TWI386579B - 帶式撓性管接頭 - Google Patents

Description

帶式撓性管接頭

本發明係關於用於將管接合在一起之機械管接頭，且尤其係關於允許在管之間擁有軸向撓性、扭轉撓性及角度撓性之接頭。

用於傳送流體(液體、氣體、粉末、漿料、污泥及其類似物)之管網用於廣泛範圍之工業中，包括石油工業、化學工業、採礦業、建築業、製造業以及城市用水服務。使用以機械配件密封地接合至彼此之管段來裝配管網為有利的。機械配件通常包含嚙合管端且由可移動扣件固持在一起之接頭。

由於機械配件避免了使用焊接中所需之明火或電弧來實現管端之間的不漏流體接合，因此其為有利的。機械配件之總成需要比焊接或銅焊接合少的技術且因此其安裝更為便宜。

由於藉由簡單打開已有接頭且視需要建立新的連接可實現修復或可添加新的部分，因此機械配件亦為管網之維修或修復提供更大變通性。

許多管網所共有的問題為缺乏軸向(沿管縱向)、扭轉(圍繞管之長軸線之旋轉)及角度(在一管與該管所連接之另一管之間的相對角度)的接合撓性。剛性接合意謂切割管之公差及其接合之角度必須維持在相對較窄的極限內使得管網將如所設計地配合在一起而在不會與計劃產生顯著偏差。維持關於管長度之必要窄公差為昂貴的且通常為不可能的，尤其當網路係在與切割及裝配條件處在較大控制下之工場相對的現場中裝配時。

撓性管接合對於必定膨脹或收縮且又要維持不漏流體連接之管網亦為有利的。在一實例中，用於將粉煤自粉煤機氣力輸送至發電廠之爐子的管網必須具有足夠撓性以維持其至爐子之連接，該連接之大小在操作時歸因於燃燒煤所產生之熱量而膨脹。

此外，在化工廠或精煉廠中(例如)載運比周圍條件熱或冷之流體的管經受加熱及冷卻之循環及此等循環引起長度的相關改變。此等管網通常需要多個膨脹接合或迴路以避免管歸因於膨脹及收縮而受到過度應力，尤其對於長管道。由撓性接頭所接合之管易於調節歸因於熱膨脹及收縮之偏轉且藉此消除對網路中之特殊膨脹接合或迴路的需要。

(例如)當建造在地球之地震活動區域上時，管網亦可發生顯著的運動。在振動及地震期間發生的管偏轉可藉由維持接合之流體完整性之撓性接頭來調節。

明確需要將撓性程度提供給管網接合的管接頭，該等管接頭根據設計將使得該網能現場裝配而不需要維持緊公差或不需要進行大體上偏離計劃之修改；及調節熱膨脹及收縮以及其他偏轉而不損害接合完整性。

本發明係關於用於將管元件端對端接合至彼此之接頭總成，及由接頭總成所形成之管接合。接頭總成包含可附著於管元件中之一者之一端的第一環。第一環接納且環繞一管元件且其中具有一面向外之圓周槽。第一密封部件可定位於第一環之槽內且環繞其沿圓周延伸。第二環可附著於管元件中之另一者的一端。第二環接納且環繞另一管元件且其中具有一面向外之圓周槽。環中之至少一者可為錐形的。第二密封部件可定位於第二環之槽內且環繞其沿圓周延伸。一帶接納且環繞第一環及第二環。該帶具有與第一密封部件及第二密封部件密封可嚙合之面向內的表面。該帶具有相對安置之第一端面及第二端面。一第一端板可附著於該第一端面，且一第二端板可附著於該第二端面。該等端板自該帶徑向向內突出而與第一環及第二環重疊嚙合，藉此保持管元件在帶內成端對端關係。端板中之至少一者可具有面向環中之一者且與環中之一者可嚙合的肩狀物。

該等端板可為可移除地或永久地附著於帶。螺紋扣件可用於將該或該等端板可移除地附著於帶。該等端板可包含一完全環繞管元件延伸之單一單體件或複數個區段。

在替代實施例中，該帶包含第一環箍及第二環箍。第一環箍包括第一端面及位於第一端面對面之徑向延伸的第一凸緣。第二環箍包括第二端面及位於第二端面對面之徑向延伸的第二凸緣。該等凸緣可以面對關係定位且可附著於彼此以將環箍附著於彼此從而形成帶。

一墊圈可密封地定位於第一凸緣與第二凸緣之間以密封由該總成所形成之接合。端板可為可移除地或永久地附著於端面且可包含一完全環繞管元件延伸之單一單體件或其每一者可包含複數個區段。

本發明亦包括一種用於將管元件端對端附著於彼此之方法。該方法包含：(a)將第一環附著於一管元件，該第一環中具有一面向外之圓周槽；(b)將第二環附著於另一管元件，該第二環中亦具有一面向外之圓周槽；(c)穿過一沿圓周延伸之帶插入第一環使得該帶不覆蓋第一環中之圓周槽；(d)將第一密封部件定位於第一環之槽內；(e)將第二密封部件定位於第二環之槽內；(f)使第一環及第二環以同軸對準之方式鄰近於彼此；(g)在環上軸向滑動該帶，該帶具有密封地嚙合第一密封部件及第二密封部件之面向內的表面；及(h)將複數個端板附著於帶之相對端面，該等端板嚙合該等環且保持管元件在帶內成端對端關係。

圖1展示根據本發明之接頭總成10的軸向視圖。接頭總成以端對端關係連接管元件。如圖2中所示，接頭總成10包含附著於管元件16及18之端的第一及第二環12及14。環12及14具有大於管元件之外徑24及26的內徑20及22使得管元件可如所示同軸插入於各別環內。儘管銅焊以及螺紋環亦為可行的，但環較佳藉由焊接來附著於管元件。或者，環可與管元件整體形成為(例如)徑向突出之圓周凸緣。

每一環12及14具有接納密封部件30之面向外的圓周槽28，在此實例中為O環。環較佳由帶32同軸接納。帶32具有定位於直徑處之面向內的表面34使得其密封地接觸密封部件。此外，帶32足夠寬使得當管元件16及18之端之間存在預定間隙36時帶32覆蓋環12與14兩者。圖3展示彼此具有軸向及角移位之管元件16及18。使在密封部件30與端板42之間的環12及14之至少一部分相對於管元件16及18之軸線逐漸變細而為管元件之相對角偏轉提供間隙，使得防止對帶32之內表面34產生結合及可能損壞以確保在密封部件30與帶32之間的不漏流體嚙合為有利的。每一環約2°之錐角31(見圖2)為較佳的，使得在管元件16與18之間提供約4°之總角偏轉。

帶32亦具有相對於彼此安置之第一及第二端面38及40。複數個端板42較佳由螺紋扣件44附著於端面。端板42徑向向內突出且重疊環12及14。在環與端板之間的嚙合保持管元件在帶32內成端對端關係。如圖1中最佳圖示，可存在附著於端面38之兩個端板42a及42b，每一端板對向約180°之大體上圓弧。其他實施例(諸如圖11中所示之一者)可具有每一帶端面兩個以上之端板。圖12說明一實施例，其中端板42為延伸全360°之單一單體件。然而，由於多端板實施例允許在不接近管元件之自由端(亦不具有附著於其之環)的情況下裝配接頭總成，因此多端板實施例與單體端板相比為有利的。

儘管兩個端面38及40均具有可移除地附著之端板42為較佳的，但在圖2A所示之另一實施例中，一或多個端板42(例如)由扣件44可移除地附著於端面40中之一者。在帶32之相對端33，端板42與帶整體地形成或另外(例如)藉由焊接附著使得為不可移除的。

參看圖4描述根據本發明之接頭總成的總成。管元件16及18具有如所示在其各別端處或接近其各別端所焊接之環12及14，且帶32在管元件之一者(在此實例中18)上滑動至暴露環14之圓周槽28的點。密封部件30亦不存在於槽28中以允許帶在環14上容易地滑動。各別密封部件30下一步被配合於每一環之槽28內且使管元件進入同軸端對端關係中。為了防止對密封部件產生損壞，大體上等距離圓周隔開之三個或三個以上的螺紋軸46(僅展示其之一者)穿過與管元件16上之環12嚙合的一或多個端板42。螺紋軸之每一者與帶32之端面38中之螺紋孔48的各別者嚙合，該等螺紋孔48原本將接納將端板42附著於帶之端面38的螺紋扣件44。驅動螺母50螺旋在軸46上。當擰緊螺母50時，其嚙合端板42且將軸牽引至管元件16，從而在環14及12上軸向拖曳帶32，該帶壓縮密封部件30且實現不漏流體接合。由於歸因於壓縮密封部件30所需的力量而難以用手迫使帶在環12及14上移動，因此當移動帶時軸46及驅動螺母50用於提供機械優點。對於具有複數個端板之實施例，使用三個以上大體上等距離隔開之軸46及驅動螺母50，以有限量依次擰緊每一者使得大體上在相對於管元件之縱軸線無顯著角偏轉的情況下在環上牽引帶32可為有利的。多個軸之使用防止帶之豎起，藉此避免對密封部件30之損壞以及帶之結合，該情況可引起對帶之面向內之表面產生損壞且藉此潛在損害接合之不漏流體性。多個軸亦防止端板豎起，從而進一步減小擰緊時發生軸結合之可能性。

為了進一步防止對密封部件30之損壞，端板42可具有面對環12及14定位之肩狀物43。當轉動驅動螺母50之一者時，帶32具有朝向管元件16及18之中心豎起的傾向。若此角位移並非為有限的，則當軸在環12及14上牽引帶32時擰緊之螺母的軸46可接觸密封部件且部分地鋸開密封部件。端板中之肩狀物43嚙合環12且限制帶32及軸46之角位移。

參看圖5描述接合之拆卸。端板自帶32之端面40被移除，且三個或三個以上之螺紋軸52(僅展示其之一者)與附著於帶32之端面38之一或多個端板42中的各別螺紋孔54嚙合。孔54與環12對準使得軸52之旋轉將推壓環且牽引該帶使其離開環12及14，從而如虛線所說明暴露密封部件30。密封部件隨後可被移除及替換或可實現其他修復。

在圖6及圖7中展示根據本發明之接頭總成的另一實施例。接頭總成56包含附著於或與管元件16及18整體形成之環12及14，該等環具有接納密封部件30之槽28。環及密封部件被帶58環繞，其中端板42經由扣件44附著於端面60及62以保持管元件在帶內成端對端關係。帶58包含第一及第二環箍64及66。環箍64包括端面60及相對於端面60定位之徑向延伸之凸緣68。環箍66包括端面62及相對於端面62定位之徑向延伸凸緣70。可使凸緣68及70成面對關係以將環箍接合至彼此且形成帶58。凸緣具有彼此對準之孔72以接受諸如螺栓74之螺紋扣件從而將環箍配合至彼此且形成帶58。凸緣70可具有朝向凸緣68軸向突出之唇緣71。唇緣71可環繞凸緣沿圓周連續或斷續的且具有經定大小以接納配合凸緣68以幫助定位環箍且維持環箍彼此同心之內徑。為了確保接合之不漏流體性，墊圈76可定位於凸緣之間。

當自環箍64及66裝配時，帶58足夠寬使得當在管元件16及18之端之間存在預定間隙78時帶58覆蓋環12及14兩者。圖8展示彼此具有軸向及角移位之管元件16及18。

儘管兩個端面60及62均具有可移除地附著之端板42為較佳的，但在圖7A所示之另一實施例中，一或多個端板42可(例如)由扣件44可移除地附著於端面60中之一者。在帶58之相對端63，端板42可與帶(環箍66)整體地形成或另外(例如)藉由焊接附著使得其為不可移除的。如圖7B中所示對於環箍實施例在帶58之兩端上具有整體形成之端板42亦為可行的。

參看圖9描述接頭總成56之總成。環12及14附著於管元件16及18。環箍64隨後環繞環12同軸地定位，同時曝露槽28。同樣地，環箍66環繞環14同軸地定位，同時曝露彼環中之槽28。下一步，使用螺栓44，將端板42分別附著於環箍64及66之端面60及62。密封部件30定位於每一環12及14之槽28中。管元件與成面對關係之凸緣68及70成端對端關係定位。墊圈76經定位使得其嚙合凸緣中之一者且環箍64及66圍繞管元件之縱軸線旋轉使得凸緣中之孔72被對準。許多狹長螺栓80穿過每一凸緣68及70中之經對準之孔72。較佳存在關於凸緣以相等角間隔隔開之四個狹長螺栓。螺母82與螺栓80嚙合，且當擰緊螺栓(逐漸地在螺栓之間交替轉動)時，環箍64及66被牽引向彼此，從而如虛線所示壓縮密封部件30且使凸緣與墊圈76嚙合。較短長度之螺栓74(見圖7)隨後用於將凸緣附著於彼此，從而形成帶58、壓縮墊圈76且確保不漏流體之接合。在將環箍牽引在一起之後，狹長螺栓80被移除且被較短螺栓74替換。

圖10展示用於拆卸接頭總成56之方法。螺栓74自凸緣68及70被移除。端板42自帶58之端面62被移除，且若干(較佳4個)起重螺栓82與端面62中之螺紋孔48嚙合。包含附著於底板88之指狀物86的牽引工具84可滑動地安裝於起重螺栓上。底板88具有接納起重螺栓之開口90。指狀物86經嚙合而抵靠環14且螺母92螺旋在起重螺栓上在底板88後方。當擰緊螺母時，其將環箍66拉離與環箍64之嚙合且越過環14至虛線所示之位置。較佳地，多個起重螺栓及牽引工具用於最小化環箍與管元件18之間的角偏轉且避免環箍之豎起及對環之卡塞。相對環箍64被以相同方式移除。應進一步注意接頭總成實施例56之拆卸亦可如以上相對於圖5關於包含一片帶32之實施例10所述，使用嚙合端板中之螺紋孔的起重螺栓來實現。同樣地，接頭總成10可如關於接頭總成56所述使用牽引工具84來拆卸。

10．．．接頭總成

12．．．第一環

14．．．第二環

16．．．管元件

18．．．管元件

20．．．環內徑

22．．．環內徑

24．．．管元件外徑

26．．．管元件外徑

28．．．圓周槽

30．．．密封部件

31．．．錐角

32．．．帶

33．．．帶之相對端

34．．．帶之內表面

36．．．預定間隙

38．．．第一端面

40．．．第二端面

42．．．端板

42a．．．端板

42b．．．端板

43．．．肩狀物

44．．．螺紋扣件

46．．．螺紋軸

48．．．螺紋孔

50．．．驅動螺母

52．．．螺紋軸

54．．．螺紋孔

56．．．接頭總成

58．．．帶

60．．．端面

62．．．端面

63．．．帶之相對端

64．．．第一環箍

66．．．第二環箍

68．．．凸緣

70．．．凸緣

71．．．唇緣

72．．．孔

74．．．較短螺栓

76．．．墊圈

78．．．預定間隙

80．．．狹長螺栓

82．．．螺母/起重螺栓

84．．．牽引工具

86．．．指狀物

88．．．底板

90．．．起重螺栓之開口

92．．．螺母

圖1為根據本發明之管接頭總成的軸向視圖；圖2－圖5及圖2A為在圖1之線2－2處所截取的橫截面圖；圖6為根據本發明之管接頭之另一實施例的軸向視圖；圖7－圖10、圖7A及圖7B為在圖6之線7－7處所截取的橫截面圖；圖11為根據本發明之管接頭之另一實施例的軸向視圖；及圖12為根據本發明之管接頭之另一實施例的軸向視圖。

10．．．接頭總成

12．．．第一環

14．．．第二環

16．．．管元件

18．．．管元件

20．．．環內徑

22．．．環內徑

24．．．管元件外徑

26．．．管元件外徑

28．．．圓周槽

30．．．密封部件

31．．．錐角

32．．．帶

34．．．帶之內表面

36．．．預定間隙

38．．．第一端面

40．．．第二端面

42．．．端板

43．．．肩狀物

44．．．螺紋扣件

48．．．螺紋孔

Claims (8)

1. 一種將管元件端對端接合至彼此之接頭總成，該接頭總成包含：固著於該等管元件中之一者之一端的一第一環，該第一環接納且環繞該一管元件且其中具有一面向外之圓周槽；定位於該第一環之該槽內且環繞其沿圓周延伸之一第一密封部件；固著於該等管元件中之另一者之一端的一第二環，該第二環接納且環繞該另一管元件且其中具有一面向外之圓周槽；定位於該第二環之該槽內且環繞其沿圓周延伸之一第二密封部件；接納且環繞該第一環及該第二環之一帶，該帶具有與該第一密封部件及該第二密封部件密封嚙合之一面向內的表面，該帶具有相對安置之第一端面及第二端面；及附著於該第一端面之複數個第一端板及附著於該第二端面之複數個第二端板，該等獨立之端板係利用在延伸於該等獨立端板與該等端面之間之複數個螺紋扣件附著於該等端面，該等獨立之端板自該帶徑向向內突出而與該第一環及該第二環重疊嚙合，藉此保持該等管元件在該帶內成端對端關係。
2. 如請求項1之接頭總成，僅包含二件該第一端板。
3. 如請求項1之接頭總成，其中該等端板中之一者具有與 該等環對準之複數個螺紋孔。
4. 如請求項1之接頭總成，其中該等環中之至少一者為錐形的。
5. 如請求項1之接頭總成，其進一步包含定位於該等端板中之至少一者中的一肩狀物，該肩狀物面對該等環中之一者且可與該一環嚙合。
6. 一種管接合，其包含：一第一管元件，其具有固著於其一端之一第一環，該第一環接納且環繞該第一管元件且其中具有在一面向外之圓周槽；定位於該第一環之該槽內且環繞其沿圓周延伸之一第一密封部件；一第二管元件，其具有固著於其一端之一第二環，該第二環接納且環繞該第二管元件且其中具有一面向外之圓周槽；定位於該第二環之該槽內且環繞其沿圓周延伸之一第二密封部件；接納且環繞該第一環及該第二環之一帶，該帶具有與該第一密封部件及該第二密封部件密封嚙合之一面向內的表面，該帶具有相對安置之第一端面及第二端面；及附著於該第一端面之複數個獨立第一端板及附著於該第二端面之複數個獨立第二端板，該等獨立之端板係利用在延伸於該等獨立端板與該等端面之間之複數個螺紋扣件附著於該等端面，該等獨立之端板自該帶徑向向內 突出而與該第一環及該第二環重疊嚙合，藉此保持該等管元件在該帶內成端對端關係。
7. 如請求項6之管接合，僅包含該等第一端板中之兩件及該等第二端板中之兩件。
8. 如請求項6之管接合，其中該第一端板中之一具有一螺紋孔貫穿其中，該螺紋孔與該第一環對齊。