專利名稱：波紋形鑄造管子法蘭的制作方法
技術領域：
本發明涉及管子法蘭，尤其涉及一種波紋形的管子法蘭。管子法蘭用于相互連接各段管子、將裝配件連接于別的管子段以及相互連接不同形式的裝配件。一種波紋形法蘭采用具有U形橫截面以加強法蘭的環狀法蘭件的設計，這種結構重量輕、材料少從而節省成本。1984年11月27日公布的舒爾茨的美國專利4，484，771揭示了一種波紋形法蘭。在該參考文獻的說明中，波紋形法蘭凸緣是由盤狀坯件沖壓制作的。因此這種環狀波紋形法蘭凸緣的厚度是均勻一致的。法蘭凸緣在管端上滑動并由一張開的端面保持，該張開端面為在一管子段或裝配件上的一個相對法蘭提供接觸或密封面。波紋形的法蘭凸緣為相配裝配件的法蘭凸緣提供螺栓環圈。
為了防止在較輕的已有技術的波紋形法蘭的凸緣中的變形作為應力傳向管子焊接件，U形凸緣的外周邊接觸相對法蘭的壓緊面。這種接觸為管子連接的機械支承提供強度，而不會在焊縫處或焊縫之上把管子過分壓到用于安置法蘭凸緣的向外張開的管接頭端部的裝配件上。在已有技術的法蘭中的這種控制應力的方法限制了所能使用的密封種類并且在按合適厚度選擇密封時要求很高的精度。
傳統法蘭是鑄造的并且通常較厚以防止在擰螺栓時扭曲變形。由于鑄造的法蘭生產成本低，各種系統都已設計成帶鑄造金屬法蘭凸緣的波紋形法蘭。于1984年7月10日公布的名稱為“雙金屬法蘭連接件”申請人為施利赫的美國專利4，458，924描述了帶球墨鑄鐵波紋形法蘭凸緣的這樣一種法蘭。盡管這種雙金屬法蘭比傳統的法蘭重量輕，但雙金屬法蘭與傳統的鑄造或鍛造的法蘭相比，它制造工藝復雜并成本較高。
本發明人已制造出具有舒爾茨法蘭的優點而并不要求法蘭凸緣周邊接觸相對的法蘭面的實用的鑄造波紋形法蘭。然而，為提高與被連接法蘭機械連接的結構牢固性，這種鑄造的波紋形法蘭比較厚，因而失去作為波紋形法蘭特點所要求的重量輕、材料少的優點。此外，增加的厚度導致產生傳向管子焊接件的應力，使這種設計實際上比理想方案效果差。
本發明的一個目的是提供這樣一種波紋形法蘭，它重量輕并在設計和結構上具有波紋形法蘭的所有優點，它采用低成本的鑄造或鍛造并可控制應力。本目的是用法蘭件的厚度漸漸增大變化的辦法實現的。這種改進后的波紋形法蘭具有較大的靈活性因而允許法蘭螺栓以所要求的力壓縮設置在壓縮面間的密封件以產生合適的密封，而不會將過大的應力傳向法蘭管接頭或管子焊接件上。
本發明的另一個目的提供一種法蘭組件，它包括一止動的法蘭密封件并采用一種最好是可控制地消除應力型式的波紋形法蘭件。這種止動密封的法蘭組件對傳送磨蝕性泥漿的管道系統特別有用并可消除磨損管子內表面的湍流。這種止動的密封件用于需要使管子中的介質與密封件，尤其是在擰緊法蘭螺栓時或許可能擠壓進管道內的這樣的密封件盡可能減少接觸的系統也是理想的。
本發明的又一個目的是提供一種法蘭組件，在這種法蘭組件中，擰緊螺栓穿過的法蘭凸緣在管端上可以轉動以方便地對準它所連接相對法蘭上的孔，而且法蘭凸緣具有一種波紋形的設計結構，這種結構不需要接觸相對法蘭的外邊緣，因此可用于較多種法蘭密封件。
本發明的這種改進的波紋形法蘭組件設計得可用鑄、鍛、冷軋或多種其它的適合于法蘭尺寸、材料及其使用的成形方法低成本地制作。這種法蘭具有超過較重的等值平法蘭的性能特點，可大大節約材料、制造成本和與批量貨物的搬運和裝運有關的其它費用。這種法蘭雖是設計為用于焊接管子的一種金屬法蘭，然而可適用于螺紋管甚至是用不同的塑料模注加工制成的塑料件。
這種法蘭是采用具有不同厚度的波紋形橫截面造型的法蘭凸緣或螺結環圈來實現其減輕重量的靈活性和卓越的應力分配特性。在U形法蘭凸緣的橫截面的要害部位上，厚度是漸漸過渡增大以便在擰緊連接螺栓時在法蘭的重要區域上產生均勻的機械應力。應力控制無需法蘭的外周邊接觸相對的法蘭裝配件端面。在這種方式中，密封件厚度不必精確即可實現所要求程度的密封要求。
在一個實施例中的這種改進的波紋形法蘭組件包括一個止動的法蘭密封件，它允許使用一個精確對準鄰接管部位的對準環圈以消除在管子內的流體湍流。雖然使用一個對準環圈已在本發明人所設計和制造的已有技術的管道系統中采用，但是止動密封件結構的改進是一個新改進，它保持了法蘭密封件不會擠壓進管道內。
這種具有被控制的應力分布的改進的波紋形法蘭件是采用Von Mises應力水平的對比分析方法設計的。波紋形的法蘭件所產生的造型在構成V形的法蘭件的部位的橫截面上具有漸漸縮減的厚度。法蘭件設計得使法蘭直徑減小到最低限度以避免懸臂或力矩作用力，這種作用力會在管子焊接件處將應力傳給管子。法蘭件的波紋形形狀和從內轂向外緣漸漸減小的厚度設計得可使法蘭結構具有一種靈活性，將應力分配于整個法蘭件和與管子相關的連接件上。這種應力分布可避免在法蘭組件、焊接件(用于焊接裝配件)和管子上的局部應力集中。其結果是重量較輕的法蘭裝配件具有比同樣尺寸的標準裝配件更好的性能特點。下面通過對較佳實施例的詳細描述來進一步具體說明這種經改進的法蘭組件和管子法蘭組件的這些及其它的特點。
圖1是本發明的波紋形法蘭環的橫剖視圖;
圖2是圖1的法蘭環一部分的放大視圖;
圖3是一個用于管端式管子連接的典型的波紋形法蘭環的俯視圖;
圖4是沿圖3的“4-4”線所取的放大的橫剖視圖;
圖5是采用波紋形法蘭環的帶止動密封件的一個法蘭組件的橫剖視圖;
圖6是帶有止動密封件的另一實施例的法蘭組件的部分橫剖視圖。
參照圖1和2，用于一管子系統10上的一個法蘭件包括一個改進的波紋形法蘭環12。在圖1和2的實施例中，這種改進的法蘭環12以轂14的形式與管接頭成整體。轂14滑配在管子16(圖1中用虛線示出)端部并被焊接在該管端上。
應理解的是這種改進的法蘭環12可以用作管與管、管與裝配件或裝配件與裝配件相互連接的各種不同法蘭件的部分。根據這樣的布置，法蘭環10可相對于將它連接于管子或裝配件的管接頭件固定或轉動。
在圖1的實施例中，該法蘭環12包括一個具有一螺結平表面20和環繞它的多個間隔開的螺孔22的環狀螺結盤18。該螺結盤18具有帶外凸緣26的一個外部24和帶內凸緣30的一個內部。該內凸緣30具有一個底腳部32，在圖1和2的實施例中，它形成轂14和供密封圈(未圖示)壓在其上的密封面34。
為了控制在互相連接法蘭件時所施加的應力，這種改進的波紋形法蘭環的厚度是逐漸變化的。其外凸緣26保持相當薄而螺結盤18的厚度從其外部24向其內部28漸漸縮減。這種厚度增加連同外凸緣26和內凸緣30相對螺結盤18的平表面20略成鈍角的方向，可在進行螺結時通過設在靠近內轂的件間的一個密封件消除與互配法蘭件通過螺栓連接的懸臂狀布置的法蘭件上的扭轉應力。
螺結盤的相對厚的內部通過內凸緣30將壓縮力引向底腳部32而不是引向轂14的相對薄的部分。
參照圖3至5，圖中示出用于法蘭件的這種波紋形法蘭環的替代實施例。例如，圖3和4的波紋形法蘭環40包括一個帶螺結平表面44的螺結盤42，該螺結面具有其帶有一體的外凸緣48的一個外部46和帶內緣52的一個內部50。該螺結盤42具有其厚度從外部46向內部50逐漸增大的特點。法蘭環40不包括一內轂，并且內凸緣52在管子或裝配件上的管接頭件結合的一個輪廓底腳54處終止。由于希望使擰緊螺栓的扭矩作用力減至最小，該底腳54可以如圖5的組件中所示那樣被截短。
參照圖5，第一和第二短管接頭58和60被焊接到兩管子部分62和64的鄰接端上。短管接頭58和60具有帶密封面68的擴張端66，夾緊臺肩70和圓柱形邊72。所述管接頭端58包括由在管接頭58上的邊緣75形成的一個凹槽74和供設置厚度大于槽寬的密封件76的密封面68。密封件76由一環圈78緊箍在槽74中，該環圈與管接頭件擴張端的并列的圓柱形邊72結合并在連結相對的法蘭件時使密封件被壓縮。
在圖5的實施例中，相對的法蘭環80結構是相同的，都帶有螺結盤82、外凸緣84、內凸緣86和截短的腳部88。在各法蘭環上的腳部88分別與短管接頭58和60上的臺肩70相結合。包括有螺栓92、螺母94和墊圈96的螺結組件90把法蘭件夾緊成一體并在擰緊時壓縮密封件76。
參照圖6的實施例，示出一個修改過的法蘭組件100。第一法蘭件102包括一個造型類似于圖5的法蘭環的一個法蘭環104。一短管接頭件106焊接到管子部分108的端部上，該端部與一相對的管子部分110的端部鄰接。相對的管子部分110包括一個短管接頭112，它遠離管端設置以形成安裝密封件116的凹槽114。相配對的法蘭環118包括一螺結盤120、一外凸緣122和一內凸緣124，該內凸緣帶有一腳部126和作為法蘭環118一整體件的突伸環圈128。所述空伸環圈128以圖5實施例的環圈的同樣方式壓住密封件116。圖5和6的法蘭組件的法蘭環最好是包括前述法蘭環的逐漸增大的厚度。
盡管在前面為了完整地揭示本發明已詳細地描述了本發明的若干實施例，但是很顯然，熟悉本技術的人在本發明精神和原理的范圍內對這樣的細節方面還可作出種種的改變。
權利要求
1.一種用于在管子連接頭的法蘭件上的改進的波紋形法蘭環，所述法蘭環包括一個環狀螺結盤，它具有帶一個螺結平面的同心內、外部分，該螺結平面具有環繞著盤均勻間隔的多個螺栓孔；一個整體地結合于所述螺結盤的外部的外凸緣部分；一個整體地結合于所述螺結盤的內部的內凸緣部分，其特征在于，所述的連成一體的螺結盤、內凸緣部和外凸緣部形成具有為應力分布而構成的U形環橫截面的整體法蘭環，其中，環狀螺結盤具有一厚度，其厚度基本上按照有限元應力分析計算結果從螺結盤的外部向其內部逐漸變化增大，以便當將具有帶改進的波紋形法蘭環的法蘭件的一個管接頭連接于另一個管接頭時使在法蘭環上的應力控制和分布最佳化。
2.如權利要求1所述的改進的波紋形法蘭環，其特征在于，所述的內凸緣部分以一鈍角與螺結盤的內部相連接并具有與螺結盤接合處偏置的一個腳部。
3.如權利要求2所述的改進的波紋形法蘭環，其特征在于，所述的內凸緣部的厚度從與螺結盤內部接合處向法蘭環的內凸緣部的腳部減小。
4.如權利要求2所述的改進的波紋形法蘭環，其特征在于，法蘭環內凸緣部的腳部包括一個轂，所述轂的結構是由將法蘭環連接于管件的連接方法確定的。
5.如權利要求2所述的改進的波紋形法蘭環，它與一短管接頭組合，所述組合形成用于管件的一個法蘭件，所述短管接頭具有一可連接于管件的第一端和具有可形成一密封面的一擴張部的第二端以及一夾緊臺肩，其特征在于，當法蘭環與一互配的法蘭件相螺結時，法蘭環內凸緣的腳部與短管接頭擴張部的臺肩相結合。
6.一用于止動密封件的波紋形管接頭，它包括連接于管子的相對鄰接端的第一和第二相對短管連接頭，當短管連接頭所連接的兩端鄰接時，所述短管連接頭具有帶相對的偏置密封面的擴張端，其特征在于，形成有一個用于密封件的凹槽，所述擴張端其每個都有一連接臺肩和末端的圓柱形邊;一設在短管接頭的兩個偏置密封面間的凹槽中的密封件;一環繞并結合于短管接頭的擴張端的末端圓柱形邊外部的外周鎖緊環圈，該鎖緊環圈具有一個跨于所述擴張端的末端柱形邊的一個寬度，它將密封件壓在短管接頭的密封面之間;第一和第二波紋形法蘭環，設在各個所述的短管連接頭上，每個環具有一個環狀螺結盤，該螺結盤帶有一螺結平面和多個環繞著盤均勻間隔的螺孔，螺結盤具有同心的內、外部，外凸緣部整體地結合于螺結盤的外部，內凸緣部整體結合于螺結盤的外部，內凸緣部具有與螺結盤相交接處偏置的一個腳部，該腳部可與短管接頭張開端的臺肩相結合;以及多個連接法蘭環并壓縮固定在短管接頭的密封面間的密封件的螺結組件。
7.如權利要求6所述的波紋形法蘭環，其特征在于，所述鎖緊環圈從波紋形法蘭環之一的腳部伸出并與它成為一整體。
8.如權利要求6所述的波紋形法蘭環，其特征在于，所述螺結盤具有從盤外部向盤內部增加的厚度。
全文摘要
一種用于管道系統的法蘭管接頭上的波紋形法蘭環，該法蘭環具有形成U形橫截面的內、外凸緣的一個環狀螺結盤，該螺結盤具有逐漸增大的厚度用于改善應力的控制，螺結盤的該厚度從外凸緣向內凸緣漸漸增大。
文檔編號F16L23/032GK1111007SQ9510275
公開日1995年11月1日 申請日期1995年2月28日 優先權日1994年2月28日
發明者剛特·施利赫 申請人:上海先進管件有限公司