可以根据扩管的管件的内径，配置多个水管罩。
另外管件的扩管长度(管板的厚度)也没有限制，可以适当地设定。
另外，如果管件的突出量是恒定的，轴环也可以不采用调节用于收容突出量的空间的长度的结构。
Claims (3)
1.一种心轴密封部，在通过超高压液体将管板和插入到贯穿设置在上述管板上的管孔内的管件接合起来的液压扩管装置中，在插入到上述管件的状态下，通过扩管工具部封入从主体部供给的超高压液体并从内表面对该管件扩管成型，其特征在于，
上述心轴密封部具有心轴主体、筒状弹性体与弹性覆盖件，
该心轴主体与上述扩管工具部连接，被导入有上述超高压液体；
该筒状弹性体安装在上述心轴主体的外周部上，封入上述超高压液体并进行扩径；
该弹性覆盖件覆盖上述筒状弹性体的外周。
2.根据权利要求1所述的心轴密封部，其特征在于，具有突出量收容构件，
该突出量收容构件具有基部与外筒件，该基部固定于上述心轴主体的外周部，且固定在上述筒状弹性体的扩管工具部侧，该外筒件在上述基部的外周沿上述心轴主体的轴向移动，
该突出量收容构件在由上述基部、上述外筒件和上述心轴主体之间形成的空间内收容上述管件的从上述管板突出的突出量。
3.根据权利要求1或2所述的心轴密封部，其特征在于，上述筒状弹性体和上述弹性覆盖件由尼龙、聚氨酯橡胶、软质氯乙烯、丁腈橡胶或氟橡胶构成。
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