专利名称：用于两个旋转对称件的可释放连接装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用非强制配合和强制配合的可释放连接装置，它用于两个旋转对称部件在连接点处的连接，特别是用于在发电厂用阀上的闭合件之间产生防泄漏连接，该连接装置具有第一部件，该第一部件具有沿径向向外突出并具有第一夹紧面和第一支承面的凸缘，位于第二部件的开口端处以通过轴向地绕凸缘夹紧而将凸缘保持的承座，形成在承座内以与第一支承面相配合的第二支承面，形成在第一或第二支承面上以容纳密封的凹槽，形成于承座内并与第二支承面以轴向间距间隔开的第二夹紧面，并具有多个环的楔形张紧件，这些张紧件分布在周向上并且布置为将第一楔形面和第一夹紧面邻接，第二楔形面与第二夹紧面邻接。这种类型的连接装置，例如可从德国实用新型DE29822922U1中得知。
背景技术：
在这种已知的连接装置中，每一张紧件具有由直接作用于其上的张紧螺钉所施加的力，该螺钉作用在张紧件和第一部件的肩部之间，并且沿着部件之间的楔形面将类似于楔形块的张紧件张紧(bracing)。
在这种类型的连接装置受益于摩擦接触连接的同时，它还具有缺点，即为了安装或拆卸的目的，不得不将多个张紧螺钉均匀紧固，这会花费相当多的时间。在操作中不均衡的力矩可能会导致出现损坏的情况。除此之外，生产多个用于这些张紧螺钉所需的反轴承(counter-bearing)是非常耗时并且昂贵的。
发明内容
特别是针对上述的缺点，本发明将其目的设定为对这种通用类型的连接装置进行改进。
本发明通过一种具有下述特征的通用类型的连接装置获得了此目的，其中所述特征为提供一膨胀环，该膨胀环利用外膨胀面与张紧件的第三楔形面邻接；提供张紧装置，其作用于膨胀环和部件之一之间，通过这种张紧装置，膨胀环可沿轴向运动并且张紧件可沿径向或沿径向/轴向运动。
由于本发明的装置具有将张紧装置的张紧力分布在周向上的膨胀环，与现有技术中的连接装置相比，它需要更少或者不同的张紧装置，因此，可以更加容易并且快速地进行组装或拆卸。除此之外，通过此装置的力的推动将被进一步提高。
优选的是，第一和第二支承面沿径向运动。凹槽可形成在第一或第二支承面的一部分径向部分内，从而将密封恰当地设置为与支承面平行。
优选的是，第一夹紧面应该包括与第二夹紧面形成的楔角，该楔角以膨胀环使部件发生自锁紧张紧的方式与外膨胀面的锥角相配合。
可以提供的是，第一夹紧面沿径向运动，并且第二夹紧面锥形地运动。
可替换的是，第一夹紧面锥形地运动，而第二夹紧面沿径向运动。
还可替换的是，第一和第二夹紧面都锥形地运动。
膨胀环可沿周向连续地形成，或者可替换的是膨胀环具有分布在周向上的径向膨胀狭槽，以及锥形地形成的内膨胀面，通过此内膨胀面将该膨胀环与位于第二部件上、相对应地并锥形地形成的第三膨胀面邻接，并且膨胀环可通过轴向位移径向地膨胀。在此内容中，张紧件的外膨胀面和第三楔形面在每一种情况下都可以轴向圆柱形地或锥形地形成。
可以提供的是，膨胀狭槽不在膨胀环的整个轴向长度上延伸。可替换的是，本发明认为膨胀环具有以一种可替换的方式沿周向以有缝夹套布置的膨胀狭槽。
膨胀环可由分布在周向上的单独的膨胀件以及紧固在其周围的止推环构成。
在本发明的优选实施例中，设置有可释放地安装在第一部件上、特别是凸缘上，并与第一夹紧面邻接的保持环，此保持环具有基本上轴向圆柱形地运动并与该张紧件的锁紧面邻接的保持面，锁紧面基本上轴向圆柱形地运动，并防止当膨胀环被释放时张紧件以及连接装置完全地被释放。
张紧装置被形成为分布在周向上的张紧螺钉。特别是该螺钉可以通过周向凹槽和滑块被置于轴向地固定在第一部件上的张紧环内。
可替换的是，张紧螺钉通过膨胀环啮合到第一部件，特别是凸缘内。
作为又一替换，膨胀环具有与其形成一体或放置于其上的凸缘环，通过该凸缘环，张紧螺钉啮合在径向地位于张紧件外部的第二部件的周向部分内。
最后，可提供的替换实施例的是，张紧装置可由作用在膨胀环上并且与第一或第二部件的外螺纹或内螺纹配合的带螺纹的螺母形成。
在本发明的优选实施例中，可提供的是，张紧件由沿着两平行的切断平面分割成的部分环组成，这些环以一种本身就已知的方式彼此相互(在周向上)以共有间距被安装，有利的是，所述间距相比于由径向剖面剖开的部分来说是很小的，即张紧件可被插入到第一和第二部件之间。
本发明还涉及到一组用于本发明连接装置的张紧件，它们由沿两平行的切断平面分割的部分环形成，并且具有沿径向或沿锥形向外形成的第一楔形面，以及沿径向或沿锥形向外形成的第二楔形面以及轴向圆柱形或者锥形形成的内部第三楔形面。然而，第三楔形面即可在第一和第二楔形面内通过任何角度组合轴向圆柱形地或者锥形地形成；第一楔形面可以为径向的，第二楔形面可以为锥形的，或者反之亦然，或者两者都为锥形的。
本发明结合附图，通过不同的实施例进行描述，其中图1示出了具有根据本发明的连接装置的发电厂用阀的盖锁紧的纵向剖视图，图2至图9进一步示出了对图1所示的连接装置进行变形后的实施例，以及图10和图10a示出了本发明的膨胀环的平面图和剖视图。
参考与发电厂用阀的新颖的盖锁紧相关的各种实施例对本发明进行描述。在用于新的传统的化石燃料热力发电厂的发电厂用阀中，这种阀承受高压，操作压力达到大约300巴，同时操作温度可达到700℃并且更高。因此，考虑到介质的极限温度和压力，自密封石墨盖密封的使用寿命达不到要求。当操作温度超过500℃时，在允许大气中的氧气进入时，石磨密封就迅速地被氧化成CO2。
在这些温度级的操作温度下，可想象的是从其它密封中采用一种沿径向运转、耐高温的O形金属密封环。从结构的观点来看，必须以这种方式，即将金属O形环设置在金属对金属的接触内，来设计具有O形金属密封环的盖锁紧。在采用传统的法兰锁紧或自密封锁紧时，这种密封方法的可行性受到局限并且造成壳体和锁紧件的不成比例的大尺寸，而这些都是不恰当的。
本发明的结构使得以一种有利的方式使设计用于阀的盖锁紧成为可能，从而将O形金属密封环设置在金属对金属的接触内并且所产生的压力可以通过旋转对称锥形体系统的双重作用(twin action)而被吸收。根据本发明，操作力由强制锁紧环部分截断，其中该强制锁紧环部分具有若干锥形侧面，而这些侧面通过锥形包络面将其向外地支撑在壳体上并且向内地支撑在膨胀环上。如果将锥角选定在自锁紧的范围内，即倾角的正切小于所预期的最低静摩擦值，那么就能确保作用在预张紧件(以螺栓形式出现的张紧装置)上的轴向作用力很小或者实质上等于零。
由于这种有利的结构设计装置仅需要与操作压力无关的较小的预张紧力，因此松弛和材料疲劳不会出现在这种张紧装置中，并且与传统的法兰锁紧相比，相对于可能被传递的力的值而言可以保持相对小的尺寸。通过与双重作用的旋转对称圆锥系统相连的部件上的有利的力的流动在壳体和盖内会产生最小可能的扭矩(folding moments)和弯矩(bending moments)以及变形。在以锥形部分形成的外张紧件中，主要产生剪应变，反之在膨胀环或支撑锥体上，主要存在切应变，或者在支撑于内部上的狭槽形的膨胀环内，仅仅存在压应变，而这些应变都容易控制。
图1示出了本发明连接装置的第一实施例，其中第一部件至少在连接点处是旋转对称的，并且在此种情况下为发电厂用阀的盖2，它具有沿径向向外突出的凸缘4，在其上形成第一径向夹紧面6和同样为径向的第一支承面8。
第二部件10，在此种情况下为发电厂用阀的壳体，其同样在图1顶部处所示的连接点区域内为旋转对称地形成，并在开口端处具有承座12，其围绕并轴向地覆盖在第一部件2的凸缘4上。为了与第一部件2的第一支承面8相配合，承座12内形成有同样沿径向运动的第二支承面14，凹槽16形成在第二支承面14的径向内部区域内以容纳O形金属密封环18。因此，当将两个部件2和10安装在一起并彼此接触时，该密封18就平行于支承面被恰当地布置。这样，大部分的轴向力由支承面传递，而不由密封传递，从而密封只承受预定量的轴向压力。
在承座12内，在与第二支承面14以轴向间距间隔处形成有中空的向外部分20和第二锥形夹紧面22，当将部件2和10如图所示安装在一起时，该夹紧面22与第一部件2的第一夹紧面6相对。
多个环的楔形张紧件24分布在圆周上，并且布置有与第一夹紧面6邻接的第一锥形包络面或楔形面26以及与第二夹紧面22邻接的第二楔形面28。
具有与张紧件24的第三楔形面30邻接的外膨胀面32的膨胀环34在轴向36上抵靠着张紧件24布置。为了使膨胀环34在轴向36上运动，并且从而使张紧件24沿着第二夹紧面22运动，即在图1的实施例中同时在轴向36和沿径向向外方向上运动，张紧装置设置在膨胀环34和第一部件2(盖)之间。在图1的实施例中，张紧装置由张紧螺钉40形成，该螺钉被拧入到张紧环44的螺纹孔42内，其中张紧环44部分地支撑在插入到第一部件2的周向凹槽46内的滑块48上。由于不得不通过张紧螺钉40来施加相对小的轴向力，因此周向凹槽46和滑块48都不需要具有任何大的尺寸，而不像传统的类似法兰连接那样，其中张紧螺钉不得不吸收在操作中出现的全部压力(操作压力乘以盖的内部面积)。如果将楔形面26、28、30所限定的楔角和锥角选择为，当自锁发生时，张紧螺钉40仅仅只施加装配所需的张紧力，而不考虑内部或操作压力，操作中不会出现附加的负荷。由于盖和壳体(第一和第二部件)之间的压力通过压力和摩擦力传递，因此，张紧螺钉40的实际作用仅仅是以其摩擦连接和强制锁紧(第一部件2、第二部件10、张紧件24和膨胀环34)来固定连接装置，即由于在操作中不可避免地要发生振动、震动等类似情况，因此用于防止膨胀环34发生松动。
在位于第二部件10的中空的向外部分20的区域内，将通孔50插入到张紧件24的水平面上，从而在拆卸的情况下可以将张紧件24打出。通过采用轴向螺纹加压孔和相应的加压螺钉(未示出)，膨胀环34可以被压出由张紧件24形成的锥形内环以外。这就确保了在不困难的情况下就可将连接装置拆卸下来。
基本上，在图2至9中示出的进一步的实施例仅就膨胀环34和它的具有不同张紧装置的张紧件来说不同于上述实施例。
图2示出了具有轴向通孔60的膨胀环34，通过轴向通孔将柱螺栓64拧入，且与第一部件2内的螺纹盲孔62相啮合，通过紧固螺母66获得了膨胀环34的轴向张紧。由于膨胀环34的封闭设计，柱螺栓64仅仅承受轴向应变而不承受弯曲应力。
图3示出了一种变形，其中膨胀环34没有以连续或实心的方式形成在周向上，而是具有沿径向运动并且分布在周向上的膨胀狭槽，其中之一由图3中的70表示。这里可能仅仅只有沿轴向插入的膨胀狭槽，例如从下侧插入，每一个膨胀狭槽根据图3中70表示的膨胀狭槽延伸，或者可替换的是，膨胀环34可形成为如有缝夹套，其中沿周向的连续膨胀狭槽从交替地相对轴向延伸到膨胀环。
在替换实施例中(未示出)，膨胀环也可能是由分布在周向上的分离的膨胀件组成。
在所有的例子中，恰当的是膨胀环上形成以图3中72表示的止推环，其紧固在单独的膨胀件或者由膨胀狭槽分开的膨胀部分的周围。止推环可以与由膨胀狭槽所分开的膨胀部分一体形成，或者可替换的是作为单独部件形成。
根据图3，所有这样的实施例具有共同的特征，即膨胀环34不仅具有外膨胀面32，另外还具有锥形内膨胀面74，它与位于第二部件2上、相对应的锥形形成的第三膨胀面76相配合。当张紧装置(张紧螺钉40)被紧固时，止推环72因此相对于沿凸缘4方向的第一部件2沿轴向36运动，同时膨胀环34的狭槽部分的内膨胀面74沿着第三膨胀面76同时在轴向36和径向即环的膨胀方向上向外运动。
由于膨胀环34的狭槽部分的上述径向膨胀运动，图3中呈锥形的张紧件24的第三楔形面30和对应的膨胀环34的外膨胀面32可以轴向圆柱形地形成，从而使制造简单。
图4示出了根据图1和图2的实施例的变形，其中膨胀环34具有与其形成一体的、插入有柱螺栓64的凸缘部或凸缘环80，其中柱螺栓部分啮合到第二部件10的螺纹盲孔62内。作为对整个实施例的替换，可将凸缘环80形成为夹紧在实际的膨胀环34上的、单独的环，这将会参照附图7更详细地解释如下。
图5示出了一个实施例，其中通过将带螺纹的螺母90作用在膨胀环34上以形成张紧装置，带螺纹的螺母90与第一部件2的外螺纹92相配合。可替换的是，带螺纹的螺母90可以具有外螺纹，第二部件10具有与第二夹紧面22邻接的承座12的开口端部内的内螺纹；并且可具有相对应的轴向长度缩短的膨胀环34或者轴向长度加长的第二部件10。
图6示出了一种变形，其中膨胀环34依照图4形成，但是在此实施例中增加了通过张紧螺钉102保持在第一部件2的凸缘4上的保持环100。保持环100具有沿轴向圆柱形运动的保持面104，保持环100通过此保持面104与张紧件24的对应形成的锁紧面106邻接，其中该锁紧面沿轴向圆柱形运动。在此实施例中，将保持面104的直径选择成，即当连接装置处于它的装配状态但还未处于张紧状态下时，可以将保持环100插入，而不需要张紧张紧件24，但同时，在保持环100插入后张紧件24不会从中空的向外部分20中滑出。换句话说，当紧固螺母66被紧固时，由于张紧件24被径向向外地张紧，因此保持面104和锁紧面106之间出现径向间隙，其中图6中未示出此径向间隙。如果在操作过程中无论何种原因紧固发生松动时，盖2也不可能从承座12中被压出；相反，由于张紧件24仍然能够防止部件2、10彼此间进行任何大致为轴向的运动，因此在密封18区域内的连接点处只可能或多或少地出现微小的泄漏。
图7示出了图3和图4中的变形的组合，这里凸缘环80被形成为分离件，并在一定程度上也起着止推环的作用，虽然除图7外这种作用已经由作为膨胀环34一部分的止推环72而实施。
图8示出了图3和图5的组合，其中与图3不同的是，张紧装置由带螺纹的螺母90形成。
图9示出了一种变形，其中，张紧件24(每一个)不具有上述实施例中的第一径向楔形面26和第二锥形楔形面28，而是具有第一锥形楔形面26和第二径向楔形面28。当然不用说第一部件2的第一夹紧面6与第二锥形楔形面28相对应，因此同样地形成为锥形。
图9还示出了结合附图6进行说明的保持环100，可由位于第一夹紧面6上的径向支承环110所替代，与图9中一致的锥形面的设计特别适合这种径向支承环110。然而，原则上，即使具有与图1至8一致的、沿径向运动的第一夹紧面，为了获得防止连接装置出现完全松动的情况，也可以采取径向支承环。
图10示出了本发明的一组张紧件120，其由4个张紧件24组成，其中这些张紧件24由沿着两平行的切断平面124、126分割旋转对称环形成的具有图10a中的断面。每一单独的张紧件24具有与图1类似的第一径向楔形面26、第二向外的锥形楔形面28以及向内形成的圆锥形第三楔形面30，其中第一面26还可以向外地锥形地形成(图9)，第二面28也可以径向地形成(图9)，第三面30也可结合图3和图7中所描述的轴向圆柱形的那样形成。
本发明的这组张紧件120的主要优点在于，原始的环不是沿着径向平面分割成部分，而是沿着平行的切断平面分割成部分，其中切断平面相间隔，从而张紧件能以彼此最小的间隔被装配。
附图标记列表2 第一部件(盖)4 凸缘6 第一夹紧面8 第一支承面10 第二部件(壳体)12 承座14 第二支承面16 凹槽18 密封20 中空的向外部分22 第二夹紧面24 张紧件26 第一楔形面28 第二楔形面30 第三楔形面32 外膨胀面34 膨胀环36 轴向40 张紧螺钉
42 螺纹孔44 张紧环46 周向凹槽48 滑块50 通孔60 通孔(位于膨胀环34内)62 螺纹盲孔64 柱螺栓66 紧固螺母70 膨胀狭槽72 止推环74 内膨胀面76 第三膨胀面80 凸缘环90 带螺纹的螺母92 外螺纹(部件2上)100 保持环102 紧固螺钉104 保持面106 锁紧面110 支承环120 张紧件组122，124 切断剖面(切断平面)
权利要求
1.一种采用非强制性配合和强制配合的可释放的连接装置，其用于在连接点处的两个旋转对称部件(2，10)，特别是用于在发电厂用阀上的闭合件之间产生防泄漏连接，该连接装置具有第一部件(2)，该第一部件(2)具有径向向外突出并具有第一夹紧面(6)和第一支承面(8)的凸缘(4)，位于第二部件(10)的开口端处、用于通过轴向地绕凸缘(4)夹紧以将凸缘(4)保持的承座(12)，形成于承座(12)内以与第一支承面(8)相配合的第二支承面(14)，形成于第一或第二支承面(8，14)上以容纳密封(18)的凹槽(16)，形成于承座(12)内与第二支承面(14)以轴向间距相间隔的第二夹紧面(22)，并具有多个环的楔形张紧件(24)，这些张紧件分布在周向上并布置为将第一楔形面(26)与第一夹紧面(6)邻接，第二楔形面与第二夹紧面(22)邻接，其特征在于，设置有膨胀环(34)，其与具有外膨胀面(32)的张紧件(24)的第三楔形面(30)邻接，并且还设置有作用于膨胀环(34)和部件(2，10)中的一个之间的张紧装置(40)，通过张紧装置(40)，膨胀环(34)可沿轴向运动，且张紧件(24)可沿径向或沿径向/轴向上运动。
2.如权利要求1所述的连接装置，其特征在于，第一和第二支承面(8，14)沿径向地运动。
3.如权利要求1或2所述的连接装置，其特征在于，凹槽(16)形成在第一或第二支承面(8，16)的径向部分内，从而将密封(18)布置为与支承面(8，14)相平行。
4.如前述权利要求中任一所述的连接装置，其特征在于，第一夹紧面(6)包括与第二夹紧面(22)形成的第一楔角，该楔角以膨胀环(34)使部件(2，10)发生自锁紧张紧的方式匹配于外膨胀面(32)的锥角。
5.如前述权利要求中任一所述的连接装置，其特征在于，第一夹紧面(6)径向地运动，第二夹紧面(22)锥形地运动。
6.如权利要求1至4中任一所述的连接装置，其特征在于，第一夹紧面(6)锥形地运动，第二夹紧面(22)径向地运动。
7.如权利要求1至4中任一所述的连接装置，其特征在于，第一和第二夹紧面(6，22)都锥形地运动。
8.如前述权利要求中任一所述的连接装置，其特征在于，膨胀环(34)可在周向上连续地形成。
9.如权利要求1至7中任一所述的连接装置，其特征在于，膨胀环(34)具有分布在周向上的径向膨胀狭槽(70)，以及锥形地形成的内膨胀面(74)，该膨胀环(34)利用此内膨胀面(74)与位于第二部件(10)上的、相对应的并锥形地形成的第三膨胀面(76)邻接，并且膨胀环(34)可通过轴向位移径向地膨胀。
10.如权利要求9所述的连接装置，其特征在于，张紧件(34)的外膨胀面(32)和第三楔形面(30)在每一种情况下为轴向圆柱形或锥形地形成。
11.如权利要求9或10所述的连接装置，其特征在于，膨胀狭槽(70)不在膨胀环(34)的整个轴向长度上延伸。
12.如权利要求11所述的连接装置，其特征在于，膨胀环(34)具有以有缝夹套的方式在周向上交替布置的膨胀狭槽(70)。
13.如权利要求1至7，9或10中任一所述的连接装置，其特征在于，膨胀环(34)由分布在周向上的分开的膨胀件以及紧固在膨胀环(34)周围的止推环(72)构成。
14.如前述权利要求中任一所述的连接装置，其特征在于，具有可释放地安装在第一部件(2)上、特别是凸缘(4)上并与第一夹紧面(6)邻接的保持环(100)，该保持环具有基本上轴向圆柱形运动并与张紧件(24)的锁紧面(106)邻接的保持面(104)，锁紧面(106)基本上轴向圆柱形地运动；并且，当膨胀环(34)被释放时保持面(104)防止张紧件(24)以及连接装置被完全地释放。
15.如前述权利要求中任一所述的连接装置，其特征在于，张紧装置形成为分布在周向上的张紧螺钉(40)。
16.如权利要求15所述的连接装置，其特征在于，张紧螺钉(40)特别是通过周向凹槽(46)和滑块(48)位于轴向地固定在第一部件(2)上的张紧环(44)内。
17.如权利要求15所述的连接装置，其特征在于，张紧螺钉(40)通过膨胀环(34)啮合到第一部件(2)内，特别是凸缘(4)内。
18.如权利要求15所述的连接装置，其特征在于，膨胀环(34)具有与其形成一体或放置于其上的凸缘环(80)，通过凸缘环(80)，张紧螺钉(40)啮合到第二部件(10)内。
19.如权利要求1至14任一所述的连接装置，其特征在于，张紧装置由作用在膨胀环(34)上并与第一或第二部件(2，10)的外螺纹或内螺纹(92)配合的带螺纹的螺母(90)形成。
20.如前述权利要求中任一所述的连接装置，其特征在于，张紧件(24)由沿着两平行的切断平面分割成的部分环组成。
21.如前述权利要求中任一所述的连接装置，其特征在于，密封(18)形成为O形金属密封环。
22.如前述权利要求中任一所述的连接装置，其特征在于，第二部件为高压阀，第一部件为锁紧件，特别是为用于该阀的盖锁紧。
23.用于如前述权利要求中任一所述连接装置的一组张紧件(120)，其由沿两平行的切断平面分割成的部分环(24)形成，并且具有沿径向或锥形地向外形成的第一楔形面(26)，沿径向或锥形地向外形成的第二楔形面(28)以及轴向圆柱形地或者锥形向内地形成的内部第三楔形面(30)。
全文摘要
一种具有第一部件和第二部件的可释放的连接装置，第一部件具有径向向外突出并具有第一夹紧面和第一支承面的凸缘，位于第二部件处的承座，形成于承座内的第二支承面，形成于第一或第二支承面上以容纳密封的凹槽，形成于承座内的第二夹紧面和多个环的楔形张紧件，这些张紧件布置为第一楔形面和第一夹紧面邻接，第二楔形面与第二夹紧面邻接，其中，设置有膨胀环和张紧装置，它们作用在膨胀环和其中一个部件之间。
文档编号F16L23/00GK1670418SQ20051005478
公开日2005年9月21日 申请日期2005年3月16日 优先权日2004年3月17日
发明者A·米勒, M·旺格曼 申请人:霍尔特控制装置有限及两合公司