CN101634386B - 用于压力管道的旋转体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于压力管道的旋转体，其中，该旋转体沿中心轴线延伸并绕中心枢转点旋转，其中所述旋转体包括上游连接件和下游连接件，该上游连接件的下游端部和所述下游连接件的上游端部通过环形组件可相互枢转地连接，其中各个连接件设置有基本上定位在所述环形组件内的环绕的轴肩，其中各个所述轴肩具有曲率半径，并且各个曲率半径的中心位于所述中心轴线上并偏离所述中心枢转点。

Description

用于压力管道的旋转体

技术领域

本发明涉及一种用于压力管道(pressure conduit)的旋转体。

本发明还涉及一种用于根据本发明的旋转体的环形组件。

本发明还涉及一种用于根据本发明的旋转体的管道端部(pipe-end)。

本发明还涉及一种用于根据本发明的旋转体的基座。

本发明还涉及一种用于组装根据本发明的旋转体的方法。

本发明还涉及旋转体在压力管道上的应用。

背景技术

现有技术中公开有用于压力管道的旋转体。这种旋转体连接在管道部分之间，并且允许管道部分绕中心轴线相互旋转以及相对于所述中心轴线进行有限的旋转。所述管道部分绕所述中心轴线的旋转实际上是不受限制的，但所述管道部分相对于所述中心轴线的旋转通常不大于5°。这些旋转体被设计为球形接头(ball-joint)，其中，施加在旋转体上的力(该力主要由压力管道内的压力导致)通过球形表面吸收。其缺陷在于当压力管道内的压力增加时，需要按比例增大整个旋转体的尺寸以使载荷保持在同等水平。另外，这具有需要增加使用的材料和增大设计体积的缺陷。

NL 58182公开了一种用于使疏浚船的抽吸臂连接到漂浮管道的球形接头。按比例地增大这种已知的球形接头，例如相对于该球承内部所能承受的压力而按比例增大这种已知的球承，将会导致该球形接头变大，从而产生不利的球形接头。

US 4068868和US 4173360都公开了具有分层弹性支承组件的柔性接头。该柔性接头适于连接管状部件并允许这些管状部件相对倾斜。所述分层弹性支承组件内的切变允许这种相对倾斜。每个弹性支承组件的最外层和最内层由弹性材料制成，这些层固定(例如，通过硫化)到壳体部件以及这些层所支撑的主体的表面上。另外，弹性层和刚性层也适当地相互固定(例如，通过硫化)。因此，该柔性接头只允许相对小的倾斜角度，这使得该柔性接头不适宜用在将排放弯曲部件连接到疏浚船或船的旋转体上，因为在使用时所述排放弯曲部件和漂浮管道需要能够相对于所述疏浚船转动至例如180°以上。另外，所述分层弹性支承组件起到类似于弹簧的作用，这会因所述接头位置的不同而向所述疏浚船传递不想要的载荷，从而使得疏浚过程的可控性下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的旋转体，其中，全部或部分地消除上述提到的至少一个缺陷。

为此，本发明提供一种用于压力管道旋转体，该压力管道用于输送挖掘的混合物，其中，该旋转体沿中心轴线延伸并绕位于所述中心轴线上的中心枢转点旋转，其中所述旋转体包括上游连接件和下游连接件，所述上游连接件的下游端部和所述下游连接件的上游端部通过环形组件可相互枢转地连接，其中所述环形组件能够相对于所述两个连接件枢转。所述环形组件能够相对于所述两个连接件旋转的能力允许该两个连接件沿较大的半径相互旋转，从而能够以材料经济高效(material-efficient)的方式分散轴向力。所述连接件通过所述旋转体相互连接，特别是通过所述旋转体保持在一起，更特别地，所述连接件通过所述旋转体可枢转地相互夹持。特别地，本发明在所述上游连接件与所述旋转体之间以及所述下游连接件与所述旋转体之间设置有第一球形接头和第二球形接头。

在根据本发明的旋转体的一种实施方式中，各个连接件在管壁附近设置有基本上位于所述环形组件内的环绕的轴肩，其中，所述轴肩具有曲率半径，各个曲率半径的中心位于所述中心轴线上并位于所述中心枢转点之外。优选地，所述两个环绕的轴肩基本上定位在所述环形组件内。使用具有不同曲率半径的轴肩能够使得所述旋转体相对于所述压力管道内的压力所导致的轴向载荷最优化。该优化能够不依赖于所确定的自由度，此处，所述自由度由所述连接件的相互移动来限定。

在根据本发明的旋转体的一种实施方式中，所述曲率半径的中心偏离所述中心枢转点。因此，所述轴肩的内周更趋于与所述中心轴线垂直，这是吸收由所述压力管道内的压力所导致的轴向力的有利的出发点。

在根据本发明的旋转体的一种实施方式中，所述环形组件能够沿基本上横向于所述中心轴线的方向相对于所述两个连接件滑动。

在根据本发明的旋转体的一种实施方式中，所述旋转体还包括：

球状部，该球状部位于所述环形组件内并固定地连接到所述两个连接件中的一个连接件上；

容纳座，该容纳座固定地连接到具有杯状件的所述两个连接件中的另一个连接件上以容纳所述球状部；

其中，与所述容纳件连接的所述球状部限定了所述中心枢转点，所述两个连接件能够绕该中心枢转点相互枢转。另外，所述球状部和所述容纳座能够分散径向力。

在根据本发明的旋转体的一种实施方式中，所述容纳座还包括用于朝向所述杯状件引导所述球状部的圆柱件。所述圆柱件使得所述球状部和所述容纳座特别适于分散径向力。

在根据本发明的旋转体的一种实施方式中，所述压力管道的半径小于所述球状部的半径，所述球状部的半径小于所述轴肩的曲率半径。这充分说明该旋转体相对于轴向力的优化不依赖于对所述连接件相互枢转的限定。

在根据本发明的旋转体的一种实施方式中，从穿过所述中心轴线的平面上观察，所述轴肩限定的轴肩角度α小于45°。所述轴肩的横向于所述轴向力的凸出表面因具有大曲率半径因而是有利的，从而能够限制所述轴肩的尺寸，这对于材料使用和安装整个所述旋转体所需的空间都是有利的。

在根据本发明的旋转体的一种实施方式中，所述轴肩包括防磨损元件，优选地，该防磨损元件包括尼龙或铜。这种防磨损元件优选设置在所述轴肩的支承表面上。

在根据本发明的旋转体的一种实施方式中，所述旋转体还包括支承轴颈，该支承轴颈沿所述中心轴线延伸并基本上与所述中心轴线同轴。

在根据本发明的旋转体的一种实施方式中，邻近于所述环绕的管壁的所述轴肩的外表面限定了相对于所述中心轴线的大于45°的锐角。

为此，本发明还提供基座，该基座包括基座框架和环形立式止推轴承，该环形立式止推轴承可枢转地连接到所述基座框架上，并适于支承根据本发明的旋转体的支承轴颈。

为此，本发明还提供用于根据本发明的旋转体的环形组件，其中，该环形组件包括至少两个环件，每个环件设置有凸缘以将所述环件相互连接。

在一种实施方式中，所述环形组件还包括绕所述环形组件的中心轴线转动的环形卡圈，该环形卡圈与所述轴肩接合，其中，所述轴肩和环形卡圈各自具有相互适应的曲率半径。

为此，本发明还提供一种适于在根据本发明的旋转体内用作连接件的管道端部，其中，所述管道端部设置有一体形成的轴肩。

在一种实施方式中，所述管道端部还包括球状部或杯状件，其中，所述轴肩的曲率半径大于所述球状部和杯状件的曲率半径。

为此，本发明还提供一种用于组装根据本发明的旋转体的方法，该方法包括以下步骤：

将所述连接件的具有轴肩的端部相互连接；

使所述环件在所述连接件上朝所述具有轴肩的端部滑动；

将所述环件相互连接以形成环形组件。

本发明还提供所述旋转体在所述压力管道内的应用。

显然，本专利申请中提及的各个方面可以结合，每个方面均可以为提出分案申请而被认为是独立的。

附图说明

附图显示了旋转体的各种实施方式，其中：

图1是具有旋转体的疏浚船在使用时的透视示意图；

图2显示了带有弯曲部件的旋转体，该弯曲部件设置有支承轴颈；

图3a显示了现有的旋转体的横截面图；

图3b显示了图3a中的旋转体位于旋转位置；

图4显示了图3a至图3b中的旋转体的透视图；

图5a显示了根据本发明的旋转体的横截面图；

图5b显示了图5a中的旋转体位于旋转位置；

图6显示了图5a至图5b中的旋转体的透视图。

附图标记说明：

1旋转体                     2中心轴线

3中心枢转点(旋转点)         4上游连接件

5下游连接件                 6环形组件

7上游端部                   8下游端部

9环绕的轴肩                 10曲率半径的中心

11曲率半径的中心            12环绕的凸缘(焊接于管颈部)

13环绕的凸缘(焊接于管颈部)  14球状部

15球形接头座/连接座         16圆柱件

17杯状件                        18a，18b环件

19外壳体                        20卡圈

21凸缘                          22凸缘

23上游连接件                    24下游连接件

25假想的圆                      26假想的圆

27中心轴线                      28环形卡圈

29，30环绕的凸缘(焊接于管颈部)  31连接座/球形接头座

32杯状球形座                    33假想的圆

34球状部                        35疏浚船

36抽吸管                        36a铣轮

37系留柱                        38环形立式止推轴承

39弯曲部件                      40环绕的管壁

41枢轴                          42垂直轴线

43中心                          44支承轴颈

45基座                          46安装孔

47轴承衬套的外周                48轴承衬套

49挡圈的曲率                    50挡圈

51围壁的曲率                    52围壁

53水面                          54输送管道部分

55输送管道部分                  56容纳件/壳体

57支撑件                        58a轴肩的外表面

58b环形卡圈的内表面             60环形组件的中心轴线

具体实施方式

图1显示了具有根据本发明的旋转体1的疏浚船(dredging vessel)35在使用时的透视示意图。疏浚船35使用铣轮(cutter head)36a松动河床底层的污泥。该污泥通过抽吸管36和输送管道54，55运送到最终目的地(例如垃圾堆积场)。所述疏浚船在水面上颠簸、摇摆并倾斜，从而会围绕系留柱37枢转。因此，输送管道54，55中的位于疏浚船上的输送管道部分54会相对于漂浮在水面53上的输送管道部分55移动。旋转体1使得输送管道部分54，55能够沿水平面枢转。连接件4，5绕垂直轴线相互枢转一个角度(例如，实际为180°)。弯曲部件39将输送管道部分55与旋转体1连接在一起，该弯曲部件39设置有枢轴，该枢轴可枢转地支撑在枢轴支撑件38上。另外，所述枢轴用于传递和分散施加在输送管道55上的轴向力。

图2显示了与弯曲部件39连接的旋转体1。弯曲部件39设置有枢轴41和枢转支点(即支承轴颈)44。弯曲部件39固定并且流体密封地连接于连接件5，并因此能够围绕垂直轴线42枢转。与下游连接件5连接的弯曲部件39能够独立于上游连接件4绕垂直轴线42枢转。所述连接件4能够绕中心轴线2枢转。旋转体1分别与连接件4，5流体密封地连接，以能够在压力下输送流体。弯曲部件39流体密封地连接到图1中的输送管道55。当疏浚船35和输送管道55绕基本垂直的轴线相互枢转时，连接件4，5将相互枢转。实际上，中心轴线2和垂直轴线42的对齐将发生改变。该改变的结果是连接件4，5绕所述垂直轴线相互旋转还将使所述两个连接件绕水平轴线旋转一定的角度。旋转体1允许连接件4，5绕所述两条轴线相互旋转。例如，允许绕所述水平轴线旋转的自由度小于5°。

环形立式止推轴承(collar step bearing)38设置用来提高和优化中心轴线2与垂直轴线42的相互对齐。环形立式止推轴承38和支承轴颈44可相互枢转地连接。这种相互枢转的能力使得环形立式止推轴承38能够沿水平面滑动，并且进而能够使中心轴线2与垂直轴线42对齐。环形立式止推轴承38设置有位于基座45上的壳体56。该壳体56由具有曲率51的围壁52限定。圆柱形的轴承衬套(bearing bush)48通过具有相应曲率的外周47结合在壳体56内，从而保持轴承衬套48能够在壳体56内绕中心43枢转。挡圈50与围壁52相对设置，挡圈50也具有相应的曲率49。挡圈50用于将轴承衬套48封装在壳体56内。这里，轴承衬套48绕轴线42可旋转地连接到支承轴颈44上。可以想到的是，轴承衬套48通过间隙配合与支承轴颈44连接。在使得中心轴线2与垂直轴线42相互对齐后，将环形立式止推轴承38安装到图1中所示的连接于疏浚船35的支撑件57上。为此，基座45设置有安装孔46。

图3a、图3b和图4显示了现有的旋转体1位于不同位置的视图。旋转体1使管道部分23，24或连接件23，24能够相互旋转。管道部分23，24设置有用于连接其它管道的焊接于管颈部的环绕的凸缘29，30。旋转体1沿中心轴线2延伸。连接件23，24能够绕中心枢转点3枢转。箭头表示通过压力管道的流动方向。上游连接件23的下游端部设置有球状部34。球状部34的外周位于假想的圆25上。在球状部34的上游邻近于球状部34设置有环绕的球形座32。球形座32的外周位于假想的圆26上。球形座32包围球状部34的大部分。下游连接件24的上游端部设置有球形接头座(ball-jointsocket)31。该球形接头座31的内周位于假想的圆25上。在球形接头座31的下游邻近于球形接头座31设置有环绕的外壳体19。该外壳体19的内周位于假想的圆26上。外壳体19包含球形接头座31的大部分。球状部34保持在球形接头座31内并与球形接头座31一起形成球形接头或球形联轴节。可以想到的是，该球形接头在球状部34的外表面与球形接头座31的内表面之间设置润滑剂和轴承(未显示)，以润滑所述球形接头并便于旋转。更重要地，球状部34和球形接头座31均密封连接，从而允许流体例如挖掘的污泥通过。

卡圈20设置用来吸收主要是由压力管道内的压力导致的轴向力和径向力。卡圈20安装到外壳19上，例如通过凸缘21，22安装到外壳19上。卡圈20的内表面与球形座32的外周接合。卡圈20的内周位于假想的圆26上。优选地，在卡圈20的内表面与球形座32的外表面之间也设置有润滑剂(未显示)等。轴向力通过外壳19、卡圈20和球形座32连续传递，从而所述旋转体所允许的轴向载荷取决于凸出在垂直于所述中心轴线的平面上的表面。图3b显示了各自枢转的连接件23，24，其中，连接件24的中心轴线27相对于中心轴线2所呈的角度为2γ。

图5a、图5b和图6显示了根据本发明的旋转体1位于不同位置的视图。旋转体1使得管道部分4，5或连接件4，5能够相互旋转。连接件4，5设置有用于与其它管连接的(焊接于管颈部)环绕凸缘12，13。旋转体1沿中心轴线2延伸。连接件4，5能够绕中心枢转点3枢转。箭头表示通过压力管道的流动方向。上游连接件4的下游端部8设置有球状部14。该球状部14的外周位于假想的圆33上。在球状部14的上游邻近于球状部14设置有环绕的轴肩9。该轴肩9具有曲率半径，该曲率半径的中心10偏离中心3，即位于中心3的下游。下游连接件5的上游端部7设置有连接座(linkagesocket)15。连接座15的内周位于假想的圆33上。在连接座15的下游邻近于连接座15设置有轴肩9。环绕9具有曲率半径，该曲率半径的中心11偏离中心3，即位于中心3的上游。球状部14保持在连接座15内并与连接座15一起形成球形接头或球形联轴节。球形接头14，15主要用于分散径向力。优选地，所述球形接头在球状部14的外表面与连接座15的内表面之间设置润滑剂、轴承(未显示)以润滑所述球承并便于旋转。设置有环形组件6以吸收由所述压力管道内的压力造成的轴向力。在此，环形组件6包括两个环件18a，18b，该两个环件在连接件4，5上滑动并相互连接。也可以想到使环形组件6由一个部分形成。在此，所述环形组件设置有环形卡圈(ringcollar)28，该环形卡圈28的曲率半径对应于轴肩9的曲率半径。轴肩9与环形卡圈28相互接合以分散由所述压力管道内的压力导致的轴向力。环形卡圈28的内表面58b与轴肩9的外表面58a接合。优选地，在环形卡圈28的内表面与轴肩9的外表面之间还设置有润滑剂、轴承、插入件(未显示)等。轴向力通过轴肩9、环形卡圈28并再通过轴肩9连续地分散。径向力主要通过球形接头14，15分散。通过这种方式，根据本发明的旋转体使功能分离，从而这些功能中的每个功能能够在设计过程中各自进行优化。与图3至图4中的现有的旋转体相比，环形卡圈28的内表面58b与轴肩9的外表面58a以相对小的角度接合。这对于材料的使用、插入件的数量、润滑剂的使用和设置尺寸来说具有积极的效果。图5b显示了连接件4，5相互枢转，使得连接件5的中心轴线27相对于中心轴线2所呈的角度为2γ。图5b还显示了所述环形组件及其中心轴线60相对于中心轴线2枢转和滑动。所述环形组件位于其自身的位置上，实际上，该位置取决于连接件4，5的承载位置和/或相互位置。当连接件4，5相互枢转角度2γ时，理论上所述环形组件的中心轴线60相对于中心轴线2枢转角度γ。因此，连接件4，5与所述环形组件之间的重叠相当小，这对材料使用和安装所述旋转体所需的空间均是有利的。

显然，上述描述用于说明本发明的优选实施方式的操作而不是用于限制本发明的范围。基于上述描述，本领域技术人员可以容易地想到落入本发明的范围和理念范围内的替代实施方式。

Claims (10)

1.一种用于压力管道的旋转体（1），该压力管道用于从疏浚船通过漂浮的输送管道部分向最终的目的地输送挖掘的混合物，其中，该旋转体（1）沿中心轴线（2）延伸，并绕位于所述中心轴线（2）上的中心枢转点（3）旋转，其中所述旋转体（1）包括上游连接件（4）和下游连接件（5），该上游连接件（4）的下游端部（8）和该下游连接件（5）的上游端部（7）通过环形组件（6）可相互枢转地连接，其中，所述环形组件（6）能够相对于两个连接件（4，5）枢转，其特征在于，各个连接件（4，5）在邻近于各自的管壁（40）的位置上设置有位于该管壁（40）外周上的、基本上位于所述环形组件（6）内的环绕的轴肩（9），其中所述轴肩（9）具有曲率半径，各个所述曲率半径的中心（10，11）位于所述中心轴线上并偏离所述中心枢转点（3）。

2.根据权利要求1所述的旋转体（1），其中，所述环形组件（6）能够沿基本上横向于所述中心轴线（2）的方向相对于所述两个连接件（4，5）滑动。

3.根据权利要求1或2所述的旋转体（1），其中，所述旋转体（1）还包括：

球状部（14），该球状部（14）位于所述环形组件（6）内，并固定地连接到所述两个连接件（4，5）中的一个连接件上；

容纳座（15），该容纳座（15）固定地连接到所述两个连接件（4，5）中的具有杯状件（17）的另一个连接件上以容纳所述球状部（14）；

其中，与所述容纳件（15）连接的所述球状部（14）限定了所述中心枢转点，所述两个连接件（4，5）能够绕所述中心枢转点相互枢转。

4.根据权利要求3所述的旋转体（1），其中，所述容纳座（15）还包括用于朝向所述杯状件（17）引导所述球状部（14）的圆柱件（16）。

5.根据权利要求3所述的旋转体（1），其中，所述压力管道的半径小于所述球状部（14）的半径，所述球状部（14）的半径小于所述轴肩（9）的曲率半径。

6.根据权利要求1或2所述的旋转体（1），其中，从穿过所述中心轴线（2）的平面观察，所述轴肩（9）限定的轴肩角度(α)小于45°。

7.根据权利要求1或2所述的旋转体（1），其中，所述旋转体（1）还包括支承轴颈（44），该支承轴颈（44）沿其中心轴线（42）延伸并基本上与所述中心轴线（2）同轴。

8.根据权利要求1或2所述的旋转体（1），其中，邻近于环绕的所述管壁的所述轴肩（9）的外表面（58a）限定了相对于所述中心轴线（2）的大于45°的锐角（β）。

9.一种用于组装根据上述任意一项权利要求所述的旋转体（1）的方法，该方法包括：

将所述连接件（4，5）的具有轴肩的端部相互连接；

使环件（18a，18b）在所述连接件（4，5）上朝所述具有轴肩的端部的方向滑动；

将所述环件（18a，18b）相互连接以形成环形组件（6）。

10.根据权利要求1至8中任意一项所述的旋转体（1）在压力管道（54，55）中的应用。

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