CN105202287A - 法兰接头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于管(14)的法兰接头(20)，包括：用于围绕所述管(14)定位的法兰环(26)，其中该法兰环(26)具有多个成角度间隔的固定孔(30)；和用于围绕所述管(14)定位在该管的外表面上的凹槽(16)内的定位环(22)，该定位环在使用时限制该法兰环(26)在该管(14)上的轴向移动；其中所述定位环(22)具有多个成角度间隔的在对应于固定孔(30)的位置的区域中的轮廓减小的扇区(34)。

Description

法兰接头
技术领域
本发明涉及一种用于管的法兰接头。
背景技术
具有整体法兰(integralflange)的管经常被用于通过将相应的法兰紧固(例如紧固螺栓)而允许将两个相邻的管端至端连接在一起。然而，可能需要或必须将法兰与没有整体法兰的管进行配合。
已知的是，在管上连接一个单独的法兰环。这可通过焊接来完成。另一种可替代的方法是使法兰环围绕管定位之后，在朝向管的端部形成的凹槽中固定定位环，从而形成法兰接头。定位环沿径向从管伸出，因此可以阻止法兰环轴向移动到定位环之外。当法兰环与对应法兰耦合时，其轴向位置由定位环限制。
在这样的布置中，定位环必须位于法兰环中的螺栓孔的径向内侧。法兰环的尺寸和螺栓孔的位置通常根据通用标准设置或相应于相对的(opposing)法兰而设置。因此，螺栓孔的节圆半径(即螺栓孔所位于的圆的半径)与它们的直径通常确定了可用于容纳定位环的径向向内的空间的尺寸。其中，该空间是有限的，对应的定位环的尺寸被限制在相应的法兰接头的结构完整性所能允许的范围内。在这种情况下，可能有必要将法兰环直接焊接在管上，以形成一个永久的连接。
因此，需要提供一种改进的法兰接头。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了一种用于管的法兰接头，其包括：用于围绕所述管定位的法兰环，该法兰环具有多个成角度隔开的固定孔；和用于围绕所述管定位在管的外表面上的凹槽内的定位环，其在使用时会限制法兰环在管上的轴向移动；其中所述定位环具有多个成角度间隔的在对应于固定孔的位置的区域中的轮廓减小的扇区(sector)。
固定孔可以位于具有均匀半径的节线上。换句话说，固定孔可具有共同的节圆半径。固定孔的中心(即孔的轴线)可以位于节线上。轮廓减小的扇区的角间距可以对应于固定孔的角间距。
每个轮廓减小的扇区的每单位角度的横截面面积小于总体的该定位环的每单位角度的横截面面积。该定位环可具有非圆形的外轮廓。
该定位环限定面向法兰的表面，其用于与法兰环邻接，以限制该法兰环在管上的轴向运动。对应于所述定位环的所述轮廓减小的扇区的面向法兰的表面的扇区的每单位角度的面积小于所述面向法兰的表面的总体的每单位角度的面积。轮廓减小的扇区的面向法兰的表面的外边缘可位于该面向法兰的表面的外接圆内。该面向法兰的表面可以是环形的。该面向法兰的表面可以垂直于法兰接头的轴线方向。
该定位环可包括交替并成角度地设置的多个第一类型扇区和多个第二类型扇区。第二类型扇区可以是轮廓减小的扇区，所述第二类型的扇区的外轮廓可以是相对于第一类型扇区的外轮廓减小的。
第一类型扇区可以彼此不同。同样地，第二类型扇区可以彼此不同。例如，第一类型扇区可能具有不同的角度范围或外边缘(即外轮廓)。同样地，第二类型扇区可能具有不同的角度范围或外边缘(即外轮廓)。
该第一类型扇区的外边缘(即外轮廓)可以是大致圆形的。该定位环的扇区的外边缘可以是相应扇区的面向法兰的该表面的外边缘。
在固定孔和所述第二类型扇区的外边缘之间的径向间距可以大于在所述固定孔与所述定位环的所述第一类型的扇区的外边缘之间的径向间距。换句话说，所述第一类型扇区的外边缘可以在第二类型扇区的外边缘的径向外侧。第一类型扇区的径向范围可以与固定孔的径向范围重叠。
第一类型扇区的外边缘可以限定的一个公共圆的圆弧(即第一类型扇区的轮廓可以是圆形的)。所述第二类型扇区的外边缘可位于该公共圆内。所述第二类型扇区的外边缘可位于该定位环的外接圆内。该外接圆可以是定位环的面向法兰的表面的外接圆。所述第二类型扇区的外轮廓可以位于定位环的外接圆柱内。
由第一类型扇区的外边缘所限定的公共圆的半径可以大于到法兰环的固定孔的径向距离。因此，该公共圆可以与固定孔相交。到该固定孔的径向距离是从该法兰接头的轴线到该固定孔的径向内侧点(而不是固定孔的轴线)的径向距离。
所述第二类型扇区的外边缘可以是实质上线性的。第二类型扇区的面向法兰的表面的外边缘可以是实质上线性的。所述第二类型扇区的外轮廓可以是实质上平面的。
第一类型扇区和第二类型扇区的数量可以相等。可以有两个第一类型扇区和两个第二类型扇区。这两个第二类型扇区可以是在直径方向上相对的。该第二类型扇区的扇形角可以小于所述第一类型扇区的扇形角。
该定位环可包括两个独立的部分。这两个独立的部分可以被布置成沿着平分该定位环的两个直径方向上相对的轮廓减小的扇区的线被接合。
该定位环可以是旋转对称的。该定位环沿其轴线长度可具有均匀的横截面。
该定位环可以是具有限定相应的轮廓减小的扇区的外边缘的截断边(truncatedsides)的环形形式。
该法兰环可以具有用于接纳该定位环的凹部，该凹部对应于所述定位环的所述外轮廓。
还提供了一种法兰组件，其包括在其外表面上具有凹槽的管和根据本发明的法兰接头，其中，所述法兰接头的法兰环围绕所述管定位，并且其中所述法兰接头的定位环围绕所述管被定位在所述凹槽内，以限制所述法兰环在所述管上的轴向运动。
这些定位元件可以被配置为在管的凹槽中摩擦配合。所述定位环可以限制法兰环在管上在一个轴线方向进行轴向移动。所述定位环可以限制法兰环在管上在朝向将与所述法兰环耦合或已与所述法兰环耦合的相应法兰的方向上进行的轴向移动。该法兰环可以具有圆形开口。该圆形开口的直径可大于所述管的直径。
附图说明
参考附图，现在通过举例的方式对本发明进行描述，其中：
图1示意性地示出了蒸汽疏水阀和法兰接头的分解图；
图2示意性地示出了一个法兰接头的定位环；
图3示意性地示出了一个法兰接头的法兰环；
图4示意性地示出了围绕所述蒸汽疏水阀的出口管定位的法兰环；
图5示意性地示出了围绕所述蒸汽疏水阀的出口管定位的法兰环和定位环；
图6示意性示出了在所述蒸汽疏水阀的出口管上抵靠所述定位环的法兰环；和
图7示意性示出了容纳在所述法兰环的凹部的定位环。
具体实施方式
应当指出的是，在下面的描述中给出的任何尺寸仅作为示例。
图1示出了用于控制冷凝水从蒸汽***排出的蒸汽疏水阀10，和用于将蒸汽疏水阀10的出口管14耦合到具有法兰的另一个管(未示出)的法兰接头20。
蒸汽疏水阀10具有疏水阀本体12和用于从疏水阀本体12排出流体的纵向延伸的出口管14。在本实施例中，出口管14具有80mm的外径和15mm的壁厚。在管14的外表面中朝向管14的距离疏水阀本体12最远的端部形成有环形凹槽16。凹槽16具有10mm的轴向长度和5mm的径向深度。
法兰接头20包括定位环22(图2)和法兰环26(图3)。
定位环22由两个大致半环形的保持元件24形成，这两个保持元件24可以围绕管14被一起组装在出口管14的凹槽16内。定位环22具有均匀厚度，并在垂直于其轴线方向的平面内具有均匀的横截面。当进行组装时，定位环22大致是环形的，并具有对应于凹槽16的内直径的中心圆形开口，以及非圆形的外边缘，该外边缘的最大半径为50毫米，最小半径为45mm。
法兰环26是一体成型(即整体形成)的环形体，其具有中心圆形开口28(开口28的尺寸被设定以装配在出口管14的端部上)，以及具有一系列的成角度间隔的螺栓孔30，用于将法兰环26紧固到相应的法兰(未示出)。在本实施例中，中心开口28的直径为80mm，法兰环的外部直径为160mm。直径方向上两个相对的螺栓孔30(每个孔直径为15mm)延伸穿过法兰环26的上部和下部区域。螺栓孔30的中心沿直径方向间隔125毫米。换句话说，螺栓孔30位于半径为62.5毫米的节线上(即节距直径为125mm)。因此，每一个螺栓孔和法兰环26的外边缘之间的间隙为10mm，每个螺栓孔和中心圆形开口28之间的间隙为15mm。
法兰环26具有20mm的总轴线向长度，并具有10mm深的凹部32，用于接纳定位环22。凹部32被成形为对应于定位环22的外轮廓。
为了将出口管14耦合或连接到具有法兰的另一管(未示出)，可以通过以下方式使用法兰接头20。通过使法兰环26在出口管14的端部上轴向滑动，朝向疏水阀本体12越过凹槽16，将法兰环26围绕着出口管14定位(图4)。然后两个保持元件24围绕着出口管14被组装在凹槽16内，以形成定位环22，通过在凹槽16(图5)中的摩擦配合，将定位环22临时保持在适当位置。然后法兰环26朝向定位环22(即朝向管的端部)被轴向移动，使得定位环22位于法兰环26的相应凹部32中(图6)。凹部32的壁将两个保持元件24一起固定在凹槽16中。
由于定位环22被接纳在凹槽16内，因此定位环22的轴向移动被阻止。因此，由于接纳在凹部32中的定位环22，法兰环26越过定位环22(即远离疏水阀本体)的轴向运动被阻止。当法兰环26被耦合到相应的法兰时，例如对应的管(未示出)的整体法兰，该法兰环26被压靠在定位环22上，因此被定位环22保持在出口管14的端部的适当位置。例如，可以通过用螺栓穿过螺栓孔30并进入相应法兰的方式，将法兰环26耦合到相应的法兰。
法兰接头通常被拧紧，以将相邻法兰压缩在一起，并在其间形成密封。因此法兰接头经受高的轴向压缩载荷。在使用定位环22的法兰接头中，轴向载荷通过定位环22从法兰环26被传送到的管14。因此，定位环22必须有足够的强度，以抵抗轴向负载，而不会过度的弯曲或剪切。
本发明的某些实施例中，例如，在螺栓孔的位置30限制了可用于定位环22的径向向内空间的情况下，或其中希望尽可能减小法兰接头20的尺寸(即外轮廓)的情况下，法兰接头20被设计成使定位环22靠在法兰环26上的承载面积尽可能大。这是可取的，因为高承载面积减小了法兰接头20的部件所承受的压力，进而降低了法兰接头20遭受材料失效或由于法兰接头的过度紧固而造成失效的可能性。
如图7所示，定位环22具有非圆形的外边缘，其限定了具有大致圆形的外部轮廓的第一类型扇区36(或标准扇区)和外轮廓相对于第一类型扇区或标准扇区减小的第二类型扇区34(或轮廓减小的扇区)。法兰环26的凹部32具有轮廓减小的部分38，其对应于定位环的轮廓减小的扇区34的外边缘，因此，当定位环22的外轮廓减小的扇区34和法兰环26的轮廓减小的部分38对齐时，定位环22只能被接纳在法兰环26的凹部32中。
在此特定实施例中，定位环22是具有相对的截断平行边(opposingtruncatedparallelsides)的环的形式。该相对的截断平行边限定了在螺栓孔30的区域中的定位环22的轮廓减小的扇区34。轮廓减小的扇区34由标准扇区36彼此隔开，标准扇区的外边缘限定了一个圆弧。轮廓减小的扇区34的外边缘偏离该圆弧，并位于该圆弧内。换句话说，轮廓减小的扇区的径向范围小于所述标准扇区36的径向范围(即定位环22的其余部分)，或轮廓减小的扇区34的外边缘偏离定位环22的外接圆，并位于定位环22的外接圆内。
在本实施例中，螺栓孔30的节圆半径由通用标准限定，法兰接头20必须符合该标准。标准型扇区36和轮廓减小的扇区34的作用是使螺栓孔30的节圆半径(或节圆直径)符合该通用标准，同时确保该法兰接头的结构完整性。特别是，这需要在螺栓孔30和凹部32的凹部壁之间保持有足够的间隙，并在定位环22和法兰环26之间提供有足够的承载面积。
在本实施例中，定位环22的半径，以及因此到凹部壁的径向距离，从50毫米的最大半径减小到螺栓孔30的局部区域中的45毫米，以及因此节圆半径可以低至62.5毫米，同时在螺栓孔30和凹部壁之间保持10mm的间隙。
此外，如上面所讨论的，希望定位环22和法兰环26之间的承载面积尽可能最大，或至少弥补与所述轮廓减小的扇区34相关联的承载面积的相对减少。从图7中可以看到，在轮廓减小的扇区34的面向法兰的表面之间的承载面积按比例小于标准扇区34的承载面积，这是由于在这些扇区34中定位环22的径向范围减小。换句话说，定位环22的径向范围沿远离轮廓减小的扇区34的方向而增加，以增加定位环22抵靠法兰环26的总体的承载面积。
因此，可以看出，定位环22的承载面积沿远离轮廓减小扇区34(即远离螺栓孔30)的方向而成比例增加。这意味着，轮廓减小的扇区34的每单位角度的承载面积小于总体的定位环22的每单位角度的承载面积，这使得螺栓孔的节圆半径符合通用标准，同时在螺栓孔和所述凹部壁之间保持有足够的间隙，并同时使抵靠法兰的定位环的承载面积最大化。
相反，如果定位环为圆形(如在现有技术中)，为了与螺栓孔30保持同样的10毫米间隙，定位环的最大半径将被限制到45毫米，则定位环22和法兰环26之间承载面积可能不足以保证该法兰接头的结构完整性。
在可替代实施例中，螺栓孔30的节圆半径和直径可以不被预先确定，并且法兰接头20的设计可以是旨在尽量减小其外部轮廓，例如，定义一个新的通用标准或用于定制法兰。
再次，需要将法兰环26中的螺栓孔30定位于定位环22的径向外侧。因此，使用根据本发明的定位环22(其在螺栓孔30的区域中具有轮廓减小的扇区34)允许螺栓孔30的节圆半径(并且因此法兰接头的轮廓)被最小化，同时在螺栓孔和所述凹部壁之间保持足够的间隙，并且同时在定位环和法兰环之间提供足够的承载面积。同样，承载面积沿远离螺栓孔的扇区(即标准型扇区36)的方向而增加。
作为对照，如果定位环为圆形，使得没有轮廓减小的扇区(如在现有技术中)，则其半径必然比轮廓减小的扇区34大，例如为50mm，以在定位环和法兰环之间提供足够的承载面积。因此，在螺栓孔的节圆半径也将是更大，例如为67.5毫米，以保留相同的10毫米间隙。
虽然对本发明的一个实施方式进行了描述，其中所述定位环是一个大致圆形的环，以及轮廓减小的扇区由环的截断平行边所限定，应理解的是，轮廓减小的扇区可由许多不同的方法形成。例如，轮廓减小的扇区可以具有圆形的外边缘，其具有相对于所述定位环的标准扇区减小的半径，其中径向壁在每个外轮廓减小的扇区和相邻的标准扇区之间延伸。可替代地，可以在其它的通常为圆形的定位环上形成切口，以限定轮廓减小的扇区。例如，切口可以是半圆形，以便保持围绕螺栓孔的恒定间隙。
此外，定位环不必是大致圆形的。例如，所述定位环可以是一个多边形的形式，同时仍然可以适当装配在大致圆形的法兰环的凹部内。在其它实例中，法兰环可以是非圆形的，例如它可以是正方形，带有用于管的圆形孔。定位环可以被相应地修改。
虽然对本发明的一个实施方式进行了描述，其中，所述定位环的位于轮廓减小的扇区之外的扇区的径向范围不与螺栓孔的径向范围重叠，但是应当理解，在其他实施例中可能不是这种情况。例如，所述定位环的外边缘的最大半径(或径向距离)可以大于到固定孔的径向内边缘的径向距离。

Claims (15)

1.一种用于管的法兰接头，包括:
法兰环，其用于围绕所述管定位，所述法兰环具有多个成角度间隔的固定孔；和
定位环，其用于围绕所述管定位在所述管的外表面上的凹槽内，所述定位环在使用时限制所述法兰环在所述管上的轴向移动；
其中所述定位环具有多个成角度间隔的在对应于所述固定孔的位置的区域中的轮廓减小的扇区。
2.根据权利要求1所述的法兰接头,其中每个轮廓减小的扇区的每单位角度的横截面面积小于总体的所述定位环的每单位角度的横截面面积。
3.根据权利要求1或2所述的法兰接头,其中所述定位环包括交替并成角度地设置的多个第一类型扇区和多个第二类型扇区，其中所述第二类型扇区是轮廓减小的扇区，其中所述第二类型扇区的外轮廓相对于所述第一类型扇区的外轮廓是减小的。
4.根据权利要求3所述的法兰接头,其中所述第一类型扇区的外边缘限定公共圆的圆弧。
5.根据权利要求4所述的法兰接头,其中由所述第一类型扇区的所述外边缘限定的所述公共圆的半径大于到所述法兰环的所述固定孔的径向距离。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的法兰接头,其中所述第二类型扇区的外边缘实质上是线性的。
7.根据权利要求3-6中任一项所述的法兰接头,其中包括两个第一类型扇区和两个第二类型扇区。
8.根据权利要求7所述的法兰接头,其中所述两个第二类型扇区在直径方向上相对。
9.根据权利要求3-8中任一项所述的法兰接头,其中所述第二类型扇区的扇形角小于所述第一类型扇区的扇形角。
10.根据前述任一项权利要求所述的法兰接头,其中所述定位环包括两个独立的部分。
11.根据权利要求10所述的法兰接头,其中所述两个独立的部分被布置成沿着平分所述定位环的两个直径方向上相对的轮廓减小的扇区的线被接合。
12.根据前述任一项权利要求所述的法兰接头,其中所述定位环是旋转对称的。
13.根据前述任一项权利要求所述的法兰接头,其中所述定位环是环形形式，所述环形具有限定相应的所述轮廓减小的扇区的所述外边缘的截断边。
14.根据前述任一项权利要求所述的法兰接头,其中所述法兰环具有用于接纳所述定位环的凹部，所述凹部对应于所述定位环的所述外轮廓。
15.一种法兰组件，其包括在其外表面上具有凹槽的管和根据前述任一项权利要求所述的法兰接头，其中，所述法兰接头的法兰环围绕所述管定位，并且其中所述法兰接头的定位环围绕所述管被定位在所述凹槽内，以限制所述法兰环在所述管上的轴向运动。
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