CN115734837A - 用于纵向接缝焊接管段的张紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于临时连接大型管段两端的张紧装置，其具有至少有两个连接装置和一个刚性连接杆，其中该连接装置布置在连接杆的端部上。根据本发明的张紧装置用于连接和固定管道直径为4.5m至10m，优选为6m至10m的大型管道和大型管段的板端。根据本发明的张紧装置，与已知的附着焊接或辅助连接器(夹板)不同，其是可移动的，可重复使用的，并且可变换使用的。其可以快速、可靠地安装在不同直径的管段上，以使附着接缝减压，并在附着接缝失效的情况下对其进行替换。

Description

用于纵向接缝焊接管段的张紧装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的张紧装置。

背景技术

纵向接缝焊接的、尤其是由钢板制成的、具有相当大的直径的大型管例如用于石油工业或由金属制造大型结构。重要的应用领域也还有海上设备的基础构造，尤其是风力涡轮机。对于海上领域使用的大型管而言，例如作为单桩或三角架，管直径超过5m，现在超过7m的情况也不再罕见了。

纵向接缝焊接的大型管段是由钢板制成的。金属板裁切件首先被弯成圆形，所产生的槽形管段的开口边缘用临时焊缝(附着焊接(Heftschweissen))附着在一起，其随后在生产过程中又被移除。焊接和移除附着接缝的工作量应尽可能低，以确保高产量。附着接缝应防止附着焊接的管段在运输过程中破裂，这尤其对直径和壁厚较大的重型管来说由于被移动的质量相当大而是一种危险。附着焊接的管段被放置在焊接位置，并首先将内接缝、然后将外接缝附接在管段上。

WO 2014/001408 A1公开了一种用于附着焊接由金属板制成的纵向接缝焊接的管的设备。说明了用于生产大型管的几个连续的工作步骤。在通过铣削进行焊缝准备工作后，金属板首先在纵向边缘处进行预先弯曲。预先弯曲的板材被置于管成型压力机中，并弯曲成所需的形状，直到板材被成型为槽管。然后通过焊接将槽管的纵向接缝进行附着，并在单独的工作程序中焊接成成品的纵向接缝焊接管段。

为了安全运输直径为6m或更大的管段，基于运输安全说明，除了附着焊接之外，可能还需要在管段中焊入辅助连接件(夹板)。辅助连接件应辅助附着接缝，并在附着接缝失效时将管段固定在一起。在焊接过程前附接辅助连接件，并在焊接过程后将其移除是很费时的，并大大降低了生产率。在复杂项目的情况下，按时完成相应地需要更高的成本。在某些情况下，不可能附接辅助连接件，因为辅助连接件的焊接会导致管材料的组织结构发生变化。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于连接开放的管段两端的装置，该装置克服了上述缺点，尤其是以高度的可靠性、高可重复性和低费用准备用于纵向接缝焊接的重型和大直径管。

本发明的主要特征在权利要求1的特征部分指出。

进一步的实施方案是从属权利要求的主题，或在如下所述。

根据本发明的用于临时连接大型管段两端的张紧装置包括至少两个连接装置和一个刚性连接杆。连接装置布置在连接杆的两端。根据本发明，连接装置是一个夹紧装置。该夹紧装置包括

-基架

-连接基架和连接杆的接头，

-至少两个相对而置的夹钳，它们被布置在接头的下面，其中每个夹钳都具有夹紧面，在夹紧装置的关闭状态下，该夹紧面贴靠在管段上，

-夹钳上的至少一个夹紧元件，其具有用于改变位置的调整机构，使得夹紧元件是可以调整的。

夹紧元件在夹紧区域至少部分地具有夹紧面，该夹紧面至少有部分为弧形或平面形状。夹紧面还形成了支撑面，夹紧装置利用该支撑面贴靠在管段的表面上，并且通过该支撑面在根据本发明的夹紧装置和管段的钢板之间建立了接触和连接。在连接杆的两端分别铰接支承有至少一个夹紧装置。夹紧装置分别相对于连接杆布置在同一侧，夹紧装置优选垂直布置在连接杆下方。在打开状态下，在夹紧装置的夹钳之间具有开口，该开口由夹钳和基架限定，并且管段的边缘可以***其中进行固定。夹钳和基架在相对于连接杆的位置上定向。相应地，夹钳之间的开口也相对于连接杆定向，并指向由其可容纳管段的方向。夹紧装置分别这样定向，使两个不同夹紧装置的夹钳之间的开口相对于连接杆指向同一方向，例如相对于连接杆朝向右侧，并且两个不同夹紧装置的开口和由此彼此相对而置的夹钳定位在连接杆的同一侧，例如在连接杆的下方。因为夹紧装置定位在连接杆的相同一侧并且夹钳和基架的定向相同而得以实现。夹钳和它们之间的开口分别位于一个圆弧上，该圆弧的曲率与管段大致相同，即上夹钳位于第一圆弧上，下夹钳位于另一个圆弧上，并且中心点相同，开口的纵向方向位于第三个圆弧上，并且中心点相同。根据本发明的夹紧装置优选有两个夹紧装置。

术语“顶部”和“底部”应相对理解，在描述中仅用于说明。顶部和底部指的是根据本发明的夹紧装置的位置，在该位置中夹紧装置没有安装，而是例如位于地板上，并且在该位置中，从垂直方向看，连接杆布置在夹紧装置的上方。在安装状态下，顶部和底部取决于夹紧装置在管段上的位置。

基架上连接基架和连接杆的接头优选为旋转接头，其中连接杆优选有接头容纳部，并且接头轴以固定装置布置在基架上，其中接头轴垂直于连接杆延伸。接头轴被设计成例如栓或杆。通过这些接头允许夹紧装置在相对于彼此的倾斜度上进行调整。根据本发明的张紧装置通过在接头处移动夹紧装置来匹配于管段的直径。因此，根据本发明的张紧装置可用于不同直径的管段。

优选的是，该夹紧装置包括一个上夹钳和一个下夹钳。这种夹紧装置的横截面为C形，其中两个夹钳形成C的上下两端，或U型材形，两个夹钳形成U的两个腿。基体优选具有加强肋，其构成了基体的上侧和布置在其上的上夹钳、基体的后侧，其在必要时还具有额外的向内指向的、加强的后壁，和下夹钳的容纳部。加强肋优选是C形或U型材形的。在这种情况下，夹紧装置的开口与C或U的开口相对应。相应地，两个型材C-C或U-U相对于连接杆在同一方向转动，使得C型材或U型材的开口相同定向。

上夹钳优选是基架的一部分，并与之刚性连接。替代地或额外地，至少一个夹紧元件优选布置在下夹钳中。

在一个实施方案中，夹紧元件是带有夹紧板的螺纹销，其中夹紧板是具有圆弧截面的弧形板、凸形板、拱形板、波纹板、具有多个从平面突出的凸起的板或平板。在弧形板中，圆柱轴与连接杆垂直，与管段的中心轴线平行。通过夹紧面的形状，根据本发明的夹紧装置总是以相切的方式贴靠在管段上。螺栓的使用使其在设计紧凑的情况下同时具有较高的夹紧力。

优选的是，夹紧面至少部分具有结构化的表面，特别优选的是，整个夹紧面具有结构化的表面。在一个实施方案中，结构化的表面由与夹紧板相同的材料制成，并且是粗糙化的表面或构型化表面或其组合。在另一个实施方案中，结构化表面具有涂层，例如，钻石层或外来材料层，如皮革或橡胶，用于结构化。合适的涂层或外来材料层是所有能提高摩擦系数的材料。结构化的表面导致了静摩擦力的提高，从而有效地避免了夹紧装置在关闭状态下的滑动。通过夹紧区域的结构化表面在根据本发明的张紧装置和管段之间产生了可预测的摩擦系数。

两个实施方案的组合也是可能的，尤其是一个夹紧装置的不同夹紧板可以有不同的结构化表面实施方案。

在一个优选的实施方案中，每个夹紧装置有四个夹紧面，优选是在上夹钳上有两个夹紧面，在下夹钳上有两个夹紧面，夹紧面成对地相对而置。当每侧使用四个夹紧面时，夹紧力得到了很好的分配，因此管段上不会发生变形。

在一个实施方案中，根据本发明的张紧装置具有调整辅助装置，其布置在连接杆上，用它来沿着接头的枢转轴调整夹紧连接器的位置，优选该调整辅助装置例如是带有调整螺栓的连接板的保持装置。当根据本发明的张紧装置要用于不同直径的管段时，可使用调整辅助装置。为了使管段的钢板能够放置在夹钳之间，夹紧装置必须相应地对准管段的弯曲。这可以在将张紧装置安装在管段上时手动完成。然而，由于夹紧装置的倾斜度取决于管道直径总是相同的，所以在装配前可以相应地调整倾斜度。通过调整辅助工具，例如通过调整调整螺栓，将夹紧装置固定在所需的倾斜角度。在这种情况下，根据本发明的张紧装置的装配可以更快进行，因为不需要在管段上进行手动调整。该调整辅助装置允许可靠和可重复地组装张紧装置，并实现了用户的工作压力的减轻。选择性地在夹紧装置上额外安装至少一个杠杆，优选是可拆卸地安装，夹紧装置可以额外地通过该杠杆进行手动调整。例如，该杠杆可以旋拧或***夹紧装置的相应开口，并在调整后再次取出。在其最简单的形式中，杠杆被设计成一个杆或手柄。杠杆优选与调整辅助装置结合使用，以便在管段上进行重新调整。

根据本发明的张紧装置可选择性具有装配辅助装置。根据本发明的张紧装置安装在管段上，直到夹紧装置的基架的后壁与管段的端侧接触。装配辅助装置的核心任务是将张紧装置与管段平行定向。这可以防止两个夹紧装置卡住，从而防止张紧装置滑落或管段损坏。装配辅助装置被设计成例如一个附接板，并侧向固定在基架的后壁上。

该张紧装置可选择性具有固定在连接杆上的止挡装置。止挡装置被设计成例如钩环或在连接杆的上侧有焊眼的焊接板，例如，起重机的吊钩可以啮合在其中。通过止挡装置，根据本发明的张紧装置可以直接连接到起重设备的承载装置上，例如起重机吊钩。因此，根据本发明的张紧装置可以更容易地运输到和离开使用地点。

根据本发明的张紧装置用于连接和固定大型管道和大型管段的板端，管直径为4.5m至10m，优选为6m至10m。这些管在通常构造方式下的壁厚为30mm至250mm，最好是35mm至200mm，尤其优选是50mm至170mm。直径为6m至10m的大型管道和大型管段壁厚优选为50mm至170mm。大型管段通常有2m至4.2m的长度。因此，根据本发明的夹紧装置相应具有连接杆，其长度优选为0.5m至1.5m，以便能够可靠地连接板端。

根据本发明的张紧装置的所有部件优选由钢制成。为了最小化张紧装置的自重，钢的等级优选越高越好。

根据本发明的张紧装置与开放管段的端部力配合连接。与焊接式附着连接相比，通过力配合连接，管段的材料不会受到影响，在焊接式附着连接中进行了材料配合连接。

根据本发明的张紧装置是可移动的，可重复使用的，在使用中是可变的，与已知的附着接缝或辅助连接器(夹板)不同。它可以快速、可靠地安装在不同直径的管段上，以减压附着接缝，并在附着接缝失效时对其进行替换。根据本发明的张紧装置作为连接器固定在附着接缝的两侧，从而连接管段的两端。连接杆是铰链式支承的，因此可以覆盖多个直径。通过不同的止挡点，可以将夹板可变安装在水平或垂直位置。由于其设计，根据本发明的张紧装置可以适应不同的直径和壁厚。通过具有夹钳的实施方案，尤其是具有结构化的表面，提供了一种不打滑、且不会对管道造成任何重大损害的***。

根据本发明的张紧装置具有许多优点：

-根据本发明的张紧装置可以适应任何直径和壁厚。

-其明显地将附着接缝中的张力降至最低，因此，没有焊接的辅助连接的简单附着就足以在工作站之间运输。

-其实现了快速组装，与耗时的夹板焊接过程相反。

-如果附着接缝失效，其可以保证管道的安全。

-其是可重复使用的，由此节省了成本。

-没有必要焊接辅助连接器(夹板焊接)，这样就不会因焊接而对管段产生热负载。

本发明的进一步目的是提供一种根据权利要求12的纵向接缝焊接大型管段的制造方法，其直径至少为4.5m，优选为6m至10m。

根据本发明的方法包括以下步骤：

a)提供一种由耐磨、可硬化的钢制成的钢板，

b)将钢板弯曲/成型为管状预制件，其中弯曲的钢板的两个纵向边缘相对放置，并在它们之间限定出焊接缝。

c)用根据权利要求1至11之一的根据本发明的张紧装置连接弯曲的钢板的两端，同时将张紧装置置于管段的外侧，使钢板置于夹钳之间，通过操纵夹紧元件关闭夹紧装置，直到夹紧面贴靠在钢板上并产生力配合连接，

d)在焊接缝中附上附着接缝，

e)焊接限定出焊接缝的相对而置的纵向边缘，并形成封闭焊接缝的焊缝；

f)如果有必要，移除附着接缝，

g)通过松开夹紧元件使张紧装置移开，使得夹钳释放钢板，并将张紧装置从管段取下。

例如，焊缝准备工作通过切削或研磨方法，如车削、铣削或其他方法来进行，并确保焊缝的清洁。此外，焊缝的配合精度也得到了提高。在大型管生产中，焊缝准备工作是在弯曲之前在原板上在内缝进行的。大型管随后的焊缝的纵向边缘在平坦的原板上进行预处理。然后将金属板坯料弯成圆形，焊接内缝，然后才进行外缝的焊缝准备工作。

根据本发明的张紧装置，在制造纵向接缝焊接的大型管段时，用于连接直径至少为4.5m，优选为4.5至10m的圆形弯曲的钢板的两端。

附图说明

本发明的进一步特点、细节和优点将从权利要求的记载和基于附图接下来对实施例的说明中显而易见。图中：

图1示出了根据本发明的张紧装置的实施方案，

图2示出了无连接杆的夹紧装置和

图3示出了根据本发明的安装在钢板上的张紧装置。

具体实施方式

图1以透视图示出了根据本发明的张紧装置1的一个实施方案。箭头从上到下指向。张紧装置1具有刚性连接杆2，其被设计成一个直杆。在上侧上，连接杆2具有止挡设施，用于张紧装置1在升降装置上的止挡。止挡设施被设计成具有三个开口的直板，其形式为带有三个焊眼12的焊接板17，例如，起重机吊钩可以啮合在其中。在连接杆2的两端分别布置有夹紧装置3。在两个夹紧装置上也分别固定有焊眼12。为了便于夹紧装置3的定位，在连接杆2上在两端分别布置两个调整辅助装置。调整辅助装置分别具具有保持装置14和一个调整螺栓15。

这里的夹紧装置在结构上是相同的，只有个别元件是以镜像方式布置的。夹紧装置3具有基架。该基架具有加强肋4，该加强肋在这里呈C字形，还具有后壁13和上夹钳6。在上部区域中，接头5连接在基架的加强肋4上，通过该接头，连接杆2以铰接方式连接到夹紧装置3。接头5被设计成旋转接头。接头5下面是上夹钳6，它是基架的一部分，因此是固定的。基架经由后壁13继续向下延伸，该后壁作为管段的止挡面，并将夹紧装置在一个方向上限制。在后壁13下面，基架具有用于下夹钳7的容纳部14。下夹钳7在这里被设计成一个可调节的夹紧元件。虚线N表示两个夹紧装置与管段的曲率相适应的倾斜。在两个夹紧装置3中，夹钳之间的开口位于连接杆2的下方。其在两个夹紧装置3中都位于连接杆2的右侧，并在同一方向向右打开。

图2示出了没有连接杆的夹紧连接器3。夹紧连接器的基架在上侧具有用于接头5的固定装置。接头的轴16被布置在两个侧板19之间。该接头在上方由盖板20覆盖。接头的下面是上夹钳6，它是基架的一部分。后壁13在后侧延伸，并在下方由下夹钳7的容纳部14限定。下夹钳7有两个夹紧元件，它们被保持在夹钳7中，并且是夹钳的一部分。夹紧元件由螺纹销11和固定在其上的夹紧板9构成。在夹紧板9上固定有夹紧面8。通过转动螺纹销11，可以改变夹紧元件的位置。当张紧螺栓10被拧紧时，夹紧板9向上夹钳6方向移动，从而可以夹紧位于夹钳之间的管段。当张紧螺栓10被松开时，夹紧板9相应地向下移动，并重新释放夹紧在夹钳之间的管段。在夹紧装置的上侧，额外还附接了焊眼12作为止挡设施。在接头的盖板20上布置有用于调整辅助装置的止挡21。

图3示意性地示出了根据本发明的固定到管段18上的张紧装置的剖面图。管段18被夹在夹紧面8之间，其中分别有两个夹紧面刚性地固定在上夹钳6上，并且两个夹紧面可调整地布置在下夹钳7上。下夹钳7的夹紧面8固定在夹紧板9上。两个夹紧装置3根据管段的曲率而倾斜。它们通过调整辅助装置固定在其位置上。为此，保持装置14中的调整螺栓15这样调整，即防止夹紧装置向内枢转。

权利要求书、说明书和图中出现的所有的特征和优点，包括结构细节、空间布置和方法步骤，都可以单独或以多种组合方式成为本发明的关键。

附图标记说明

张紧装置1

连接杆2

夹紧装置3

加强肋(基架)4

接头5

上夹钳(基架)6

下夹钳(基架)7

夹紧面 8

夹紧板 9

张紧螺栓 10

螺纹销11

调整辅助装置12

后壁(基架)13

调整辅助装置的保持装置14

调整螺栓15

轴(接头)16

焊接板17

管段18

侧板(接头)19

盖板(接头)20

调整辅助装置的止挡21

Claims (14)

1.用于临时连接大型管段两端的张紧装置(1)，具有至少两个连接装置和一个刚性连接杆(2)，其中所述连接装置布置在所述连接杆(2)的两端，其特征在于，所述连接装置是夹紧装置(3)，所述夹紧装置包括

-基架，

-连接基架和连接杆(2)的接头(5)，

-至少两个相对而置的夹钳(6、7)，它们被布置在接头(5)的下面，其中每个夹钳(6、7)都具有至少一个夹紧面(8)，在张紧装置的关闭状态下，所述夹紧面贴靠在管段上，

其中

-至少一个夹钳(6、7)具有至少一个夹紧元件，其具有用于改变位置的机构，

-所述夹紧元件具有夹紧面(8)，并且

在连接杆(2)的两端分别铰接支承有至少一个夹紧装置(3)，并且所述夹紧装置(3)分别这样定向，使两个不同夹紧装置的夹钳(6、7)之间的开口指向同一方向，并且两个不同夹紧装置的开口定位在连接杆(2)的同一侧。

2.根据权利要求1所述的张紧装置(1)，其特征在于，所述夹紧装置(3)包括上夹钳(6)和下夹钳(7)，并且所述上夹钳(6)是基架的一部分并且与其刚性连接，其中所述夹紧装置(3)的横截面为C形，或U型材形。

3.根据权利要求1或2所述的张紧装置(1)，其特征在于，所述夹紧装置(3)包括上夹钳(6)和下夹钳(7)，并且至少一个能够调整的夹紧元件布置在下夹钳(7)中。

4.根据前述权利要求中任意一项所述的张紧装置(1)，其特征在于，夹紧元件是带有夹紧板(9)的螺纹销(11)，其中夹紧板(9)是凸形板、具有圆弧截面的弧形板、拱形板、波纹板、具有多个从平面突出的凸起的板或平板，优选圆形的弧形板，呈圆柱段形式或平板。

5.根据前述权利要求中任意一项所述的张紧装置(1)，其特征在于，夹紧面(8)至少部分具有结构化的表面，优选的是，整个夹紧面具有结构化的表面。

6.根据权利要求5所述的张紧装置(1)，其特征在于，结构化的表面由与夹紧板(9)相同的材料制成，并且是粗糙化的表面或构型化表面或其组合。

7.根据权利要求5所述的张紧装置(1)，其特征在于，结构化表面具有涂层或施加到夹紧板(9)表面上的外来材料。

8.根据前述权利要求中任意一项所述的张紧装置(1)，其特征在于，每个夹紧装置(3)有四个夹紧面(8)，优选是在上夹钳(6)上有两个夹紧面(8)，在下夹钳(7)上有两个夹紧面(8)。

9.根据前述权利要求中任意一项所述的张紧装置(1)，其特征在于，夹紧面(8)具有圆形的、弧形形状、圆柱段形状、凸形、波纹形、锯齿形或扁平形，并且夹紧面(8)具有多个排列在圆弧上的表面部分，这些表面部分在关闭状态下与管段相贴靠。

10.根据前述权利要求中任意一项所述的张紧装置(1)，其特征在于，所述张紧装置(1)具有调整辅助装置，其布置在连接杆(2)上，并用它来沿着接头的枢转轴调整夹紧装置(3)的位置，优选该调整辅助装置是带有保持装置(14)和止挡(21)的调整螺栓(15)。

11.根据前述权利要求中任意一项所述的张紧装置(1)，其特征在于，所述张紧装置(1)具有止挡设施(17、12)，并且所述止挡设施(17、12)固定在连接杆(2)和/或夹紧装置(3)上。

12.根据前述权利要求中任意一项所述的张紧装置(1)，其特征在于，夹紧装置垂直布置在连接杆的下方，并且夹紧装置定位在连接杆的相同一侧并且夹钳和基架的定向相同，其中夹钳和它们之间的开口分别位于一个圆弧上。

13.纵向接缝焊接大型管段的制造方法，其直径至少为4.5m，优选为6m至10m，所述方法包括以下步骤：

a)提供一种由耐磨、可硬化的钢制成的钢板，

b)将钢板弯曲/成型为管状预制件，其中弯曲的钢板的两个纵向边缘相对放置，并在它们之间限定出焊接缝；

c)用根据权利要求1至11中任意一项所述的张紧装置连接弯曲的钢板的两端，同时将张紧装置置于管段的外侧，使钢板置于夹钳之间，通过操纵夹紧元件关闭夹紧装置，直到夹紧面贴靠在钢板上并产生力配合连接，

d)在焊接缝中附上附着接缝，

e)焊接限定出焊接缝的相对而置的纵向边缘，并形成封闭焊接缝的焊缝；

f)如果有必要，移除附着接缝，

g)通过松开夹紧元件使张紧装置移开，使得夹钳释放钢板，并将张紧装置从管段取下。

14.使用根据权利要求1至11中任意一项所述的张紧装置的应用，在制造纵向接缝焊接的大型管段时，用于连接直径至少为4.5m，优选为4.5至10m的圆形弯曲的钢板的两端。

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