用于将输气管道件连接到配对件的装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种用于将输气管道件连接到配对件的装置。


背景技术：

2.由现有技术公开了如下装置，其用于将输气管道件特别是压缩氢气用流体管道与构件例如应向其中输入气体的构件如罐内阀(otv)、气体运送装置(ghu)、气体蓄压器或其它输气部件或者被设计为另一管道件联接件的部件相连接。因为密封对气体而言扮演至关重要的角色，故通常使用密封元件。这尤其也适用于高压用途，例如用在压缩天然气用或压缩氢气用管道件中。尤其在氢气密封时，向氢气施加高扩散阻力的相应密封元件是至关重要的。
3.因此，例如de 195 11 063 a1描述一种管道连接机构，它具有带有锥形孔的连接体和带有锥形面的螺母，其中，在管子上一体形成连接段。该连接段具有在压紧过程中产生的夹紧面，夹紧面的取向类似于所属锥形孔或锥形面。在产生连接段时，管子经受具有一定压迫位移的变形，由此应确保在安装或反复安装时没有下陷和进而连接失密。
4.此外，环夹型(箍环型)连接机构或配合件是早就已知的并且通常包括联接螺母、螺纹连接体以及嵌套在联接螺母内的一个或多个环夹。该连接体通常包括止推面，其与环夹处的止推面接合或可与之接合。柱形管道、即如管端被推压入连接体中，其中，该环夹紧密地或贴合地包围管道端外壁。如果将联接螺母安装至连接体的螺纹端，则对一个或多个环夹施加轴向力，这造成每个环夹的止推面都和连接体接合，从而产生压迫作用，由此，环夹局部的径向位移紧密包夹管道端外壁。在许多应用中，该配合件可以借助使用简单的手动工具例如螺旋扳手来组装。
5.为了能够在例如对承载能力如温度和载荷变化以及密封性有严格要求的航空领域中使用这样的螺纹连接，在现有技术中通常还是使用所谓的粘合剂，其在涂抹在螺纹连接件之上和之中后需要一定的硬化时间，随后才能在这里完成后续工作。此外，如果在该螺纹连接处出现泄漏，则必须拆除螺纹连接件并进行昂贵的修复作业连带与之相关的粘合剂重新硬化时间。例如因为可供使用的空间小、进出受限和非常多的螺栓连接件数量，故在飞机的机翼盒处的应用是极其耗时的。
6.此外，难以记录这种螺纹连接结构，这尤其在防爆(atex)领域、在运输工具制造且在此尤其是飞机制造中是极其重要的。根据现有技术，相应提出用于评估这种机械装配联接的部件特性的方法和装置。可评估的特性尤其包括：在管道中的管道夹持装置的位置、当管道夹持装置被轴向压缩或移位时管道夹持装置的轴向压缩量或位移量以及施加在管道夹持装置上的夹持力大小。
7.这种方法很耗时并且只能由训练有素的人员执行。但即使在严格的预防措施下，这种方法也极其依赖于相应测试人员，并且尽管如此还是可能因材料缺陷与安装错误而导致有误的测试结果。
8.因为有交变负荷(温度和应力变化)，故尤其可能在运输工具技术中且在此尤其在
飞机构造领域会出现泄漏。在有大量螺纹连接结构且存在上述传统螺纹连接缺点的情况下，这会导致高昂的维护和安装成本。
9.用于输气管道件的传统连接技术的另一个缺点是以下事实，即，被用来产生密封效果的密封件和螺纹件都与待密封介质特别是气体直接接触。这在常见气体如天然气的情况下并不引人注目，但在被用于氢气流体管道的连接的情况下可能是重大的危险源。因为许多材料尤其是金属在与氢接触时容易出现所谓的“氢脆化”，故这尤其在伴有负荷变化(温度和应力变化)和振动的情况下通常会导致在已知连接技术装置中的泄漏。因为氢是所有化学元素中最轻的，故实现永久密封的接合点可能非常困难。


技术实现要素：

10.鉴于在连接输气管道件且尤其是输氢管道件时的上述问题，本实用新型所基于的任务是提供一种用于将输气管道件连接到配对件的装置和方法，其能够一方面提供按照规定的且可被记录和因此验证的密封状况，另一方面要顾及上述问题(例如氢脆化、发生由温度和应力变化以及振动引起的泄漏)，同时允许简化的结构和进而减少的安装和维护工作。
11.所述任务通过一种根据本实用新型所述的用于将输气管道件连接到配对件的装置完成。
12.在此情况下，本实用新型的基本构思之一是提供一种用于连接优选拟用于氢气输送的输气管道件的装置，其具有两个密封，它们在滴漏或渗漏或泄漏的气体的流出方向上前后相继地或串列地布置，并按照两种不同的密封工作原理来工作。在此情况下，两个密封中的第一密封最好在流出方向上在先布置、即布置在两个密封中的第二密封之前，第一密封最好设计成通过压紧力来密封的密封。而第二密封按照如下密封工作原理来工作，其是与为了产生第一密封的密封作用(压紧力)而需要的、尤其在安装方向 e上的轴向移动无关地来施展或发挥其密封作用的。
13.通过该方式，可以提供用于将输气管道件连接到配对件的装置的密封，该密封一方面具有如下密封即第一密封，其可通过能够简单测量和记录的预定参数来记录并验证。通过设置第二密封，还提高了密封效果并且尤其提供如下可能，即，即使在第一密封泄漏、即气体经由第一密封逸出的意外情况下，第二密封仍气密密封连接点，因此在气体真正经由连接点朝外逸出之前留出维修第一密封的时间。这特别是在防爆领域是极其有利的。
14.根据本实用新型的一个方面，一种用于将输气管道件特别是输氢管道件连接至配对件特别是构件的装置具有：至少一个螺纹连接体，其设计用于以密封特别是气密的方式与配对件接合；第一密封，其被设计成阀芯形式且阀芯被设立用于与设置在配对件处的阀座接触、尤其气密接触，或者第一密封被设计成扁平密封；第二密封，其按照如下密封工作原理来工作，该密封工作原理是与为了产生第一密封的密封效果所必需的、尤其在安装方向上的轴向位移无关地来施展或发挥其密封作用的。
15.本装置涉及所谓的“机械装配连接”，例如像连接件、接头件、耦合器、组装件、阀入口和阀出口、阀接头等，它们被用在流体系统或流体回路中例如像运输工具中的供氢系统，其包含流体流量和流体压力。这种机械装配连接可以但不限于与管子、管道或任何其它类型管线的管道接头件配合使用，并且将管道一端连接到任一其它管道端或连接到流体系统的其它部段、元件或部件例如像阀套。这种机械装配连接的特点是有不透流体 (气密)的密
封和机械强度以固封所述连接，包括在振动、承受负荷和压力时充分包夹管道。
16.在此情况下可能有利的是，第一密封被设计为所谓的金属密封或密合密封，和/或第二密封被设计为径向密封、弹性密封、o形圈、三角形密封圈、液态密封等，和/或在经由第一密封滴漏或渗漏或泄漏的、从输气管道件流出的气体的流出方向上，第二密封布置在第一密封之后。
17.金属密封是指两个由金属制成的元件在力作用下彼此压紧，从而在两个元件之间建立不透流体的连接。在此情况下，通常在两个元件之间形成环形接触面，待密封的介质或气体可在环形接触面之内流过。
18.还有利的是，该阀芯具有至少部分呈锥形、倒圆形、球体形、球形的形状，和/或设置在配对件中的阀座具有渐缩形状、特别是呈锥形。
19.还优选的是，第一密封形成在螺纹连接体的一端侧、尤其在螺纹连接体的如下端侧，其插入该配对件的与螺纹连接体形状互补构成的凹部中 (在组装或气密连接状态下)，和/或第二密封设置或形成在优选呈柱形构成的螺纹连接体的周面，该周面在安装状态下优选面对形成在配对件中的凹部的内壁。
20.根据另一个设计，所述阀芯和阀座被如下设计，即，形成环形接触面，其中，阀座的中心轴线与阀芯的中心轴线彼此平行地、特别是彼此同心地布置，并且阀芯平行于两个中心轴线地尤其在安装方向上可移动。
21.此外优选的是，该装置还具有至少一个流体通道，该流体通道所具有的开口端设置在第一密封和第二密封之间并且设立用于采集经由第一密封滴漏或渗漏或泄漏的、从输气管道件流出的气体。
22.在此情况下，“采集”应该是指流体通道允许泄漏气体汇入流体通道并从中流过。这样一来，泄漏气体可被供给下游的气体传感器，其由此检测或探测泄漏气体并发信号表示存在泄漏。
23.还优选的是至少一个流体通道形成在该螺纹连接体和/或配对件中。如果此时流体通道形成在螺纹连接体中，则可以形成具有泄漏检测功能的自给自足单元，但由此单独装置(连接装置)的成本提高，这在某些应用中可能还是有利的。另一方面，如果流体通道(也称为嗅探器通道)被集成在配对件、尤其是诸如气体运输装置(ghu)之类的构件中，则多个密封位点或连接点可被通至传感器室，由此可仅通过一个传感器来监视多个密封位点。
24.此外有利的是，该装置且特别是螺纹连接体设立用于：在螺纹连接体与配对件之间形成气密连接时，执行尤其在安装方向上的纯平移运动。换句话说，该装置被如下设计，即，在将输气管道件与配对件相连接、特别是利用两个彼此串联布置的密封来气密连接期间，不会发生或不需要螺纹连接体相对于配对件的相对旋转运动。这尤其在带有多个弯头的长型管道件情况下简化了安装。相比于大多通过外螺纹被拧入配对件中的已知螺纹连接结构，这是一个很大的优势。
25.在此情况下，该螺纹连接体可有利地配备有至少两个、优选四个通孔用于容纳紧固螺钉，其中，所述通孔优选设置在螺纹连接体的法兰延长部，并且在经由第一密封泄漏或渗漏的、从输气管道件流出的泄漏气体的流出方向上，所述通孔最好布置在两个密封之后。
26.此外，该装置可以具有第三密封，第三密封被设计为径向密封、弹性密封、o形环、三角形环、弹性体密封、液态密封等，其中，在经由第一密封泄漏的、从输气管道件流出的气
体的流出方向上，第三密封布置在第一密封之后或第二密封之后。
27.根据本实用新型的另一实施方式，该装置还包括第二流体通道，其具有开口端，该开口端设置在第二密封和第三密封之间并设立用于采集经过第一密封和第二密封泄漏的、从输气管道件中流出的气体。
28.此外有利的是，输气管道件通过焊接连接而与螺纹连接体气密连接。通过这种方式，可避免另一个可能的泄漏位点、即在管道件与螺纹连接体之间的连接点，并且在完成焊接后可以进行密封性测试，其也可以被记录下来。
29.还有利的是，在密封状态下，第一密封的阀芯借助于螺纹连接结构且特别是至少两个、优选四个夹紧螺钉而被压向形成在配对件中的阀座。
30.通过这种方式，可以实现如下的装置或螺纹连接机构，在此，在夹紧螺钉的预定拧紧力矩下，可以使阀芯相对准确地压靠于阀座，从而可以在大的温度范围内保证相应构件的密封接触，并且可以通过所施加的拧紧扭矩来实现记录和进而验证。
31.根据本实用新型的另一实施方式，阀芯且特别是螺纹连接体和/或阀座由金属特别是钢材优选是不锈钢材制成，其中，阀座优选由比阀芯硬的材料制成。
32.当阀座由比阀芯硬的材料制成时，可确保在可能发生塑性变形的情况下，在将阀芯压向或压入阀座时阀芯塑性变形，而其可被简单更换。通过这种方式，可以保护配对件的阀座以免塑性变形，该阀座可以是设置在诸如气体运送装置的复杂阀单元内的阀座。
33.还有利的是，所述至少一个流体通道、优选至少两个流体通道被引入共同的传感器室，在该传感器室中布置有用于检测气体的气体传感器。这样一来，可以使用共同的传感器和相应的泄漏检测装置来监视两个密封。
34.或者也存在如下可能，即，两个流体通道可通入单独的传感器室，并且可以在那里彼此无关地分别检测可能出现的任何气体。
35.因此，根据本实用新型的用于将输气管道件连接到配对件的装置可以非常简单廉价地来实现并且有利地允许记录和验证。因此，它特别适合于采用氢特别是压缩氢或压缩天然气的系统中的密封。这种承受很大的温度波动、应力波动和振动的系统尤其可在如下运输工具中找到，在此，例如氢在高达700巴的压力下或天然气通常在260巴的压力下可被作为燃料或油料用于例如借助燃料电池来驱动运输工具。
36.在本实用新型范围内，术语“运输工具”或“交通工具”或其它类似术语例如一般包含：机动车，例如包括运动型多用途车(suv)的轿车、公共汽车、卡车、各种商用车；包括各种船艇的水上运输工具；飞行器、无人机等；混合动力车、电动车、插电式混合动力车、氢能汽车和其它替代车辆。如在此所述，混合动力车是具有两种或更多种能量载体的车辆，例如同时由汽油和电力驱动的车辆。
37.此外，本实用新型涉及一种用于将输气管道件特别是输氢管道件与配对件特别是构件相连接的方法，优选使用上述装置，该方法包括：将螺纹连接体插入配对件的互补构成的凹部；借助于螺纹连接结构将螺纹连接体拧紧至配对件，其中：尤其通过将第一密封的阀芯压向设置在配对件且尤其是凹部中的阀座，而将第一密封置于密封状态，且按照如下密封工作原理来起效的第二密封被置入密封状态、尤其在螺纹连接体和凹部之间，该密封工作原理是与为了产生第一密封的密封作用所需要的、尤其在安装方向上的轴向位移无关地来施展其密封作用的。
38.还优选的是，该方法具有泄漏检测步骤，其中，流体通道的开口端布置在第一密封和第二密封之间，且流体通道的另一端通入设有气体传感器的传感器室，如果现在在第一密封处出现泄漏，则从第一管道件流出或漏出的泄漏气体流入该流体通道并经由该流体通道进入传感器腔，其中，气体传感器检测流入传感器腔的气体特别是氢，进而识别第一密封的泄漏并发信号。
39.在此情况下，“发信号”是指，气体传感器向控制器、尤其是向运输工具控制器发送信号，以向其告知已检测到泄漏气体且所监测的密封或螺纹连接结构相应存在泄漏。然后，这例如可以由控制器来传达给显示器，该显示器可以亮起或显示相应的警告信号。
40.如上面已说明的那样，用于将输气管道件、特别是输氢管道件连接到配对件尤其是构件的装置可被用于所描述的用于将输气管道件连接到配对件的方法。因此，关于以上的装置说明所公开的其它特征也可以被用于该方法。反之，同样的情况适用于该方法。
附图说明
41.装置、用途和/或方法的其它的特征和优点来自以下参照附图对实施方式的说明，这些附图示出：
42.图1示意性示出用于连接输气管道件与配对件的已知装置，
43.图2简化示出根据本实用新型的用于连接输气管道件与配对件的装置的一个实施方式。
具体实施方式
44.在不同的附图中示出的相同的附图标记表示相同的、彼此对应的或功能相似的零部件。
45.图1示意性示出用于将输气管道件201连接到配对件(未示出)的已知装置200。图1所示的连接装置是环夹型(箍圈型)连接装置。如图所示，这样的连接装置200包括联接螺母202、螺纹连接体203和一个或多个嵌装在联接螺母202内的环夹204、205。连接体203通常包括止推面206，其能够与环夹处的止推面接合或啮合。柱形管、如输气管道件201的一管端被推压入连接体203中，其中，环夹204、205紧密围绕或贴合包围管道端外壁。如果联接螺母202被安装在连接体的螺纹端，则轴向力被施加于环夹204、 205，这造成每个环夹的止推面都和连接体处于接合，由此产生压迫效果，从而环夹204、205局部的径向移位紧密包夹管道端201的外壁。在许多应用中可以使用简单的手动工具例如螺旋扳手来装配该配合件。
46.图2简化示出根据本实用新型的装置100的一个实施方式，其用于将输气管道件1连接到配对件2，它在所示实施方式中是阀门组的一部分，例如像气体运送装置。如可从图2中看出地，所示装置100由柱形螺纹连接体10 构成，其沿安装方向e纵向延伸。在所示实施方式中，在螺纹连接体10的背离配对件2的端侧焊接有待连接的管道件1，如图所示，焊缝9被设计得稍大以确保焊缝是气密的。
47.此外，螺纹连接体10在背对配对件2的端侧具有法兰延长部10c，其配设有在周向上径向间隔开的、尤其以90
°
角相互间隔开的四个通孔。如也可从图2中看出地，配对件2具有四个互补布置的螺纹孔，借此，螺纹连接体10能按照规定通过四个夹紧螺钉来拧紧至配对件2并可被固定到配对件。
48.在另一端侧，即在螺纹连接体10的面向配对件2的端侧，形成有阀芯 3a，其构成螺纹连接体10的一部分或区段。在在此所示的实施方式中，阀芯3a被设计成圆锥形。
49.配对件2被设计成具有凹部2a，该凹部具有与螺纹连接体10的圆柱形互补的形状、特别是圆柱形状，并在装入或插入螺纹连接体10时与之形成间隙配合。在凹部2a的下端或内端形成有阀座4，该阀座被设计成与阀芯 3a互补的圆锥形，其中，两个构件3a、4的准确轮廓、角度等取决于相应的具体场合，尤其取决于现有的工作压力、两个构件的材料等。阀芯3a也可以是弓形的或球形的。重要的是在两个构件之间形成环形接触面。如还可从图2中看出地，螺纹连接体10具有设于圆柱形周面10a的两个环形周向槽，每个槽中装入相应的o形环作为第二密封和第三密封3、5且特别是弹性密封，其气密贴靠配对件2的凹部2a的圆柱形内壁。
50.如果现在将螺纹连接体10插入凹部2a并用夹紧螺钉固定至配对件2，则阀芯3a被压向阀座4，由此在阀芯3a和阀座4之间形成气密封闭或气密密封(第一密封)，也称为金属密封。依据第二和第三密封，设有两个附加密封(所谓的安全密封)，其仅在第一密封3形成泄漏时使用。换句话说，只有当第一密封泄漏时，第二和第三密封5、8才需要密封。相应地，在经由第一密封3泄漏的气体的流出方向a上，第二密封5和第三密封8布置在第一密封之后。换句话说，第二密封5和第三密封8与安装方向e相反地与第一密封3沿轴向间隔地布置。
51.此外，图2示出两个流体通道7a、7b，每个流体通道具有相应的开口端，其中，第一流体通道7a的开口端布置在第一和第二密封3、5之间，第二流体通道7b的开口端布置在第二和第三密封3、5之间。流体通道7a、7b 的这两个开口端分别位于配对件2的凹部2a的内表面。两个流体通道7a、 7b可以分别通向(未示出)单独的传感器室11，在每个传感器室中布置有相应的气体传感器12。这样一来，可以彼此独立地确定是否仅第一密封3(流体通道7a)泄漏，或是否第一和第二密封3、5(流体通道7b)泄漏。但在所示实施方式中，两个流体通道7a、7b均通入共同的传感器室11，因此只需设置一个气体传感器就能检测两个密封3、5的泄漏。这是一个比较有利的变型方案。
52.最后，图2还示出螺纹连接体10也能可选地配备有流体通道7c。在这种情况下，流体通道7c的开口端布置在第二密封5和第三密封8之间，因此仅当两个密封(第一密封3和第二密封5)泄漏时(如果未设置两个流体通道 7a、7b)，才能够确定有泄漏。
53.对于技术人员显而易见的是，在不同的实施方式中分别描述的各个特征也可以在唯一的实施方式中实现，只要它们在结构上并非不兼容。同样，在一个单独实施方式范围中描述的不同特征也可以在多个实施方式中单独地或以任何合适的子组合形式来提供。
54.附图标记列表
55.100
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
装置(螺纹连接结构)
[0056]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
管道件
[0057]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
配对件
[0058]
2a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
配对件内的凹部
[0059]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一密封
[0060]
3a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
阀芯
[0061]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
阀座
[0062]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二密封
[0063]
7a,7b,7c
ꢀꢀ
流体通道(嗅探器通道)
[0064]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第三密封
[0065]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
焊接连接
[0066]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
螺纹连接体
[0067]
10a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
周面
[0068]
10b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
通孔
[0069]
10c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
法兰延长部
[0070]
11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
传感器室
[0071]
12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
气体传感器
[0072]aꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
泄漏气体的流出方向
[0073]eꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
安装方向