CN1044514C - 波纹形铸造管子法兰 - Google Patents

Abstract

一种用于管道系统的法兰管接头上的波纹形法兰环，该法兰环具有形成U形横截面的内、外凸缘的一个环状螺结盘，该螺结盘具有逐渐增大的厚度用于改善应力的控制，螺结盘的该厚度从外凸缘向内凸缘渐渐增大。

Description

波纹形铸造管子法兰

本发明涉及管子法兰，尤其涉及一种波纹形的管子法兰。管子法兰用于相互连接各段管子、将装配件连接于别的管子段以及相互连接不同形式的装配件。一种波纹形法兰采用具有U形横截面以加强法兰的环状法兰件的设计，这种结构重量轻、材料少从而节省成本。1984年11月27日公布的舒尔茨的美国专利4,484,771揭示了一种波纹形法兰。在该参考文献的说明中，波纹形法兰凸缘是由盘状坯件冲压制作的。因此这种环状波纹形法兰凸缘的厚度是均匀一致的。法兰凸缘在管端上滑动并由一张开的端面保持，该张开端面为在一管子段或装配件上的一个相对法兰提供接触或密封面。波纹形的法兰凸缘为相配装配件的法兰凸缘提供紧固环。

为了防止在较轻的已有技术的波纹形法兰的凸缘变形作为应力传向管子焊接件，U形凸缘的外周边接触相对法兰的压紧面。这种接触为管子连接的机械支承提供强度，而不会在焊缝处或焊缝之上把管子过分压到用于安置法兰凸缘的向外张开的管接头端部的装配件上。在已有技术的法兰中的这种控制应力的方法限制了所能使用的密封种类并且在按合适厚度选择密封时要求很高的精度。

传统法兰是铸造的并且通常较厚以防止在拧螺栓时扭曲变形。由于铸造的法兰生产成本低，各种系统都已设计成带铸造金属法兰凸缘的波纹形法兰。于1984年7月10日公布的名称为“双金属法兰连接件”申请人为施利赫的美国专利4,458,924描述了带球墨铸铁波纹形法兰凸缘的这样一种法兰。尽管这种双金属法兰比传统的法兰重量轻，但双金属法兰与传统的铸造或锻造的法兰相比，它制造工艺复杂并成本较高。

本发明人已制造出具有舒尔茨法兰的优点而并不要求法兰凸缘周边接触相对的法兰面的实用的铸造波纹形法兰。然而，为提高与被连接法兰机械连接的结构牢固性，这种铸造的波纹形法兰比较厚，因而失去作为波纹形法兰特点所要求的重量轻、材料少的优点。此外，增加的厚度导致产生传向管子焊接件的应力，使这种设计实际上比理想方案效果差。

本发明的一个目的是提供这样一种波纹形法兰，它重量轻并在设计和结构上具有波纹形法兰的所有优点，它采用低成本的铸造或锻造并可控制应力。本目的是用法兰件的厚度过渡变化的办法实现的。这种改进后的波纹形法兰具有较大的灵活性因而允许法兰螺栓以所要求的力压缩设置在压缩面间的密封件以产生合适的密封，而不会将过大的应力传向法兰管接头或管子焊接件上。

本发明的另一个目的提供一种法兰组件，它包括一封闭的密封法兰组件并采用一种最好是可控制地消除应力型式的波纹形法兰件。这种封闭的密封法兰组件对传送磨蚀性泥浆的管道系统特别有用并可消除磨损管子内表面的湍流。这种封闭的密封件对于必需使管子中的介质与密封件接触尽可能减少，尤其是在拧紧法兰螺栓时密封件有可能挤压进管道内这样的系统也是理想的。

本发明的又一个目的是提供这样一种法兰组件，拧紧螺栓穿过的法兰凸缘在管端上可以转动以方便地对准它所连接的相对法兰上的孔，而且法兰凸缘具有一种波纹形的设计结构，这种结构不要求接触相对法兰的外边缘，因此可用于许多种法兰密封。

本发明的这种改进的波纹形法兰组件设计得可用铸、锻、冷轧或多种其它适合于法兰尺寸、材料及其使用的成形方法低成本地制作。这种法兰具有超过较重的等同平法兰的性能特点，可大大节约材料、制造成本和与批量货物的搬运和装运有关的其它费用。这种法兰虽是设计为用于焊接管子的一种金属法兰，然而可适用于螺纹管甚至是用不同的塑料模注加工制成的塑料件。

这种法兰是采用具有不同厚度的波纹形横截面构形的法兰凸缘或紧固环来实现其轻重量灵活性和卓越的应力分配特性。在U形法兰凸缘的横截面的要害部位上，厚度是渐渐过渡增大以便在拧紧连接螺栓时在法兰的重要区域上产生均匀的机械应力。应力控制无需法兰的外周边接触相对的法兰装配件端面就可实现。在这种方式中，密封件厚度不必精确即可实现所要求程度的密封要求。

在一个实施例中的这种改进的波纹形法兰组件包括一个封闭的法兰密封件，它允许使用一个精确对准邻接管部位的对准环以消除在管子内的流体湍流。虽然使用一个对准环已在本发明人所设计和制造的已有技术的管道系统中采用，但是封闭的密封结构的改进是一个新改进，它保持了法兰密封件不会挤压进管道内。

这种具有被控制的应力分布的改进的波纹形法兰件是采用Von Mises应力水平的对比分析方法设计的。波纹形的法兰件所产生的构形在构成V形法兰件的部位的横截面上具有渐渐缩减的厚度。法兰件设计得使法兰直径减小到最小程度以避免悬臂或力矩作用力，这种作用力会在管子焊接件处将应力传给管子。法兰件的波纹形形状和从内毂向外缘渐渐减小的厚度设计得可使法兰结构具有灵活性，将应力分配于整个法兰件和与管子相关的连接件上。这种应力分布可避免在法兰组件、焊接件(用于焊接装配件)和管子上的局部应力集中。其结果是重量较轻的法兰装配件具有比同样尺寸的标准装配件更好的性能特点。下面通过对较佳实施例的详细描述来进一步具体说明这种经改进的法兰组件和管子法兰组件的这些及其它的特点。

图1是本发明的波纹形法兰的横剖视图；

图2是图1的法兰一部分的放大视图；

图3是一个用于管端式管子连接的典型的波纹形法兰的俯视图；

图4是沿图3的“4-4”线所取的放大的横剖视图；

图5是采用波纹形法兰的带封闭的密封件的一个法兰组件的横剖视图；

图6是带有封闭的密封件的另一实施例的法兰组件的部分横剖视图。

参照图1和2，用于一管子系统10上的一个法兰件包括一个改进的波纹形法兰12。在图1和2的实施例中，这种改进的法兰12以毂14的形式与管接头成整体。毂14滑配在管子16(图1中用虚线示出)端部并被焊接在该管端上。

应理解的是这种改进的法兰12可以用作管与管、管与装配件或装配件与装配件相互连接的各种不同法兰件的部分。根据这样的布置，法兰10可相对于将它连接于管子或装配件的管接头件固定或转动。

在图1的实施例中，该法兰12包括一个具有一螺结平表面20和环绕它的多个间隔开的螺孔22的环状螺结盘18。该螺结盘18具有带外凸缘26的一个外部24和一个带内凸缘30的内部，该内凸缘30具有一个底脚部32，在图1和2的实施例中，它形成毂14和供密封圈(未图示)压在其上的密封面34。

为了控制在互相连接法兰件时所施加的应力，这种改进的波纹形法兰具有过渡的厚度。其外凸缘26保持比较薄而螺结盘18的厚度从其外部24向其内部28渐渐增大。这种厚度增加连同外凸缘26和内凸缘30相对螺结盘18的平表面20略成钝角的方向，可在进行螺结时通过设在靠近内毂的件之间的一个密封件来消除与互配的法兰件通过螺栓连接的悬臂状布置的法兰件上的扭转应力。

螺结盘的相对比较厚的内部通过内凸缘30将压缩力引向底脚部32而不是引向毂14的比较薄的部分。

参照图3至5，图中示出用于法兰件的这种波纹形法兰的替代实施例。例如，图3和4的波纹形法兰40包括一个带螺结平表面44的螺结盘42，该螺结面具有其带有一体的外凸缘48的一个外部46和带内缘52的一个内部50。该螺结盘42具有其厚度从外部46向内部50逐渐增大的特点。法兰40不包括一内毂，并且内凸缘52在管子或装配件上的管接头件结合的一个轮廓底脚54处终止。由于希望使拧紧螺栓的扭矩作用力减至最小，该底脚54可以如图5的组件中所示那样被截短。

参照图5，第一和第二短管接头58和60被焊接到两管子部分62和64的邻接端上。短管接头58和60具有带密封面68的扩张端66，夹紧台肩70和圆柱形边72。所述管接头端58包括由在管接头58上的边缘75形成的一个凹槽74和供设置厚度大于槽宽的密封件76的密封面68。密封件76由一环圈78紧箍在槽74中，该环圈与管接头件扩张端的并列的圆柱形边72结合并在连结相对的法兰件时使密封件被压缩。

在图5的实施例中，相对的法兰80结构是相同的，都带有螺结盘82、外凸缘84、内凸缘86和截短的脚部88。在各法兰上的脚部88分别与短管接头58和60上的台肩70相结合。包括有螺栓92、螺母94和垫圈96的螺结组件90把法兰件夹紧成一体并在拧紧时压缩密封件76。

参照图6的实施例，示出一个修改过的法兰组件100。第一法兰件102包括一个其构形与图5的法兰相类似的一个法兰104。一短管接头件106焊接到管子部分108的端部上，该端部与一相对的管子部分110的端部邻接。相对的管子部分110包括一个短管接头112，它远离管端设置以形成安装密封件116的凹槽114。相配对的法兰118包括一螺结盘120、一外凸缘122和一内凸缘124，该内凸缘带有一脚部126和作为法兰118一整体件的突伸环圈128。所述突伸环圈128以图5实施例的环圈的同样方式压住密封件116。图5和6的法兰组件的法兰最好是包括前述法兰的逐渐增大的厚度。

尽管在前面为了完整地揭示本发明已详细地描述了本发明的若干实施例，但是很显然，熟悉本技术的人在本发明精神和原理的范围内对这样的细节方面还可作出种种的改变。

Claims (8)

1．一种用于在管子连接头的法兰件上的改进的波纹形法兰，所述法兰包括：

一个环状螺结盘，它具有带一个螺结平面的同心内、外部分，该螺结平面具有环绕着盘均匀间隔的多个螺栓孔；

一个整体地结合于所述螺结盘的外部的外凸缘部分；

一个整体地结合于所述螺结盘的内部的内凸缘部分，其特征在于，所述的连成一体的螺结盘、内凸缘部和外凸缘部形成具有为应力分布而构成的U形环横截面的整体法兰，其中，环状螺结盘具有一厚度，其厚度基本上按照有限元应力分析计算结果从螺结盘的外部向其内部逐渐变化增大，以便当将具有带改进的波纹形法兰的法兰件的一个管接头连接于另一个管接头时使在法兰上的应力控制和分布最佳化。

2．如权利要求1所述的改进的波纹形法兰，其特征在于，所述的内凸缘部分以一钝角与螺结盘的内部相连接并具有与螺结盘接合处偏置的一个脚部。

3．如权利要求2所述的改进的波纹形法兰，其特征在于，所述的内凸缘部的厚度从与螺结盘内部接合处向法兰的内凸缘部的脚部减小。

4．如权利要求2所述的改进的波纹形法兰，其特征在于，法兰内凸缘部的脚部包括一个毂，所述毂的结构是由将法兰连接于管件的连接方法确定的。

5．如权利要求2所述的改进的波纹形法兰，它与一短管接头组合，所述组合形成用于管件的一个法兰件，所述短管接头具有一可连接于管件的第一端和具有可形成一密封面的一扩张部的第二端以及一夹紧台肩，其特征在于，当法兰与一互配的法兰件相螺结时，法兰内凸缘的脚部与短管接头扩张部的台肩相结合。

6．一用于封闭密封件的波纹形法兰组件，它包括：

连接于管子的相对邻接端的第一和第二相对短管连接头，当短管连接头所连接的两端邻接时，所述短管连接头具有带相对的偏置密封面的扩张端，其特征在于，形成有一个用于密封件的凹槽，所述扩张端其每个都有一连接台肩和末端的圆柱形边；

一设在短管接头的两个偏置密封面间的凹槽中的密封件；

一环绕并结合于短管接头的扩张端的末端圆柱形边外部的外周紧固环，该紧固环具有一个跨于所述扩张端的末端柱形边的一个宽度，它将密封件压在短管接头的密封面之间；

第一和第二波纹形法兰，设在各个所述的短管连接头上，每个法兰具有一个环状螺结盘，该螺结盘带有一螺结平面和多个环绕着盘均匀间隔的螺孔，螺结盘具有同心的内、外部，外凸缘部整体地结合于螺结盘的外部，内凸缘部整体结合于螺结盘的外部，内凸缘部具有与螺结盘相交接处偏置的一个脚部，该脚部可与短管接头张开端的台肩相结合；以及

多个连接法兰并压缩固定在短管接头的密封面间的密封件的螺结组件。

7．如权利要求6所述的波纹形法兰组件，其特征在于，所述紧固环从波纹形法兰之一的脚部伸出并与它成为一整体。

8．如权利要求6所述的波纹形法兰组件，其特征在于，所述螺结盘具有从盘外部向盘内部增加的厚度。

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