专利名称：用于将法兰和联接元件冷连接至导管的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于法兰或者其它联接元件连接至导管的一种系统和一种方法，还涉及用于执行该方法的工具。
在工业中，当要提供管与管或者管与其它部件的连接时，广泛使用了许多类型和种类的法兰。对于钢管和标准可焊接金属来说，将法兰焊接至导管是最常用的方法，同时，例如，对于例如电镀管来说则使用了螺旋法兰。
近年来，已经研制了若干方法来用于紧固联接元件以及连接导管，它们通过使得导管在联接元件内部变形，以便将其固定住。也已经研制了其它方法和设备在导管没有任何变形或者只有小量变形的情况下将联接器夹到导管外部。这些方法的示例在US4593448和US4147385中有教授。DE2724257和US2252274教授了具有辊子的工具，该工具利用中央处的旋转锥体以及周围的辊子使得该导管变形，以便使得该导管装配到该联接元件的凹槽内。DE3144385教授了一种用于导管的连接系统，其中，可径向移动的脊在由下方活塞所产生的液压的帮助下压入轮缘内。然而，如下文进一步讨论的那样，轮缘旁边的导管壁将向内弯曲，并且在将工具的脊缩回的时候，在导管中实际产生的轮缘也会稍微缩回，这使得该连接部不牢固。此外，在导管和联接元件之间会有金属与金属的密封，因此，所述文献所教授的系统在联接元件的凹槽内需要有密封材料。已经发现，对于DE3144385所教授的径向活塞来说，不可能获得特别大的径向力，这种原理可能是用于管壁特别薄的导管。
为了使得导管壁变形以进入周围联接元件的凹槽内，如果要将导管壁径向向外挤压，这就需要非常大的力。如DE2724257和US2252274那样使用辊子，这就意味着所需径向力较小，但是另一方面，该工具必须要固定至导管上，并因此变得大而重。辊压操作使得该材料承受更粗糙的处理，并花费比径向挤压更长的时间。
本发明的目的在于提供一种用于将法兰或者其它联接元件连接至导管的系统，其仅仅沿径向操作该工具，这就不需要对导管进行固定。而且，其目的是获得这样一种工具，该工具即使是在与小尺寸导管连接时也能有足够的力在较厚的管壁上变形出轮缘。另一个目的是该工具可以避免导管端部的向内渐缩，而已经发现这种向内渐缩是在径向挤压轮缘时所产生的一个问题。
图1示出了压出轮缘(5、6)之前的导管和联接元件。图2示出了轮缘已经被压入到该联接元件之后的导管和联接元件。图3示出了被压入就位的套环，该套环用于松套法兰。图10示出了具有球形可动性的法兰。
图5示出了该工具的原理，同时，在图6-图8中示出了锥体的不同实施例，该锥体用作机械力增大器。图9示出了具有液力增大器的工具。
在研制本发明的过程中，包括对外部联接元件的内部构造以及用于形成轮缘的工具的研制，很快发现，对于优化连接来说，最关键的因素在于该工具的在导管上挤压出轮缘的部分以及该工具的防止导管的端部在该挤压操作过程中向内渐缩的部分的构造。
图1和图2示出该联接元件的被导管端部(b)抵靠着的最外侧部分(a)是向外张开的。这就允许该工具使得该导管端部(b)向外过度弯曲，这种过弯是必要的，这是因为该导管端部将如上所述那样趋向于向内渐缩。这样，在挤压出该轮缘(5、6)之后，该导管则几乎是平直的，这可以在图2中的放大剖视图中看出。
该联接元件的相同基本内部构造可以应用于供如图3所示的松套法兰、图4所示的球形活动法兰以及适合于该相同紧固方法的其它类型所使用的套环。
应当提及，如图3所示的该联接元件的圆柱形部分(c)最好是具有相当薄的壁。在一定程度上，该壁是弹性的，并且在该挤压操作中有一点屈曲，这意味着之后该壁处于向内的张力下，从而在该连接部(在该连接部处，导管具有向外的张力)中提供了进一步的压力。
所进行的实验室试验表明，在凹槽(3、4)和轮缘(5、6)之间获得了良好的机械密封。然而，在一个或多个凹槽中插入密封材料也是合适的。
按照图5，该工具的原理是基于多个部段(10)，这些部段具有圆脊(11)，这些脊被朝着该导管壁压出，并首先形成该轮缘。在该挤压操作接近结束的时候，这些部段的柱形部分(13)压靠着该导管，并且处于轮缘旁边的导管部分处，以防止它们向内弯曲。该过程在图4a和图4b以及图11中示出。图4a示出了在进行挤压操作之前的导管(1)和联接元件(2)，图11是挤压操作过程中的中间阶段的放大视图，在这里可以看见前述的在轮缘旁边向内弯曲的导管区域(b)。在图4b中，可以看见，部段的圆柱形部分已经将该内弯区域朝着该联接元件压回，使得它们几乎与导管的直径齐平。这种后期的挤压过程在导管中产生了有力的径向拉伸效果，这提高了在轮缘与凹槽之间的密封点处导管与联接元件之间的接触压力，并防止出现在参考以前例如在DE3144385中所描述的平脊时所提及的导管的缩回。凸起(14)位于部段上的最内侧，该凸起压靠导管的端部。在联接元件的对应部分中具有凹槽(a)，该凹槽制成为斜边缘或切口的形式。该切口对于一些应用来说可以部分地用密封材料填充，或者，该切口具有装配在其内的O形圈。已经发现，该工具以及该联接元件的这种特殊设计是必要的，以便防止该导管如前面所提及的那样向内渐缩。
部段(10)以及尤其是脊(11)在挤压操作过程中受到非常大的压力，并因此是由硬化钢制成。因此也就需要较大的径向力来操作该部段。作为一个示例，对于外径76mm且壁厚3.2mm的钢管来说，如图2和图3所示，用八个部段对钢管的连接部进行挤压，需要每个部段大约200kN的径向力，总共需要大约1600kN的力。这些是在非常狭窄空间内的极大的力，因此，本发明的工具使用了位于导管外部的动力致动器以及位于导管内部的力增大器的组合。
图6示出的该工具带有作力增大器的圆形锥体(20)。在图7示出的该工具中，锥体被拉入，且部段处于扩张位置。图8示出了相同的工具，其中，多棱锥用作力增大器。
图9示出了带有液压操作部段的工具，其中，单独示出了一个部段(22)，并且可看见该部段紧固至活塞(27)，而该活塞可在壳体(21)内的相应活塞缸内移动，该壳体内填充有油。所示工具总共具有八个活塞和八个活塞缸。当将杆(25)压入到该壳体内时，油将该活塞(27)向外推压。活塞的直径相对于杆的直径越大，则对力的增大作用越大。
以这种方式形成的联接元件的冷连接不同于例如焊接，在焊接方式中，进行这种联接的材料不具有变形的表面结构。因此，本发明适合于进行如图10所示的联接，在这里，球形联接元件(30)被紧固到导管上，并且，一种两部件式法兰(31，32)旋拧在一起，这两个部件分别位于该联接元件两侧上并且相互面对。该法兰能相对于该导管以一可变角度安装。该法兰或者是可以自由移动(甚至是进行旋拧之后)，或者是当将该法兰拧紧至另一法兰上时被锁定到该联接元件(30)上。
权利要求
1.一种用于将法兰或者其它联接元件连接到导管上的方法，其特征在于，导管壁中的多个圆形轮缘(5；6)被压入到周围联接元件中的对应凹槽(3；4)内，其中，在该挤压操作的第一部分期间，在轮缘之间的导管壁中自然出现向内弯曲区域(b)，在该挤压操作接近结束的时候，对该向内弯曲区域进行向外的后期挤压，从而在导管中产生向外的张力。
2.一种用于将法兰或者其它联接元件连接到导管上的工具，其特征在于，该工具具有多个沿轴向分开的且可沿径向移动的部段(10)，该部段具有多个圆形脊(11)，用于将导管壁中的圆形轮缘(5；6)压入到该联接元件的对应凹槽(3；4)内；在部段上的脊之间具有圆柱形部分(13)；在该挤压操作的第一部分期间，在所述轮缘之间在导管壁中自然出现向内弯曲区域，在该挤压操作接近结束的时候，该部分(13)对所述向内弯曲区域进行后期挤压作用，从而在导管中产生向外的张力。
3.根据权利要求2所述的用于将联接元件连接到导管上的工具，其特征在于所述部段的位于导管端部之上的圆柱形部分具有凸起(14)，所述凸起将该导管端部稍微向外挤压成超过该导管本身的直径。
4.根据权利要求2或3所述的用于将联接元件连接到导管上的工具，其特征在于所述部段具有内部锥形空间，由此，处于该部段中央处的锥体被拉出，并从而沿径向扩张该部段。
5.一种用于权利要求1所述方法的联接元件，其特征在于在所述联接元件的围绕该导管端部的最前侧部分中具有凹槽，该凹槽的直径大于该导管的外径，以便有空间可供该导管端部向外过度弯曲。
6.根据权利要求5所述的联接元件，其特征在于，所述联接元件(30)的外表面为球形，以允许两个对应的半体法兰夹在该联接元件周围，由此可实现对与相邻法兰的连接进行角度调节。
全文摘要
一种用于将法兰或者其它联接元件连接到导管上的方法，其中，插入导管(1)的工具上具有多个带有圆形脊(11)的径向扩张部段(10)，这些部段将导管壁中的轮缘(5；6)压入到周围联接元件(2)中的对应凹槽(3；4)内，其中，导管端部利用部段上的凸起而向外过度弯曲，这防止导管端部在挤压轮缘期间向内渐缩。本发明包括该联接元件的内部构造以及用于挤压轮缘的工具。
文档编号F16L19/02GK1956809SQ200580016636
公开日2007年5月2日 申请日期2005年3月18日 优先权日2004年3月24日
发明者H·卡罗柳森 申请人:快速法兰公司