CN109312881A - 金属管连接件 - Google Patents

Abstract

一种金属管连接件(1)，包括管状主体(2)，其具有两个相对的开口端并包括：端部管状接合部分(21)，其构造成在操作状态下接合在管(T)上，并通过接合部分(21)的塑性变形固定到管上，以及端部法兰(22)，其在相对于设有管状接合部分(21)的管状主体(2)的相对侧上，其中管状接合部分(21)包括用于密封垫圈(6)的环形座(5)，环形座(5)从管状接合部分(21)向外突出并设有用于密封垫圈(6)的第一壳体槽(51)，所述第一壳体槽(51)在内部朝向所述管状接合部分(21)打开，以及其中管状接合部分(21)的至少一部分和环形座(5)构造成塑性变形，以在管(T)上形成机械密封，管状接合部分(21)安装在管上，并且通过密封垫圈(6)在连接件(1)和管(T)之间同时形成流体密封。特别地，用于密封垫圈(6)的第一壳体槽(51)包括倾斜的环形内壁(57、58)，所述环形内壁(57、58)之间的角度范围为5°到15°。

Description

金属管连接件

技术领域

本发明涉及金属管连接件的领域，特别是涉及液压工业的领域，更具体地涉及通过塑性变形连接的一个或两个部件形成的连接件。

背景技术

现有技术已知液压工业中的法兰、管道和配件等之间的数种类型防水连接件。

这些类型之一通常通过施加合适的力，例如通过钳子变形工具(如在现有技术文献EP1223008所公开描述中，其可以是电动的，或更简单地，是手动的)从而局部塑性变形一个或两个必须连接的部件；在本领域中，这种连接类型通常被定义为压配系统或压配件。

这种类型的连接件通常可在直径在10mm至108mm范围内的管道上获得，并且对于每种直径，组件的几何特征或多或少地按比例修改。

待连接的部件通常是法兰或配件和管件，流体(通常是水)在其中流动并且在它们之间必须实现水密效果以避免泄漏。

为此，待连接的两个部件内部彼此配合以使材料重叠，并且最外部件包括形成为O形环(或类似的环形垫圈)的座的环形轮廓。O形环(其中部件内部彼此配合)放置在最外部件的内部并且面向最内部件，从而将其布置在连接区域处。

所使用的特定类型的O形环可以是本领域中已知的LBP(“Leakage Before Press”的英文首字母缩写词)，其仅在待连接的部件适当变形时表现出水密效果，同时，当塑性变形不发生时(即其不完整或不符合设计数据)让流体流动。限定O形环座的环形轮廓从部件的壳壁向外突出(该部件的壳壁是在接头中的最外部件)，使得在塑性变形操作期间，施压工具也作用在轮廓的材料上，使其变形并使容纳在其中的O形环处于水密状态。取决于由不同制造商所提供的解决方案，环形轮廓具有若干几何形状，使得为了获得刚刚描述的连接，有必要选择合适的钳子变形工具(或钳子的形状)。这导致这种类型连接件的通用性降低，因为如果希望使用不同制造商的产品，则需要具有适合于每种几何形状的工具(或钳子)。

随着时间的推移，为了克服这种缺点，找到一种工具可用于不同几何形状但却不能用于所有几何形状的解决方案(因为这些工具通常不能用于所有可用的几何形状，而是仅适用于其中的一些几何形状)。在实践中的另一个缺点是O形环并不总是由于金属的变形而均匀地受挤压，存在O形环泄漏或失效的风险。

当所使用的工具不对应于所使用的特定类型配件和/或O形环时，这种情况发生得更为频繁。

已知解决方案的共同缺点在于，由于相同的操作原理，在由钳子的挤压所导致变形之后，不可避免地产生残余应力。

这种残余变形导致配件的结构变弱并且可以触发裂缝或泄漏形成过程，导致容易想到的后果。

发明内容

一般地，本发明的目的是克服上述现有技术的缺点。

特别地，本发明的主要目的是提供一种连接件，该连接件能够使密封的O形环(LBP型和非LBP型)均匀地受压。

本发明的另一个目的是提供一种能够容纳不同类型LBP的O形环的连接件。

本发明的又一个目的是提供一种连接件，其获得受控的变形，使得在由工具或钳子的挤压所引起的变形之后减少残余应力。

本发明的另一个目的是提供一种连接件，其中产生塑性变形所需的力减小。

本发明的一个，但不是最后一个目的是提供一种可被许多不同工具或钳子使用的上述类型的连接件。

本发明的这些和其它目的通过金属管连接件，特别是压配件来实现，其体现了所附权利要求的特征，特别是权利要求1的特征，为了简洁起见，其构成本说明书的组成部分和必须参考。

然而，从属权利要求涉及本发明的金属管连接件的详细和附加结构特征。

因此，本发明的目的是提供一种金属管连接件，其包括管状主体，该管状主体具有两个相对的开口端，并包括：

-端部管状接合部分，其构造成在操作状态下接合在管上，并通过接合部分的塑性变形固定到管上；

-端部法兰，其在相对于设有管状接合部分的主体的相对侧上，

其中管状接合部分包括用于密封垫圈的环形座，该环形座从所述管状接合部分向外突出并且设置有用于所述密封垫圈的第一壳体槽，所述第一壳体槽内部朝向管状接合部分开口，并且其中管状接合部分的至少一部分和环形座构造成塑性变形，从而在管上形成机械密封，其中管状接合部分安装在管上，以及通过所述密封垫圈的方式在连接件和所述管之间形成同时流体密封性；特别地，容纳密封垫圈的第一槽包括倾斜的环形内壁，所述环形内壁之间的角度范围为5°至15°。

申请人发现这种几何形状可以获得以下优点：

–能够更好地跟随钳子施压在连接件外表面上所引起的变形；

–获得了更好的变形；

–密封垫圈被钳子以更完整和均匀的方式挤压；

–密封垫圈即使彼此不同，也可以达至最佳的密封性而无论其类型如何；

–该连接件可用于不同材料的管道，因此与现有技术已知的解决方案相比，它具有更好的通用性和可塑性。

–在连接件的制造过程中，切削余料得到改善(不可忽略的生产优势)。

当所述环形内壁之间的角度范围为9°至11°，更优选地大约等于10°时，这些优点得到增强：这有助于获得未在现有技术中发现的、特别受控且均匀的塑性变形。

根据独立于其它特征的可选且有利的特征，环形座从管状接合部分向外突出，具有大体上倒置的“V”形轮廓，该轮廓包括至少两个倾斜的环形外壁，所述环形外壁之间的角度范围为55°到75°。

此外，更详细地，该实施例令人惊讶且有利地允许使用不同类型的工具(或钳子)，特别是那些在本领域中分类为V、M、SA、VUS的工具，并且它可以应用于铜管和钢管。

根据独立于其他特征的可选且有利的特征，所述环形外壁根据第一圆角半径与所述管状接合部分的外圆柱形壁连接，其中对于两个所述环形外壁，第一圆角半径相等，并且所述环形外壁根据第二圆角半径在所述大体上倒置的V形轮廓的“V”的顶点处彼此连接，其中所述第二圆角半径与所述第一圆角半径不相等。

这避免了在塑性变形期间(当安装连接件时)提供可能导致连接件裂缝或弱化点的锋利边缘，并且允许其匹配到不同的工具轮廓。

根据独立于其他技术特征的本发明可选和有利的技术特征，第一圆角半径(R1)的范围为0.5至1.5mm，而所述第二圆角半径(R2)的范围为2.5至4.5mm。

本文所要求保护的金属管连接件的其他有利特征是所附权利要求的主题，其是本说明书的组成部分。

附图说明

下面将参考优选实施例描述本发明，优选实施例以示例和说明的方式在附图中提供，而不是作为限制。这些附图示出了本发明的不同方面和实施例，并且在适当的情况下，在不同附图中表示相似结构、组件、材料和/或元件的附图标记采用相同的附图标记表示。

在附图中：

–图1是根据本发明的连接件实施例的侧视图；

–图2是图1连接件的剖视图；

–图3是图1连接件的细节放大剖视图；

–图4是图1连接件变形实施例的剖视图；

–图5和6是在已知的连接件和根据本发明的连接件之间比较FEM分析的结果。

具体实施方式

尽管本发明可以有各种修改和替代形式，但是一些优选实施例将在附图中示出并且在下面详细描述。

然而，应该理解，这并不旨在将本发明限制于所公开的特定实施例中，相反，本发明的意图是覆盖落入如权利要求中所限定的本发明范围内的全部修改、替代构造和等同物。

除非另有定义，否则“例如”、“等”、“或”表示非排他性的替代方案而非限制。

除非另有定义，否则“包括”意味着“包括但不限于”。

术语“垂直”和“水平”、“上”和“下”(没有其他指示)必须参考组装(或操作)条件并参考通常说法中所使用的标准术语来理解，其中“垂直”表示基本上平行于重力“g”的向量方向，而水平表示与其垂直的方向。

参考附图，它们示出了根据本发明的连接件，一般地用1标识。

特别地，金属管连接件1是压配件，其中机械密封是通过安装时塑性变形连接件而形成的。

连接件1特别适合应用于金属管(例如铜或钢)，并且它包括管状主体2，该管状主体具有两个相对的开口端，其在该实例中对齐。

管状主体2包括端部管状接合部分21，该端部管状接合部分构造成在操作状态下接合或安装在管T上(为简单起见，仅在图1中以虚线表示)，并且通过接合部分21或其至少一部分的塑性变形固定到管T上。

在主体2的相对于设置有管状接合部分21的相对侧上，设置有端部法兰22；在该实施例中，该端部法兰22的外径大于接合部分21的外径，并且其至少一部分具有六边形轮廓29以用于接合工具(例如六边形扳手)，通过该工具将管T夹紧到另一个管件(或阀耦接器等)上，管T在安装时相邻于另一个管件。管状接合部分21整体上是圆柱形的，并且它包括用于密封垫圈6的环形座5(例如O形环或LBP的O形环)。

特别地，环形座5通过从管状接合部分21的圆柱壁向外突出而从管状接合部分21向外突出。

环形座5限定用于密封垫圈6的第一壳体槽51。

更具体地，为了在管T上获得水密性，第一壳体槽51内部朝向端部管状接合部分21开口，并且在密封垫圈6处于安装状态(如图3所示)且在连接件1处于塑性变形状态时，密封垫圈6压在管T的外表面上，在其与连接件1之间形成水密性；当密封垫圈6是LBP的O形环时尤其如此，而如果它是传统的O形环(即不是LBP型)，那么即使在本发明的连接件头1的塑性变形之前，水密性也可能存在。

为此，必须注意的是，本发明的连接件1在安装时所经受的塑性变形涉及管状接合部分21的至少一部分和环形座5，从而在管T上形成机械密封，其中，端部管状接合部分21安装在管T上，并且同时通过这种密封垫圈6在连接件1和所述管T之间形成流体密封。

本发明的特征在于，用于密封垫圈6的第一壳体槽51(从图3中可以清楚地看到其放大图)包括倾斜的环形内壁57、58，所述环形内壁57、58之间的角度范围为5°到15°。

优选地，所述环形内壁57、58之间的角度在9°至11°的范围内，更优选地，其大约等于10°。

环形内壁57、58连接到第一壳体槽51的底壁，该底壁继而又位于与环形座5的V部的外顶点对应的位置的内部。

通过观察图2和图3，得到倾斜的环形内壁57、58横向限定了具有大致U形横截面的实际凹槽，并限制了密封垫圈6相对于管T轴线的轴向运动。

因此，除了改善塑性变形的均匀性外，还可以容纳不同类型LBP的O形环，例如：相对于圆柱形弦杆缺少零件的O形环、相对于圆柱形弦杆具有(内、外、侧面、组合)附加部件的O形环、具有多边形形状或专用轮廓的O形环。

仍然参考图3，该放大图展示用于密封垫圈6的第一壳体槽5通过相对于管状接合部分21的内圆柱壁21A倾斜的环形连接壁61、62，连接到管状接合部分21的内圆柱壁21A。

这样的环形连接壁61、62各自与相应的环形内壁57、58相邻，并且优选地根据第三圆角半径R5(相对于内圆柱壁21A)与第一圆角半径R5相等，该圆角半径R5连接环形内壁57、58与第一槽51的底部。

环形连接壁61、62相对于内圆柱壁21A倾斜的角度范围为5°至20°，优选地约等于10°。除了改进插入垫圈6的步骤之外，这样还优化安装期间塑性变形的效果。

为此，申请人已经通过实验证实，这种几何形状解决了下面简要提及的，影响组件可变形性的两个问题。

首先，在没有这种倾斜的情况下，由于在变形过程中材料不具有优先的行进方向，因此它倾向于在管子(径向)变形的同时径向移动；相反，通过采用上述的几何形状，管道的径向变形即使不被消除，也会减小，从而降低或避免这种径向变形引发裂纹形成现象的风险。

其次，特别是对于钢管，在没有由本文所述的特定几何形状所确定的优先行进方向的前提下，这种(更耐变形的)管的压制将在材料中产生过大的应力或导致工具被卡住，而不能完成操作。

最后，必须注意的是，由本发明所确定的更均匀的变形保证了O形环更好地受压，并因此保证了更好的密封性。

根据本文描述的本发明的优选实施例，环形座5通过大体上倒“V”形轮廓从管状接合部分21向外突出；为此，该轮廓包括至少两个倾斜的环形外壁55、56，该环形外壁从接合部分21的圆柱壁延伸，然后以第二圆角半径R4会聚在倒V形轮廓的顶点处，该顶点在该实施例中是圆形的。

必须注意的是，第二圆角半径R4优选地在2.5到4.5mm的范围内。

再次参考环形座5的环形外壁55、56，它们根据第一圆角半径R1与管状接合部分21的外圆柱壁21B连接，该环形外壁55、56的两个第一圆角半径R1相等。在环形座5的V形轮廓的顶点处，环形外壁55、56通过不同于第一圆角半径R1的第二圆角半径R4连接。关于环形外壁55、56之间的角度，根据管状连接的直径，其优选但不限定在55°至75°的范围内。

经过多次研究和实验室测试，申请人发现该角度能够允许使用不同的工具或钳子来产生本发明的连接件1的塑性变形，特别是按本领域中在几何形状的基础上所分类的工具(或钳子)，如V、M、SA、VUS，并且其适用于铜管和钢管。

顺便指出，必须注意之所以钢被使用，是因为它具有耐腐蚀性和耐高温性，同时因为它既不吸收也不释放有害物质而适用于要求高卫生性(饮用水，与食品、药物和药品接触)的应用；此外，钢可以与乙二醇溶液、可燃气体、加压空气、燃料和非燃料油一起使用；钢还具有高弯曲强度，因此在安装时可以使支撑点最小化。

之所以铜被使用，是因为它耐腐蚀和耐高温，因为它既不吸收也不释放有害物质，所以它适合用于饮用水；此外，铜可以与乙二醇溶液、可燃气体、加压空气、燃料和非燃料油一起使用；铜还具有高延展性，通过它可以实现具有复杂路径和曲率的设备；铜更容易与焊接材料焊接。

关于圆角半径R1、R3、R4，它们可以根据需要和结构选择而改变。

因此，优选地，第一圆角半径R1的范围为0.5至1.5mm，而第二圆角半径R4的范围优选为2.5至4.5mm。

通过观察图2，必须注意的是，在截面中，端部法兰部分22在内部包括或具有第二环形槽35。

这样的第二环形槽35设置在端部法兰部分22内部的壁部分处，该壁部分比管状接合部分21的壁厚。

第二环形槽35的形状和位置取决于工件的外轮廓：实际上，该第二槽必须保证壁厚度尽可能地与部分21的圆柱形段的壁厚相似；因此，即使在组件和钳口之间的接触区域之外，材料对变形的响应也是均匀的，如下面通过FEM分析所指出。

第二槽35用于保证塑性变形所产生应力的均匀分布：根据实验测试和有限元计算(FEM)，申请人已经发现，如果不能针对足够长度的部件保证良好可变形性，则应力克服材料的强度极限，导致失效或裂缝。通过设置槽，产生具有这种厚度的管状接合部分21，以允许应力更均匀地分布。

作为提供所述第二环形槽35的替代方案，在本发明的其他变型实施例中，如图4中的示例所示出，除了通过使用环形座5的内部轮廓之外，还可以通过使用在管状主体2和上述六边形轮廓29之间的连接区域30，获得适当的应力分布；然而，因为半径R2具有相对于外侧表面2a移位的中心，所以相对于图1中所示的本发明的第一解决方案的半径R2中的一个，更接近管状主体2的纵向对称轴Y。

也就是说，在本发明的连接件1的这种变型实施例中，作为先前描述的技术效果的替代方案，管状主体2具有在其外侧表面2a内的连接区域30处构成的外部环形凹部31，该外部环形凹部在管状主体2和六边形轮廓29之间(与图1中的相同，设置了圆角半径R2)。

这种附加的结构解决方案还允许减小连接系统的总长度，并因此可以节省材料并且减小部件的整体尺寸；此外，申请人已经发现，在钢管直径等于或大于42mm(特别难以变形)，且与环形座5的内部轮廓一起的情况下，这种解决方案导致适当变形所需的力减少，并允许工具完成按压而不会卡住。

参考图5和6，它们示出了已知连接件(图5)与根据本发明的连接件(图6)之间FEM分析(“Finite Element Method”，的首字母缩写)的比较。

特别地，本领域技术人员从这些附图的比较示例中可以立即理解，在图5和图6中的箭头D所指的变形区域中，本发明的连接件所产生应力条件的减小，大约相对于现有技术的连接件减少20％至30％，以及如图5和图6中的箭头C所指的圆柱形区域中，本发明的连接件所产生应力条件的减小，大约相对于现有技术的连接件减少10％至20％。

因此，刚才提到的描述指出了本发明的金属管连接件如何实现上述目的，以及如何实现了上面所列优点。

在实施阶段中，可以对本发明的金属管连接件进行修改，例如与本发明中描述的密封垫圈所不同的密封垫圈，这不会使本发明产生的优点无效。

显然，可以对所测试的金属管连接件进行许多其他变型，而不因此脱离本发明构思的新颖性原理，并且很明显，当实际实施本发明时，材料、形状和所示细节的尺寸可以是任意的，并且可以由其他技术上等同物所代替。

当在以下权利要求中提及的结构特征和技术带有附图标记或数字时，引入这些附图标记仅是以便增加权利要求的可读性，并因此相应地它们对每个元件的解释没有任何限制作用，仅通过示例的方式以这样的附图标记来识别。

Claims (9)

1.金属管连接件(1)，包括管状主体(2)，所述管状主体具有两个相对的开口端，并包括：

–端部管状接合部分(21)，所述端部管状接合部分构造成在操作状态下接合在管(T)上，并通过所述管状接合部分(21)的塑性变形固定到管上；

–端部法兰(22)，所述端部法兰在相对于设有所述管状接合部分(21)的所述管状主体(2)的相对侧上，

其中所述管状接合部分(21)包括用于密封垫圈(6)的环形座(5)，所述环形座(5)从所述管状接合部分(21)向外突出并设有用于所述密封垫圈(6)的第一壳体槽(51)，所述第一壳体槽(51)内部朝向所述管状接合部分(21)开口，以及

其中所述管状接合部分(21)的至少一部分和所述环形座(5)构造成塑性变形，以在所述管(T)上形成机械密封，所述管状接合部分(21)安装在所述管上，并且通过所述密封垫圈(6)在所述连接件(1)和所述管(T)之间形成同时流体密封，

其特征在于，用于所述密封垫圈(6)的所述第一壳体槽(51)包括倾斜的环形内壁(57、58)，所述环形内壁(57、58)之间的角度范围为5°到15°。

2.根据权利要求1所述的连接件(1)，其特征在于，所述环形内壁(57、58)之间的所述角度范围为9°至11°。

3.根据权利要求2所述的连接件(1)，其特征在于，所述环形内壁(57、58)之间的所述角度大约等于10°。

4.根据权利要求1、2或3所述的连接件(1)，其特征在于，所述环形座(5)从所述管状接合部分(21)向外突出，具有大体上倒置的“V”形轮廓，所述轮廓包括至少两个倾斜的环形外壁(55、56)，所述环形外壁(55、56)之间的角度范围为55°至75°。

5.根据前述权利要求中任一项所述的连接件(1)，其特征在于，用于所述密封垫圈(6)的第一壳体槽(51)通过环形连接壁(61、62)与所述管状接合部分(21)的内圆柱壁(21A)连接，其中，环形连接壁相对于所述管状接合部分(21)的所述内圆柱壁(21A)倾斜角度范围为5°至20°。

6.根据权利要求5所述的连接件(1)，其特征在于，所述环形连接壁(61、62)的所述倾斜角度大约等于10°。

7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的连接件(1)，其特征在于，所述环形外壁(55、56)根据第一圆角半径(R1)与所述管状接合部分(21)的外圆柱形壁(21B)连接，其中对于两个所述环形外壁(55、56)，第一圆角半径(R1)相等，并且所述环形外壁(55、56)根据第二圆角半径(R4)在所述大体上倒置的V形轮廓的“V”的顶点处彼此连接，其中所述第二圆角半径(R4)与所述第一圆角半径(R1)不相等。

8.根据前述权利要求中的一项或多项所述的连接件(1)，其特征在于，所述端部法兰(22)内部包括第二环形槽(35)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的连接件(1)，其特征在于，在所述外侧表面(2a)内、并在所述管状主体(2)与分开所述管状主体(2)和所述端部法兰(22)的六边形轮廓(29)之间的连接区域(30)处，所述管状主体(2)具有环形外部凹槽(30)，所述环形外部凹槽设有半径(R2)，所述半径具有比所述外侧表面(2a)更靠近所述管状主体(2)的纵向对称轴(Y)的中心。