专利名称：松套法兰式喇叭管接头及使用其的钢管的接合方法
松套法兰式喇叭管接头及使用其的钢管的接合方法技术领域
本发明涉及将法兰用螺栓连结而接合配管类的管接头，更具体地，涉及具有在钢管的端部设置的喇叭形部和与该喇叭形部抵接的松套法兰的机械式接头。
本申请要求2008年3月24曰提交的日本专利申请第2008一075953号的优先权，并在此引用其内容。
背景技术：
对于输送水1空气1蒸汽等流体的屋内配管的接合，可使用将法兰用螺栓连接的机械式接头。此类机械式接头的法兰，通过在钢管的端部焊接或使在钢管的端部设置的喇叭形部抵接松套法兰等方法，而设置于钢管的端部。
近年来，不需要焊接1可在施工现场简便地进行喇叭形加工1施工时间也可缩短的松套法兰式喇叭管接头的需要正在提高。此外，对于屋内配管，通常在钢管上进行不产生轴向力和弯曲的配管设计，并由松套法兰式管接头来接合配管(例如，专利文献l12)。
但是，在现场的施工时产生了应对对位等的需要，在钢管及接头上有时作用有弯曲应力和拉伸应力。此外，在配管内通过蒸汽等高温流体的情况下，在钢管及接头上有时作用有热膨胀及收缩引起的轴向应力和弯曲应力。再有，也需要考虑在钢管及接头上作用有过度的轴向力1弯曲载荷的情形，例如，也存在需要足够耐震性的情况。
此外，在配管上作用有过大载荷的情况下，载荷在将钢管接合的接头上特别集中。但是，在作用有此类过大外力时可保持输送流体的密封性的接头到目前为止还没有开发出来。再有，提出了一种内压越高越增加密封力的松套法兰式管接头(例如，专利文献3)。但是，在该技术中，在作用有轴向力和弯曲载荷时也不能确保密封性。
此外，也提出了提高喇叭形加工部的强度和疲劳特性的方法(例如，专利文献415)。但是，这只是提高已加工成形的喇叭形部的特性的发明，对于松套法兰式喇叭管接头的密封性没有考虑。
另一方面，作为以在法兰部施加应力时的耐破坏特性的提高为目的的管接头，提出了将与喇叭形部的法兰的接触面加工成锥形的松套法兰式喇叭管接头(例如，专利文献6)。但是，为形成具有此类锥形形状的喇叭形部，需要在加工途中更换工具，喇叭形部的扩口加工的工序变复杂。
专利文献l日本特开2007—211811号公报[OO10] 专利文献2日本特开2000—55239号公报[OO11] 专利文献3日本登记实用新型第3136954号公报[OO12] 专利文献4日本特开2005—351383号公报[OO13] 专利文献5日本特开平5—329557号公报[OO14] 专利文献6日本实开平7—22193号公报
发明内容
本发明要解决的问题是在钢管的端部设置喇叭形部、在钢管的接合部将喇叭形 部的端面对接并由松套法兰夹持的松套法兰式喇叭管接头中，改进在作用有特别大的外力 时的密封性。本发明涉及控制喇叭形部的端面的角度、改进在作用有特别大的拉伸、弯曲等应 力时的密封性的松套法兰式喇叭管接头，其主旨如下。本发明的松套法兰式喇叭管接头具有在两根钢管的端部分别形成的喇叭形部、和 分别与上述喇叭形部抵接的松套法兰，上述喇叭形部的端面相对于上述钢管的中心轴的角 度 θ ]为 87° 89°。在本发明的松套法兰式喇叭管接头中，还可有在上述喇叭形部间插入的垫圈。上 述喇叭形部经插入上述垫圈而对接，上述喇叭形部也可由上述松套法兰夹持。使用本发明的松套法兰式喇叭管接头的钢管的接合方法包括通过将钢管的端部 进行扩口加工，而形成喇叭形部的工序，上述喇叭形部的端面相对于上述钢管的中心轴的 角度θ ]为87° 89° ；将在两根上述钢管的端部分别形成的上述喇叭形部对接的工 序；将上述已对接的喇叭形部用两个松套法兰夹持，而机械性连结的工序。在本发明的使用了松套法兰式喇叭管接头的钢管的接合方法中，可插入垫圈而将 上述喇叭形部对接。根据本发明，即使在配管的接合部的松套法兰式喇叭管接头上作用有过度的拉伸 载荷、弯曲载荷等的情况下，也可将配管内的输送流体密封，工业上的贡献极为显著。
图1是本发明一个实施方式的松套法兰式喇叭管接头的一个实例的示意图
图2是表示喇叭形部端面角度θ的图。
图3是表示喇叭形部端面角度θ对于对接部的接触面压力的影响的图。
图4是表示喇叭形部端面角度θ对于密封性的影响的图。
图5是喇叭形加工的示意图。
图中标记说明
1,1a, Ib 钢管
2，2a，2b 喇叭形部
3 垫圈
4a, 4b 松套法兰
5 螺栓
6 螺母
7:锥体
8 钢管的中心轴
9 喇叭形部的端面
具体实施例方式
下面参照附图来对本发明的优选实施方式进行详细说明。此外，在本说明书及附图中，对于具有实质相同功能构成的构成要素，通过标以相同标记而省略重复说明。在图1中，示意性举例表示本发明一个实施方式的松套法兰式喇叭管接头的一部 分。本实施方式的松套法兰式喇叭管接头具有使两根钢管la、Ib的端部(接合部)扩展而 形成的凸缘状的喇叭形部2a、2b ；与喇叭形部2a、2b抵接的松套法兰4a、4b。该松套法兰式喇 叭管接头的构造为在两根钢管la、lb的接合部，通过垫圈3使喇叭形部2a、2b对接，将该已 对接的两喇叭形部2a、2b从其两侧用松套法兰4a、4b夹持，并用螺栓5和螺母6机械性连结。再有，在本申请的附图中，将螺栓5和螺母6的大小以及松套法兰4a、4b的厚度相 对于钢管la、lb比实际大地进行描绘，以使其位置关系明确。因此，附图中各部件的尺寸比 及钢管la、lb的中心轴8的相对位置，与实际的喇叭管接头不一定一致。更详细地说明，钢管la、lb在各自的端部具有通过扩口加工而形成的喇叭形部 2a、2b。喇叭形部2a、2b是为了将两根钢管la、lb相互接合而将钢管la、lb的端部以向其 外侧弯折的方式扩展的已被成形加工(即，喇叭形加工)的部分。在该喇叭形部2a、2b上，分别抵接有松套法兰4a、4b。该松套法兰4a、4b(以下称 为法兰4a、4b)是具有比钢管la、lb的外径大的内径的通孔的圆环状法兰。在该法兰4a、4b 的通孔内穿过钢管la、lb，在没有连结时，法兰4a、4b的内周面可沿钢管la、lb的外周面滑 动。再有，法兰4a、4b抵接喇叭形部2a、2b且不能从钢管la、lb的端部取下。钢管la、Ib的喇叭形部2a、2b的端面9 (参照图2)之间根据需要插入垫圈3而对 接。垫圈3是例如具有与喇叭形部2a、2b的外径相同大小的外径的圆环状密封部件，具有将 已对接的两个喇叭形部2a、2b的端面9之间密封的功能。喇叭形部2a、2b的对接部从其两 侧(作为与对接面相对的外侧面的钢管la、lb的外周面侧的面)由上述法兰4a、4b夹持， 将法兰4a、4b用螺栓5和螺母6连结。对使用该松套法兰式喇叭管接头来将钢管la、Ib接合的顺序进行说明。首先，在相对配置的钢管Ia的喇叭形部2a和钢管Ib的喇叭形部2b之间插入垫 圈3，在该状态下将喇叭形部2a的端面9和喇叭形部2b的端面9对接。其次，将该已对接 的喇叭形部2a、2b从其外侧用法兰4a、4b夹持。然后，用穿过法兰4a、4b的螺栓5和螺母 6，将法兰4a、4b机械连结、固定。这样，从两侧按压喇叭形部2a、2b。通过以上操作，可使用 该接头将两根钢管la、Ib适当地接合。再有，作为将法兰4a、4b固定的构件，并不限于上述 螺栓5和螺母6的实例，只要是能够将法兰4a、4b机械连结、固定的构件，可使用任意固定 部件。此外，在图1中，虽然仅表示各一个螺栓5和螺母6，但也可使用两个以上的多个螺栓 5和螺母6。此外，在输送水、空气、蒸汽等的配管中使用STPG(JIS G 3454)和SGP(JIS G 3452)等配管材料，其外径是50A 350A，100A左右的钢管为主流。因此，本发明的发明人 通过假设100A的SGP配管的有限元法解析(FEA)，来分析对松套法兰式喇叭管接头的密封 性产生影响的设计要素。其结果，发明人注意到的是图2所示的喇叭形部2的端面9相对于钢管1的中心轴 8的角度θ ](以下称为喇叭形部端面角度θ )。在图3中表示该喇叭形部端面角度θ 和在松套法兰式喇叭管接头的对接部产生的面压力分布的关系。图3表示在将具有各种喇 叭形部端面角度θ的松套法兰式喇叭管接头用螺栓5和螺母6连结且作用有相当于SOMPa 的弯曲载荷时在对接部的垫圈3上产生的接触面压力和该接触面压力产生的位置(离垫圈内径的位置(mm))之间的关系。从图3所示的FEA所产生的解析结果可知，随着喇叭形部端面角度θ变小，当弯 曲载荷作用时在垫圈3上产生的面压力增高。因此，可以认为，在作用有弯曲载荷和拉伸载 荷的情况下，喇叭形部端面角度θ越小，则接头的密封性越高。因此，制造使喇叭形部端面角度θ发生各种变化的喇叭形钢管1，并进行接头的 密封性的评价试验。首先，将两根100Α (外径114. 3mm,厚度4. 5mm)的SGP钢管IaUb进行喇叭形加 工，形成喇叭形部2a、2b。使法兰4a、4b抵接该喇叭形部2a、2b，插入垫圈3将两喇叭形部 2a、2b对接并将法兰4a、4b用螺栓5和螺母6连结，从而制成松套法兰式喇叭管接头。其次，对松套法兰式喇叭管接头填充IMPa的空气并施加拉伸轴向力，同时，求出 观察到空气压力急剧下降时的负载载荷(泄漏载荷)。用钢管的管体屈服强度除以该泄漏 载荷，而算出密封性指标α ]。再有，钢管的管体屈服强度通过从与形成喇叭形部2的 钢管1相同批次的钢管采集试验片进行拉伸试验来测定。图4表示通过上述评价试验而得到的密封性指标α和喇叭形部端面角度θ的关 系。由其可知，随着喇叭形部端面角度θ的减小，密封性指标α增加，密封性提高。特别 地，可实践证明的是，在喇叭形部端面角度θ不满89°时，密封性指标α为80%以上，密 封性的耐载荷特性提高。但是，在喇叭形部端面角度θ不满87°时，当接头连结时或作用 有轴向力时垫圈3破损。这可推测为，接触面压力局部过大，超过了垫圈3的耐载荷抵抗力。以上通过实管试验确认到，为了能在作用有相对于管体的屈服载荷80%以上的轴 向力之前保持气密且不使垫圈3破损，将喇叭形部端面角度θ控制在87°以上、89°以下 的值是重要的。再有，根据图4的结果，如果喇叭形部端面角度θ为88°以下，则密封性指 标α为90%以上，所以通过使喇叭形部端面角度θ为87° 88°，可进一步提高密封性 能。再有，关于在本实施方式的钢管1的端部形成喇叭形部2的加工法，虽然没有将其 限定，但是，例如如图5所示那样采用使钢管1及锥体7 (圆锥辊)转动，并相对地重复进行 自转和公转而使其接触的方法较理想。通过该方法，如果逐渐增大锥体7的轴和钢管1的 轴所成的角度，则可逐渐增大喇叭形部端面角度θ，并可精度良好地控制喇叭形部端面角 度θ。
实施例其次，作为本发明的实施例，对于在各种钢管1中评价使喇叭形部端面角度θ变 化时的密封性指标α的试验进行说明。在本试验中，首先，用图5所示的方法来将各种SGP钢管1的端部扩口加工，形成 喇叭形部2。而且，测定该喇叭形部端面角度θ (图2)。将具有相同喇叭形部端面角度θ 的两根钢管la、lb作为一组来使用，使松套法兰4a、4b抵接喇叭形部2a、2b。然后，插入垫 圈3将喇叭形部2a、2b的端面9、9之间对接，用螺栓5和螺母6连结，从而制造松套法兰式 喇叭管接头。如表1所示，试验所使用的SGP钢管是尺寸65A 200A的锻接钢管及电缝钢 管。再有，从这些钢管另采集拉伸试验片，测定屈服强度。还有，在本试验中，作为垫圈3，使用二 f 7 7株式会社制“通用NA连接密封圈TOMBO No. 1995”。该垫圈3是无机纤维、芳族聚酰胺纤维、无机填充剂以及粘接剂配合耐油 性合成橡胶的非石棉连接密封圈。该垫圈3的尺寸如下。此外，其规格是JIS F06 02HJ、 ASTM104F712100-B5E12M5。再有，该垫圈3是在本试验中使用的实例，本发明的垫圈3并不 限于该实例。⑴尺寸65A的钢管垫圈3的外径124mm、内径77mm、厚度3mm(ii)尺寸100A的钢管垫圈3的外径159_、内径115_、厚度3_(iii)尺寸200A的钢管垫圈3的外径270mm、内径218_、厚度3_在松套法兰式喇叭管接头封入IMPa的空气后施加拉伸轴向力，同时，求出压力 急剧下降时的载荷(泄漏载荷)。用管体的屈服载荷除该泄漏载荷，而算出密封性指标 α [% ]0将该试验结果在下面的表1中表示。表 1 在实施例1 12中，θ在本发明的范围内(87° 89° )，α为80%以上。与之 相对，在比较例1 4、6 10、13 16中θ过大，所以α不满80%。此外，在喇叭形部端 面角度θ过小的比较例5、11、12、17中，在接头连结时或作用有拉伸载荷时垫圈3破损。因此，根据该试验结果，在喇叭形部端面角度θ大于89°时，密封性指标α不满 80%，不能得到期望的密封性能。另一方面，在θ不满87°时，垫圈3破损。因此，不是在 任何场合都适用。与之相对，已经验证的是，如果喇叭形部端面角度θ为87°以上89° 以下，则密封性指标α为80%以上，即使在接头上作用有过大外力时也能发挥良好的密封 性，且垫圈3也没有破损。以上，对本实施方式的松套法兰式喇叭管接头进行详细说明。根据本实施方式，通 过将钢管1的喇叭形部端面角度θ调整为适当的角度(87° 89° )，可适当提高对于在 已对接的喇叭形部2之间插入的垫圈3的接触面压力。因此，在地震时等，即使在接头上作 用有过度的拉伸载荷、弯曲载荷等的情况下，也可确保接头的密封性，并可防止配管内的输 送流体的泄漏。此外，在本实施方式的松套法兰式喇叭管接头中，为提高钢管1的接合部的密封 性，在将喇叭形部2进行扩口加工时仅调整喇叭形部端面角度θ即可。因此，不需要如上 述对比文件6那样为形成具有锥形形状的喇叭形部而在成形加工途中改变工具。因此，可 使喇叭形部2的扩口加工的工序简便。虽然以上参照附图来对本发明的优选实施例进行详细说明，但本发明并不限于该 实例。明显地，如果是具有本发明所属技术领域的公知常识的人员，则在专利请求保护的范 围内记载的技术思想的范畴内可得到各种变形例和修正例，对于此，可知其当然也属于本 发明的技术范围。工业实用性
本发明的松套法兰式喇叭管接头即使在作用有过度的拉伸载荷、弯曲载荷等的情 况下也可将配管内的输送流体不泄漏地密封。因此，可适用于要求足够耐震性的现场。此 外，即使是像在配管内通过蒸汽等高温流体的情况那样，在接头上作用有热膨胀及收缩所 引起的轴向应力及弯曲应力的情况下，也可将配管内的输送流体不泄漏地密封，所以可用 作高温流体流通的配管的接头。
权利要求
一种松套法兰式喇叭管接头，其特征在于具有在两根钢管的端部分别形成的喇叭形部、和分别与上述喇叭形部抵接的松套法兰，上述喇叭形部的端面相对于上述钢管的中心轴的角度θ(°)为87°～89°。
2.一种使用了松套法兰式喇叭管接头的钢管的接合方法，其特征在于，包括通过将钢管的端部进行扩口加工而形成喇叭形部的工序，上述喇叭形部的端面相对于 上述钢管的中心轴的角度θ )为87° 89° ；将在两根上述钢管的端部分别形成的上述喇叭形部对接的工序；以及 将上述已对接的喇叭形部用两个松套法兰夹持，而机械性连结的工序。
全文摘要
该松套法兰式喇叭管接头，具有在两根钢管的端部分别形成的喇叭形部和、分别与喇叭部抵接的松套法兰，喇叭形部的端面相对于钢管的中心轴的角度θ[°]为87°～89°。该钢管的接合方法，包括以上述角度θ[°]为87°～89°的方式在钢管的端部形成喇叭形部的工序；将在两根钢管的端部分别形成的喇叭形部对接的工序；以及将已对接的喇叭形部用两个松套法兰夹持，而机械性连结的工序。
文档编号F16L23/026GK101932866SQ20098010353
公开日2010年12月29日 申请日期2009年3月18日 优先权日2008年3月24日
发明者佐藤哲, 津留英司, 近藤哲己, 长谷川宏 申请人:新日本制铁株式会社