NO338972B1 - Fremgangsmåte og anordning for kald sammenføyning av flenser og koplingselementer til rør - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte og et verktøy for sammenføyning av et koplingselement, f. eks. sammenføyningsflensinnretning til et rør, idet nevnte koplingselement omgir røret og har spor som vender mot røret og er tilsiktet til å motta et tilsvarende flertall av vulster tilveiebrakt på røret og et koplingselement som kan forbindes med et rør, idet nevnte koplingselement er utformet til å omgi røret og ha spor til å vende mot røret og til å motta et tilsvarende flertall av vulster tilveiebrakt på røret, slik som definert i ingressen av kravene 1, 2 og 5.

Flenser av mange typer og utvalg anvendes i omfattende grad innenfor industrien når rør-til-rør eller rør-til-annen komponentforbindelse skal tilveiebringes. Sveising av flenser til rør er den mest vanlige fremgangsmåte i tilfeller av stålrør og vanlige sveisbare metaller, selv om eksempelvis skrueflenser anvendes i forbindelse med eksempelvis galvaniserte rør.

I de senere år er et antall av fremgangsmåter blitt utviklet for å fastgjøre koplingselementer og sammenføyningen av rør til å deformere røret inne i koplingen for derved å feste det. Andre fremgangsmåter og utstyr som fastspenner koplingen til utsiden av røret uten noen eller med liten deformasjon røret er også blitt utviklet. Eksempler på slike fremgangsmåter fremgår av US 4,593,448 og US 4,147,385. DE 27 24 257 og US 2, 252,274 omhandler verktøy med valser som ved hjelp av en roterende kjegle i midten med valser der omkring vil deformere røret slik at det passer inn i sporet i koplingselementene. DE 3144385 omhandler et sammenføyningssystem for rør der radi elt bevegelige opphøyninger, ved hjelp av hydrauliske trykk mot underliggende stempler, trykker inn vulstene. Som omtalt nærmere nedenfor vil imidlertid rørveggen på siden av vulstene bøye seg innad, og når opphøyningene på verktøyet trekkes tilbake, vil den angjeldende vulst i røret også trekke seg tilbake noe, hvilket gjør forbindelsen svak. I tillegg vil det være en metall-til-metalltetning mellom røret og koplingselementet, og derfor vil systemet som er beskrevet i nevnte publikasjon kreve tetningsmateriale i sporene på koplingselementet. Det er blitt funnet at med radielle stempler som angitt i DE 3144385 er det ikke mulig å oppnå en særlig stor radiell kraft, og dette prinsipp kunne kanskje anvendes med særlig tynnveggede rør.

For å kunne deformere en rørvegg inn i sporet i et omgivende koplingselement kreves meget store krefter dersom rørveggen skal trykkes radielt utad. Bruken av valser som beskrevet i DE 27 24 257 og US 2,252,274 betyr at en mindre radiell kraft behøves, men på den annen side må verktøyet festes til røret og blir derfor stort og tungt. Valsing utsetter materialet for røffere behandling og tar også lengre tid enn radiell trykking.

I US 4154464 beskrives en varmeveksleranordning innbefattende rørholdemidler for tilveiebringelse av en forbedret rørskjøt mellom hver rørende og dens rørplate, hvor hver rørende ekspanderes for å bli en presspasning i en av rørets inneholdende åpninger i rørplaten.

Formålet med oppfinnelsen er å muliggjøre sammenføyning av flenser eller andre koplingselementer til røret der et verktøy kun betjenes radi elt, slik at en fiksering av røret ikke er nødvendig. Videre er det et formål et oppnå et verktøy som endog i forbindelse med små rørdimensjoner har tilstrekkelig kraft til å deformere til vulster i relativt tykke rørvegger. Det er også et formål at verktøyet bør fungere slik at det innad avsmalning av rørenden, hvilket er funnet å være et problem i forbindelse med radiell trykking av vulster, unngås.

De nye og kjennetegnende trekk ved fremgangsmåten for sammenføyning av et koplingselement til et rør fremgår av vedlagte krav 1.

De nye og kjennetegnende trekk ved verktøyet for sammenføyning av et koplingselement til et rør fremgår av vedlagte krav 2, og ytterligere utførelsesformer av verktøyet fremgår av de relaterte underkrav 3 og 4.

De nye og kjennetegnende trekk ved koplingselementet fremgår av vedlagte krav 5, og et ytterligere trekk derav fremgår av det relaterte underkrav 6,

Oppfinnelsen skal nå beskrives i nærmere detalj med henvisning til de vedlagte tegningsfigurer.

Fig. la er et sideriss av et rør og en kopling.

Fig. lb er et snitt A-A i fig. la uten vulster dannet på røret.

Fig. lc er en forstørrelse av det innsirklede området B på fig. lb.

Fig. Id er et modifisert snitt A-A på fig. la med vulster dannet på røret.

Fig. 2a viser et modifisert koplingselement med innført rør.

Fig. 2b viser et snitt A-A på fig. 3b.

Fig. 3a viser et sideriss av et rør, et koplingselement og et innført verktøy i et første operativt trinn forut for koplingsoperasjonen. Fig. 3b viser et snitt A-A gjennom sammenstillingen av røret, koplingselementet og verktøydel i fig. 3a. Fig. 3c viser et sideriss av sammenstillingen vist på fig. 4a i et andre operativt trinn for verktøyet etter at kopling er blitt foretatt derved mellom røret og koplingselementet.

Fig. 3d viser et snitt B-B gjennom sammenstillingen vist på fig. 4c.

Fig. 4a er et sideriss av verktøyet, og fig. 5b er et snitt A-A på fig. 5a.

Fig. 5a er et perspektivisk riss av verktøyet fra en første vinkel, og fig. 5b er et perspektivisk riss av verktøy fra en andre vinkel.

Fig. 6 er sideriss av verktøyet.

Fig. 7a er et sideriss av et modifisert verktøy, og fig. 7b er et element på verktøyet som bevirker funksjonell utvidelse. Fig. 8a er et sideriss av et rør med den modifisert koplingselementkonstruksjon, og fig. 8b er et snitt A-A gjennom utførelsesformen på fig. 8a.

Fig. 9 viser endelig justering av en etablert kopling.

Fig. la-lb viser et rør 1 og et koplingselement 2 før vulster 5, 6 dannes. Fig. Id viser det samme etter at vulstene 5, 6 som er dannet på røret 1 er blitt trykket inn i respektive fordypninger 3, 4 i koplingselementet 2. Fig. 2a og 2b viser et koplingselement 2' montert på et rør 1 og med vulster 5, 6 trykket inn på plass i fordypninger i koplingselementet 2", idet koplingselementet har en flens 2"' for fastgjøring til et annet koplingselement (ikke vist). Fig. 8 viser en koplingselementstruktur 30 med flenser 30', 30" som er vippbare i forhold til konstruksjonen 30 ved bevegelighet over den delvis sfæriske overflate av koplingselementet 30.

Prinsippet for verktøyet er vist på fig. 4a og 4b selv om forskjellige anvendelser av et kjegleformet element 20, slik som en mekanisk kraftforsterker, montert inn i verktøyet, for å bevirke ekspansjon av verktøydiameter til å skape vulster i rørveggen er vist på fig. 4-6.

Fig. 7a viser et verktøy med en hydraulisk kraftforsterker.

Under utviklingen av anordningen ifølge oppfinnelsen, hvilken omfatter både en innvendig utforming av det utvendige koplingselementet 2; 2' og verktøyet 10 som danner vulstene 5, 6, ble det hurtig oppdaget at en høyst kritisk parameter for optimal fastgjøring av koplingselementet 2; 2' til røret beror i utformingen av delene 11, 11' på verktøyet som trykker vulstene 5, 6 ut fra røret og også en del 14 på verktøyet som skal hindre enden av røret 1 fra å avsmalne innad under trykkingsoperasjonen.

Fig. la-ld viser at en ytterste del 2' på koplingselementet 2 mot hvilken rørenden 1' hviler er spredd utad. Dette er for å tillate verktøyet å gi rørenden 1' en overbøyning utad, hvilket er nødvendig fordi rørenden, som nevnt ellers vil ha tendens til å skråne innad. Således røret 1 fremtre praktisk talt rett etter at vulstene 5, 6 er blitt trykket ut, slik det vil sees i snittet vist på fig. ld.

Den samme grunnleggende innvendige utforming av koplingselementet vil gjelde et koplingselement eller krage tilsiktet for løse flenser, bevegelige flenser som vist på fig. 8, og andre typer som kan være egnet for en samme fastgjøringsfremgangsmåte.

Det bør bemerkes at den sylinderiske del av koplingselementet 2; 2" som vist på fig. 1, 2 og 3 med fordel kan være ganske tynnvegget. I en viss utstrekning vil veggen så være ettergivende og gi etter noe under trykkingsoperasjonen, og dette vil så bety at etterpå er den under innadspenning og således gir ytterligere trykk i forbindelsen der røret er i spenning utad.

Laboratorieprøver som er utført viser at en mekanisk god tetning oppnås mellom sporene 3, 4 og vulstene 5,6. Ikke desto mindre kan det være passende å innføre et tetningsmateriale i ett eller flere av sporene.

I henhold til fig. 4a og 4b er prinsippet for verktøyet basert på et flertall av segmenter 10, som hver har sirkelsegmentopphøyninger 11 tilsiktet for å bli trykket ut mot innsiden av rørveggen og således for å danne vulstene 5, 6 først. Mot enden av trykkingsoperasjonen blir sylindersegmentdelen 13 på hvert av segmentene som danner en sylinderisk sammenstilling av segmenter trykket mot innsiden av røret ved delene derav som befinner seg sideveis i forhold til vulstene 5, 6 for å hindre nevnte deler fra å bøye seg innad. Denne prosess er vist på fig. 3a-3d samt på fig. 9. Fig. 3a og 3b viser røret 1 og koplingen 2 før trykkingsoperasjonen, og fig. 9 er et forstørret riss av et mellomtrinn under trykkingen der tidligere nevnte innbøyde områder 1" på røret sideveis i forhold til vulstene 5,6 kan sees. På fig. 3c og 3d sees det at de sylinderiske deler 13 av segmentene 10 har trykket de innbøyde områder 1" tilbake mot koplingselementet 2, slik at de ligger praktisk talt i flukt med innerveggen av røret og dets diameter. Denne etteitrykking gir en virkningsfull radiell spenningseffekt i røret, hvilket øker kontakttrykket mellom røret 1 og koplingselementet 2, tetningspunktene mellom vulstene 5, 6 og sporene 3, 4, og hindrer tilbaketrekning av røret 1 som nevnt ovenfor når det vises til vanlige opphøyninger som tidligere beskrevet i eksempelvis DE 3144385. Et fremspring 14 er plassert innerst på segmentene 10, dvs. nær en verktøyelementflens 21, eller nevnte fremspring 14 er tilsiktet å bevirke trykk mot enden 1"' av røret, som angitt også på fig. 9.1 en tilsvarende av koplingselementet 2 er det en fordypning 15 som kan dannes i form av en faset kant eller uttagning. Denne uttagning 15 kan, forvisse anvendelser, delvis fylles med et tetningsmateriale, eller den kan ha O-ring montert deri. Denne spesielle utforming av verktøyet og koplingselementet er blitt funnet å være nødvendig for å hindre røret fra avsmalning eller bøyning innad som tidligere nevnt.

Segmentene 10 og særlig opphøyningene 11 utsettes for uhyre store påkjenninger under trykkingsoperasjonen og er derfor laget av herdet stål. Følgelig kreves også store radielle krefter for å betjene segmentene 10. Som et eksempel på dette vil trykking til en forbindelse mellom et koplingselement 2 og et stålrør 1 med en ytre diameter lik 76 mm og en veggtykkelse lik 3,2 mm som vist på fig. ld, 2a og 2b, ved å anvende åtte segmenter 10 kreve en radiell kraft per segment lik ca. 200 kN, totalt en nødvendig kraft lik ca. 1600 kN. Disse er store krefter innenfor et meget smalt rom, og verktøyet i henhold til oppfinnelsen anvender derfor en effektaktuator plassert utenfor røret 1 kombinert med en kraftforsterker 20 innenfor røret 1. Fig. 5a viser verktøyet med segmentet 10 og med en sirkulær kjegle 20 som virker som en kraftforsterker, fig. 5b viser verktøyet med kjeglen 20 trukket inn og segmentene 10 i ekspandert posisjon, og fig. 6 viser det samme verktøyet med en polygon pyramide 20' som virker som kraftforsterker. Fig. 7a og 7b viser et verktøy med hydraulisk betjent segment 22. Et segment 22 er vist separat og det kan sees at segmentet 22 er festet til et stempel 27 som kan bevege seg i en tilsvarende sylinder 28 i et hus 24 som er fylt med olje. Segmentene 22 har sirkelsektoropphøyninger 23 for å danne vulster. Det viste verktøyet har totalt åtte stempler 27 og åtte sylindere 28. Når en stang 25 trykkes inn i huset, vil oljen i huset 24 trykke stemplene 27 ut av det. Desto større diameter på stemplet 27 i forhold til diameteren av stangen 25, desto større er kraftforsterkningen. Henvisningstall 21 betegner en verktøyfastgjøringsflens, idet flensen har et flertall av fastgjøringshull 26.

En kald sammenføyning av koplingselementet 2 til røret 1 på denne måte i motsetning til eksempelvis sveising er at materialet i koplingen ikke gis en modifisert overflatestruktur. Derfor er oppfinnelsen egnet for koplinger som vist på fig. 8a og 8b der et koplingselement 30 har en ytre overflate som er del av en sfærisk overflate, idet koplingselementet 30 skal fastgjøres til røret 1 og der en todelt flens har deler 30', 30" som kan sammenføyes med hverandre ved hjelp av skruevirkningsfastgjøring, idet de to delene 30', 30" er plasserte på hver side av koplingselementet og vender mot hverandre. Flensen med sine flensdeler 30', 30" vil så være i stand til å bli montert i en vinkel som kan variabelt innstilles i forhold til røret. Flensen med sine deler 30', 30" vil enten være fritt bevegelig, endog etter sammenskruing av flensdelene 30', 30", eller vil være slik at den er låst til koplingselementet 30 når flensen 30', 30" er strammet til en annen flens (ikke vist).

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for å sammenføye et koplingselement, feks. en sammenføyningsflensinnretning, til et rør, idet nevnte koplingselement omgir røret og har spor som vender mot røret og er tilsiktet til å motta et tilsvarende flertall av vulster tilveiebrakt på røret,karakterisert vedtrinnene: å tilveiebringe nevnte koplingselement til å omgi røret ved et endeområde derav, å tilveiebringe en første og dedikert radi elt rettet trykkingsoperasjon mot innerveggen av røret ved aksielle steder på røret som svarer til stedet for nevnte spor på omgivende koplingselement for å deformere røret der til å danne nevnte vulster å bevirke nevnte vulster til å rage ut inn i nevnte spor, og å tilveiebringe en andre og dedikert radi elt rettet etter-trykkingsoperasjon på innerveggen av røret ved innbøyde områder av rørveggen som naturlig opptrer og tilliggende de dannede vulster under og bevirket av den første trykkingsoperasjonen, for å bevirke en ettertrykking av nevnte områder i en utadretning, for derved å tilveiebringe en utadspenning i røret ved stedene for koplingselementet.

2. Verktøy for å sammenføye et koplingselement, feks. en sammenføynings flensinnretning, til et rør, idet nevnte koplingselement er tilsiktet for å omgi røret og ha spor til å vende mot røret og er tilsiktet til å motta et tilsvarende flertall av vulster tilveiebrakt på røret,karakterisert vedat verktøyet har et flertall av aksialt atskilte, radi elt bevegelige segmenter (10), idet hvert segment har et flertall av sirkelsektordannede opphøyninger, idet nevnte flertall av segmentet derved tilveiebringer omkretsmessig forløpende opphøyninger (11) som er i stand til å deformere rørveggen ved en første trykkingsoperasjon på innerveggen av røret for å danne på utsiden av røret omkretsmessige vulster (5; 6) i rørveggen og bevirke nevnte vulster (5; 6) til å strekke seg inn i tilsvarende av nevnte spor (3; 4) i koplingselementet, og at segmentene har omkretsmessige forløpende partier (13) plassert tilliggende og mellom opphøyningene, idet nevnte partier (13) i en andre, påfølgende trykkingsoperasjon skal bevirke etter trykking av innbøyde områder som opptrer naturlig i rørveggen mellom og tilliggende vulstene under den første trykkingsoperasjonen, slik at en utadspenning oppnås i røret ved stedet for koplingselementet.

3. Verktøy som angitt i krav 2,karakterisert vedat en del av segmentene som skal ligge aksialt innrettet med enden av røret av et fremspring (14) som er utformet til å trykke rørenden ut litt mer enn selve diameteren for røret.

4. Verktøy som angitt i krav 2 eller 3,karakterisert vedat segmentene tilveiebringer et innvendig konisk formet eller polygonal pyramideformet rom, og at en kjegle eller polygon pyramide er plasserbar innvendig i forhold til og koaksialt med segmentene, idet nevnte kjegle eller pyramide når den trekkes mot en smal ende av nevnte formede rom bevirker segmentene til å bevege seg radielt utad.

5. Koplingselement som kan forbindes med et rør, idet nevnte koplingselement er utformet til å omgj røret og har spor til å vende mot røret og et til å motta et tilsvarende flertall av vulster tilveiebrakt på røret, til bruk med et verktøy som angitt i kravene 2, 3 og 4,karakterisert vedat koplingselementet ved sin fremste del har en fordypning med en diameter som er større enn en ytre diameter av røret, slik at når koplingselementene omgir røret og nevnte fordypning er innrettet ved enden av røret, er rørenden trykkbar inn i nevnte fordypning gjennom en utadbøyningsoperasjon derpå.

6. Koplingselement som angitt i krav 5,karakterisertv e d at koplingselementet (30) har en del av sin ytre overflate sfærisk formet for å tillate en todelt flensanordning med innvendig rom derav utformet til å bli fastspent til overflaten av koplingselementet, hvorved en langsgående akse gjennom nevnte todelt flensanordning er vinkelmessig justerbar i forhold til en langsgående akse for røret.