CN1056344A - 特别适用于连接管端的内对中装置 - Google Patents

Abstract

一种内对中装置，它特别适用于管端的连接，其 中在主轴方向延伸的中心支承体设置两个空心心轴， 至少空心心轴之一适于作轴向移动，至少心轴之一活 动地连接于中心支承体上，并装有至少三个径向致动 器，设置的致动器远离相应的活动连接部位，相对于 中心体倾斜的设置心轴，每个心轴具有外弹性套管， 外弹性套管通过具有相反螺纹的液压轴向致动器能 够径向膨胀。并介绍了特殊类型的轴向致动器以及 可变换的实施例。

Description

本发明涉及一种新型对中装置，特别适合于插入两个对接着的管子之中，以便可以将其管端活动连接起来。该活动连接允许两管有五个自由度，同时在制造中既相当简单，费用又不高，操作也容易，可靠性高，不仅允许所要连接的管子的两相对接端截面形状的有效复原，而用通过两个管的适当和可能的转动和/或相对的平移允许所说的末端总是精确的连接。

众所周知，在许多应用中，特别是在大直径管端的自动焊接中，对接的两端，仔细和精确的定位以及两端的形状恢复到允许公差之内总是需要的。

在已知技术中有许多装置，用于从内部夹紧将要把管子的末端连接起来的管端。大多数已知的装置涉及对接管端的圆柱形状的恢复，但不能使所要连接的管子成准确地共轴关系，或要连接的管子的表面之间成准确共面关系。许多已有技术的装置对于对接管端的相互贴近起作用，但不能允许管端的转动和平移。

最后，没有已知的内对中装置能够在使对接的两端的圆柱度得到保证的同时，以五个自由度的方式相连接，这种连接对保证所要连接的管端的准确并置总是绝对需要的，而且也能够弥补通常的加工公差造成形状的误差。

本发明的目的在于克服上述缺点并提供一种内部对中装置，它在生产上是简单的并且花钱不多，操作容易、可靠。允许一个管相对于另一管移动并准确地相对定位。甚至在两管处于无论怎样的轴向偏差和/或不同轴性的情况下以及所要连接的每一端部的边缘受控径向变形的情况如何都是如此，以便恢复形式的公差。

由于提出带有两个空心心轴的对中装置，使以上目的基本达到，心轴可以相对着所要连接的管的内壁扩张，至少其中之一适用于轴向移动，并且至少一个被连接在中心支承件上，该支承件置于心轴里面并且在主轴方向延展。至少装有适于运动的三个径向致动器，并随后相对于所述的中心件倾斜的设置使用的心轴。

事实上，在这一简单的实施例中，中心件是一结构元件，它支承插在其上的两个心轴，采用这种方式，也能容易产生抗外应力的效果，例如在两管之间的传递以及这些管子在主轴方面的延伸所产生的外应力，从而能够使连接的心轴互相之间和与相对的径向致动器之间充分地隔开，并允许一个心轴相对于另一个心轴可以容易地转动和横向移动。结合由适当控制的径向致动器提供的准确性的这种完全可能的自由度保证了连接的两管边缘根部的同心度和共面关系的要求。在所需要形成的公差范围内，就管子的壁厚和管子端缘的垂直度而论，一直存在较大的制造公差，然而无论如何管子之间会出现偏离和/或不对中的现象。

因此，在前所述的两个空心心轴既可对称设置，又可串联在所述的中心支承件上，每个中心支承件包含弹性类型的柔性外套管，该套管装有套管弹簧或舌片或其它类型的弹簧，并且在其端部还装有膨胀爪，借助具有两对置螺纹的液力轴向内致动器的作用，夹住被连接的管子的内壁，液力轴向内致动器依次设置在空心体上，空心体的一端与所述中心体活动连接，并具有靠近所述端的环状的凸台，该凸台限定了两个环状致动腔室，还具有由所述空心体以轴向滑动的形式予以支承的环状套管，并且在一端设有楔形扩张头，所述第二环形腔室由空心柱限定，空心柱也适于作轴向滑动，并被同轴地置于环状套管内，它也与环状套管一起限定了第三环状致动腔室，所述空心柱也由空心体支承，从环状套管露出的空心柱的端头设有楔形扩张头，径向致动器在中心体和上面提及的空心柱的端头或在中心体和空心体之间操作。

用这种方式，通过向前述环状致动腔室输送压力介质，不仅能获得反向螺纹相对于环状套管和内对中装置的每个心轴的液力致动器的空心柱的轴向移动，其中的楔形头克服套管本身的弹性反作用力，迫使内对中装置的心轴的弹性套管的爪扩张并顶靠在被夹持和连接的管子的内表面，而且相对于内对中装置的实际形状，此时可能的大的标定尺寸也允许弹性外套管的爪相对每个管子产生更有效的作用力，其结果保证了管子的对接端形状的恢复，而且由内对中装置的空心轴正确地把管子夹住以后，借助相关的心轴相对内对中装置本身的中心体的轴向或纵向的移动，一个被连接的管道相对于另一个管道的轴向定位也是可能的，通过在两个环状致动腔之间的液体的传递，这种轴向定位也能够很容易地实现，并且通过增加第二环形腔室的液体，相应地减少其它腔室的流体使得这种定位更为准确，事实上所述的流体的增加基本上发生在位于空心体上的环状凸台和空心柱之间，空心体被活动地连接到对中装置的中心体上，并且是不可移动地，迫使环状套管、致动器的空心柱和相应的空心心轴柔性套管、以及被夹紧的管子朝着内对中装置的其它心轴作轴向移动。心轴与相应的管子的解脱，是靠减少所述两个环状致动腔室的压力以及增加第三个环状致动腔室的压力实现的，压力的增减是由环状套管和内致动器的空心柱予以确定的。

显而易见，如果内对中装置的两个空心心轴之一未使相应的夹紧管子作轴向移动，按照本发明的另一个实施例，它的致动器将获得实质上的简化，活动连接于所述中心支承件上并带有环状凸台的所述空心体与所述空心柱固定连接在一起，并构成一个单一体，其环状凸台与所述可移动的环状套管正好确定两个环状致动腔室。更确切地说，内轴向致动器是液压的并具有两个适于轴向不可移动的心轴的两个相反螺纹，按照本发明的内轴向致动器在其一端连接于所述中心支承件上，而另一端具有楔形扩张头和环状凸台，环状凸台与环状套管共同限定了两环状致动腔，环状外套管便于轴向可移动地支承在所述空心体上，并且在其端头具有楔形扩张头，该扩张头紧靠到所述空心体的转动部位。

按照本发明的另一个显著的优点包括这样一种事实，即具有两个相反的螺纹的特殊的液体致动器能够夹住管子，然后无任何阻力影响的释放爪子，再一个优点就是，可采用更为有利的外形制造内对中装置的外表面，特别是内对中装置的心轴的外表面便于把内对中装置插入管子，这里，结构上的简化和部件的减少有助于降低成本并增加了该装置的可靠性。

现将参照附图更清楚地解释本发明，并通过举例方式阐述本发明各个实施例的最佳方式，但在任何时候，这并不意味着限定发明的技术或对发明的结构作出改进，这些都不会脱离本发明的范围。

例如，举例说明的实际的结构形式是假定的，并与包含浮动平台的固定的管子竖向装配有关，在靠重力锁住的内对中装置内部，很显然这是很简便的连接方式。同样的发明能够正确地、有效的连接两个倾斜的和水平的管子，此外为了说明方便起见，在选择的形状结构方面，径向致动器在中心支承体和空心柱之间实施操作，相对应的致动腔设于所述空心柱内，但是可同样好的在中心相对的致动腔之间进行操作的所述致动器既可设置在空心体上，又可设置在中心支承体上。

另外，应当指出的是，为说明方便起见，液压供给和控制流体的装置，其它辅助装置例如传感器、位置和压力的转换器，各种电的和电子装置（它们被合成为一单个的液压中心系统）未示于附图中，因为这些装置是现有技术，不是本发明的改进的元件。类似地，为说明方便起见，中心支承体和轴向致动器的空心体之间的活动连接以球形的形状示出，但是为了允许心轴相对于中心支承体转动，在现有技术介绍中许多已知的设计方式也可以应用。

在附图中：

图1为按着本发明所制造的内对中装置在连接两个管端部情况下的部分剖视透视图;

图2表示图1中的对中装置的纵截面;

图3至图6顺序表示按照本发明的内对中装置工作的基本状态，即：

图3表示设置在所要连接的两管中的对中装置;

图4表示随着上述两管的两相对接端缘圆柱形状的恢复，相对于所要连接的两管内壁，夹紧对中装置的空心心轴;

图5表示所要连接的两管的转动和相对横向移动的状况;

图6表示所要连接的两管的相对轴向移动;

图7为按照本发明的如图1所示对中装置的可替换的实施例的纵截面图，一根不允许管子的轴向移动的心轴被紧固于管子上;

图8为按照本发明的对中装置的另一个实施例的纵截面图，其中两个空心心轴被串联地置于中心支撑体上;

图9为如图8所示的对中装置的可替换的实施例的纵截面图，一根不允许管子轴向移动的心轴被紧固于管子上;

图10为按本发明的对中装置的又一实施例，其中仅有一根空心心轴被活动连接于中心支撑体上。

参照附图，其中相同的部件标以相同的标号。标号1和2分别表示将要用按照本发明的内对中装置来连接的两管端，该内对中装置由在主轴方向延伸的中心支撑体3构成，支撑体3上装有两根完全相同的空心心轴4和5。所述的空心心轴4和5被相互对称的置于上述的中心体3上（特别参看图1和2）并分别用接头6和7活动连接在中心体3的尾部的端面上。每个空心心轴4或5都是由外侧弹性套管8所构成，套管8的弹性是由套管弹簧所形成的，如图1中清楚地示出的那样。在空心心轴4或5的端部设有卡爪9，用以夹紧管内壁，并通过内轴向致动器可适于作径向膨胀，该致动器为液压的，并具有两个相反的螺纹，空心体4或5还包括一个一端活动连接于所述接头6或7上并带有环状凸台11的空心体10。凸台11与环形套14分别确定了两个环形致动腔12和13、凸台11支承着环形套14，使之能够在上述的空心体10上滑动并且环形套14设有楔形扩张头15。所述环形腔13进一步地由空心柱16所确定，柱16也适于作轴向滑动，并被同轴地置于套14之内，并与之确定了环形致动腔17。所述的柱也由空心体10来支撑并在环形套14外部的柱端部设有楔形扩张头18，柱16具有适于容纳至少为三个的一系列径向致动器20的致动腔19，致动器20的操作是在中心体3和所述柱16之间进行的。

这个内对中装置的工作顺序和方式如下：一旦置于管子1和2上，对中装置即被固定在适当位置，以便每个心轴4和5能够夹紧一根管子（见图3），然后自液压中心装置21并经图1和2所示的适当的管路例如22和23向环形腔12和13供给加压液体，依靠在环形套14和空心柱16上的两个相反的螺纹，使环形腔室12和13运动，从而在环形套14和空心柱16上的楔形扩张头15和18迫使空心轴4和5的弹性轴套8上的卡爪9顶靠管1和2的内表面（见图4）。在校准已夹紧的管子后，利用已知的装置抬起管1和2的相接两边缘，以限定它们所呈现的需要的形状和适于被并置所需的依次的动作，以便管1和管2能够被连接上。特别是径向致动器20被用于这一目的。在腔19中，内加压的流体使得一个管子相对于另一管子对准，影响到四个自由度，即两个转动和两个横移（图5）。通过腔12和13中的流体改变，实现管子之间的相对轴向移动，直至管子本身的边缘对接起来，此时才完成管子的定位（见图6）。在连接以后或有适当的时机时，通过减小上述各腔的压力的同时向空心柱16和环形套14之间的环形腔17加压，释放心轴4和5。

图7表示的内对中装置与图1基本相同，除了它的两个心轴中的以标号5′表示的那一个心轴之外，不允许由另一个心轴夹紧的管子工作轴向移动。这表明了一种简化，即活动连接于中心支撑体3上的接头7所述的空心体10′本身延伸至所述空心柱16的位置，并且端头终止于楔形扩张头18。按照这种方式，环形套14仅分别确定两个致动腔12和13′。

图8中的内对中装置依据这样的事实与图1和图2中完全不同，即所述的空心心轴4和5串联的连接在中心支承体3上，而不是现有的心轴的对称配置。

图9中所表明的内对中装置则与图8中的相似，除了使用不允许轴向移动的心轴5′以外，从而具有已在图7的对中装置所提到的简化。

最后，图10表示一个具有单一心轴5的对中装置，该心轴5被活动连接在环绕中心支承体3的中心管道上。另一心轴4′没有被活动连接，显然不需要径向致动器，但是其余的结构与第一个相同。

Claims (10)

1、一种特别适于管子端部连接的内对中装置，包括一中心支承体以及用于对着所要连接的管子的内壁径向夹紧的扩张装置，其特征在于上述装置包括装在中心支承体上的两个空心轴，中心支承体穿过两个心轴，并且在主轴方向延伸，其中至少所述心轴之一适于作轴向移动，并且至少一个心轴被活动地连接在所述中心支承体上，并且至少设置三个径向致动器，设置的致动器远离相应的活动连接部分，以便心轴本身相对于所述的中心支承体的斜置，每个心轴包括一外侧的弹性套管，通过内轴向致动器的作用，弹性套管可被扩张内轴向致动器为液压的并且具有两个相反的螺纹。

2、根据权利要求1所述的内对中装置，其特征在于，所述内轴向致动器是液压操作的，并有两个相反的螺纹，以使心轴能够轴向移动，该致动器包含在一端活动连接于所述中心体上的一个空心体，并在所述端部附近，空心体具有环状凸台，该凸台与可作轴向滑动地支承到所述空心体上的环状外套管共同确定两个环状致动腔，在其未端有楔形扩张头，楔形扩张头紧靠着所述空心体的活动连接部位，所述的第二环状腔由一空心柱确定，空心柱也适于轴向滑动地、同轴地装于所述的套管内，空心柱与所述套管也确定了第三个环状致动腔，空心柱本身由所述空心体支承，在空心柱的端头具有楔形扩张头，楔形扩张头自所述环状套管伸出。

3、根据权利要求1所述的内对中装置，其特征在于内液压轴向致动器设有两个适于轴向不可移动的心轴的两个相反螺纹，该致动器包括在一端活动地连接于所述中心支承体，在其另一端设有楔形扩张头的空心体，空心体上还设有环状凸台，环状凸台与环状套管共同确定了两个环状致动腔，环状套管以可作轴向滑动的方式支承在空心体上，靠近所述空心体的活动连接部位的一端，也设有楔形扩张头。

4、根据权利要求1所述的内对中装置，其特征在于所述空心心轴的弹性套管是靠套管弹簧提供弹性的。

5、根据权利要求1的内对中装置，其特征在于所述空心心轴的弹性套管是靠片簧提供弹性的。

6、根据权利要求1的内对中装置，其特征在于所述空心心轴用这样一种方式固定，即空心心轴互相对称的置于所述中心支承体上。

7、根据权利要求1所述的内对中装置，其特征在于所述空心心轴互相串联的置于所述中心支承体上。

8、根据权利要求1所述的内对中装置，其特征在于每个空心心轴上的弹性套管在其未端装有径向夹紧被连接管子的内壁的爪子。

9、根据前述的任何一项权利要求所述的内对中装置，其特征在于所述径向致动器的操作是，在所述中心支承体和所述的空心柱端头之间进行的，空心柱端头自所述环状套管伸出，相应的致动腔形成于所述空心柱内。

10、根据前述的任何一项权利要求所述的内对中装置，其特征在于所述径向致动器的操作是在所述中心体和所述空心体之间进行的，相应的致动腔既可位于所述空心体内，又可位于所述中心体内。

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