CN1168915C - 管子连接用松套法兰以及用于生产松套法兰的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种松套法兰，它具有沿径向向内取向和可弹性变形的斜面。其结果是该松套法兰的夹紧能力得到改进。

Description

管子连接用松套法兰 以及用于生产松套法兰的方法
技术领域
本发明涉及一种用来在各自装有一个轴环的对置管子端部连接管子的松套法兰，该松套法兰包括一个环形法兰主体，该法兰主体具有多个沿圆周分布并用于紧固装置的外通孔。
本发明还涉及一种管子连接用松套法兰的生产方法，该松套法兰具有多个沿圆周分布的外通孔。
背景技术
人们都知道，可以将多种具有分布在管子端部附近的通孔的环形法兰用于管子的密封连接。在所有情况下，这些法兰都以松套法兰形式定位在管子端部的环绕轴环上，并且借助于瞄准穿过该沿圆周分布通孔的多条螺栓进行固定，该螺栓与设置在所述螺栓自由端上的螺母相连，从而在两个管子端部之间产生了一个牢固和密封的连接。在这种情况下，每个松套法兰都靠紧一个管子端部，该管子端部位于离开对置管端的该管端轴环的一个侧面上。
由于轴向固定力经常由轴环沿径向向外的方向作用，这就有可能出现这样的情况，松套法兰在一个外部区域内彼此相对地移动，并由此产生了永久变形。随后该法兰会具有一种有害的凸锥形。因此，在通过拧紧螺栓固定这样一种管道法兰连接期间，密封装置和轴环将受到压缩，法兰会翻转而且螺钉会伸长。
特别是当松套法兰在由聚合物材料制成的管道中使用时，受力零件、轴环、密封装置特别是松套法兰的蠕变都不能避免，从而导致密封力减小。夹紧螺栓或夹紧螺钉由于自身少量伸长，通常不能补偿聚合物材料零件的蠕变。虽然沿轴向弹性的松套法兰可以补偿该蠕变，但是，这种合乎要求的易弯法兰具有如上所述的主要缺点，即，在机械负载作用的情况下，该法兰由于其轴向刚度较小会沿轴向产生显著的变形和/或翻转。相关的法兰锥状变形作用由此将被加强，这会导致螺钉的支承面倾斜，并由此使螺栓受到有害偏心载荷的作用。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于管子连接的松套法兰，该法兰可以保证规定的轴向弹性刚度和变形能力，并且螺钉支承面不会发生有害的倾斜从而螺钉也不会受到偏心载荷。
为了实现上述目的，根据权利要求1前言部分的本发明松套法兰，其特征在于，法兰主体具有一个内环部分和一个外环部分，内环部分的径向内侧至少在某些区域内具有一个沿圆周延伸的预定深度凹槽。
本发明的松套法兰的特殊优点在于，规定的轴向刚度可以通过在法兰主体的内环部分设置一个凹槽而得到保证。该凹槽在法兰主体的一个径向内部区域中提供松套法兰的特定弹性变形能力。该松套法兰的轴向刚度从该法兰的一个外部区域向一个内部区域减小，从而使一个附加紧固装置(即一个具有头部的夹紧螺栓或一个螺钉)总是保持以预定的表面面积靠紧松套法兰。
这种结构可以有利地防止由于过大的扭紧力矩而造成的法兰主体的有害“凹弯”或外环部分的倾斜。因此，紧固装置端部，特别是螺母和螺钉头在法兰主体径向表面上的不均匀支承就能可靠地避免。
根据该松套法兰的一个最佳实施例，该凹槽为V形结构并且连续地沿圆周方向延伸。凹槽形成的斜面轮廓在此处可以是平或弯曲的结构。凹槽的形状取决于内环部分所要求的变形特性。凹槽的形状还取决于松套法兰的几何形状和/或法兰连接所要求的预定夹紧力。
和法兰主体法兰件的一个朝向轴环的径向表面在一起，该凹槽被加工成这样的形状，以致于在法兰承受额定负载情况下外环部分产生的翻转或倾斜被补偿，法兰主体的该径向表面可与轴环的整个表面面积靠紧，并在该过程中只形成相当小的表面压力。
根据该松套法兰的一个改进结构，沿圆周分布并且沿径向向内伸出的多个突起被设置在内环部分的一个内侧面上，所述突起以夹紧作用力将该松套法兰固定在管子端部。因此就可以将松套法兰固定在用于安装的管子上。
根据该松套法兰的一项改进，法兰件在一个对着斜面的侧面上包括带有棱柱状表面结构的多个径向表面，当拧紧夹紧螺钉时，该结构就发生变形并且这样地变为水平，以致于在夹紧螺钉的预定的扭紧力矩达到时，该环已经到达其规定位置，并且不可能再进一步降低。因此，根据相应环的位置就可看出每个螺钉何时达到预定的扭紧力矩。此外，看得出的变形几何形状也给出了早先已使用的一个标记。
根据该松套法兰的一项改进，沿圆周分布的多个夹紧凸头被设置在外通孔的内侧，因而夹紧螺钉就由夹紧作用力固定在外通孔内。这种结构特别有助于法兰连接的竖直安装。最好是，这些夹紧凸头以及在内环部分内侧上的突起由一种弹性材料，即聚合物材料组成。如果松套法兰自身也由聚合物材料制成，那么这些突起和/或夹紧凸头就可以简单地在该松套法兰上整体地形成。
本发明的另一个目的是提供一种生产管子连接用松套法兰的方法，因而一个具有可在很长的时间周期内保持稳定的夹紧能力的法兰主体就可以在生产期间以一种简单的方式提供。
为了达到这个目的，根据权利要求18前言部分的本发明方法，其特征在于，两个相同的环形法兰件通过注射模塑或铸造法单独地制造出来，沿径向向内取向的变平部分也在该过程中被制造出来，而且在一个第二个步骤中，法兰件在外环形部分内互相连接，于是由互相面对的变平部分所产生的凹槽也在该过程中形成。
本发明方法的特殊的优点是生产简易。最好是，相同的法兰对半件先单独地制造出来，然后再在一个外部区域部分的径向表面的表面积邻接的情况下将它们互相焊接在一起。因此该法兰件或者说法兰对半件具有简单的几何形状，从而它们能够以相当高的生产率进行生产。
根据本发明方法的一个最佳实施例，成形件可以由一种聚合物材料通过注射模塑工艺制造出来，在该成形件之间的固定连接可以通过焊接方便地产生。
附图说明
下面参照附图对本发明的示范性实施例进行更详细的说明，其中：
图1显示第一法兰件的一个平面图；
图2显示沿着图1中的II-II线截取的第一法兰件的一个截面图；
图3显示第二法兰件的一个平面图；
图4显示沿着图1中的II-II线截取的法兰主体的一个截面图，所述法兰主体由第一和第二法兰件构成；
图5显示图4的一部分的放大详图；
图6a显示装有一个传感器装置并处于卸载位置的法兰主体部分截面图；以及
图6b显示处于夹紧位置的图6a法兰主体部分截面图。
具体实施方式
下面所说明的松套法兰用来连接管子的端部(图中未示出)，每个端部具有一个轴环，所述轴环在其表面积范围内相互直接靠紧或者处于由一个密封装置隔开的状态。每个轴环配有一个环形的松套法兰，松套法兰的内径小于轴环的外径。两个松套法兰互相同轴地对准，并且用紧固装置沿轴向固定。
图1显示一个第一法兰件1，该法兰件与图3中所示的第二法兰件2连接在一起形成一个法兰主体3。法兰主体3具有环形的结构并用来作为靠紧在轴环上一个松套法兰。一方面，中央通孔4的直径大于被连接管子的直径，另一方面，该直径又小于轴环的外径。法兰主体3具有多个沿圆周分布的外通孔5，在所有情况下，该孔中都可以装有一个具有头部的螺栓(图中未示出)作为紧固装置。螺栓穿过第一法兰主体3的外通孔5装入，其长度能使该螺栓的自由端穿过同样的第二法兰主体3的对应通孔5。此后，螺栓可以在其螺栓体的自由末端处与一个螺母相连接，从而使定位在轴环上的两个法兰主体在所有情况下都可以相互固定。
法兰主体3具有一个外环部分7和一个内环部分8，外通孔5基本上配置在外环部分7内。法兰件1和2在外环部分7上互相固定。而在沿着径向向内方向相邻的内环部分8内，法兰件1和2被设计成在卸载的开始位置相互隔开，并在这个过程中形成一个沿圆周方向延伸的凹槽9。凹槽9的截面为V形，它在法兰主体3的内侧面10上沿圆周方向连续地延伸。
作为替代，凹槽9也可具有间断的结构，该凹槽至少被配置在法兰主体3的一个没有外通孔5的圆开口内。
借助于凹槽9，法兰件1，2中的每一件都在内环部分8内形成一个具有可弹性变形结构的斜面11。凹槽9是一个轴对称结构，它具有一个沿着根圆6延伸的底部12，根圆6与外通孔5相交。作为替代，根圆也可以具有一个更小的半径，从而使它与外通孔5径向隔开。根圆6的半径尺寸取决于法兰主体3的材料特性和/或斜面11所要求的回弹性。斜面11的回弹性将随着根圆6的半径的增加而减小，这将减少用于安置该法兰连接时的预应力补偿能力。
有利的是，本发明能通过预先确定凹槽9的深度、法兰主体3的厚度及其材料特性，从而为斜面11设定一个预先规定的夹紧力，因而一旦在该法兰连接被安置时斜面11以类似弹簧的方式压缩到法兰主体3的夹紧位置，于是斜面11就能补偿可观数量的夹紧力损失。
同时，根圆6形成了斜面11可以围绕其枢转的一个回转轴线或者说回转圆。凹槽9具有一个张角α，该张角的范围在2°与20°之间。凹槽9最好具有一个8°的张角。
根圆6的直径dF小于法兰件1，2和/或法兰主体3的孔圆直径dM。最好将直径dF设计成在外通孔5的直径附近，并小于直径dM。
法兰件1，2具有相同的厚度，因而法兰主体3相对于中心面ME基本上具有对称的结构。
根据本发明，凹槽9还可以用来标志法兰主体3的一个预定夹紧位置。凹槽9的宽度和深度可以与一个预定的扭紧力矩相协调，螺栓通过该扭紧力矩与螺母相啮合。该法兰主体3的预计夹紧位置可用来告知装配工，对置斜面11的边缘13已进入直接对接。
可以替代或附加地用来确定何时到达预计夹紧位置的另一个判断标准由以下事实构成：斜面11的外径向表面14在某些区域，最好是在螺钉头和/或螺母用的凹座15区域内具有一个棱柱状表面结构16。到达预计的夹紧位置基于以下事实：在螺钉头和/或螺母连接靠紧在凹座15上以后，它将使端面上的外通孔5扩张，并且施加一个夹紧力，使棱柱状隆起16塑性变形以致于形成一个平径向表面14。此时到达的夹紧位置与预先确定的螺栓扭紧力矩相对应。
表面结构16可以是均匀的或不规则的结构。主要因素在于，平均来说，制成的凹座充满一个与凹座15的径向区域17剩余部分容积相当的容积。最好是将棱柱状表面结构16分配给凹座15的沿径向向内取向的径向区域17。
外径向表面14被设计成它们在初始状态沿着径向向内的取向偏斜，因而，在夹紧螺栓接合并且位移到夹紧位置以后，头部和螺母将以同轴的方向直接地与径向表面14紧靠。
为了便于架空安装，在所有情况下，外通孔5在边缘区域应具有沿圆周设置的多个夹紧凸头18，螺栓在插入通孔5中以后利用夹紧作用力固定在该凸头上。
为了在法兰连接安置以后测定减少的夹紧力，松套法兰的一个实施例中设置有一个传感器装置19，该传感器装置具有一个安装在支座21内的压力传感器20，该支座基本上沿轴向从斜面11的外径向表面14伸出。支座21最好在斜面11的外径向表面14上整体地形成。含有支座21的斜面11具有一个通孔22，一个与对置的斜面11整体相连的传感器螺栓23可以穿过该通孔后进行连接。取决于斜面11的张角，压力传感器20在与传感器螺栓23的端面邻接的情况下被激励。如果法兰主体3的夹紧力减小，就会与斜面11的伸展动作发生联系，传感器螺栓23就移动一个距离。如果该变动距离超出一个在容差范围之外的所需预定长度，就会在压力传感器20内触发一个信号，该信号在一个计算装置(未示出)中进行计算以后，用来发出残余密封力超出容差范围的信号。
为了制造出法兰主体3，借助于注射模塑工艺分别制造出聚合物材料的法兰件1和2。法兰件1，2可由热塑性塑料或者最好由玻璃纤维增强的热固性聚合物材料构成。作为替代，法兰件1和2也可由金属特别是金属板构成。
在后继步骤中，两个法兰件1和2通过在其外环部分7上进行焊接而互相固定。为了法兰件1，2的中心定位和/或法兰件1，2的外通孔5的对中配置，法兰件1，2沿轴向具有多个沿轴向延伸的对中螺栓24和在内环部分8内的定心孔25。
为了形成新式的凹槽9，法兰件1，2每个都在内环部分8内具有变平部分26。由于法兰件1，2具有相同的结构，因而它们可以使用单一的工具制成。这样就减少了生产成本并且提高了生产率。
为了便于架空安装，内环部分8的内侧面10具有多个沿圆周分布的突起27，这些突起沿径向向内伸出，用来把法兰主体3通过夹紧作用力固定在管子的端部。
作为替代，也可以将法兰主体制成一个单件。

Claims (22)

1.一种用来在各自装有一个轴环的对置管子端部连接管子的松套法兰，所述松套法兰包括一个环形法兰主体，所述法兰主体具有多个沿圆周分布并用于紧固装置的外通孔，其特征在于，法兰主体(3)具有一个内环部分(8)和一个外环部分(7)，所述内环部分(8)的径向内侧面(10)至少在某些区域内具有一个沿圆周延伸的预定深度凹槽(9)。
2.根据权利要求1的松套法兰，其特征在于，所述凹槽(9)的截面为V形结构，而且所述凹槽(9)的互相面对的斜面被设计成沿径向向内的方向分开。
3.根据权利要求1或2的松套法兰，其特征在于，所述凹槽(9)的底部(12)一直延伸到至少在多个所述外通孔(5)附近的一个法兰主体(3)中心圆(M)处。
4.根据权利要求1或2的松套法兰，其特征在于，所述凹槽(9)沿圆周方向连续地延伸。
5.根据权利要求1或2的松套法兰，其特征在于，所述凹槽(9)的深度(底部12)被设计成在多个所述外通孔(5)附近的深度大于位于所述外通孔(5)之间沿圆周方向的多个区域内的深度。
6.根据权利要求1的松套法兰，其特征在于，所述凹槽(9)的张角(α)在2°至20°的范围内。
7.根据权利要求1的松套法兰，其特征在于，所述凹槽(9)对称地延伸到所述法兰主体(3)的一个中心面(ME)上。
8.根据权利要求1的松套法兰，其特征在于，所述法兰主体(3)是由互相连接的两个法兰件(1，2)所组成的，每个所述法兰件具有至少一个用来形成所述凹槽(9)的斜面(11)，两个所述斜面互相面对地对准。
9.根据权利要求1的松套法兰，其特征在于，所述斜面(11)被设计成在初始状态下相对于中心面(ME)这样地倾斜，以致于在额定负载作用下，所述法兰件(1，2)实现与所述轴环的表面面积邻接。
10.根据权利要求1的松套法兰，其特征在于，所述外通孔(5)基本上配置在所述外环部分(7)内。
11.根据权利要求1的松套法兰，其特征在于，一个沿轴向延伸的传感器螺栓(23)从所述法兰件(1，2)的斜面(11)伸出，该螺栓可置换地安装在对置斜面(11)的通孔(22)内，而且所述传感器螺栓(23)可以与一个侧向设置的压力传感器(20)实现工作连接。
12.根据权利要求1的松套法兰，其特征在于，为了使紧固装置邻接紧靠在一个径向表面(14)上，所述法兰件(1，2)具有一个棱柱状表面结构(16)，其深度与所述紧固装置的预先确定的扭紧力矩相协调，因而当达到该扭紧力矩时所述表面结构(16)变形成平面形式。
13.根据权利要求1的松套法兰，其特征在于，在至少一个端面上，所述外通孔(5)具有一个用来容纳所述紧固装置头部的凹座(15)，而且在所述凹座(15)的沿径向向内取向的边缘与所述内侧(10)之间的距离与所述凹槽(9)这样地协调，以致于当所述法兰件(1，2)的互相面对的斜面(11)达到表面面积邻接时，所述工作连接紧固装置的预定扭紧力矩已经实现。
14.根据权利要求1的松套法兰，其特征在于，所述凹座(15)在一个沿径向向内取向的部分内具有棱柱状的表面轮廓(16)。
15.根据权利要求1的松套法兰，其特征在于，沿圆周分布并且沿径向向内伸出的多个突起(27)被设置在所述内环部分(8)的一个内侧面(10)上，所述突起用来以夹紧作用力将所述松套法兰固定在所述管子端部。
16.根据权利要求1的松套法兰，其特征在于，沿圆周分布的多个夹紧凸头(18)被设置在所述外通孔(5)的内侧面，它们用来以夹紧作用力将所述紧固装置固定在所述外通孔(5)内。
17.一种生产管子连接用松套法兰的方法，所述松套法兰具有多个沿圆周分布的外通孔，其特征在于，两个相同的环形法兰件(1，2)通过注射模塑或铸造法单独地制造出来，沿径向向内取向的变平部分也在该过程中被制造出来，而且在一个第二个步骤中，所述法兰件(1，2)在外环形部分(7)内互相连接，于是由互相面对的所述变平部分(26)所产生的凹槽(9)也在该过程中形成。
18.根据权利要求17的方法，其特征在于，所述法兰件(1，2)被做成在某些区域内具有沿轴向延伸的对中螺栓(24)和/或定心孔(25)，从而可使所述法兰件(1，2)互相之间先以平贴方式定位，然后再互相连接。
19.根据权利要求17或18的方法，其特征在于，所述法兰件(1，2)是由聚合物材料通过注射模塑或模压而制成的。
20.根据权利要求17的方法，其特征在于，所述法兰件(1，2)是由热塑性材料或玻璃纤维增强热固性聚合物材料通过注射模塑或模压而制成的。
21.根据权利要求17的方法，其特征在于，所述法兰件(1，2)是由金属板材料制成的。
22.根据权利要求17的方法，其特征在于，所述法兰件(1，2)是互相焊接的。
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