耐火管联接件的制作方法

文档序号:13426373
耐火管联接件的制作方法
本发明涉及用于将两根平端管以流体密封的方式连接在一起的耐火管联接件。特别地,本发明涉及这种类型的管联接件,该管联接件包括:壳体;设置在壳体内的密封垫圈;以及用于将壳体围绕垫圈张紧以在两根管之间形成流体密封式密封的装置。

背景技术:
我们的专利申请EP-A-0542779和EP-A-0900346中描述了已知的这种类型的管联接件。通过这种联接件将具有平端部的管连结在一起避免了对管进行处理的需要,并且因此比诸如焊接、螺纹连接、凸缘连接、凹槽连接或肩部连接之类的其他方法更快且更经济。上述类型的联接件通常需要在要求耐火性的系统中使用。对于这种应用,联接件可能必须通过特定的防火测试。防火测试通常要求联接件在承受通常为800摄氏度±50摄氏度的火焰温度时并且在各种模拟管道条件下进行。测试条件取决于测试机构和/或预期的应用领域。存在一些防火测试、特别是针对喷洒器系统的一些防火测试,在这些防火测试中,管在初始时段内必须是空的并且因此橡胶不被内部管介质冷却。较高的航海标准意味着联接件必须在处于空的状态的同时承受火焰并持续比以前要求时间的更长的时间。延长的初始时段可以是8分钟,此后,在随后的22分钟内,管在5巴压力下被水充满。因此,管和管联接件必须能够承受比如32巴的高压水而不会失效。这通常反映了航运业标准的提高。已经发现,达到较高的标准是特别艰巨的。联接件必须在处于空的状态的同时承受火焰的额外时间使得已知的耐火联接件不能防止通常为橡胶或合成橡胶的垫圈材料达到并超过约300摄氏度的临界值,在约300摄氏度下,该材料开始融化、恢复或分解并从而失效。一种可能性是,在安装之后用矿棉和防火织物包裹已知的耐火联接件,以便将联接件内的温度降低成小于约300摄氏度的临界值。然而,这种方法存在严重的缺点。所需材料非常昂贵;这些材料必须巧妙地处理成确保一定的包裹数目以及确切的材料厚度的给定方案,以确保所需的保护程度;每种尺寸的联接件将需要不同长度的材料,并且在许多情况下,材料将必须进行预处理以围绕联接件配装而不是在原位被切开。因此,这种解决方案是可行的但不切实际。此外,在某些应用中、比如在海洋设施中,不允许这种额外的隔离,并且满足防火测试标准的所有必要材料必须与管联接件是一体的。因此,需要这样的管联接件:该管联接件在保留安装省时、灵活且简便的已知垫圈式机械联接件的优点的同时能够满足较高的防火性能要求。

技术实现要素:
根据本发明,提供了一种用于将两根管以流体密封的方式联接在一起的管联接件。管联接件包括:管状壳体,管状壳体包括管状外壳体以及完全配装在外壳体内的管状内壳体;管状密封垫圈,管状密封垫圈设置在管状内壳体内;以及用于将壳体围绕垫圈张紧的装置。壳体还包括:至少一个耐火材料层,所述至少一个耐火材料层设置在内壳体与外壳体之间;以及至少一个隔热材料层,所述至少一个隔热材料层设置在管状密封垫圈与内壳体之间。外壳体和管状密封垫圈彼此被热隔离。本发明的联接件将防火材料的优点与管联接件结合,使得联接件可以完整地提供有自身防火屏蔽件和隔热屏蔽件并且可以在没有任何其他准备的情况下配装就位。本联接件与已知的耐火联接件之间的差异非常大并且差异在于:本联接件可以在处于空的状态的同时承受800摄氏度±50摄氏度的火焰并持续至少8分钟,并且然后可以在5巴的内部压力下承受火焰并持续另外的22分钟。在去除火焰之后,随后管联接件能够承受至少32巴的内部压力并且甚至能够承受64巴的内部压力。已知的耐火联接件会在5分钟内失效。另外,令人惊讶地发现,对于给定的管直径,总体联接件尺寸可以被减小。这是因为防火屏蔽件和隔热屏蔽件现在是分开的,每个屏蔽件用于一个任务,而不是像在已知联接件中那样用于两个任务。已经发现,本联接件对于例如38mm的较小的管直径是特别有利的,38mm通常是在该应用中使用的最小管直径。隔热材料层或每个隔热材料层由云母制成。已经发现,云母是特别有利的,因为云母具有相对较低的热导率和相对较高的连续使用温度。优选地,隔热材料由云母纸形成。云母纸可以包括金云母或白云母、云母和结合材料。优选地,云母纸包括金云母和结合材料。云母纸可以含有少于约15%的结合材料,优选地含有约少于10%的结合材料。结合材料可以是硅树脂。云母纸的密度可以在约1.0kg/m3至约3kg/m3之间,优选地在约1.5kg/m3至约2.5kg/m3之间。在一个实施方式中,云母纸的密度约为2.1kg/m3。云母材料的热导率可以小于1瓦特/米开尔文(W/m·K),优选地小于0.8W/m·K。在一个实施方式中,云母纸的热导率约为0.7W/m·K。连续使用温度可以是至少500摄氏度,优选地是至少700摄氏度,更优选地是至少1000摄氏度。隔热材料层或每个隔热材料层的厚度优选地在约0.2mm与约1.0mm之间。更优选地,隔热材料层或每个隔热材料层的厚度在约0.3mm与约0.6mm之间。优选地,隔热材料层或每个隔热材料层是切割成垫圈的外周长的经处理的材料带。经处理的隔热材料带可以被切割成具有长度为带的长度的约1%至约3%的重叠部。优选地,经处理的隔热材料带被切割成具有长度为约1%的重叠部。额外的材料还可以有利于提供公差。优选地,管联接件包括至少两个隔热材料层,所述至少两个隔热材料层设置在管状密封垫圈与内壳体之间。通过设置至少两个隔热材料层,材料可以在保持所需的隔离水平的同时更容易地符合壳体的形状和构型。至少两个层中的每个层可以由单个的经处理的隔热材料带形成。替代性地,所述至少两个层可以由切割成垫圈的外周长的整数倍的单个经处理的材料带形成,该整数等于所需层的数目。在管联接件包括至少两个隔热材料层的情况下,每个隔热材料层的厚度优选地在约0.3mm与约0.6mm之间。在一个实施方式中,管联接件包括两个隔热材料层,每个层的厚度为约0.5mm。在每个隔热层包括单独的经处理的材料带的情况下,这些层优选地布置成使得第一层的自由端部不与第二层的自由端部重合。这些层可以布置成使得第一层的自由端部与第二层的自由端部在直径上大致相对。以这种方式设置这些层因确保了隔热层中没有间隙而还可以使隔热性进一步提高。另外,以这种方式设置两个层可以使经处理的材料带能够被切割成垫圈的外周长而没有重叠部。所述两个层可以被切割成比垫圈的外周长小约1%至约3%。这种布置可以使联接件能够更容易地张紧,而材料于壳体围绕垫圈和管张紧时变得聚集、褶皱、弯折或卷曲的风险较低。有利地,隔热材料的外表面优选地构造成使得:在将壳体张紧时,内壳体容易地在隔热材料上滑动。特别有利的是,这种布置消除了对已知的这种类型的管联接件在安装过程期间所需的润滑的需求。以这种方式,在安装期间节省的时间可以进一步增加,并且安装成本可以降低。优选地,隔热材料是基本上不可压缩的。有利地,设置基本上不可压缩的隔热材料层可以使管联接件能够被更牢固地张紧,并且可以使管联接件能够在使用期间承受较高的内部流体压力。这是因为垫圈不容易在流体压力下扩张。优选地,内壳体和外壳体各自具有从其相应的轴向边缘径向向内突出的一对环形凸缘,内壳体的环形凸缘设置在外壳体的环形凸缘的轴向内侧。环形凸缘通过使壳体的轴向边缘向内弯曲而形成。环形凸缘可以与壳体大致成直角。隔热材料层或每个隔热材料层优选地为位于内壳体的环形凸缘之间的宽度大致等于内壳体的宽度的经处理的柔性材料带。经处理的材料带的宽度可以在内壳体的环形凸缘之间具有在内壳体的宽度的约1%与约3%之间的宽度,以提供公差。现在转至设置在内壳体与外壳体之间的所述至少一个耐火材料层。耐火材料层或每个耐火材料层优选地由无机材料制成。无机材料至少包括硅石。耐火材料优选地由织造硅石纤维形成。耐火材料可以浸渗有蛭石。耐火材料可以涂覆有聚氨酯、优选地是耐热聚氨酯。耐火材料层或每个耐火材料层的厚度可以在约0.5mm与约1.5mm之间。优选地,隔热材料层或每个隔热材料层的厚度在约0.8mm与约1.2mm之间。优选地,耐火材料层或每个耐火材料层是切割成内壳体的外周长的经处理的材料带。经处理的耐火材料带可以被切割成具有长度为带的长度的约1%至约3%的重叠部。优选地,经处理的耐火材料带切割成具有长度为约1%的重叠部。额外的材料还可以有利于提供公差。优选地,管联接件包括至少两个耐火材料层,所述至少两个耐火材料层设置在内壳体与外壳体之间。通过设置至少两个耐火材料层,材料可以在保持所需的防火水平的同时更容易地符合壳体的形状和构型。至少两个层中的每个层可以由单个经处理的耐火材料带形成。替代性地,所述至少两个层可以由切割成内壳体的外周长的整数倍的单个的经处理的材料带形成,该整数等于所需层的数目。在管联接件包括至少两个耐火材料层的情况下,每个耐火材料层的厚度优选地在约0.8mm与约1.2mm之间。在一个实施方式中,管联接件包括两个耐火材料层,每个层的厚度为约1.0mm。在每个耐火层包括单独的经处理的材料带的情况下,这些层优选地布置成使得第一层的自由端部不与第二层的自由端部重合。这些层可以布置成使得第一层的自由端部与第二层的自由端部在直径上大致相对。以这种方式设置这些层因确保了耐火层中没有间隙而还可以使耐火性进一步提高。另外,以这种方式设置两个层可以使经处理的材料带能够被切割成内壳体的外周长而没有重叠部。所述两个层可以被切割成比内壳体的外周长小约1%至约3%。这种布置可以使联接件能够更容易地张紧,而材料于壳体围绕垫圈和管张紧时变得聚集、褶皱、弯折或卷曲的风险较低。有利地,耐火材料的外表面优选地构造成使得:在将壳体张紧时,外壳体在耐火材料上容易地滑动。特别有利的是,这种布置消除了对已知的这种类型的管联接件在安装过程期间所需的润滑的需求。通过这种方式,安装期间节省的时间可以进一步增加,并且安装成本可以降低。优选地,耐火材料是基本上不可压缩的。有利地,设置基本上不可压缩的耐火材料层可以使管联接件能够被更牢固地张紧,并且可以使管联接件能够在使用间承受较高的内部流体压力。这是因为垫圈不容易在流体压力下扩张。已知的管联接件通常具有厚度为至少3mm并且在大多数示例中厚度为至少5mm的耐火材料层和隔热材料层。如将从前面的描述中领会的是,本发明的优选实施方式包括总计达3mm的耐火材料层和隔热材料层。因此,有利地,本管联接件可以具有比等同的已知耐火管联接件的直径小的直径,同时提供改进的耐火性。耐火材料层或每个耐火材料层优选地为宽度大于外壳体的宽度的经处理的柔性材料带,使得材料在每个环形凸缘处径向向内延伸以形成裙状部。有利地,裙状部对隔热层或每个隔热层并且更重要的是对垫圈提供防止火焰的额外保护。如本文所使用的,术语“裙状部”用于定义在某物上延伸或延伸越过某物以提供保护的材料件。优选地,裙状部构造成至少延伸至联接在一起的管的外表面。裙状部还可以构造成沿着联接在一起的管的外表面远离壳体纵向延伸。以这种方式,可以由耐火层或每个耐火层提供显著的额外防火保护。在管联接件包括至少两个耐火层的情况下,仅外层可以设置有如上所述的裙状部。替代性地,内层可以设置有大致延伸至联接在一起的管的外表面的裙状部,并且外层可以设置有进一步构造成沿着联接在一起的管的外表面远离壳体纵向延伸的裙状部。管联接件还可以包括设置在耐火材料层与外壳体之间的隔热材料层。替代性地或者另外,管联接件还可以包括设置在内壳体与耐火材料层之间的隔热材料层。隔热材料层优选地由如上所述的材料形成。有利地,这种布置还进一步改善了联接件的隔离性能,并且因此降低了垫圈的温度或者使管联接件能够承受较高温度的火焰。在管联接件还包括设置在耐火材料层与外壳体之间的隔热材料层和或设置在内壳体与耐火材料层之间的隔热材料层的情况下,隔热材料层的宽度优选地大致等于内壳体的轴向宽度。在该实施方式中,管联接件优选地仅包括一个耐火材料层。有利地,已经发现,由于隔热层的厚度优选地小于耐火材料层的厚度,因此管联接件的总体尺寸可以减小。内壳体和外壳体可以具有防旋转凹口,防旋转凹口互相接合以防止壳体相对于彼此旋转。防旋转凹口可以设置在壳体的环形凸缘——在存在的情况下——中的至少一个环形凸缘中。在内壳体和外壳体各自包括纵向间隙的情况下,防旋转凹口优选地设置在与纵向间隙在直径上相对的点处。内壳体和外壳体可以各自具有纵向间隙,内壳体的间隙和外壳体的间隙对准,并且其中,管联接件还包括延伸跨越间隙的桥接构件。桥接板优选地联接至内壳体的第一自由端部或第二自由端部中的一者。桥接板可以熔接、结合或钎焊(solder)至内壳体的第一自由端部或第二自由端部中的一者。将桥接板联接至内壳体使管联接件能够更容易地安装。管状内壳体和管状外壳体将通常各自由形成为管状件的金属带或其他材料带形成,其中,带的自由端部之间具有壳体的纵向延伸的间隙,其中,带的自由端部通过张紧装置互相连接。因此,桥接构件将通常形成为曲率半径与壳体的曲率半径相似的部分圆筒形状。壳体在纵向间隙的两侧与桥接构件重叠。桥接构件可以在管轴线处对向约30度与约40度之间的角度。内壳体的外周表面优选地为直圆筒形,并且外壳体的内周表面优选地为直圆筒形。优选地,管联接件还包括用于夹持管的至少一个夹持环,环或每个环设置在位于密封垫圈中的邻近于轴向端部的槽中。优选地,管联接件包括一对夹持环,所述一对夹持环设置在位于密封垫圈中的邻近于各自轴向端部的槽中。夹持环或每个夹持环可以是位于管状壳体中的弧形夹持环,该弧形夹持环具有向内突出的夹持齿。每个夹持环优选地形成完整的环。在优选的实施方式中,设置有多个弧形部段,所述多个弧形部段重叠以形成完整的环。弧形夹持环或每个弧形夹持环优选地为截头锥形。在包括至少一个夹持环的实施方式中,环优选地形成为两个部段。这些部段包括大部段和小部段,其中,大部段在夹持环的轴线处对向大于180°的弧,小部段在夹持环的轴线处对向小于180°的弧。在壳体形成有纵向间隙的情况下,张紧装置在壳体被张紧时使纵向间隙减小。小部段位于纵向间隙附近并且大部段位于壳体的远离纵向间隙的一侧,大部段和小部段在间隙的两侧彼此重叠。密封垫圈优选地由一定长度的由橡胶形成的扁挤压件形成,该平坦挤压件卷成管状件并且通过焊接或胶合连结以形成完整的圆筒。替代性地,橡胶垫圈可以模制而成。垫圈的外表面优选地为平滑的,而内表面优选地形成有向内突出的两组环形密封肋部。每组可以包括两个、三个、四个、五个或更多个肋部。在一个实施方式中,每组中有三个肋部。内表面优选地呈朝向垫圈的每个端部的向内阶梯状以形成陆地部。垫圈的轴向端部优选地由垫圈的内部部分的轴向延伸部形成,以形成端部密封。张紧装置优选设置在外壳体上。可以使用任何合适的张紧装置。张紧装置可以通过将外壳体的自由端部折叠回在其自身上并焊接以在每个自由端部处形成环而形成。在每个环中插入销。至少一个紧固件比螺钉穿过销中的一个销中的横向孔而进入销中的另一个销中的带螺纹的横向孔,以将外壳体的两个自由端部相互连接。我们的专利说明书EP-A-0542779和EP-A-0900346中描述了这种张紧装置。替代性地,张紧系统可以包括:第一张紧构件,第一张紧构件联接至壳体的第一自由端部并且包括至少一个接合臂和至少一个接合表面;第二张紧构件,第二张紧构件联接至壳体的第二自由端部并且包括至少一个接合臂和至少一个接合表面;以及至少一个紧固件。第一张紧构件的至少一个接合臂构造成与第二张紧构件的至少一个接合表面以可滑动的方式接合。第二张紧构件的至少一个接合臂构造成与第一张紧构件的至少一个接合表面以可滑动的方式接合。在将紧固件或每个紧固件张紧时,第一张紧构件和第二张紧构件被拉到一起以将外壳体张紧,由此接合臂作用在相应的接合表面上,从而基本上防止第一张紧构件相对于第二张紧构件绕张紧构件的纵向轴线旋转。我们的专利说明书GB1504006.6中描述了这种张紧系统。管联接件可以适用于外径在约21mm与约450mm之间的任何管。本发明的管联接件还适应于根据例如BSEN877:1999的标准管道公差。本发明的一个方面中的任何特征可以以任何适当的组合应用于本发明的其他方面。特别地,方法方面可以应用于装置方面,并且装置方面可以应用于方法方面。此外,一个方面中的任何、一些和/或所有特征可以以任何适当的组合应用于任何其他方面中的任何、一些和/或所有特征。还应当领会的是,可以独立地实施和/或提供和/或使用在本发明的任何方面中描述和限定的各种特征的特定组合。本公开涵盖基本上如本文参照附图所描述的方法和装置。附图说明将参照附图以仅示例的方式对本发明进行进一步的描述,在附图中:图1示出了根据本发明的管联接件的立体剖视图;图2示出了图1的联接件的端视图;图3示出了穿过图1的联接件截取的纵向截面图;以及图4示出了改进的图1的联接件的详细的截面视图。具体实施方式管联接件100包括管状外壳体102、管状内壳体104和管状密封垫圈106。管状外壳体102由轧制钢形成,并且具有纵向间隙108。该壳体在其自由端部处折叠回在自身上并且在110处焊接,以沿着纵向间隙108的相对边缘形成环112。环中插入有销114。张紧螺钉116穿过销114中的一个销中的横向孔进入销114中的另一个销中的带螺纹的横向孔,以将外壳体102的两个自由端部相互连接。在环112中切割有槽118,以为螺钉提供空间。壳体102的轴向端部边缘成直角地向内弯曲以形成环形凸缘120。管状内壳体104由轧制钢形成并且具有纵向间隙。内壳体104的轴向端部边缘成直角地向内弯曲以形成环形凸缘122。内壳体104配装在外壳体102内部,内壳体104的轴向长度略小于外壳体102的轴向长度以使得凸缘122配装在凸缘120内部。垫圈为弹性体材料,例如橡胶或合成橡胶。外壳体102形成为具有比内壳体104的外径大的内径,以便容纳耐火材料层124。耐火材料层是经处理的材料带,考虑到重叠和公差,经处理的材料带被切割成内壳体的外周长+1%。耐火层可以包括两个或更多个材料层。在优选的示例中,耐火层包括两个材料层,每个层的厚度均为约1.0mm。外钢壳体102和内钢壳体104彼此由耐火材料层124隔离。外壳体102和内壳体104成形为平滑且相同的,使得在将联接件闭合时,为耐火材料提供低摩擦表面以便容易进行滑动。这是重要的,原因在于:仅具有一个壳体的联接件不会在钢壳体与橡胶垫圈或密封套筒之间提供低摩擦表面。外壳体102的纵向间隙和内壳体104的纵向间隙对准,并且设置有桥接构件126以使周向带完整。这是为了在将联接件闭合时控制耐火层124的平滑的滑动。桥接构件126通过点焊而固定至内壳体104的内侧部。桥接构件126在管轴线处对向约30度与约40度之间的角度。桥接构件126仅在纵向间隙的一侧固定至内壳体104,并且桥接构件126布置成:在处于张紧位置时,在间隙的两侧与内壳体重叠大致相等的量。除了耐火层124之外,联接件100还包括隔热材料层128。内壳体102形成为具有比垫圈106的外径大的内径,以便容纳隔热材料层128。隔热材料层是经处理的材料带,考虑到重叠和公差,经处理的材料带被切割成垫圈的外周长+1%。隔热层可以包括两个或更多个材料层。在优选的示例中,隔热层包括两个材料层,每个层的厚度均为约0.5mm。内钢壳体104和垫圈106彼此由隔热材料128隔离。联接件还包括一对截头锥形夹持环130。每个环130设置在于每个轴向端部处形成在垫圈的外表面中的对应的槽中。每个槽的外端部位于外表面的轴向端部处。槽的斜面使得内端部比外端部更靠近垫圈的轴向中央部。每个环130均由一对弧形部段形成,并且包括一组硬齿以在槽的底部处刺穿垫圈106并咬入管的表面中,从而提供联接件对管的锁定以抵抗轴向运动。齿设计成:就每个齿而言,使齿在约5mm的中央部处以约2mm的宽度围绕圆周接触,从而围绕管形成约40%的接触。现在参照图2,可以看到内壳体104中的纵向间隙200以及耐火层124的重叠部202。为了防止两个壳体相对于彼此旋转,在外壳体的端部凸缘120和内壳体的端部凸缘122中设置有防旋转凹口204,防旋转凹口204在与间隙108和200在直径上相对的点处相互接合以将所述两个壳体锁定在一起。重要的是,所述两个壳体不相对于彼此旋转。密封垫圈106包括一系列肋部300以实现在例如32巴或者甚至64巴的高流体静压下有效的密封。然而,暴露于流体静压的垫圈的轴向长度比联接件的总轴向长度小。耐火层124由无机材料制成,优选地主要由硅石形成。该材料由织造硅石纤维形成,并且可以浸渗有蛭石。另外,该材料可以用耐高温聚氨酯涂覆,以降低织造材料磨损的可能性并限制水进入到联接件中。耐火材料形成为绕内壳体包裹的矩形带。带的端部在间隙108和200的区域中形成重叠部202。隔热层128由云母制成。该示例的材料由云母纸形成并且是特别优选的。云母纸包括金云母和结合材料。云母纸含有约10%的结合材料,结合材料是硅树脂。在该示例中,云母纸的密度约为2.1kg/m3。在组装期间,包括隔热层和垫圈的完整的一体式内壳体放置在外壳体内部,在外壳体与内壳体之间插入耐火层以将外壳体和内壳体隔离。因此,可以看出,外壳体102与内壳体104由耐火层124隔离,并且垫圈106与内壳体104由隔热层128热隔离。图4示出了图1至图3的管联接件的改进的示例。管联接件100被示出为以预张紧的方式布置在管400上。包括肋部300的垫圈106被示出为还包括延伸部402,延伸部402位于环形凸缘122的端面与管400的外表面之间以形成端部密封。因此,液体和污物被防止从外部进入联接件。在该示例中,内壳体104的宽度小于外壳体102的在凸缘120之间的内部宽度。与图1至图3的示例相比,内壳体102的宽度的减小是为了容纳耐火层124的裙状部404。裙状部在外壳体102与内壳体104之间延伸。裙状部具有足以使其至少到达管400的外表面的长度。在其他示例(未示出)中,裙状部可以具有使其远离联接件并沿着管400的外表面的一部分延伸的长度。通过设置裙状部,联接件的外部端面——外部端部包括垫圈的一部分和环形凸缘122的一部分——被进一步保护而防止火焰。图4的联接件在所有其他方面与上文所描述的联接件是相同的。
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